美軍反導預警體系電子目標研究

吳 嶺，邱彥文，王 梟

（中國人民解放軍66135部隊，北京100071）

0 引言

美國彈道導彈防御系統自20世紀50年代開始，經過四個階段的建設，目前已形成包含陸/海/天基預警探測、一體化指揮控制、中末段分層攔截等要素完備、手段齊全的全球最強反導體系。其中，反導預警體系是美軍反導體系的千里眼，是其反導攔截行動的觸發器和指向器，對其導彈防御的有效性起著至關重要的影響作用，對美軍反導預警體系的電子目標開展研究有助于分析其薄弱環節并尋找對抗措施。

美軍現役反導預警體系主要由兩部分組成，一是天基紅外預警衛星，包括尚未退役的國防支援計劃（DSP）衛星和正在部署的天基紅外系統（SBIRS）衛星；二是地/海基遠程預警雷達，包括1部L波段的“丹麥眼鏡蛇”（Cobra Dane）雷達、7部P波段的升級型預警雷達（UEWR）、1部海基X波段雷達（SBX）和若干部地基X波段TPY-2雷達。本文即對這些預警系統進行研究，主要從基本情況、技術特征及位置分布三個方面進行梳理。

1 國防支援計劃衛星

1.1 基本情況

國防支援計劃（Defense Support Program,DSP）是20世紀70年代初，由美國和加拿大雙邊簽署的北美空中防御計劃（NORAD）之一，其主要任務是利用紅外檢測器監視前蘇聯等國的地下核試驗、彈道導彈與航天器發射活動，重點探測導彈發射主動段的火焰，可為洲際彈道導彈提供20 min以上預警時間[1]。

DSP自1970年發射第一顆預警衛星至2007年，歷經3代，共發射了23顆衛星，在美國彈道導彈防御中發揮了重要作用。海灣戰爭中，實現了對“飛毛腿”導彈的探測、跟蹤，為作戰贏得了時間，是當前唯一在戰爭中使用的預警衛星系統。此外美國通過DSP衛星探測到前蘇聯、法、中、印、朝等國導彈發射信息1000余次[3]。隨著技術的發展，DSP在使用過程中也暴露出問題，比如：1）對地分辨率不高，目標探測虛警率高，定位能力有限；2）難以跟蹤中段飛行的彈道導彈；3）發現助推段較短的戰術導彈目標的能力不足；4）對地球兩極存在導彈目標覆蓋盲區。對此，美國于1995年提出天基紅外系統方案，DSP逐漸退出現役。

1.2 技術特征

DSP預警衛星上搭載了2種紅外探測設備[1]，一是紅外望遠鏡，它主要采用2.7 μm和4.3 μm波段的光敏元件[2]，每隔10 s就可對地面1/3的區域重復掃描一次，可在導彈發射后90 s內探測到紅外輻射信號，并發送至地面接收站，然后轉送至指揮中心，全程需3 min；二是可見光電視攝像機，平時，它每隔30 s向地面站發送一次圖像信息，在紅外望遠鏡發現目標后，轉入1～2幀/s的傳輸模式，為地面站提供導彈火焰圖像的運動軌跡。DSP衛星通過自旋實現探測掃描，衛星主軸保持對地定向，其紅外望遠鏡軸線與衛星主軸成7.5°，隨著衛星自旋形成圓錐狀掃描方式，構成一個立體視角場，自轉速度為6 r/min。

1.3 位置分布

DSP目前有6顆衛星在軌，分別編號為DSP-16、17、18、20、21、22，均運行在地球同步軌道，分別定位于 128°W、154°W、118°E、47°W、10°80°E、66°E。圖 1給出了DSP現役衛星的位置分布與威力范圍仿真。

2 天基紅外系統衛星

2.1 基本情況

天基紅外系統（Space-Based Infrared Satellite,SBIRS）是美軍繼“先進預警系統”（AWS）、“助推段監視與跟蹤系統”（BSTS）、“后繼預警系統”（FEWS）、“導彈報警、定位和報知”（ALARM）計劃等試驗項目之后，于1995年提出的新一代導彈預警衛星系統[3]。其空間系統由3種軌道高度的衛星星座組成，即大橢圓軌道衛星（SBIRS-HEO）、地球同步軌道衛星（SBIRS-GEO）和低軌衛星（SBIRS-LEO）。其中SBIRS-LEO系統于2002年從SBIRS中獨立出來改名為“空間監視與跟蹤系統”（STSS），不再擔負對目標的預警探測任務。

