国外舰载相控阵雷达的发展及未来趋势

贾宏进，彭　芃，蒋莹莹(.9336部队，河北秦皇岛066000;.中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京53)



国外舰载相控阵雷达的发展及未来趋势

贾宏进1，彭芃2，蒋莹莹2
(1.91336部队，河北秦皇岛066000;2.中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京211153)

摘要:现代海战中，舰艇雷达要面临来自多方位的武器威胁。为了有效地解决水面舰艇编队在复杂电磁干扰环境下抗击空中、海上多方向、多批次饱和攻击的威胁，世界各国海军都研制和装备了舰载相控阵雷达。舰载相控阵雷达在海战场发挥越来越重要的作用。本文介绍了国外舰载相控阵雷达装备的发展，并对未来舰载相控阵雷达的发展趋势进行了分析。

关键词:舰载雷达;相控阵雷达;发展;趋势

0　引言

随着科技的发展，现代海战已进入电子化和信息化的阶段。舰载雷达不仅是现代舰船防御作战系统的重要组成部分，而且还是舰船的关键探测装备。而舰载雷达性能的优劣对整个作战起到至关重要的作用，甚至会影响到全部海域、空域作战体系的完备性，对一个国家的海事装备具有全面的制约作用。舰载相控阵雷达可以同时实现搜索、识别、跟踪、制导和探测等功能，能同时监视和跟踪多个目标，抗干扰性能好，可靠性高。因此，对舰载相控阵雷达的研制至关重要。

海上舰艇编队面临来自多方位的武器威胁。为了解决这一问题，美国、俄罗斯、法国、英国、荷兰、德国、意大利、日本、澳大利亚、以色列等国竞相研制并装备了舰载相控阵雷达，以提高水面舰艇的作战能力。

1　舰载相控阵雷达装备发展现状［1-3］

1.1美国

1.1.1 AN/SPY-3雷达

AN/SPY-3固态多功能雷达(图1)是美国第一部舰载有源相控阵雷达，主要用于视距搜索、低空跟踪和导弹支持，由甲板上的3个有源阵列和接收机/激励器(REX)以及甲板下的信号数据处理器(SDP)分系统组成。它的主要工作模式为视距边扫描边搜索/跟踪、水面目标搜索/导航、潜望镜探测和识别和环境测绘。协同作战时，该雷达还能进行精确跟踪、本舰导弹跟踪、导弹通信和目标照明。

在2005年完成陆地测试后，AN/SPY-3雷达被安装到退役的美国海军“保罗·福斯特”号驱逐舰(DD-964)改装的自防御测试船(SDTS)上进行海试，但一直到2008年还安装在SDTS上用来观察舰船自我防御系统(SSDS)试验。

图1　AN/SPY-3固态多功能相控阵雷达

1.1.2“防空反导雷达”(AMDR)

美海军“防空反导雷达”(AMDR)是一部工作在E/F和I波段新型固态有源相控阵雷达(图2)，由洛克希德·马丁公司、诺斯罗普·格鲁曼公司和雷声公司共同研制，计划装备到第三批“阿利·伯克”(DDG-51)级驱逐舰中。它能够检测和跟踪多种威胁，包括弹道导弹、战机以及超声速、掠海反舰导弹。AMDR具有开放式体系结构和灵活的升级能力，可部署于不同舰船平台，是美国海军未来40年主要的雷达系统。

图2　“防空反导雷达”(AMDR)固态有源相控阵雷达

AMDR雷达将采用先进的双波段模式。X波段雷达将提供水平搜索、精确跟踪、导弹控制和末段照射功能，而S波段雷达则复杂立体搜索、跟踪、弹道导弹识别和导弹控制，其设计具备可扩展性，能够在多个平台上安装和集成，以适应海军当前和未来的任务需求。

1.1.3 AN/SPY-2(AN/SPY-1E)有源相控阵雷达

AN/SPY-2即AN/SPY-1E，是一种工作在E/F波段的固态多功能相控阵雷达，将成为美国海军下一代的主要舰载雷达。该雷达功率孔径大，分辨率高，能完成AN/SPY-1的全部功能，而且采用的技术更先进，具有战场导弹防御能力，并能在更远的距离探测、识别来袭的弹道导弹目标。

