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画龙点睛-国产机载有源相控阵火控雷达  

2009-10-08 22:01:49|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 画龙点睛-国产机载有源相控阵火控雷达 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

机载有源相控阵火控雷达-AESA是机载雷达的发展方向,图为美国AN/APG-79雷达,注意其天线呈仰角安装

近日,有新闻报道中航雷电院张昆辉同志的先进事迹,其中提到张院长从“2001年开始着手相控阵雷达的研发,2008年完成飞机验证试飞,雷电院向部队机关和集团公司做了汇报,在军方引起了强烈反响,并受到军方各级领导的高度关注。空军景文春副司令专程到无锡了解情况、听完汇报后说:“当初×代机立项时,我有两点担忧,一是发动机问题,二是相控阵雷达问题。今天看来,雷达问题已经解决了,我们已经有了自己的相控阵雷达”。空军首长和空装首长的关注,给了雷电院极大鼓舞和鞭策。该项目在完成它机验证试飞后,原国防科工委在北京组织召开了成果鉴定会,与会专家在认真了解试飞情况后给与了高度评价:“相控阵雷达研制,开创了国内机载火控雷达的新纪元,填补了国内X波段相控阵火控雷达的空白,为我国×代机的研制打下了坚实基础,标志着我国第×代战斗机提升战斗力的时机已经到来”。此项目还荣获该年度国家国防科技成果一等奖。“字里行间,透露出国家和空军对该型雷达的重视,从空军首长的话和国防科工委专家组的话分析;该雷达应试是X波段有源相控阵雷达,既可以用于正在研制的我国第四代战斗机配套,也可以用于现役的第三代战机的升级。其意义非凡,是建国60周年收获的又一大喜讯。

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AESA除了用于新机、新雷达外,还可用于现役飞机和雷达的升级,图为美国的AN/APG-63V2,其用AESA替代了原来的机械扫描天线(下图)

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我们知道二战一个重要的发明就是雷达的运用,1935年为了对付德国的潜艇,英国开始研制机载雷达-空海搜索雷达,1937年该机进行首次试验,1939年装备部队,1940年英国人发明了磁控管,为研制微波机载雷达打下了技术基础,由于当时英国经济技术实力已经衰落,因此将这个技术转让给了美国,美国麻省理工学院福射试验室很快在其基础上研制了厘米波机载雷达SCR-520,并在其基础上研制了机载火控达雷达SCR-720,不过这个时候机载火控雷达还不是真正意义上或者说功能完善的雷达,它只能测距,所以也被称之为雷达测距器,50年代随着电子技术的发展,出现了能进行天线扫描和角度跟踪的单脉冲雷达,虽然这些雷达在功能比早期的测距器有很大的提高,但其仍旧有一个比较大的缺点就是没有下视能力,也就对低空和近地目标的探测能力差。

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早期的雷达体积、重量大,但功能简单,图为F-86的AN/APG-30雷达,其具备测距功能

进入60年代,固态器件、集成电路等技术的发展,还有行波管的出现让研制脉冲多普勒雷达成为可能,该雷达有针对性的解决了机载雷达对低空目标的探测问题,最早的机载脉冲多普勒雷达是美国1956年开始研制的AN/AWG-9雷达,脉冲多普勒雷达因为其完善的功能、较好的性能成为现代战机的主要配套雷达,目前先进的机载脉冲多普勒雷达的探测距离可以达到数百公里,具备多种功能,可以执行多种作战任务。不过这个时候机载脉冲多普勒雷达仍旧使用机械扫描方式;即为了覆盖一定的空域,雷达天线波束需要扫描,因此需要用机械的方法来旋转天线,让天线波束指向改变,因此存在着扫描速度低、精度差、隐身性能不好的缺点,尤其是其缺乏多目标攻击能力,虽然现在机载脉冲多普勒雷达号称可以同时攻击数个目标,但受限于机械扫描的速度,实际上其只局限一个很小的角度之内,因此缺乏实用性。

