国外现役有源相控阵雷达
•机载系统(表格中左图为雷达系统,右图为装配该系统的代表机型)
•陆基和海基系统
1 欧洲最强神盾——“桑普森”(SAMPSON)雷达
“桑普森”(SAMPSON)是有源相控阵雷达由英国宇航防务公司(British Aerospace Defence System,BADS)负责研发的,是欧洲多功能电子扫描雷达(Multi-function Electroically Scanned Adaptive Radar,MESAR)的舰载版本。
“桑普森”雷达负责对空搜索、追踪,用于“大力神”导弹垂直发射系统的火力控制,对“紫苑”防空导弹(Aster-15/30)进行中段指令导引及末端主动雷达导向,无须另配火控雷达。
“桑普森”雷达采用一个呈弧状的一体两面式旋转数组天线以及FSS频率选择材料制的天线罩,天线每面各有2600个砷化镓(GaAs)半导体制造的接收/发射数组天线单元(分别由四个频道),每个天线单元的发射功率为2~20W,平均总功率为25kW,转速为60r/min。雷达的第一面天线均能覆盖90°方位角以及正负60°俯仰角。最大搜索距离高达400km,可同时侦测500~1000个目标,追踪其中168个目标,并导引32枚“紫苑”导弹同时接战16个目标。此外,该雷达能在105km距离外发现雷达截面积0.008m2的小型空中目标(隐形战斗机等级)。
“桑普森”雷达采用S频段操作(与美制AN/SPY-1相控阵雷达相同),波长较EMPAR相控阵雷达的G/C频更长,因此侦测距离比EMPAR相控阵雷达更远。“桑普森”雷达具有长程/中程搜索、平面图像描绘与快速水平面搜索等功能,并能在充满强烈电子干扰的环境下运作;此外,“桑普森”雷达也沿袭了MESAR雷达具备的自适性(Adaptive)特点,可根据外在操作环境来进行自我校正,以提高精确度。
安装在“勇敢”级驱逐舰上的“桑普森”雷达
“桑普森”雷达采用一体两面式旋转天线无论在成本、重量与体积方面都比采用四面固定式天线的相控阵雷达系统低,但是目标更新速率较差。不过“桑普森”雷达的目标更新速率仍优于EMPAR,因为二者的旋转速率相同,但是“桑普森”的双面式天线能同时涵盖两个背对的90°方位角,而后两者的单面式天线就仅能涵盖一个90°方位角。
经过一系列的测试,2007年3月30日,第一套生产型“桑普森”雷达安装在“勇敢”级驱逐舰的首舰“勇敢”号(Daring D32)上,雷达天线安装到最顶端,以延伸其地平线距离。除“勇敢”级驱逐舰外,BAE设计的“美洲狮”(Cougar)隐形巡防舰系列的2800t级轻巡防舰版也采用“桑普森”雷达。
英国皇家海军最新一艘“勇敢”级驱逐舰“邓肯”号(Duncan,D37)(2013年6月1日,朴茨茅斯)
“桑普森”雷达技术层次与性能都十分优异,很多方面比肩甚至超越美国“宙斯盾”舰艇使用的SPY-1A/B/D,因此有“欧洲最强神盾”的称号。然而采用最尖端顶级技术的“桑普森”雷达造价昂贵,导致“勇敢”级防空驱逐舰的排水量虽比美国海军“伯克”级少2000t,防空导弹搭载量更只有后者的一半,但是总成本却比“伯克”级高出30%~50%。“勇敢”级驱逐舰在建造观念、自动化程度、动力系统、科技层次等方面领先,“桑普森”雷达/“紫苑”防空导弹的技术层次与各项性能均不逊于美国SPY-1D雷达/标准与海麻雀防空导弹的组合。
目前,“桑普森”雷达已具备相当的战术弹道导弹侦测潜力,并已获得美国弹道导弹防御组织的注意,已经开始资助英国改良“桑普森”雷达,使其具备战术弹道导弹侦测能力,并以此搭配性能提升过后的“紫苑”系列防空导弹,发展成战术弹道导弹防御系统。在2013年初,英国导弹防御中心(Missile Defense Centre,MDC)宣布了一个研究计划,派遣皇家海军“勇敢”级驱逐舰参与,与美国弹道导弹防御局(Missile Defense Agency,MDA)一同验证“桑普森”雷达侦测与追踪弹道导弹的实际能力。
“勇敢”级驱逐舰发射“紫苑”系列防空导弹
2 荷兰“阿帕”(APAR)有源相控阵雷达
