艦載二次雷達發展與展望概述

劉顯勇，徐向東，魏 恭，王 強

(1.四川九洲空管科技有限責任公司，四川 綿陽 621000；2.中國人民解放軍空軍駐綿陽地區軍事代表室，四川 綿陽 621000)

0 引 言

二次雷達(SSR)是一種空管雷達信標系統(ATCRBS)，是現代空管系統必配的設備之一。它是從西方敵我識別系統(IFF)發展起來的，采用詢問應答協同式工作原理，即詢問機對監視空域內的飛機發出詢問信號，飛機應答機接收到詢問后產生應答信號，通過對應答信號的接收處理來實現飛機定位。同時，由于采用協同工作方式，還能獲取飛機的身份和高度等信息。因此，二次雷達具備了雷達和通信的雙重功能，是提供空中飛行情報及態勢的主要信息來源，不僅在民航中得到大量應用，還廣泛運用于軍事領域。[1]

1 近年來美國艦載 SSR 發展動向

諾思羅普-格魯曼公司為美國海軍配備的UPX-24系統在 CG-47 “提康德拉加”級“宙斯盾”巡洋艦、DDG-51 “阿里·伯克”級“宙斯盾”驅逐艦和 LHD-1 “瓦斯普”級兩棲攻擊艦得到大量應用。UPX-24 是作為艦載敵我識別系統(IFF)的一個配套部分投入實際應用的，負責接受艦載武器系統的詢問、回答和控制命令，同時負責向艦載武器系統提供目標情況報告，能夠為裝配該產品的美國及其盟國軍艦提供積極而安全的協同飛機的身份等情況。該系統能夠通過一個數字界面為軍艦上的指揮、控制、通信、計算機和情報系統(即 C4I 系統)提供相關目標的新數據資料，并對目標識別方面的詢問作出應答。

“柯蒂斯威爾伯”號驅逐艦(USS Curits Wilbur(DDG-54))是美國海軍“阿利伯克”級驅逐艦的第4艘，裝有UPX-37敵我識別系統，用OE-120圓形天線陣列。

美國“哈利法克斯”(Halifax)級護衛艦裝備了Telephonics公司的IFF產品。Telephonics公司是一家IFF詢問器供應商，其詢問器是唯一達到美國國防部AIMS認證標準的敵我識別產品。AIMS認證模式包括MARK XII、Mode 5、Mode S、多通道 ADS-B。IFF產品系列包括AN/UPX-40/43/44/505，不僅安裝在艦船上，還安裝在其他平臺上，如預警機、美國海軍的MH-60R海上直升機、P-8A“海神”(Poseidon)多任務飛機，以及加拿大海軍的CP-140“極光”(Aurora)偵察機、CH-148海上直升機和美國海軍陸戰隊的地/空任務導向雷達(G/ATOR)系統。

“尼米茲”級航母是世界上現役噸位大和綜合作戰能力強的軍用艦只，其配置的IFF應答子系統的型號是AN/APX-72系統。IFF詢問子系統的型號為AN/UPX-29。該系統為集中式的MK XII IFF系統，其獨特之處是包括一個獨立于其他雷達的電掃天線。該電掃天線能對自動彈出的目標進行即時詢問。AN/UPX-29系統集成了AN/UPX-27敵我識別詢問機、AN/UPX-24(V)敵我識別核心處理器、OE-120/UPX天線組件、AS-2188/UPX天線等，能夠獨立地用于空中交通管制，并能準確、安全地進行“我方”識別，還能夠將傳統的IFF模擬數據轉換為數字數據。

“福特”級航母是美國海軍新銳的次世代超級航空母艦系列。航母大量采用先進偵測、電子戰系統及設備，以符合美國海軍未來IT-21聯網作戰的要求。在規劃階段，“福特”級航母最主要的偵測系統是與“朱姆沃爾特”級驅逐艦相同的雙頻雷達系統(Dual Band Radar，DBR)，包括AN/SPY-3多功能雷達和AN/SPY-4遠程廣域搜索雷達。[2]與“尼米茲”級航母采用的SPS-48雷達相比，DBR最大的優點就是提高了“福特”號航母對付高超音速目標的能力。SPS-48采用頻率掃描，只能在高低方向實現電子掃描，方位上仍舊采用機械掃描，因此目標數據更新速率較低，如目標速度較快就會出現確認比較困難的問題。而DBR是二維電子掃描，在探測到目標后可迅速調轉波速目標，對目標進行確定，因此目標關聯速度較快，在目標速度、數量增加的情況下仍然可以迅速確認目標，繼而引導武器系統進行攔截。一部雷達完成了原來需要幾部雷達才能完成的工作。[3]