圖1 DSP現役衛星位置分布與威力范圍仿真

目前，美軍已發射了4顆SBIRS-GEO衛星并正在研制生產GEO-5、GEO-6以作為GEO-1和GEO-2的后繼衛星；SBIRS-HEO主要以任務載荷的形式被集成在NROL系列信號情報衛星上，目前也已有4顆SBIRS-HEO衛星在軌飛行。

2.2 技術特征

SBIRS-GEO衛星大小15 m×6.7 m×6.1 m，質量為5 t，主要由雙傳感器有效載荷、A2100衛星平臺和通信天線組成。其載荷約450 kg，包括高速掃描紅外探測器和高分辨率凝視紅外探測器。這2個探測器均為近紅外、中紅外和地面可見光波段三色紅外探測器，使用被動輻射制冷方式，并通過短施密特雙光學望遠鏡觀察地面，指向靈敏度高達0.05°。掃描探測器采用小平面陣列不斷掃描地球的北半球和南半球，可全天候、全天時提供整片區域的大體圖像；凝視型傳感器使用一個正方形焦平面陣列連續地觀測一個特定區域，并檢測紅外輻射的變化。SBIRS-HEO有效載荷寄宿在位于Molniya軌道的NROL系列衛星上，主要任務在于監視北極附近地區以擴大SBIRS的偵查范圍。其載荷為掃描型紅外傳感器，質量為270 kg，集成了近紅外、中紅外和地面可見波段三色探測器芯片，通過雙軸驅動的施密特望遠鏡觀察地面，利用萬向節靈活設置觀察方向。此外，SBIRS系統的紅外探測器具有“See-to-Ground”能力，可穿越云層發現目標。

2.3 位置分布

目前，4顆GEO衛星分別定位于82°E，126°E，52°W和13°W，4顆HEO衛星分別位于4條大橢圓軌道上。圖2給出了SBIRS衛星的位置分布及威力范圍。

圖2 SBIRS現役衛星位置分布與威力范圍仿真

3 地基戰略預警雷達

3.1 基本情況

地基戰略預警雷達是美反導預警體系的重要組成部分，從20世紀50年代起，美軍陸續建設了AN/FPS-49、AN/FPS-50、AN/FPS-85、AN/FPS-92、AN/FSS-7等型戰略預警雷達，現役使用的主要是“丹麥眼鏡 蛇 ”（Cobra Dane，AN/FPS-108）和“ 鋪 路 爪 ”（PAVE PAWS）系列。

“丹麥眼鏡蛇”項目于1971年獲得批準，1973年7月授予雷聲公司，并于1977年達到作戰能力。該雷達只生產了一部，現部署于美國阿拉斯加州阿留申群島，其正式編號為AN/FPS-108。20世紀90年代進行的“丹麥眼鏡蛇”現代化改進項目使該系統的工作壽命得以延續，雷達增強的性能滿足了更高的任務需求。

“鋪路爪”系統由雷聲公司于1976年4月開始研制，最初編號為AN/FPS-115，后經若干次升級，最新型號為AN/FPS-132，經過升級的“鋪路爪”雷達也被稱為“升級型早期預警雷達”（UEWR）。該型雷達，美軍現役部署5部，分布在美國本土及丹麥、英國，此外，中國臺灣和卡塔爾也有部署。其主要任務是探測和跟蹤潛射和陸射洲際彈道導彈，也輔助進行一些環地軌道衛星探測與跟蹤，并把探測信息迅速傳遞給北美聯合防空司令部、美國國家軍事指揮中心和美國戰略司令部等相關機構。

3.2 技術特征

“丹麥眼鏡蛇”雷達是一部大型L波段固定式相控陣雷達，探測距離為4600 km，可提供120°方位扇區覆蓋。該雷達天線為單面稀疏陣，直徑約為30 m，由35000個單元組成，其中有源單元約為15000多個，其余為無源單元。

“鋪路爪”系列雷達是一種P波段固態大型相控陣雷達，其天線為一對直徑約為30 m的圓形平面相控陣列，兩個陣列各包含近2000個單元，安裝在約32 m高的建筑物相鄰的兩面上。兩面陣的電子波束在仰角上覆蓋85°，在方位角上覆蓋240°。雷達可檢測到4800 km處大小為10㎡的目標。

3.3 位置分布

“丹麥眼鏡蛇”雷達部署于阿留申群島的謝米亞島。“鋪路爪”雷達目前全球共有7部，分別部署于：1）馬薩儲塞州奧蒂斯空軍基地；2）加利福尼亞州比爾空軍基地；3）阿拉斯加州科利爾空軍基地；4）丹麥格陵蘭格勒空軍基地；5）英國菲林代爾斯皇家空軍；6）中國臺灣新竹縣五峰鄉樂山；7）卡塔爾。其中第6部為FPS-115，其余6部均為FPS-132。它們的位置分布與威力范圍如圖3所示。