1.1.4 AN/SPQ-11“朱迪眼镜蛇”(Cobra Judy)相控阵雷达

AN/SPQ-11“朱迪眼镜蛇”雷达工作在E/F和I/J波段，能探测和跟踪洲际弹道导弹及其他远程导弹和飞行器。另外，它具有低旁瓣、功耗小、效率和可靠性高等特点。该雷达安装在美国海军“观察岛”号测量船的艉甲板上。其天线直径约7 m，呈八角形，有12288个有源单元，方位可机械转动，整个雷达系统约重2500磅。

雷声公司于2011年10月提前完成了朱迪眼镜蛇更换(CJR)系统任务设备舰上的安装。该系统将取代原有“观察岛”号上的AN/SPQ-11“朱迪眼镜蛇”雷达。CJR更换系统体积庞大的X波段和S波段有源相控阵天线各自有约4层楼高、500000磅重。X波段和S波段天线都采用了有源电扫阵列(AESA)技术，能对多个目标同时进行搜索、跟踪与数据采集。

1.2俄罗斯

1.2.1“天空哨兵”(Sky Watch)相控阵雷达

“天空哨兵”雷达(图3)由平面阵列天线、发射机、信号处理机、12台大型数字式计算机、控制台以及辅助设备组成。该雷达的相控阵天线由4块固定矩形平面阵列组成，每个阵面的独立的辐射单元为5100个，4个阵面共有20400个辐射单元。该雷达具有对付多个目标饱和攻击的能力，在计算机的控制下可以同时跟踪和处理多批目标。

图3　俄罗斯“库兹涅佐夫”号航空母舰上的“天空哨兵”雷达

1.2.2 CCB-501舰载相控阵雷达

CCB-501相控阵雷达采用了先进的砷化镓微波集成电路有源收发模块、数字波束形成、可编程波形产生、数字脉压、部分自适应阵列、可编程信号处理以及光纤传输等新技术，能同时跟踪多个目标，并能有效对付饱和攻击和严重的电子干扰。该型雷达的研制为俄罗斯舰载固态有源相控阵雷达的发展指明了方向。

1.3法国

1.3.1“阿拉贝尔”(Arabel)雷达

“阿拉贝尔”(Arabel)是一部I/J波段(8～12.5 GHz)3D多功能相控阵雷达，能同时跟踪多个目标，拦截所有类型的导弹，能自动适应各种威胁和环境(包括杂波、ECM和ECCM)。Arabel具有完整的敌我识别、指挥、控制功能，是全自动的设备，与主舰的战斗指导系统集成在一起。

1.3.2特里斯科尔(Triskel)雷达

特里斯科尔(Triskel)是由法国泰利斯集团研制的工作在G/H波段的海用多功能雷达，采用相位频率平面阵。该系统是根据北约未来护卫舰(NFR90)的雷达参数要求来研制的。

1.3.3“武仙座”(Herakles)相控阵雷达

“武仙座”(Herakles)是由法国泰利斯集团研发的一部工作在E/F(2～4 GHz)波段的3D多功能相控阵雷达，用于远距离空中/水面监视和武器控制。它装备在新加坡的“拉斐特”级和“无畏”护卫舰、法国的“阿基坦”级护卫舰以及摩洛哥的首艘FREMM护卫舰上。2012年第三季度交付的法国“阿基坦”级多功能护卫舰上装备“武仙座”(Herakles)相控阵雷达(图4)。

图4　“武仙座”(Herakles)相控阵雷达

1.4英国

1.4.1“桑普森”(Sampson)雷达

“桑普森”(Sampson)雷达是由英国航空航天防御公司(BADS)负责研发的一部工作在E/F(S)波段的有源相控阵雷达(图5)。Sampson雷达采用双面旋转阵列天线，内置于碳纤维复合球形抗风雨雷达罩内，每个阵面包括2500个发射/接收单元(每个砷化镓收/发模块有4个通道)。该雷达能够提供监视、跟踪和导弹中程制导支持。该雷达是英国版的舰载主力防空导弹系统(PAAMS)的核心组成部分，目前装备在英国45型驱逐舰上。