2 21世紀對艦載二次雷達作用和發展的認識

二次雷達(即西方IFF)由于其“一問一答”的合作式體制，具備了一次監視雷達所不具備的特點，如能夠快速、準確地識別友方飛機，能夠有效防止自相殘殺行為的發生(軍用)，通過提供身份識別碼、氣壓高度等能提高空中管制效率(民用)。這些特點基本的原理也即是上行詢問不同模式(M1、M2、M3/A、MC、M4、MS、M5)的詢問編碼，飛機回應相應模式的應答編碼來完成這些功能。這些基本特點應用于艦船，衍生出艦載二次雷達的獨特作用。[4]

2.1 敵我識別

艦載二次雷達的主要作用是幫助防空雷達操作員和防空導彈操作人員區別友好和潛在的敵對艦船、飛機。分清敵我一直是開展軍事斗爭需要優先解決的一個復雜問題和基本前提，而敵我識別系統的作用就是在戰爭環境中自動并正確地區分目標的敵我屬性。敵我識別已成為現代信息化戰場軍事對抗的重要手段之一。它可以大大增強作戰指揮與控制的準確性和各作戰單位間的協調性，顯著加快系統反應速度，降低誤傷概率，特別適合于多兵種聯合作戰使用。

2.2 作戰引導

在作戰過程中，作戰引導的目的是將艦載機引導至特定作戰區域。艦載機作戰引導過程中，除用艦載雷達外還需要采用二次雷達。通過二次雷達良好的監視性能(距離、方位精度高)，能夠更準確、更安全地引導艦載機到達指定的作戰位置，避免航線出現偏差從而貽誤戰機。[5]

2.3 艦艇態勢感知能力和威脅識別能力

通過探測所處海域、空域內裝有SSR/IFF應答機的艦船、飛機，獲取目標位置信息，增強艦艇對周圍空間的態勢感知能力。通過身份識別及目標位置信息的綜合研判，增強艦艇的威脅識別能力。[6]

2.4 空中交通管制

對于大型艦船(如航母)SSR還起到空中交通管制的作用。美國航母有專門的航母空中交通管制中心(CATCC)，其管制區域以航母為中心，半徑50 n mile，從水面向上無限延伸的空域。在特殊情況下，如航母編隊時，其管制范圍由于存在相鄰的空域控制而受限制。美國航母還受國際民航的委托，在大洋區域(雷達無法覆蓋的區域)擔負航路監視的任務，為空管提供空情信息。

2.5 防空識別區

防空識別區指的是一國基于空防、需要所劃定的空域，目的在于為軍方及早發現、識別和實施空軍攔截行動提供條件。依據防空識別區的任務使命，其基本要求是監視并識別航空器。在防空識別區的識別規則中，其中重要的一項就是應答機識別。在防空識別區飛行的航空器配有二次雷達應答機的應當全程開啟。識別區并非只存在于本國的大陸周圍，軍艦也被視為是一個國家移動的領土，所以部分擁有航母的國家也以航母為中心劃定防空識別區。美國除了其大陸設防空識別區外，航母編隊出航時也劃定防空識別區。航母到什么位置，防空識別區的中心就到什么位置。美國航母防空識別區的半徑會根據作戰情況來變化，有時半徑會劃到200～300 km，而在有一定敵情危險的情況下防空識別區的半徑則增至300～350 km。法國航母在海外部署的時候也有防空識別區，在遇到有飛行器進入時會執行一套程序，包括雷達跟蹤、艦載機甲板待命或留空、艦載機前往查證等等。

2.6 著艦引導

對于航母來說，為了保證艦載機正確返航和著艦都配備了各種著艦雷達、引導系統，其中二次雷達發揮著不可替代的作用。除負責識別出艦載機的敵我屬性，二次雷達更主要的是通過 3/A身份識別代碼識別出飛機的類型，以便于各種飛機準確著艦。

總之，作為一種重要的軍用/民用電子系統，SSR/IFF技術和裝備的發展向來都受到世界各國的格外重視。特別是21世紀對作戰精確打擊的要求，對空管更安全高效的要求，都對 SSR/IFF的發展提出了新的挑戰，但其主要作用仍然是敵我屬性的識別、身份屬性的識別、位置的探測等。隨著模式S、模式5的發展，SSR/IFF還擔負起數據鏈傳輸的重任。

