盾和彈之間的那點事（六）——綜述篇（3）

涂林峰

三坐標雷達

有很多人搞不明白054A護衛艦上配備的“頂板”雷達是不是相控陣雷達，準確來說，“頂板”屬于三坐標雷達，不是相控陣雷達。何為三坐標雷達？簡單說，三坐標雷達就是在高低方向上實現了電子掃描，但在水平方向上仍是傳統的機械掃描，因此充其量只能算半個相控陣雷達。三坐標雷達通常也采取平板陣天線，因此從外觀上看并不太容易與相控陣雷達區別開來，但明顯不同于其它類型的雷達（如拋物面式天線的雷達）。那么三坐標雷達是怎樣工作的呢？引用前文的比喻，如果說相控陣雷達是由無數個LED小燈泡組成的一支大探照燈，那么三坐標雷達就是由多個日光燈管排成的一支大號探照燈，這些燈管左右移動不便，但可以快速上下轉移光束，而左右方向上的覆蓋則靠旋轉來實現。如果你看到一種外觀上由一堆“金屬管”組成的平板雷達，那么它很可能就是三坐標雷達，比如美國AN/SPS-48三坐標雷達的天線陣就由73根波導管組成。顯然，三坐標雷達的技術實現難度比相控陣雷達要低的多，它也是各類軍艦上常見的一種艦載防空雷達。三坐標雷達的作用距離一般僅次于對空警戒雷達，可達 300～400千米左右，其探測能力強、數據處理速度快、精度高、抗干擾能力強，一般用于對中遠程目標的搜索與跟蹤，可以作為大中型艦艇的主要防空雷達。但三坐標雷達無論是性能還是功能，與相控陣雷達相比則存在著明顯的差距。相控陣雷達一般都具備更優秀的多功能性，可以做到搜索、跟蹤、火控樣樣都精，而且相控陣雷達無論是探測精度、抗干擾能力、反隱身能力，還是多目標跟蹤能力等指標都全面勝過三坐標雷達。但三坐標雷達也暫時不會被淘汰。它的優勢在于體積小、重量輕、結構簡單、造價較低，且技術上早已成熟可靠，作為艦載主防空雷達其最大探測距離不輸于相控陣雷達，今后在遠程搜索、跟蹤等方面還有很大的發展前景。在造價昂貴的艦載相控陣雷達還難以全面普及之前，三坐標雷達仍然是一種性價比非常高的艦載防空雷達，世界各國也紛紛發展了新一代先進艦載三坐標雷達，比如SMART-S、“工匠”等型號，即使是美國海軍最新的LCS瀕海戰斗艦也配備的是三坐標雷達，如“自由”級配備的是TRS-3D型C波段三坐標雷達，“獨立”級則配備的是“海上長頸鹿”先進三坐標雷達。

與三坐標雷達對應的還有兩坐標雷達，兩者的區別在于兩坐標雷達僅能提供目標的方位和距離信息，而三坐標雷達則多提供了一維高度信息，兩者的代表型號分別為美國AN/SPS-49型兩坐標雷達和AN/SPS-48型三坐標雷達。這兩種雷達具備不同的性能特點，可以起到相互補充的作用，因此一些美國艦艇同時裝備了這兩型雷達，比如臺灣從美國購入的“基德”級驅逐艦。由于兩坐標雷達不能提供目標的高度信息，在防空作戰中存在很大的局限性，已經越來越不適應現代戰爭的要求。目前兩坐標雷達一般多用于對精度要求較低的遠程警戒雷達，功能非常有限。隨著時代的進步，老式兩坐標雷達將會逐漸從艦載雷達領域淘汰，我國112、113號驅逐艦當年在艦體后部設置的一部518型遠程警戒雷達就是兩坐標雷達，經過升級改裝后現已拆除。

