舰载三坐标雷达发展趋势分析

贾卫东，石春燕

(1.海军驻北京地区电子设备军事代表室，北京 100000;2.中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 210003)

0 引言

现代舰艇受到的威胁主要来自空中和水下，其中反舰导弹更是舰艇的主要威胁。三坐标雷达因其能测量目标的三维位置参数(仰角/高度、方位、距离），对空中目标的探测有着明显的优势，且便于与武器系统配合对空中目标进行打击，已成为舰载雷达的主流。三坐标雷达替代两坐标雷达也成为舰载雷达发展的趋势。目前，各海上强国都很重视舰载三坐标雷达的发展，舰载三坐标雷达技术已呈现出多功能、新体制、新技术、系列化的发展。

1 舰载三坐标雷达的主要技术特点

三坐标雷达在其发展过程中出现了堆积波束、频扫、相扫、频相扫结合、相控阵等多种体制。各种体制雷达的技术特点分析如下:

(1）堆积多波束 这是较早的一种三坐标体制，采用垂直方向上多个波束堆积以获得目标的仰角或高度参数，方位采用机械扫描。该体制雷达技术较简单，便于实现，但仰角测量精度难以提高，且设备量较大;

(2）频扫 一般垂直方向上采用频率控制波束扫描，方位机械扫描，可通过多频点实现同时多波束，空域覆盖较广，可实现较高的数据率。该体制可实现较高的功率孔径积，适用于中远程的对空探测，但由于体制的限制，抗干扰手段和能力有限;

(3）相扫 一般垂直方向上采用相位扫描，方位机械扫描。随着数字T/R技术的成熟，DBF技术的应用，现在一维相扫雷达可实现窄收，同时多波束，从而提高了数据率。相扫三坐标雷达具有频域和空间等抗干扰手段，抗干扰能力强。

(4）相频扫 兼有频扫数据率高和相扫波束控制灵活的优点，抗干扰能力强，缺点是天线设计复杂，结构笨重且成本高。

(5）相控阵雷达 具有灵活的资源调度功能，便于实现多功能，抗干扰能力强，是高性能的舰载三坐标雷达的重要发展方向。

2 国外典型舰载三坐标雷达

目前，世界范围内有代表性的舰载三坐标雷达主要有AN/SPS-48 系列雷达、Fregart(弗列盖特）系列雷达、SMART 系列雷达、Herakles(大力士）雷达、TRS-3D雷达、海上长颈鹿AMB雷达等。

2.1 AN/SPS-48雷达

AN/SPS-48雷达为频扫三坐标雷达，工作频段为2.9～3.1GHz，是美国海军大型水面舰艇大量装备的三坐标远程对空搜索雷达，主要负责提供空中目标三维数据并为武器控制系统提供目标指示。该雷达方位上360°机械扫描，仰角上采用频率扫描，可以同时发射9个1.5°的叠加笔形波束。通过自动改变发射频率，使之与船体的摆动呈函数关系，以获得船体运动的波束稳定性。

图1 AN/SPS-48 远程对空搜索雷达

随着功能使命的升级和技术水平的提高，AN/SPS-48雷达的发展已经经历了A/B/C/D/E/F 等多个系列。特别是AN/SPS-48E 采用固态器件，提高了系统的可用性;提高了杂波环境下探测巡航导弹等小目标的能力，实现对来袭小目标的自动跟踪和预警。该雷达装备了美国的多数作战舰艇。

2.2 Fregart(弗列盖特）系列雷达

Fregart(弗列盖特）系列雷达是种舰载多功能、三坐标频扫、360°全覆盖、全天候监视雷达，采用E、H波段背靠背形式天线，采用了笔形波束和复合波形，设计用于对海上和机载目标进行监视和探测，并向武器系统提供目标数据。在密集干扰和对抗环境下，Fregat雷达也可以有效工作，而且还可以与敌我识别器组合提供敌我识别信息。该系列雷达采用LRU(现场可更换单元）制造，可以很容易地排除故障。该系列雷达包括Fregat-M2EM、Fregat-MAE、Fregat-MAE-l、Fregat -MAE-2、Fregat-MAE-3和Fregat-MAE-4k。这些不同变型的区别主要体现在作用距离、通道数、工作频率和重量上，以满足装备不同排量的舰船的需要。该系列雷达装备了俄罗斯的多数作战舰艇。