3 艦載二次雷達技術特點和發展展望

3.1 共形天線

現有艦載二次雷達天線形式多采用線形天線，也有圓形天線。圓形天線與桅桿共形，更能節約空間資源。未來艦船的發展要求艦載雷達采用與艦體共形的天線設計，以降低RCS，保證艦船的隱身效果，給艦船帶來更強的生存能力。通常艦載雷達的天線往往受到尺寸、質量、風阻、振動等因素的限制，在設計中很難做到性能優化。但是，共形天線則可以巧妙利用船體資源，進行合理設計，使天線的性能得到提高。共形天線以陣列天線為基礎，通過幅相控制實現雷達的空間掃描，具有隱蔽性好、抗干擾能力強和探測能力強的優點，并且能很好適應未來隱身艦艇的結構和電磁兼容要求。目前，典型的共形天線技術主要有高效率收發組件技術、高速數字波束形成技術、高精度波束形成控制和校正技術，以及自適應波束形成技術及高效冷卻技術等。

3.2 數字陣

數字陣列雷達是一種接收和發射波束都采用數字波束形成技術的全數字陣列掃描雷達。相比于模擬雷達，數字雷達可更好地抗射頻干擾和其他環境因素影響。由于數字雷達的收/發波束均以數字方式形成，所以擁有許多模擬雷達所不具備的優良性能,如可自適應地形成波束以實現空域抗干擾、可同時形成多個獨立可控的波束而不失信噪比、波束由權矢量控制因而靈活多變及天線具有較好的自校正和低旁瓣性能等。

對于艦船平臺來說，將數字技術融入到航管二次雷達中可以提高航管二次雷達的綜合性能。首先，從結構上講，數字陣列雷達結構相對簡單，無需轉臺和伺服系統，可以減輕設備質量、精簡設備組成，從而提高設備的可靠性；其次，從波束的掃描能力方面來說，由于取消了用轉臺和伺服系統控制的機械掃描，取而代之的電掃描更具有波束掃描時間快、掃描精度高、波束調度靈活以及可形成多波束等優點；再者，從電磁環境的角度來看，艦船上電子設備眾多、天線林立，電磁環境十分復雜，數字技術運用與航管二次雷達可更好地抗射頻干擾，提高電磁兼容能力，滿足艦船設備抗綜合干擾能力的需要。[7]

3.3 Mode S(模式S)

模式S二次雷達監視系統，為每架飛機分配了一個唯一的地址，采用了點名詢問的工作方式，減少了傳統的A/C模式存在的目標分辨力差、竄擾、混擾等問題。 特別是模式S系統具有數據鏈功能，能夠傳輸較多的飛機信息，可以提供比當前的二次雷達更強的監視能力、更高的精度和更高的可靠性。

作為艦載移動空中交通管制的核心組成部分，二次雷達監視系統采用模式S無疑是一個明智的選擇。利用模式S技術，能改善近距離艦載機的分辨率、增強安全性(提供更高的空中交通偵察數據的完整性，減少無線電頻率擁塞)、提高ATM能力(克服高交通密度域的模式A缺陷，減少控制人員的工作量和控制器的負荷)、提高ATM效率(為控制人員和ATM系統提供更多的增值數據，提高雷達分離任務的效率)、增大容量(模式S傳感器的吞吐量達到4Mb/s)、支持自動決策所需要的精確偵察、保證更高的偵察數據完整性和可靠性。

3.4 Mode 5(模式5)

當下，全球敵我識別的焦點仍屬以美國為首的北約國家及其盟國對各自海、陸、空平臺實施的模式5敵我識別系統加改裝。模式5是一種新的保密模式，采用擴頻技術、精密時間同步技術、計算機現代加密技術，縮短了密碼有效期，提高了敵我識別系統的抗干擾、欺騙、偵收和摧毀的能力。

3.5 ADS-B

ADS-B是一種利用空地、空空數據通信完成交通監視和信息傳遞的航行新技術，國際民航組織(ICAO)將其確定為未來監視技術發展的主要方向，并正積極推進該項技術的應用。它集成機載導航系統導出精準的航行數據(包括身份編碼、三維位置、速度矢量、飛行意圖等)，利用地空數據鏈通信方式，實時、自發、間歇性(每秒一次)地對外廣播。

基于艦載平臺，無論是獨立安裝ADS-B地面站系統還是將ADS-B IN功能集成在二次雷達系統上，都是提升艦船對周圍空域監視能力水平的一個有利手段。相比雷達監視，ADS-B對監視目標提供更快的報告刷新速率(<1 s)、更準確、帶位置/速度信息的航跡，有利于較大提升航跡計算精確度，給管制員提供更準確的軌跡顯示，增強基于監視的安全網絡，為管制員提升決策支持工具的性能。對于高密度的交通空域，特別是有人工飛機調配需求和飛行起降的高密度終端區，ADS-B的這些優點尤為突出。

4 結束語

為了適應未來海上作戰的需要，艦船的隱身性、電磁兼容性的要求越來越突出，迫使艦船朝著艦島集成化、桅桿復合化、電子設備天線孔徑綜合化等方向發展，艦載二次雷達也將隨著艦船的發展向更加數字化、智能化的方向發展。