图5　“桑普森”(Sampson)多功能相控阵雷达

1.4.2 MESAR雷达

MESAR(多功能电扫自适应雷达)是工作在E/F(2.7～3.3 GHz)波段的固态有源相控阵雷达。雷达天线含有平面传感器阵面，阵面由砷化镓(GaAs)模块阵列组成，共有4个固定阵面，每个阵面包含2000个阵元，可在仰角和方位上覆盖90°，从而达到完整的半球覆盖。它采用了砷化镓微波集成电路有源收发模块、数字波束形成、部分自适应阵列、数字脉压、可编程波形产生、可编程信号处理以及光纤传输等新技术。

1.4.3 SPECTAR多功能有源相控阵雷达

SPECTAR雷达是一种采用单有源阵列的多功能雷达，装备轻型护卫舰以上的水面舰艇。该雷达方位上电子扫描和仰角上机械旋转，提供360°覆盖，为近程武器系统控制和较远距离的空情图编辑提供三坐标搜索及跟踪数据。其性能可以满足现在和将来在不利环境中对低可观测目标的探测需求。该雷达的所有主要处理和管理功能都实现了软件控制，使其更能适应将来的操作需求及新的威胁。

1.5日本

1.5.1 OPS-24相控阵雷达

OPS-24雷达是工作在D波段的固态有源相控阵雷达(图7)，装备于“村雨”和“朝雾”级驱逐舰上。它采用八角形固态有源单面阵相控阵天线，发射波束在仰角方向上可由程序控制完成电扫描，提供半球覆盖。整个天线单面阵由3000个有源T/R组件构成，总重量为3690 kg。每个T/R组件的尺寸为126 mm×253 mm×40 mm，重1.23 kg。整部雷达天线重量约为5000～6000 kg。

图6　OPS-24舰载有源相控阵三坐标雷达

1.5.2 FCS-3(V)舰载有源相控阵雷达

FCS-3(V)雷达是FCS-3雷达的改进型(图7)，是一种先进的多功能有源相控阵雷达，也是继OPS-24后研制的第二种舰载有源相控阵雷达。它能同时满足目标搜索、跟踪与火控等多种功能，并指挥舰载武器进行拦截和攻击，具备同时对抗多个目标的能力。2009年3月服役的日本“日向”号直升机航母(DDH-181)装备了FCS-3(V)四面阵有源相控阵雷达。

图7　FCS-3(V)四面阵有源相控阵雷达

1.5.3 OPS-50对空搜索有源相控阵雷达

OPS-50有源相控阵雷达预计将装备于日本的22DDH驱逐舰上。该雷达其实是具有特殊对空搜索和航空管制功能的FCS-3雷达的简化型，取消了导弹制导功能，其对空搜索范围扩大到370 km(200 nm)，这将有效扩大舰队防空的搜索范围。

1.6德国

TRS-4D/NR是由Cassidian公司开发的工作在G/H波段的有源相控阵对空对海监视雷达。这部雷达在2011年9月14日召开的伦敦防务与安全装备国际展览会首次亮相。发射机采用氮化镓(GaN)半导体技术的T/R组件，最大探测距离达到250 km，具备对1000多个空、海目标的三维跟踪能力。它可装备不同大小的舰艇(从巡逻艇到护卫舰)，在海洋或目标密度高的复杂沿海地区执行不同的监测任务。该雷达全寿命周期成本非常低，而且连续工作3个月而无需任何维护的概率达到99%。