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AWG-9开创了机载PD雷达的时代

为消除机械扫描雷达的缺点,相控阵雷达出现了,其原是就是雷达天线不通过机械转动来实现波束扫描,而是采用电子的方式控制组成天线的单元的相位来实现天线波束有空间的扫描,由于实现了电子扫描,因此相控阵雷达可以在极短的时间内对较大的空域进行快速的扫描,真正实现多目标搜索、跟踪和攻击,并且实现多种功能,即在对空工作的同时,进行对地/海搜索等其他工作,同时由于波束的可控性,让雷达可以在主要威胁方面集中能量,以提高探测距离和对隐身目标的能力由于去掉了对波反射大的天线座及传动装置以及天线工作时不转动,机扫天线必须是垂直的,因此相控阵雷达天线可以偏转一定的角度,从而降低了载机的雷达反射面积。相控阵雷达的概念在50年代问世,60年代美国和前苏联已经研制出了大型陆地相迭阵雷达,但由于机载雷达对重量、体积和可靠性的要求比地面和舰载雷达要高的多,所以机载相控阵雷达出现要晚的多。

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相控阵雷达以其特有的优点已经成为现在雷达装备的主体,图为美国的SPY-1相控阵雷达

1964年美国人开展了微电子应用雷达计划-MERA,首次研制出了具有604个单元阵的有源相控阵雷达原理样机,并取得圆满的试验结果,这个计划的完成是机载有源相控阵火控雷达研制过程的第一个重要节点,这阶段的工作验证了机载有源相控阵的可行性。70年代美国人进行的可靠的机载固态雷达计划-RASSR是研制机载有源相控阵火控雷达的第二段工作,研制了具有1048个T/R组件的有源阵,在阵列中较好的解决了热设计问题,为T/R组提供了一个能可靠工作的环境,从而使阵列工作靠。本阶段工作于70年代中期完成,它验证了有源列工作的可靠性。在前两阶段工作完成的基础上,于1983年开始SSPA(固态相控阵)计划(1983~1987),旨在验功率效率和经济上的可行性。研制了一个具有2000个单元的阵列,首次在T/R组件中采用GaAs砷化镓)FET(场效应)器件,直接对X波段信号进放大,而不是以倍频方式获取X波段功率信号,大的提高了功率效率,批生产的每个T/R组件的本亦达到可以接受的水平(每只不超过500美),至此,经过三个阶段的开发,完全证明了机载有源相控阵火控雷达在技术、可靠性和造价等主要方面是可行的。这三个阶段的研究工作为研制装备F-22飞机的AN/APG-77雷达打下了基础。

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APG-77是第一种机载有源相控阵火控雷达,具备划时代的意义

考虑到有源相控阵的技术复杂和成本较高,美国也发展相对比较简单、造价低廉,但探测性能和可靠性都稍逊的无源相控阵雷达,如B-1B采用的AN/APQ-164,其他国家在发展机载相控阵雷达方面也以无源相控阵为优先突破方向,如前苏联为米格-31研制的SBI-16无源相控阵雷达和法国和RAFALE战斗机研制的RBE无源相控阵雷达。不过有源相控阵是机载雷达的发展方向,目前欧洲国家开展了AMSAR机载有源相控阵雷达研制计划,而俄罗斯也开始研制ZHUK-AE等几种机型有源相控阵,其他还有日本也其F-2战斗机研制的J/APG-1机载有源相控阵雷达。瑞典和以色列也在研制自己的机载有源相控阵雷达。其运用机种也由战斗机向较小平台发展,如英国BAE系统公司传感器分部研制的可以用于直升机的SEASPRAY-7000E机载有源相控阵雷达。在发展方向有源相控阵已经开始向综合射频系统方向发展,也就是所谓的NOR概念,即不仅仅是一个雷达,也就是利用有源相控阵的多功能性,让一部雷达来执行不同的任务;包括搜索、跟踪、电子战甚至通信,如美国的JSF战斗机就要求雷达、电子战、通信系统能够尽量使用同一部天线,这样用利节省战机重量和成本,有资料指采用综合射频系统后JSF的重量比常规战机成本降低30%,重量降低50%,特别是如果能够将天线嵌入机身蒙皮中,形成所谓的智能蒙皮概念,就能真正实现全向探测能力,洛马公司当年就准备在X-35运用这个技术,虽然因为技术难度及成本问题而放弃,但这应该是机载雷达乃至战斗机发展的一个重要的方向。