旋轉陣和三坐標

三坐標雷達和旋轉陣又有什么區別呢？僅從外觀和工作方式上看兩者似乎區別不大，都是一部不停旋轉的平板雷達，只不過旋轉陣更加嬌貴，往往要在外面套一個雷達罩。但實際上兩者是有本質區別的，區別就如同前文所講的，一個是由燈管組成的，一個是由燈泡組成的，顯然后者在作戰使用中要比前者具備了更好的靈活性。旋轉陣雖然也靠旋轉來實現水平方向的全向覆蓋，但與三坐標雷達不同的是，旋轉陣是有水平方向的電子掃描能力的。雖然旋轉體制讓這種水平電掃受到一定的限制（這也是旋轉陣相比四面固定陣最大的劣勢所在），但比三坐標雷達還是有優勢的。簡單說就是旋轉陣即使停止旋轉，其在水平方向上也有90～120度左右的扇面視場，水平方位視場要比三坐標雷達大的多，因此在同樣轉數下旋轉陣的目標數據更新率比三坐標雷達更高。另外，由于旋轉陣的雷達體制要優于三坐標雷達，其探測精度、抗干擾能力以及多目標跟蹤能力等都要強于三坐標雷達。從功能上講，旋轉陣的功能也更有優勢，舉個例子，旋轉陣可以暫時停止旋轉，將天線陣面對準高威脅方向，稱之為“凝視模式”，2艘配備了雙面旋轉陣的艦艇采取這種戰術就能實現在高威脅環境下的全向覆蓋，與四面固定陣的效果無異，這種功能三坐標雷達是絕無可能辦到的。總結來說，旋轉陣是一種比三坐標雷達更為先進的雷達體制，它的技術復雜度和造價遠高于三坐標雷達，實際的防空性能也要遠勝過三坐標雷達，這是因為兩者的區別不只是雷達天線本身，還包括信號處理、數據傳輸、供電、計算乃至終端顯示在內的整個后端系統，這才是旋轉陣作為一種“神盾”的真正優勢所在。未來在艦載雷達領域，旋轉陣將繼續走僅次于四面固定陣的高端路線，而三坐標雷達則會走高性價比路線，在中輕型艦艇以及二線艦艇上繼續大放光彩，兩者之間并不存在定位上的沖突，只是要看設計人員如何取舍了。endprint

何為“盾”？

這個問題如果放在上世紀那么就只有一個答案——“宙斯盾”。不過，新世紀以來各國海軍新下水的各類“神盾”艦可謂是層出不窮，因此有必要對“神盾”艦以及“神盾”作戰系統下一個定義。首先，以三坐標雷達或兩坐標雷達為主防空雷達的艦艇都不算“神盾”艦，比如我國054A型護衛艦、052B型驅逐艦、印度“什瓦利克”級護衛艦、韓國KDX-2型驅逐艦、臺灣“基隆”級驅逐艦、美國“斯普魯恩斯”級驅逐艦、俄羅斯“現代”級和“無畏”級驅逐艦以及“光榮”級巡洋艦等都不能算作“神盾”艦。雖然這些艦艇型號中有些已經配備了先進的垂發系統和遠程艦空導彈，但卻沒有配備與之配套的先進相控陣雷達系統。那么有相控陣雷達的就一定是“神盾”艦嗎？也不一定，必須是艦上的主防空雷達是相控陣雷達，其它補充性質的雷達系統（如對海搜索雷達或遠程警戒雷達）即使采用了相控陣體制，也不能說明就是“神盾”艦。此外，有了相控陣雷達后還要與先進艦空導彈相結合，并形成有效的中遠程區域防空能力，才能算作“神盾”艦。這方面的反面典型就是日本“高波”級和“村雨”級驅逐艦，雖然配備了OPS-24型有源相控陣雷達，但卻只具備有限的近程點防空能力，因此一般也不會將它們看作是“神盾”艦。最后，也是最關鍵的一點在于，光有相控陣雷達還不夠，整個艦上作戰系統必須要具備射頻管理、信號處理、數據傳輸、敵我識別、火力控制等一整套指揮控制能力，從而實現全艦最優的防空效能。也就是說“神盾”艦的真正精髓不在于“盾”本身，而在于整個“神盾”作戰系統。從這一點來講，一些出口型護衛艦雖然很多都配備了相控陣雷達，但在外觀上看不見的軟件上縮了水，空有“盾”的外表卻沒有“盾”的精華，也就不配稱作“神盾”艦。綜上所述，當前有資格稱作“神盾”艦的只有五常國家、歐洲、韓日和印度等少數大國強國海軍裝備的相應的“大盾”艦、“小盾”艦型號。另外，還有一些防空艦可以看作是準“神盾”艦，如我國051C型驅逐艦、俄羅斯“彼得大帝”號巡洋艦等，這些準“神盾”艦雖然也具備了很強的單艦防空能力，但綜合防空性能與其它“神盾”艦仍存在一定差距。