1.7意大利

EMPAR(欧洲多功能相控阵雷达)是由意大利阿莱尼亚公司研制的工作在G/H波段的相控阵雷达(见图8)。该雷达由相控阵天线、大功率TWT发射机、二级超外差接收机、全自适应阵列信号处理器、数字脉冲压缩器以及综合实时管理计算机等组成。它采用旋转单面阵列天线，具有三维对空警戒和搜索、跟踪和导弹制导功能，能探测和跟踪各种目标。它装备在意大利海军的Orizzonte级护卫舰、Horizon级护卫舰、FREMM级护卫舰、Garibaldi航母、Cavour号航母以及法国海军的Horizon级护卫舰上。

图8　“埃姆帕”(EMPAR)单面旋转式相控阵雷达

1.8澳大利亚

装备在澳大利亚和新西兰联合研制的“安扎克”(Anzac)级护卫舰上的CEA-FAR为固态、全数字波束形成、三坐标有源相控阵雷达(图9)。该雷达采用模块化、可编程、可缩放设计。在海试阶段，CEA-FAR采用了四面阵，但最终应用到“安扎克”(Anzac)级护卫舰的CEA-FAR将采用6个阵面，不仅提供360°覆盖，而且任一阵面的扫描角都可以达到90°。如果6个面的天线有一半损坏，另3个面仍能继续工作，其可靠性非常高。它采用全数字波束形成技术，能动态自适应变化模式来满足复杂环境和威胁场景。

图9　CEA-FAR固态有源相控阵雷达

1.9以色列

1.9.1 EL/M-2248(MF-STAR)雷达

EL/M-2248(MF-STAR)雷达(图10)工作在E/F波段，是一种多功能、三坐标、固态有源共形相控阵雷达系统，适用于新一代轻型护卫舰。该雷达采用的是当今最先进的固态有源相控阵技术，代表着未来舰载雷达的发展趋势。该雷达的作战功能包括滨海战支持、瞬时多目标交战支持、主动和半主动导弹支持、三坐标远程对空监视、三坐标中程威胁告警、导弹地平线搜索和威胁告警、海上水面监视、目标分类(包括直升机)和火力控制与弹着点观测。可升级的、模块化的轻型天线技术的采用使其可以被订制成适于装备相对小型的作战舰艇，如轻护舰或更重级别的舰。

图10　EL/M-2248(MF-STAR)固态有源相控阵雷达

1.9.2 EL/M-2258(ALPHA)雷达

EL/M-2258(ALPHA)是一部工作在E/F波段的轻型有源相控阵多功能雷达，具有质量小、机扫和电扫相结合的有源阵列特点，可装备轻型护卫舰、护卫舰和大型舰船。该雷达由埃尔塔(Elta)公司制造，集成了先进技术，即使在恶劣海情下也可以同时生成大量的射频扫描目标区域，提供高质量的实时态势图像。

1.10“阿帕”(APAR)有源相控阵雷达

“阿帕”(APAR)是荷兰、德国和加拿大三国共同研制的，装备在荷兰LCF型护卫舰、德国F-124型护卫舰、丹麦“伊万·休特菲尔德”级护卫舰和加拿大“城市”级护卫舰上。第一部“阿帕”(APAR)有源相控阵雷达于2001年装备德国“萨克森”级护卫舰的首舰“萨克森”号(舷号F219)上。APAR雷达工作在X波段，主要用于进行水平搜索和多目标跟踪。它具有4个安装在锥体结构上的固定(非旋转)传感器阵列或阵面，每个阵面包含3424个在X波段(10 GHz)频率工作的T/R组件。

1.11 SEAPAR有源相控阵雷达

SEAPAR(小型改进型“海麻雀导弹”系统有源相控阵雷达)是荷兰泰利斯公司和德国EADS防御电子公司在APAR的基础上合作开发的一种重量较轻、尺寸较小和成本较低的有源相控阵雷达。它主要用于区域防御和舰艇自卫，适于安装在巡逻艇等小型战舰上。