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EF-2000即将换装的AESA

作为我国航空工业的一部分,我国机载雷达也在前苏联的援助下在上世纪50年代起步,主要生产引进前苏联的雷达测距器和采用圆锥扫描体制的火控雷达,中苏分裂后,我国开始自行研制火控雷达,第一种火控雷达是为歼-8配套的204单脉冲火控雷达,为此成立机载雷达研究所-607所也就是现在雷电院的前身,由于技术基础薄弱,204雷达到本世纪80年代才研制出来,与此同时607所还为强-5研制了317多功能雷达、为歼-7C研制了JL-7火控雷达、为歼-8B研制了具备超视距拦射能力的208型火控雷达,并展了全波形机脉冲多普勒雷达的研制,此外我国电子工业部第14所也在80年代初开始研制用于歼-8B型战斗机配套的KLJ-1型中低脉冲重复率的脉冲多普勒雷达,该雷达于1989年试飞,90年代中期定型投入使用,考虑到国内技术水平起点较低,为加快国产机载雷达的水平,在80年代国家提出“自力更生、力争外援“的方针,先后开展与美国、英国、法国及以色列等发达国家的技术合作,进入90年代我国还加强了同俄罗斯在相关领域的合作,先后引进了甲虫-8-2等比较先进的机载雷达,有力的促进了国产雷达水平提高,1995年我国第一型全波形机载脉冲多普勒雷达JL-10A试飞成功,后来用于歼轰-7A型飞机配套,与此同时14所也研制用于歼-10的KLJ-3型机载火控雷达,目前我国已经具备了生产机载脉冲多普勒火控雷达的能力,并且在战技术指标接近和达到了世界先进水平。不但满足空军装备的需要,还出口友好国家。

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用于歼-8B的KLJ-1型PD火控雷达

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用于歼轰-7A的JL-10A机载PD火控雷达,注意天线上寄生的敌我识别器天线

在相控阵雷达方面,我国在上世纪70年代就开始无源相控阵雷达原样机的研究,1978年为水轰-5研制出用于水面搜索雷达的一维电扫侧视雷达天线系统,进入90年代我国开展了与国外在机载相控阵领域的合作,如引进了俄罗斯PERO、SKOL两种无源相控阵天线,与此同时有关厂所利用国产器件制成小型试验阵列,进行了试验,为研制机载有源相控阵转达打下基础,进入新世纪由于国家经济技术实力的提高,我国在机载有源相控阵领域的进展明显加快,先后完成了两种机载有源相控阵预警雷达的研制,并进行了更大功率和阵列的机载火控雷达的开发,并且在传感器融合、综合射频等领域也进行了研究,在这种情况下有关人员提出跨越式发展的方针,即跳过无源相控阵,直接由机械扫描雷达向有源相控阵雷达发展的路子,从开篇新闻来看国产机载有源相控阵火控雷达在2001年立项,2008年开始试飞,这表明该雷达已经走过原理样机的阶段,进入工程样机研制的阶段,尽管目前可能还只是鉴定,离定型投产还有一段距离,但我们相信在国产战机配套国产有源相控阵雷达的日子已经指日可待。配备有源相控阵雷达后可以让国产战机看得更远、打得更准,执行更多的作战任务,通过全军综合数据链和国产预警机形成联合网络作战系统,那么完全可以压制和抗衡周边国家和地区装备第三代和三代半战机带来的威胁。如果国产第四代战机研制成功的话,就会确立更强大的威慑。

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KJ-2000标志着我国机载有源相控阵的重大突破。为机载有源相控阵火控雷达的打下了坚实的基础

    当然我们也应该清醒看到我国机载雷达发展存在的问题;如有部分关键元器件还需要进口中,国产器件在成本及可靠性方面还需要时日,在一些基础研究领域仍旧需要较大投入等。不过随着国家雷达重点试验室和航空射频试验室等投入使用,相信未来的国产机载雷达性能会更好!

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法国RBE-2 有源相控阵雷达

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EL/M-2052有源相控阵雷达

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俄罗斯ZHUK-AE有源相控阵雷达

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参考资料;

机载相控阵火控雷达  贲德

本文配图来源于网上,权利归原作者所有

 

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