你對相控陣雷達了解多少

上世紀30年代后期，美國開始了相控陣技術的研究工作，并在50年代中期研究出了兩部艦載相控陣雷達。經過幾十年的發展，如今相控陣雷達在軍事領域中發揮著極其重要的作用，甚至有人把它比喻成“千里眼”。然而，相控陣雷達究竟是怎么一回事呢？你又對相控陣雷達了解多少呢？

雷達發展史上的里程碑

相控陣雷達又稱作相位陣列雷達，是一種通過改變雷達波相位來改變波束方向的雷達，因其以電子方式控制波束而非傳統的機械轉動天線面方式，故又稱電子掃描雷達。

相控陣雷達具有相當密集的天線陣列，任何一個天線都可收發雷達波。以天線單元為單位形成區塊，掃描時，選定其中一個區塊或數個區塊對單一目標或區域進行掃描，使整個雷達具有了可同時對許多目標或區域進行掃描或追蹤的功能，形如多個雷達的集合。由于相控陣雷達采用電子控陣的掃描方式，和機械轉動的傳統雷達相比，資料更新率得到了大大的提高，資料更新周期也由秒或十秒級上升為毫秒或微秒級，在對付高機動目標時，具有了極大的優勢。此外，相控陣雷達還可發射窄波束，因而也可充當電子戰天線使用，如電磁干擾甚至是構想中發射反相位雷達波來抵消探測電波等。

和依靠雷達天線轉動實現掃描的機械雷達相比，相控陣雷達具有很大的優勢：

目標多 相控陣雷達因電子掃描所具有的靈活性、快速性，以及按時分割或多波束，使其實現了邊搜索邊跟蹤。通過計算機的控制，能同時搜索、探測和跟蹤不同方向和不同高度的多批目標，并能同時制導多枚導彈攻擊多個空中目標，非常適用于多目標、多方向、多層次空襲的作戰環境。

功能強 相控陣雷達所形成的多個獨立控制波束，使其功能極其強大，可以同時分別執行搜索、探測、識別、跟蹤、照射目標和跟蹤、制導導彈等，作用相當于多部專用雷達同時工作。相對簡單的設備還提高了系統的機動能力。

反應快 相控陣雷達不需要傳統機雷達所必需的天線驅動系統，波束指向靈活，并且可以無慣性快速掃描，在很大程度上縮短了對目標信號檢測、錄取、信息傳遞的時間，具有較高的數據率。同時，相控陣天線采用數字化工作方式，大大提高了自動化程度，簡化了雷達操作，縮短了目標搜索、跟蹤和發控準備時間，提高了跟蹤空中高速機動目標的能力。

性能優 相控陣雷達分布在天線孔徑上的多個輻射單元同時作業，功率高，能合理地管理能量和控制主瓣增益，根據不同方向上的需要分配不同的發射能量，易于實現自適應旁瓣抑制和自適應抗各種干擾，為發現遠距離和小雷達反射面目標提供了方便。此外，相控陣雷達的陣列組采用并聯連接，即使有少量組件失效，仍能正常工作。

相控陣雷達與機械掃描雷達相比，掃描更靈活、性能更可靠、抗干擾能力更強，能快速適應戰場條件的變化，可謂雷達發展史上的里程碑。

相控陣雷達的工作原理

雷達的應用是通過波束來實現的，它也是理解相控陣技術的關鍵。波束，實際上是一種比較形象的說法。天線發射或接收信號時所形成的諸如“筆形波束”、“扇形波束”等等并不是在空間中真實地存在，事實上是在不同的方向隨著信號放大倍數的不同（倍數大時，我們稱其為增益），形成了一個信號增益與方向的關系曲線。而相控陣技術就是一種通過控制陣列天線各個單元的相位和幅度以便形成在空間滿足一定分布特性的波束，并且能夠改變其掃描指向的技術。相控陣技術通過計算機控制波束的形成和掃描，達到單元相位的改變，從而使波束的指向、形狀和個數等很快地改變，實現了傳統天線并不具備的優勢。

相控陣雷達的天線陣面具有多個輻射單元和接收單元，也就是所謂的陣元。這些單元有規則地排列在平面上，構成陣列天線。利用電磁波相干原理，通過計算機控制饋往各輻射單元電流的相位，就可以改變波束的方向進行掃描，故稱為電掃描。輻射單元把接收到的回波信號送入主機，完成雷達對目標的搜索、跟蹤和測量。每個天線單元除了有天線振子之外，還有移相器等必需的器件。不同的振子通過移相器可以被饋入不同相位的電流，從而在空間輻射出不同方向性的波束。天線的單元數目越多，則波束在空間可能的方位就越多。這種雷達的工作基礎是相位可控的陣列天線，“相控陣”由此得名。

相控陣雷達雖然不能像其它雷達那樣依靠旋轉天線來使雷達波束轉動，但它自有自己的“絕招”，那就是使用“移相器”來實現雷達波束轉動。相控陣雷達天線是由大量的輻射器（小天線）組成的陣列（正方形、三角形等），輻射器少則幾百，多則數千，甚至上萬。每個輻射器的后面都接有一個可控移相器，每個移相器都由電子計算機控制。當相控陣雷達搜索遠距離目標時，雖然看不到天線轉動，但上萬個輻射器通過電子計算機控制集中向一個方向發射、偏轉，即使是上萬公里外的洲際導彈和幾萬公里高的衛星，也逃不過它的“眼睛”。如果是對付較近的目標，這些輻射器還可以分工負責，產生多個波束，有的搜索、有的跟蹤、有的引導。正是由于這種雷達摒棄了一般雷達天線的工作原理，人們給它起了個與眾不同的名字——相控陣雷達，表示“相位可以控制的天線陣”的含義。