2　舰载相控阵雷达未来发展趋势

(1)从单一功能向多功能发展

舰载相控阵雷达作为舰载作战系统的重要组成部分，其防御系统反应时间要短、火力转移要快;能同时进行多目标搜索和跟踪任务，并且具有远距离发现和全方位攻击多批目标的能力;能对低至海面的目标进行有效拦截。同时，基于舰船隐身化、电磁兼容设计要求和作战系统信息综合运用与共享技术的发展，这就需要将搜索功能、跟踪功能和武器制导功能综合起来，形成一部舰载多功能雷达，代替多部功能单一的雷达，减少舰艇上雷达的数量，解决众多舰载雷达相互干扰和反应时间长的问题。如美国的“防空反导雷达”(AMDR)，它采用先进的双波段模式，可以进行复杂立体搜索、精确跟踪、弹道导弹识别和控制等，同时需进行雷达、通信、敌我识别、干扰等多任务的系统集成，以能适应海军的各种舰船平台，代替舰船上多部功能单一的雷达以至多任务的单一装备，并使得舰船上天线配置问题和信号相互干扰问题得到妥善解决。

(2)无源相控阵向有源相控阵发展

多功能相控阵雷达的技术体制有两种类型:一种是集中馈电的无源阵技术体制，即雷达的发射机是一个整体式分机，集中向天线阵面馈电，如美国的AN/SPY-1无源相控阵雷达;另一种是固态有源阵技术体制，其发射机是分布式，在天线阵面上的每个或数个辐射单元后面均接有固态收发组件，由于天线阵面上存在着数千个直接向空间辐射能量的功率源器件，所以称为有源相控阵雷达，如美国的AN/SPY-3固态有源多功能相控阵雷达。与无源相控阵雷达相比，有源相控阵雷达的发射馈线损耗更小，探测距离更远，且可靠性更高，如澳大利亚的CEA-FAR固态全数字波束形成有源相控阵雷达，它采用6个阵面，假如其中3个阵面损坏，另外3个阵面仍能保证雷达正常工作。相反，当无源相控阵雷达的发射机出现故障时，会导致整部雷达不能工作。而且，有源相控阵雷达采用先进的光电技术和自适应技术，具有良好的低截获概率性能和较强的抗干扰能力。因其体积、重量明显减小，所以更适于装舰。目前，世界各国都在研制有源多功能相控阵雷达，尽管因为受到舰船、预算等各方面的限制，短时间内有源相控阵雷达还不可能完全取代无源相控阵雷达，无源相控阵雷达和有源相控阵雷达会同时存在一段时间，但未来的发展趋势还是从无源向有源多功能相控阵的方向发展。

(3)先进固态器件和高新技术的应用

舰载有源多功能相控阵雷达将采用先进小型化固态器件，如英国的MESAR(多功能电扫自适应雷达)和“桑普森”(Sampson)雷达以及荷兰、德国、加拿大共同开发的APAR雷达，它们采用了先进的砷化镓(GaAs)单片微波集成电路(MMIC)有源收发模块。德国开发的TRS-4D/NR相控阵对空对海监视雷达采用了氮化镓(GaN)半导体技术的T/R组件，这样可明显减小雷达的体积、重量，更适于装舰。而且，有源相控阵雷达采用先进数字波束形成技术，实现天线波束自适应控制，大大提高了雷达的抗干扰能力，如日本的OPS-24雷达和澳大利亚的CEA-FAR雷达，它们采用先进的数字波束形成技术，为雷达在各种作战环境下工作提供很大的灵活性和优良的电子对抗能力。除此之外，还可以通过采用自适应波束形成和控制、自适应旁瓣对消、自适应频率捷变、自适应动目标显示、自适应工作方式选择和自适应航迹相关技术以及先进光电技术等提高舰载相控阵雷达发现、跟踪、抗干扰、可靠性等综合能力，如俄罗斯的CCB-501舰载相控阵雷达，它采用数字波束形成、可编程波形产生、数字脉压、部分自适应阵列、可编程信号处理以及光纤传输等新技术，能探测和跟踪多个目标，抗干扰能力强。