“阿帕”是全世界第一种实用化的有源相控阵雷达系统,最初由德国、荷兰、西班牙三国在1994年签署协议合作开发,主承包商是荷兰信号公司(Signnal)。后来西班牙认为从头开发主动相控阵雷达风险过高,在1995年6月退出,转而购买美国AN/SPY-1D相控阵雷达。1996年,加拿大加入“阿帕”研发团队,使“阿帕”雷达的合作国家维持在三个。1999年,“阿帕”正式展开装舰测试,2002年4月装备荷兰海军防空与指挥护卫舰(Luchtverdedigings-en Commandofregat,LCF)首舰“七省”号(F-802)开始服役。
“阿帕”采用四面圆形固定式阵列天线,直径约1m,安装在一个塔状桅杆结构的顶端,覆盖360°方位角。每面天线体积不大,整个系统十分轻巧紧致,相当适合使用在4000t级的舰艇上。APAR得以轻量化、小型化并置于全舰最高位置(可增加水平探测距离),除了归功于电子科技的进步外,主动相控阵雷达无需被动相控阵雷达的导波管、集中式发射机等装置也是重要原因之一。
“阿帕”雷达不但要执行探测任务,还要配合导弹寻标器的制导工作,因而采用波长较短、较精确但使用距离较近的X(I/J)波段(I频,波长3~3.75cm;J频,波长1.5~3cm)操作,频率10GHz。单面天线的水平搜索角度为120°,每面天线与两侧相邻的天线各有15°方位角的重合,降低了目标在波束重叠处漏失的概率。“阿帕”的每面天线由856个接收/发射(T/R)模块、一套发射器以及两套专用于导弹数据链传输与火控的发射器构成。
“阿帕”的最大搜索仰角大于70°,对周围空域的搜索监视距离为150km,对海平面搜索的最大距离为75km;对空侦测时,可同时探测、监控250个目标,而对海平面目标侦测时,能在32km的距离上同时追踪超过150个目标。“阿帕”每面天线能以分时多任务方式同时照射4个目标,所以理论上整套系统能同时接战16个目标,前提是这16个目标必须平均分布于四个方向上。
“阿帕”雷达系统包括四个电力单元、四个信号与数据处理单元,以及四个位于天线表面的气冷装置;每面天线外部都装有一个保护外罩,内部流通经处理的冷空气,以维持天线的均匀散热。在容损能力方面,只要失效的T/R模块数量不超过总数的5%,都不会影响“阿帕”的性能。
荷兰“阿帕”有源相控阵雷达
荷兰“七省”级护卫舰塔状桅杆上安装“阿帕”有源相控阵雷达,舰艉的黑色设备为SMART-L远程对空搜索雷达( 2012年4月13日)
德国、荷兰、西班牙三国合作发展的导弹巡防舰(Trilateral Frigate Cooperation,TFC)使用美制“标准”SM-2 Block 3A区域防空导弹以及“海麻雀”ESSM短程防空导弹作为主要防空武器,而这两种导弹都采用半主动雷达导引模式;由于采用X波段操作的“阿帕”雷达拥有极佳的鉴别率,因此本身就能胜任这两种半主动雷达导引导弹的终端制导工作,无须另外加装火控雷达。“阿帕”也是全球第一种能以分时多任务方式同时遂行侦测追踪、导弹中途导引与终端制导的雷达。除了导引导弹之外,“阿帕”也能支持舰炮射击的指挥工作。
虽然“阿帕”的有效侦测距离较短,但由于地球表面弯曲的关系,舰艇对水平线的侦测距离本来就只有30~40km,故“阿帕”用于探测低空飞行目标(如掠海飞行的高速反舰导弹)已经绰绰有余;况且以“阿帕”波束的高精确度与鉴别度(能有效克服海浪杂波干扰),目标一出现在有效探测范围内就能予以掌控,使舰艇有充足的时间加以反应。在TFC巡防舰,“阿帕”专门负责中/近程空域的密集监视、目标精确追踪以及武器射控,而远程对空监视则以一台SMART-L远程3D电子扫描对空搜索雷达来担任,提供数百千米外的远距离早期预警,在目标进入“阿帕”有效使用距离前便加以探测,并事先将威胁方向提示给“阿帕”雷达以缩短反应时间。
在未来,“阿帕”预定的改良包括增加非共同目标辨识能力,并延长探测距离(荷兰国防部宣称其目标是延长距离为400km)。
“萨克森”级是德国最先进的防空护卫舰,其雷达装备与荷兰“七省”级护卫舰相同。图为“萨克森”号护卫舰发射“标准”SM-2导弹(2010年8月13日)