說到這里，不僅讓我們想起了我們常見的一種昆蟲——蜻蜓。蜻蜓表面上看起來只有兩只眼睛，但實際上蜻蜓的每只眼睛里又有許許多多的小眼睛，并且每個小眼睛都能完整成像，從而使蜻蜓的視野范圍大大擴大，相控陣雷達的工作原理與此十分相似。

有源相控陣雷達

與無源相控陣雷達

相控陣雷達分為有源（主動）和無源（被動）兩類。其實，有源和無源相控陣雷達的天線陣相同，二者的主要區別在于發射/接收元素的多少。無源相控陣雷達僅有一個中央發射機和一個接收機，發射機產生的高頻能量經計算機自動分配給天線陣的各個輻射器，目標反射信號經接收機統一放大（這一點與普通雷達區別不大）。有源相控陣雷達的每個輻射器都配裝有一個發射/接收組件，每一個組件都能自己產生、接收電磁波，因此在頻寬、信號處理和冗度設計上都比無源相控陣雷達具有較大的優勢。正因為如此，也使得有源相控陣雷達的造價昂貴，工程化難度加大。有源相控陣雷達最大的難點在于發射/接收組件的制造上，相對來說，無源相控陣雷達的技術難度要小得多。

相控陣雷達的應用

相控陣雷達面世后，美、蘇相繼研制和裝備了多部固定式大型相控陣雷達，用于彈道導彈防御系統，其中最典型的就是美國的AN/FPS－85和蘇聯的“狗窩”。上世紀70年代，相控陣雷達得到了迅速發展，具有機動性高、天線小型化、天線掃描體制多樣化、應用范圍廣等特點，英、法、日、意、德、瑞典等國家也加入了研制和裝備的行列，如英國的AR－3D、法國的AN/TPN-25、日本的NPM－510和J/NPQ－P7、意大利的RAT-31S和德國的KR-75等。80年代，相控陣雷達由于具有很多獨特的優點，得到了更進一步地應用。如在已裝備和正在研制的新一代中、遠程防空導彈武器系統中多采用多功能相控陣雷達，已成為第三代中、遠程防空導彈武器系統的一個重要標志。

相控陣雷達的技術日臻完善，使其受到越來越多國家的青睞，并在軍事領域得到廣泛的應用。目前，世界各國在役的驅逐艦基本上都配備了相控陣雷達，我國新造的驅逐艦也不例外。

此外，相控陣雷達也成為了提高戰斗機性能的重要武器。先進的機載有源相控陣雷達本世紀初才進入服役，AESA的成功應用是對傳統機載雷達的一次革命，極大地擴展了雷達的應用領域和提高了雷達的工作性能，并且提高和豐富了作戰飛機執行任務的能力和作戰模式。其中，美國在AESA雷達技術領域起步早、投入大，目前在世界上保持著很大的領先優勢。俄羅斯、歐洲（國際合作）、法國、瑞典、以色列和印度等國也都在努力跟進。

莫斯科的Phazotron-NIIR公司在2000年開始研究AESA雷達，準備競爭第五代戰斗機。目前，該公司正在對甲蟲(Zhuk-MAE)有源相控陣(AESA)雷達的兩部原型樣機進行組裝，目標是裝備米格-35戰斗機。

2007年，美國雷聲公司擊敗了諾斯羅普·格魯門公司獲得了對224架F-15E多功能戰斗機的雷達改裝合同。F-15E戰斗機的主承包商波音公司透露，雷聲公司將為F-15E提供新一代的有源相控陣(AESA)雷達系統，這實際上是AESA戰斗機雷達首次在世界上服役。

2007年2月26日，美國《航宇日報》報道，在過去兩年里，在F-22“猛禽”戰斗機和F-35聯合攻擊戰斗機上的有源相控陣雷達(AESA)除探測小型、甚至隱身導彈外，還能從事更多任務。通過一些改進，這些飛機可采用這種雷達發射假目標信號或高能微波脈沖攻擊敵軍的空空、面空和巡航導彈。

2007年4月24，英國《防務新聞》報道，法國泰萊斯公司為戰斗機研制的RBE2有源相控陣(AESA)雷達于2007年第一季度在法國西南部的Cazaux試驗中心“幻影”2000戰斗機上進行了一系列的飛行試驗之后，已經進入研發的最后階段。通過在實際戰斗機上對AESA雷達試飛得到了肯定的結論，這是新系統性能驗證過程中的一個里程碑。2006年，法國國防部采辦局(DGA)和工業部門簽署了一項協議，定于2012年開始向法國空軍和海軍交付配裝AESA雷達系統的“陣風”戰斗機。泰萊斯把在“陣風”戰斗機上進行的綜合實驗安排在了2007年第二季度，批量生產將在2010年底開始。

軍事技術的每一次進步都將給世界軍事帶來新的變革，相控陣雷達的誕生與應用具有劃時代的意義，讓我們拭目以待相控陣雷達更新的發展與進步。