有源和無源

相控陣雷達可以分為無源相控陣雷達（PESA）和有源相控陣雷達（AESA），前者的技術門檻較低，早期艦艇上多部署的是無源相控陣雷達，而后者具備了更優異的性能，在新世紀以來有越來越多的水面艦艇開始配備新型有源相控陣雷達。那么，兩者的區別在哪里呢？引用前文的比喻，傳統的機械掃描雷達就是一個普通的探照燈，而相控陣雷達則是由成千上萬個小燈泡（T/R組件或移相器）組成的一支超級探照燈，這無數個小燈泡可以聽你指揮靈活地分配光束指向，從而實現比傳統機械掃描雷達更強大的功能與性能。相控陣雷達的無數個小燈泡可以通過兩種方法來實現光束的靈活控制。第一種方法是將這無數個小燈泡集體快速轉移光束，利用電子掃描的優勢在幾乎一瞬間的時間內在多個目標之間來回照射，從而實現同時照亮多個方向上的不同目標的能力。這種能力實現的基礎在于成千上萬個小燈泡所組成的強大能量上。由于相控陣雷達具備強大的發射能量，所以在“同時”照射多個目標后仍能保證有充足的能量將目標照亮，從而實現照射能量在多個目標之間的分配。這種方法對應的是無源相控陣雷達，它的工作原理與傳統雷達其實區別不大，只不過是利用電掃描的瞬間移動的特性，使一部雷達達到傳統的多部雷達同時工作時的效果。第二種方法就是將這成千上萬個小燈泡分成多組，一組小燈泡被分配用于照射一個目標，從而實現用多道光束同時照亮多個不同方向上的目標的能力。很顯然，這種光束控制與能量分配的方法比前一種更加靈活，因為在這種情況下每個小燈泡都能單獨作用，而不像前一種只能集體作用，因此可以靈活分配照射目標用的小燈泡的數量，比如在對付隱身目標、強干擾目標或進行反導作戰時，可以把全部的小燈泡都集中用于照射同一個目標，而在對付威脅性較低的目標時，又可以把眾多小燈泡分散能量用于照射多個不同目標，這種方法對應的就是有源相控陣雷達。

有源相控陣雷達采用數量眾多的發射/接收模塊，每一個輻射器都是一個發射/接收模塊，每一個輻射器都自己產生和接收電波，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。而無源相控陣雷達只有一個中央發射機和接收機，發射的能量由計算機分配到天線上的每一個輻射器。正因為如此，也使得有源相控陣雷達的造價昂貴，工程化的難度更大。由于有源相控陣雷達在進行波束控制與能量分配時具備更高的靈活性，因此比無源相控陣雷達更強大。比如前文提到的無數個小燈泡，既可以被分配用于對目標的照射上（即傳統的雷達照射功能），也可以分出一部分用于發射干擾信號或通信信號，從而實現干擾和通信等其它射頻功能，這種情況下有源相控陣雷達已不再局限于傳統的雷達功能了。這種技術被稱為“綜合射頻技術”，利用同一個射頻系統進行實時控制與資源共享、資源管理、資源分配，從而通過一部雷達系統同時實現多種射頻功能。比如美國海軍原計劃安裝于DDG-1000驅逐艦上的DBR雙波段雷達就采用了這種技術。DBR雷達系統可取代原來艦上5～10部雷達的功能，其中的AN/SPY-3型X波段有源相控陣雷達可以用于海面/低空搜索、潛望鏡/水雷檢測、數據鏈、電子戰、目標跟蹤和照射等功能。相控陣雷達的多功能一體化可以有效減少艦上天線的數量，這對水面戰艦來說是非常重要的。endprint

有源相控陣雷達無論在性能還是功能上都比無源相控陣雷達具有明顯的優勢，具體如下：一、有源相控陣雷達發射/接收信號時的射頻損耗小，因此在同樣條件下（比如同樣的雷達孔徑）的探測距離比無源相控陣雷達更遠。二、有源相控陣雷達的可靠性比無源相控陣雷達更高，由于前者的信號發射和接收是由成百上千個獨立的收/發單元組成，因此少數單元失效后對系統性能影響不大，雷達仍具備工作能力。而無源相控陣雷達的發射機組或波導管一旦出現故障或戰損，就會導致整個雷達系統失效。三、有源相控陣雷達可以靈活變換波束，從而不易被敵方電子偵察系統截獲，有利于提高雷達的電子對抗能力。四、有源相控陣雷達相比無源相控陣雷達而言，可以大幅縮小體積和重量，適于安裝在中輕型艦艇上。五、有源相控陣雷達更有利于采用先進的數字波束形成技術和信號處理技術，從而有更強的抗干擾能力、反隱身能力和探測精度。