圖3 丹麥眼睛蛇及鋪路爪雷達的位置分布與威力范圍（未考慮天線指向與掃描范圍）

4 地/海基X波段雷達

4.1 基本情況

美軍反導系統的X波段雷達包括一部海基X波段雷達（SBX）和若干部陸基X波段雷達（AN/TPY-2），其主要功能包括目標監視、捕獲、跟蹤、識別、火控支援和殺傷評估[5]，但由于其作用距離往往都超過了1000 km，甚至達到4000 km，因此也可執行早期預警任務。

SBX[6-7]雷達是一種浮動式、有螺旋槳推進的機動雷達站，于2002年開始籌建，波音公司為主要合約商，最初部署到阿留申群島以監視朝鮮導彈。2006年7月5日，朝鮮試射了6枚大浦洞-2彈道導彈，SBX對此次試射進行了全程的跟蹤和分析。美國導彈防御局聲稱該雷達是唯一具備高分辨測量能力的超大型雷達，強大到能夠探測從美國另一側飛過舊金山的一只棒球。但事實上，頭頂光環的SBX雷達在數次飛行試驗中并沒有表現出與其名聲相一致的成績，存在著探測視角窄、識別能力不足、維修保養時間長等問題。

AN/TPY-2[8]陸基機動雷達是美國末段高空區域防御系統（THAAD）的火控雷達，可遠程截獲、精密跟蹤和精確識別各類彈道導彈，主要負責彈道導彈目標的探測與跟蹤、威脅分類、落點估算、引導攔截以及殺傷評估。具有探測距離遠、分辨率高、機動性強的特點。它具有2種部署模式，即可單獨部署成為早期彈道導彈預警雷達（前置部署模式，稱為FBX-T），也可與THAAD系統一同部署，充當火控單元（末端部署模式）。據報道，美國陸軍共采購了12部AN/TPY-2雷達。

4.2 技術特征

SBX雷達長近122 m，高度約有26層樓高，質量為50000 t，是一部采用稀疏布陣（有限視場設計）、二維機掃與二維相掃相結合的X波段大型遠程相控陣雷達。其天線陣為八邊形陣面，為了在保證天線口徑的同時降低單元個數，天線采用大單元間距非周期排布，天線單元為專門設計的高增益喇叭。天線單元數量為45246個，天線直徑22.1 m，面積384㎡，作用距離4000 km（對RCS=0.1㎡的目標），方位掃描范圍±270°，俯仰掃描范圍2°～90°，海上移動速度13 km/h。

AN/TPY-2雷達是高分辨率X波段固態有源相控陣多功能雷達，由天線、電力系統、冷卻系統和主動力系統等4個部分組成。雷達天線面積為9.2㎡，發射/接收陣元數為25334個，陣元峰值功率可達16 W，雷達平均功率為60～80 kW，探測距離最遠可達1700 km（對RCS=1的目標）。具有多種搜索方式、多種先進的抗干擾措施，不僅能完整地獲得高速度、多批次、小RCS目標的標量幾何參數，而且具有在嚴酷信息戰環境中，實時精確探測目標群中每個目標的距離、角域、速度、加速度等參數，對目標分類、識別、編目和成像而認識目標，完成由“亮點”到“圖像”的飛躍，是目前世界上最大、性能最強的陸基移動彈道導彈預警雷達。

4.3 位置分布

目前，SBX雷達正停泊于夏威夷珍珠港，12部AN/TPY-2雷達的部署位置如下：日本車力（FBXT）、日本經岬（FBX-T）、土耳其馬拉迪亞（FBX-T）、卡塔爾（FBX-T）、以色列內蓋夫（FBX-T）、韓國星州郡、夏威夷、關島、白沙靶場、阿聯酋、羅馬尼亞、威客島。它們的位置分布與威力范圍如圖4所示。

圖4 地/海基X波段雷達位置分布與威力范圍（未考慮天線指向與掃描范圍）

5 結束語

綜合來看，美軍現役導彈預警衛星能夠覆蓋全球絕大部分地區，地/海基預警雷達能夠覆蓋北半球主要地區，其“鋪路爪”雷達的預警范圍能夠覆蓋我80%以上的國土，其陸基X波段雷達對華東、華北和東北地區構成較大威脅。下一步，美軍將加快“持續過頂紅外”（OPIR）衛星、新型防空反導雷達（AMDR）等項目的建設，其反導預警能力將進一步提升。對此，應盡快研究針對性措施，列裝新型電子對抗裝備，維持區域拒止/反介入能力，保護國家利益不受威脅。■