(4)“抗威胁”性能的进一步提高

舰载相控阵雷达将面临小型无人水面艇、漂浮的水雷、潜艇、高机动海面小目标、掠海反舰导弹、低空/超低空飞行飞机、隐身飞行器、弹道导弹等不对称的具有威胁性的目标，而且还要在恶劣环境下辨别出这些不同类型的目标。这就要求舰载雷达具有更远的探测距离和高更新率，能够进行提前探测，才能及时作出反应，如美国海军“防空反导雷达”(AMDR)和AN/SPY-1E固态多功能相控阵雷达，前者能探测和跟踪弹道导弹、战机以及超音速、掠海反舰导弹等多种威胁，具有较强的抗威胁性能;后者是美国海军下一代的主要舰载雷达，能完成AN/SPY-1的全部功能，能在更远的距离探测和识别弹道导弹目标。因此，进一步提高舰载相控阵雷达的“抗威胁”性能，是一个重要的发展趋势。隐身目标是舰载相控阵雷达将面临的最大威胁之一，世界各国都在研究反隐身技术，尤其是美国，在突破隐身技术的同时就开始了反隐身技术的研究。目前，在雷达系统中，通常采用多种反隐身技术来提高雷达系统的反隐身性能，而且还可以通过提高雷达系统的灵敏度以及雷达组网技术等提高其反隐身能力。

(5)舰载相控阵雷达组网防控体系的形成

随着现代军事科学技术的发展和信息革命的深化，现代海战的作战模式发生了很大变化，信息对抗成为决定战争进程和胜负的关键因素之一。作为作战双方信息系统中的主要传感器，舰载相控阵雷达的作战效能的发挥成为交战双方十分关注的问题之一。而舰载相控阵雷达组网可以形成海战场上立体化、全方位、多层次的防控体系，一方面能够有效地应付各种平台硬武器及软武器的攻击，另一方面可以大幅提高舰载雷达的整体性能。舰载相控阵雷达组网在抗“电子对抗、低空突防、隐身攻击以及反辐射导弹”等四大威胁方面表现出优良的性能，而且通过数据融合、功能互补、资源共享，极大地提高了舰载相控阵雷达系统的生存能力和协同作战效能，缩短了防御行动反应时间、增强了舰载相控阵雷达的抗干扰能力，以适应未来海上信息战的需求。

3　结束语

世界上很多国家竞相研制和装备舰载相控阵雷达，以提高水面舰艇的作战能力。未来舰载相控阵雷达的发展趋势是一部舰载固态有源多功能相控阵雷达替代多部功能单一的雷达，避免雷达间信号的相互干扰，采用先进的小型化器件和大量高新技术，减小舰载雷达的体积、重量，降低成本，提高雷达各方面性能和抗干扰能力，形成一个信息共享、智能高效的雷达组网，更好地完成海上作战任务。

参考文献:

［1］赵登平.世界海用雷达手册［M］.2版.北京:国防工业出版社，2012.

［2］Jane’s Radar and Electronic Warfare Systems，2011-2012.

［3］Alan L.Tolley，John E.Ball.Dual-band Radar Development: From Engineering Design to Production ［J］.Leading Edge，2010.

Development and trends of shipborne phased array radars abroad

JIA Hong-jin，PENG Peng2，JIANG Ying-ying2
(1.Unit 91336 of the PLA，Qinhuangdao 066000，China;
2.No.724 Research Institute of CSIC，Nanjing 211153)

Abstract:In modern sea battlefields，the shipborne radar is faced with various weapon threats from multiple directions.In order to make the surface ship formation have the ability to fight against the threats from the air and the sea as well as the multiple saturated attacks in the complex electromagnetic interference environment，the navies all over the world have developed and been equipped with the shipborne phased array radars，which play an increasingly significant role in the sea battlefields.The development and trends of the shipborne phased array radar are introduced and analyzed.

Keywords:shipborne radar; phased array radar; development; trends

作者简介:贾宏进(1973-)，男，高级工程师，博士，研究方向:电子对抗及雷达系统仿真;彭芃(1983-)，女，工程师，研究方向:科技情报;蒋莹莹(1989-)，女，助理工程师，硕士，研究方向:科技情报。

收稿日期:2014-12-25;修回日期:2015-01-10

文章编号:1009－0401(2015)01－0001－06

文献标志码:A

中图分类号:TN958.92