舰载二次雷达发展与展望概述

刘显勇，徐向东，魏 恭，王 强

(1.四川九洲空管科技有限责任公司，四川 绵阳 621000；2.中国人民解放军空军驻绵阳地区军事代表室，四川 绵阳 621000)

0 引 言

二次雷达(SSR)是一种空管雷达信标系统(ATCRBS)，是现代空管系统必配的设备之一。它是从西方敌我识别系统(IFF)发展起来的，采用询问应答协同式工作原理，即询问机对监视空域内的飞机发出询问信号，飞机应答机接收到询问后产生应答信号，通过对应答信号的接收处理来实现飞机定位。同时，由于采用协同工作方式，还能获取飞机的身份和高度等信息。因此，二次雷达具备了雷达和通信的双重功能，是提供空中飞行情报及态势的主要信息来源，不仅在民航中得到大量应用，还广泛运用于军事领域。[1]

1 近年来美国舰载 SSR 发展动向

诺思罗普-格鲁曼公司为美国海军配备的UPX-24系统在 CG-47 “提康德拉加”级“宙斯盾”巡洋舰、DDG-51 “阿里·伯克”级“宙斯盾”驱逐舰和 LHD-1 “瓦斯普”级两栖攻击舰得到大量应用。UPX-24 是作为舰载敌我识别系统(IFF)的一个配套部分投入实际应用的，负责接受舰载武器系统的询问、回答和控制命令，同时负责向舰载武器系统提供目标情况报告，能够为装配该产品的美国及其盟国军舰提供积极而安全的协同飞机的身份等情况。该系统能够通过一个数字界面为军舰上的指挥、控制、通信、计算机和情报系统(即 C4I 系统)提供相关目标的新数据资料，并对目标识别方面的询问作出应答。

“柯蒂斯威尔伯”号驱逐舰(USS Curits Wilbur(DDG-54))是美国海军“阿利伯克”级驱逐舰的第4艘，装有UPX-37敌我识别系统，用OE-120圆形天线阵列。

美国“哈利法克斯”(Halifax)级护卫舰装备了Telephonics公司的IFF产品。Telephonics公司是一家IFF询问器供应商，其询问器是唯一达到美国国防部AIMS认证标准的敌我识别产品。AIMS认证模式包括MARK XII、Mode 5、Mode S、多通道 ADS-B。IFF产品系列包括AN/UPX-40/43/44/505，不仅安装在舰船上，还安装在其他平台上，如预警机、美国海军的MH-60R海上直升机、P-8A“海神”(Poseidon)多任务飞机，以及加拿大海军的CP-140“极光”(Aurora)侦察机、CH-148海上直升机和美国海军陆战队的地/空任务导向雷达(G/ATOR)系统。

“尼米兹”级航母是世界上现役吨位大和综合作战能力强的军用舰只，其配置的IFF应答子系统的型号是AN/APX-72系统。IFF询问子系统的型号为AN/UPX-29。该系统为集中式的MK XII IFF系统，其独特之处是包括一个独立于其他雷达的电扫天线。该电扫天线能对自动弹出的目标进行即时询问。AN/UPX-29系统集成了AN/UPX-27敌我识别询问机、AN/UPX-24(V)敌我识别核心处理器、OE-120/UPX天线组件、AS-2188/UPX天线等，能够独立地用于空中交通管制，并能准确、安全地进行“我方”识别，还能够将传统的IFF模拟数据转换为数字数据。

“福特”级航母是美国海军新锐的次世代超级航空母舰系列。航母大量采用先进侦测、电子战系统及设备，以符合美国海军未来IT-21联网作战的要求。在规划阶段，“福特”级航母最主要的侦测系统是与“朱姆沃尔特”级驱逐舰相同的双频雷达系统(Dual Band Radar，DBR)，包括AN/SPY-3多功能雷达和AN/SPY-4远程广域搜索雷达。[2]与“尼米兹”级航母采用的SPS-48雷达相比，DBR最大的优点就是提高了“福特”号航母对付高超音速目标的能力。SPS-48采用频率扫描，只能在高低方向实现电子扫描，方位上仍旧采用机械扫描，因此目标数据更新速率较低，如目标速度较快就会出现确认比较困难的问题。而DBR是二维电子扫描，在探测到目标后可迅速调转波速目标，对目标进行确定，因此目标关联速度较快，在目标速度、数量增加的情况下仍然可以迅速确认目标，继而引导武器系统进行拦截。一部雷达完成了原来需要几部雷达才能完成的工作。[3]