图2 Fregat雷达

2.3 SMART雷达

SMART 系列雷达为一维相扫体制雷达，主要有SMART-L和SMART-S雷达，搜索采用DBF 宽发窄收同时多波束。

SMART-L雷达工作在L波段，发射功率大，最大作用距离可达400km，可以提供目标三维坐标信息。能自动探测和跟踪空海目标不小于1000个，其中对海搜索由L波段对海监视通道完成，能自动探测和跟踪100个海面目标航迹，距离达60km。对低空可观测目标的探测距离为55km。该雷达专门用于预警和跟踪超小型飞机和导弹，满足对小型隐身空中目标的中程探测、常规飞机的远程探测、视距内海面目标探测的要求，具有高的抗干扰性能。

SMART-L 主要装备了4 艘荷兰“DeZeven Provincien”级驱逐舰和3 艘德国“Sachsen”护卫舰。

图3 SMART-L 立体搜索雷达

SMART-S雷达工作在S 频段，作用距离达250km，能对付掠海飞行或从70°或大于70°到达小型高速反舰导弹，并可同时跟踪160个空中目标和40个海面目标。该雷达被用作数据处理和武器系统控制的主传感器，在严重杂波和电子干扰环境中具有极好的性能。

该雷达主要装备了智利Karel Doonnan和Jacob Van Heemskerk 级护卫舰，德国Brandenburg 级导弹护卫舰(4 艘），以及荷兰Jacob Van Heemskerck (2 艘）和KarelDoorman(8 艘）级导弹护卫舰。

图4 SMART-S雷达

2.4 Herakles(武仙座）雷达

泰勒斯公司的Herakles(武仙座）雷达，为单面两维旋转相控阵雷达，工作于S波段。其战术覆盖空域250km，能实现目标跟踪和识别，能够为MBDA 公司的主动雷达寻Aster(紫苑）系列舰对空导弹提供中段制导。该雷达主要用于要求自卫和中远程监视的护卫舰。

Herakles雷达的无源相控阵天线单元的圆形阵面装有1761个移相器组件，能以电控方式控制雷达波束，如图4所示。利用相控阵灵活的波束调度优势，Herakles雷达可以同时完成监视和目标跟踪。监视模式下，雷达基本上按多波束雷达工作，而对于目标跟踪模式，雷达以笔形波束模式工作。转速60r/min，整个天线的重量约3000kg。

该雷达装备了法国的“Aquitaine”级护卫舰、摩洛哥的FREMM 护卫舰、新加坡的轻巧灵活的“可畏”级护卫舰。

图5 Herakles雷达天线示意图

2.5 TRS-3D

TRS-3D/16ES雷达可描述为一部G波段(4～6 GHz）全相干多模式笔形波束雷达，采用轻型电子稳定三坐标平面相控阵天线。该雷达具有近程至远程(大于200 km，仰角55°）对空对海目标探测和武器分配功能，可以说是一部擅长探测小型高速低飞反舰导弹、无人驾驶空中飞行器和俯冲直升机的优化雷达。它的典型探测距离(取决于选定的模式）对战斗机和无人驾驶空中飞行器为100 km，对水面舰艇约为90 km，对直升机大于80 km，对掠海飞行导弹大于30 km，对高空俯冲导弹大于20 km。一旦已选定一种模式，该雷达就能实施全自动的探测、跟踪、反干扰和机内故障测试等功能。

该雷达装备了美国“自由”号濒海战斗舰和德国K130 级轻型护卫舰。

图6 TRS-3D雷达

2.6 SeaGiraffe AMB雷达

SeaGiraffe AMB“海上长颈鹿”雷达属于最新一代“长颈鹿”雷达系统，是一部采用相控阵天线的G波段(5.4～5.9 GHz）全相干多模式舰载三坐标监视雷达，适用于从巡逻艇到护卫舰的舰艇。它同时具有对空监视与跟踪(包括对干扰跟踪）、对海监视与跟踪、对武器系统的目标指示和炮击支援(包括高分辨力校射）等功能。对该雷达的总体设计要求是能迅速而高可靠地探测到在恶劣的濒海杂波环境下在任何高度飞行的小型高速运动目标。雷达对飞行高度为10 km的小型空中目标的典型探测距离在防空模式下大于60 km，在正常搜索模式下为80 km。据称，为了适应目前和未来的复杂电子战环境，该雷达还可提供反噪声干扰、反欺骗干扰和反箔条干扰等增强的电子反干扰能力。该雷达集“功能强、成本低、质量小、全封闭、全相参”等特点于一身，是“最新一代”的多功能雷达。