當然，有源相控陣雷達雖然在體制上有優勢，但并不代表實際型號也有優勢。從性能來看，有源相控陣雷達對無源相控陣雷達的優勢并不是絕對的，比如在最大探測距離等具體的性能指標上，無源相控陣雷達也可以不輸于有源相控陣雷達，甚至還更加強大。有源相控陣雷達相比無源相控陣雷達的真正優勢還是體現在功能上，這才是其體制領先于后者一代的根本所在。而且，有源相控陣雷達發展和升級的潛力遠不是無源相控陣雷達可以相提并論的。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，其雖然在功能和性能等方面不如有源相控陣雷達，但明顯優于機械掃描雷達，不失為一種較好的折中方案。即使有源相控陣雷達研制成功以后，無源相控陣雷達作為相控陣雷達家族的一種低端產品，仍然具有很大的實用價值，具備了較為理想的性價比。因此我們可以看到美國“宙斯盾”系統歷時長久仍然興盛不衰，而各國的新一代高端、低端艦載相控陣雷達也有很多都采用了無源相控陣體制。

美國“宙斯盾”系統作為艦載“神盾”系統的開山之作，其配備的AN/SPY-1系列雷達雖然歷經了多次升級與改良，但始終采用的是無源相控陣體制，與世界各國新一代艦載相控陣雷達有源化的發展趨勢顯得格格不入。這主要是因為“宙斯盾”系統在歷經了幾十年的不斷發展與改進后，裝備了包括美國海軍以及盟國海軍在內的大量水面艦艇，其技術狀態已經非常成熟、可靠，因此非到不得已的時候，美國海軍是不會輕易放棄這種早已成熟可靠的相控陣雷達系統的。其最新的改進型AN/SPY-1D（V），提高了對付低空目標的探測能力以及抗電磁干擾能力，該雷達已裝備“伯克”2型各艦（DDG-78之后）。AN/ SPY-1雷達不但在防空性能上有出色的表現，同時也具備了強大的反導探測能力，其反導探測能力在世界各國的“神盾”系統中都是獨一無二的。“宙斯盾”系統為了強化反導能力，大幅強化了AN/SPY-1雷達本身的信號處理能力以及后端軟件的運算能力，連帶提升了“宙斯盾”系統的整體綜合防空性能。

不過，作為一種無源相控陣雷達系統，AN/SPY-1雷達的升級潛力終究還是有限的，因此美國海軍適時地開展了新一代艦載有源相控陣雷達的研制工作，其典型代表為DBR雙波段雷達系統和AMDR有源相控陣雷達系統，前者已安裝于“福特”號航母，而后者則將是“伯克”3型驅逐艦的標準配置。尤其是“伯克”3型驅逐艦配備的AMDR-S有源相控陣雷達，由于采用了新型氮化鎵（GaN）半導體技術來制作T/R單元，所以在雷達天線尺寸與AN/ SPY-1D相比變化不大的情況下，卻實現了更高的發射功率，性能也有了驚人的增長。相比AN/SPY-1D，AMDR雷達有望在兩倍的距離上探測到一半RCS大小的目標，同時跟蹤的空中目標數量增加6倍左右，同時引導的艦空導彈數量增加3倍左右，在綜合防空性能上有了質的提升。

我國也較早開展了艦載有源相控陣雷達的研究工作，研制并裝備了346型和346A型有源相控陣雷達，這是我國真正自主創新研制的相控陣雷達系統，其技術已達到國際領先水平。作為“中華神盾”的重要組成部分，這兩型雷達系統不但能探測和跟蹤遠程空中目標，還能對發射的遠程艦空導彈進行跟蹤和引導，其對空探測距離、同時處理的目標數量和導彈引導能力在世界上都處于先進行列。而最讓人欣喜的是，我國不但趕上了艦載有源相控陣雷達的發展潮流，并且起點很高，而且隨著我國陸基、空基相控陣體制雷達技術的進一步發展，我國在該領域的技術優勢還將進一步擴大。endprint