2 21世纪对舰载二次雷达作用和发展的认识

二次雷达(即西方IFF)由于其“一问一答”的合作式体制，具备了一次监视雷达所不具备的特点，如能够快速、准确地识别友方飞机，能够有效防止自相残杀行为的发生(军用)，通过提供身份识别码、气压高度等能提高空中管制效率(民用)。这些特点基本的原理也即是上行询问不同模式(M1、M2、M3/A、MC、M4、MS、M5)的询问编码，飞机回应相应模式的应答编码来完成这些功能。这些基本特点应用于舰船，衍生出舰载二次雷达的独特作用。[4]

2.1 敌我识别

舰载二次雷达的主要作用是帮助防空雷达操作员和防空导弹操作人员区别友好和潜在的敌对舰船、飞机。分清敌我一直是开展军事斗争需要优先解决的一个复杂问题和基本前提，而敌我识别系统的作用就是在战争环境中自动并正确地区分目标的敌我属性。敌我识别已成为现代信息化战场军事对抗的重要手段之一。它可以大大增强作战指挥与控制的准确性和各作战单位间的协调性，显著加快系统反应速度，降低误伤概率，特别适合于多兵种联合作战使用。

2.2 作战引导

在作战过程中，作战引导的目的是将舰载机引导至特定作战区域。舰载机作战引导过程中，除用舰载雷达外还需要采用二次雷达。通过二次雷达良好的监视性能(距离、方位精度高)，能够更准确、更安全地引导舰载机到达指定的作战位置，避免航线出现偏差从而贻误战机。[5]

2.3 舰艇态势感知能力和威胁识别能力

通过探测所处海域、空域内装有SSR/IFF应答机的舰船、飞机，获取目标位置信息，增强舰艇对周围空间的态势感知能力。通过身份识别及目标位置信息的综合研判，增强舰艇的威胁识别能力。[6]

2.4 空中交通管制

对于大型舰船(如航母)SSR还起到空中交通管制的作用。美国航母有专门的航母空中交通管制中心(CATCC)，其管制区域以航母为中心，半径50 n mile，从水面向上无限延伸的空域。在特殊情况下，如航母编队时，其管制范围由于存在相邻的空域控制而受限制。美国航母还受国际民航的委托，在大洋区域(雷达无法覆盖的区域)担负航路监视的任务，为空管提供空情信息。

2.5 防空识别区

防空识别区指的是一国基于空防、需要所划定的空域，目的在于为军方及早发现、识别和实施空军拦截行动提供条件。依据防空识别区的任务使命，其基本要求是监视并识别航空器。在防空识别区的识别规则中，其中重要的一项就是应答机识别。在防空识别区飞行的航空器配有二次雷达应答机的应当全程开启。识别区并非只存在于本国的大陆周围，军舰也被视为是一个国家移动的领土，所以部分拥有航母的国家也以航母为中心划定防空识别区。美国除了其大陆设防空识别区外，航母编队出航时也划定防空识别区。航母到什么位置，防空识别区的中心就到什么位置。美国航母防空识别区的半径会根据作战情况来变化，有时半径会划到200～300 km，而在有一定敌情危险的情况下防空识别区的半径则增至300～350 km。法国航母在海外部署的时候也有防空识别区，在遇到有飞行器进入时会执行一套程序，包括雷达跟踪、舰载机甲板待命或留空、舰载机前往查证等等。

2.6 着舰引导

对于航母来说，为了保证舰载机正确返航和着舰都配备了各种着舰雷达、引导系统，其中二次雷达发挥着不可替代的作用。除负责识别出舰载机的敌我属性，二次雷达更主要的是通过 3/A身份识别代码识别出飞机的类型，以便于各种飞机准确着舰。

总之，作为一种重要的军用/民用电子系统，SSR/IFF技术和装备的发展向来都受到世界各国的格外重视。特别是21世纪对作战精确打击的要求，对空管更安全高效的要求，都对 SSR/IFF的发展提出了新的挑战，但其主要作用仍然是敌我属性的识别、身份属性的识别、位置的探测等。随着模式S、模式5的发展，SSR/IFF还担负起数据链传输的重任。

3 舰载二次雷达技术特点和发展展望

3.1 共形天线

现有舰载二次雷达天线形式多采用线形天线，也有圆形天线。圆形天线与桅杆共形，更能节约空间资源。未来舰船的发展要求舰载雷达采用与舰体共形的天线设计，以降低RCS，保证舰船的隐身效果，给舰船带来更强的生存能力。通常舰载雷达的天线往往受到尺寸、质量、风阻、振动等因素的限制，在设计中很难做到性能优化。但是，共形天线则可以巧妙利用船体资源，进行合理设计，使天线的性能得到提高。共形天线以阵列天线为基础，通过幅相控制实现雷达的空间扫描，具有隐蔽性好、抗干扰能力强和探测能力强的优点，并且能很好适应未来隐身舰艇的结构和电磁兼容要求。目前，典型的共形天线技术主要有高效率收发组件技术、高速数字波束形成技术、高精度波束形成控制和校正技术，以及自适应波束形成技术及高效冷却技术等。

3.2 数字阵

数字阵列雷达是一种接收和发射波束都采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达。相比于模拟雷达，数字雷达可更好地抗射频干扰和其他环境因素影响。由于数字雷达的收/发波束均以数字方式形成，所以拥有许多模拟雷达所不具备的优良性能,如可自适应地形成波束以实现空域抗干扰、可同时形成多个独立可控的波束而不失信噪比、波束由权矢量控制因而灵活多变及天线具有较好的自校正和低旁瓣性能等。

对于舰船平台来说，将数字技术融入到航管二次雷达中可以提高航管二次雷达的综合性能。首先，从结构上讲，数字阵列雷达结构相对简单，无需转台和伺服系统，可以减轻设备质量、精简设备组成，从而提高设备的可靠性；其次，从波束的扫描能力方面来说，由于取消了用转台和伺服系统控制的机械扫描，取而代之的电扫描更具有波束扫描时间快、扫描精度高、波束调度灵活以及可形成多波束等优点；再者，从电磁环境的角度来看，舰船上电子设备众多、天线林立，电磁环境十分复杂，数字技术运用与航管二次雷达可更好地抗射频干扰，提高电磁兼容能力，满足舰船设备抗综合干扰能力的需要。[7]

3.3 Mode S(模式S)

模式S二次雷达监视系统，为每架飞机分配了一个唯一的地址，采用了点名询问的工作方式，减少了传统的A/C模式存在的目标分辨力差、窜扰、混扰等问题。 特别是模式S系统具有数据链功能，能够传输较多的飞机信息，可以提供比当前的二次雷达更强的监视能力、更高的精度和更高的可靠性。

作为舰载移动空中交通管制的核心组成部分，二次雷达监视系统采用模式S无疑是一个明智的选择。利用模式S技术，能改善近距离舰载机的分辨率、增强安全性(提供更高的空中交通侦察数据的完整性，减少无线电频率拥塞)、提高ATM能力(克服高交通密度域的模式A缺陷，减少控制人员的工作量和控制器的负荷)、提高ATM效率(为控制人员和ATM系统提供更多的增值数据，提高雷达分离任务的效率)、增大容量(模式S传感器的吞吐量达到4Mb/s)、支持自动决策所需要的精确侦察、保证更高的侦察数据完整性和可靠性。

3.4 Mode 5(模式5)

当下，全球敌我识别的焦点仍属以美国为首的北约国家及其盟国对各自海、陆、空平台实施的模式5敌我识别系统加改装。模式5是一种新的保密模式，采用扩频技术、精密时间同步技术、计算机现代加密技术，缩短了密码有效期，提高了敌我识别系统的抗干扰、欺骗、侦收和摧毁的能力。

3.5 ADS-B

ADS-B是一种利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递的航行新技术，国际民航组织(ICAO)将其确定为未来监视技术发展的主要方向，并正积极推进该项技术的应用。它集成机载导航系统导出精准的航行数据(包括身份编码、三维位置、速度矢量、飞行意图等)，利用地空数据链通信方式，实时、自发、间歇性(每秒一次)地对外广播。

基于舰载平台，无论是独立安装ADS-B地面站系统还是将ADS-B IN功能集成在二次雷达系统上，都是提升舰船对周围空域监视能力水平的一个有利手段。相比雷达监视，ADS-B对监视目标提供更快的报告刷新速率(<1 s)、更准确、带位置/速度信息的航迹，有利于较大提升航迹计算精确度，给管制员提供更准确的轨迹显示，增强基于监视的安全网络，为管制员提升决策支持工具的性能。对于高密度的交通空域，特别是有人工飞机调配需求和飞行起降的高密度终端区，ADS-B的这些优点尤为突出。

4 结束语

为了适应未来海上作战的需要，舰船的隐身性、电磁兼容性的要求越来越突出，迫使舰船朝着舰岛集成化、桅杆复合化、电子设备天线孔径综合化等方向发展，舰载二次雷达也将随着舰船的发展向更加数字化、智能化的方向发展。