Sea Giraffe AMB 主要装备了瑞典“维斯比”级隐形护卫舰和美国“独立”号濒海战斗舰。

图7 “海上长颈鹿”AMB雷达

3 舰载三坐标雷达的发展趋势

3.1 舰载雷达发展的驱动力

舰载三坐标雷达面临的威胁和承担的作战任务是舰载三坐标雷达发展的主要驱动力。

舰载三坐标雷达面临的威胁有:日益复杂的干扰态势和电磁环境，隐身目标和隐身技术造成的威胁，低空、超低空目标的威胁，反辐射导弹带来的威胁，饱和攻击的压力等。

随着海上舰船遂行任务的发展和防御各种新型反舰武器的需求，舰载三坐标雷达承担的任务也逐渐多样化，需要同时承担任务包括:

(1）警戒探测功能，在复杂自然环境和电磁环境下有效发现并跟踪目标;

(2）目标指示、引导;

(3）武器系统控制(制导、武器系统指示）;

(4）对高速高机动、低速高机动小目标进行探测;

(5）目标识别探测等功能。

另外，电子技术飞速发展是舰载三坐标雷达发展的另一个驱动力。

3.2 舰载雷达的发展趋势

综合分析舰载三坐标雷达面临的威胁和承担的任务，舰载三坐标雷达的发展主要呈现在技术体制层面、功能层面、系列化和网络化层面等多层面的多元化发展趋势。

(1）技术体制层面

舰载三坐标雷达体制经历了相扫和频扫、频扫为主流、频相结合、有源相扫、两维相控的发展历程。当前，以有源相扫和两维相控为主流，但中远程三坐标雷达中频扫体制仍在生产和使用。

频扫三坐标雷达因其便于实现同时多波束扫描，扫描效率高;其基本采用无源天线，重量轻，适装性强;发射机可采用电真空管，便于实现大功率，适用于中远程探测。频扫三坐标雷达作为舰载三坐标雷达的主要体制，在目前世界舰载三坐标雷达装备中占有率最大，如AN/SPS-48 系列雷达、Fregart(弗列盖特）系列雷达等。但由于体制的制约，频扫三坐标雷达不具有频域抗干扰手段，抗复杂干扰的能力有限。

早期的相扫三坐标雷达采用无源天线，以移相器控制波束指向，结合另一维的机械运动实现三维扫描。这种方式因其扫描效率低，数据率、探测精度和空域覆盖范围相互制约，难以满足给武器系统目标指示要求，所以实际型号和装备量较少。但是，随着T/R组件和DBF技术的发展，以有源天线、宽发窄收、DBF技术为特征的新型相扫三坐标雷达正快速发展。新型相扫三坐标雷达克服了扫描效率低的缺点，且相扫体制具有频域、时域、空间域、信号域等多种抗干扰的技术手段，抗干扰能力强。新型相扫三坐标雷达的天线线源数可根据安装平台和任务系列化配置，还具有适装性、经济性好的优点。当前，新型相扫三坐标已成为新研舰载三坐标雷达的主流，已出现多个有代表性的型号，已成为欧洲新型护卫舰的首选。

多面固定相控阵技术已在舰载雷达中成熟应用，但因其设备量庞大、造价高而影响了其使用，主要装备于驱逐舰等大型舰船上，装备数量有限。近年来舰载旋转相控阵雷达已成为相控阵雷达发展的重要方向，如前文提到的Herakles雷达等。旋转相控阵雷达因其经济性好、适装性强而适应于护卫舰级中型舰船安装，已成为相控阵雷达发展的一个重要方向。另外，采用透镜等技术的经济型相控阵雷达技术受到广泛关注，成为发展的热点。

舰载三坐标雷达技术体制现在已呈现出相控阵雷达(含固定和旋转阵）和新型相扫三坐标雷达高端和低端并存的发展趋势。

(2）功能层面

早期舰载三坐标雷达主要功能是对空警戒探测、区分空海目标及提供目标指示。随着舰船在海上威胁的变化和武器系统的发展，现代舰载三坐标雷达已向空海警戒探测、目标指示、武器控制、目标识别探测、气象海态等环境探测等多功能发展。舰载雷达配置也由以前的按任务和武器系统匹配需求的多部雷达配置向以多功能三坐标雷达为核心的少量雷达配置变化。由于相控阵技术的广泛应用，舰载三坐标雷达也由通过切换操作分时实现多功能向通过雷达自适应资源调度实现同时多功能发展。

(3）系列化和网络化层面

现代舰载三坐标雷达多呈现系列化的发展态势，如前文提到的AN/SPS-48 系列、Fregart(弗列盖特）系列、SMART 系列等等，有些雷达为军贸出口在系列中还有出口型。系列化的发展一是随技术的进步出现的替代性的系列化发展，二是为适应多型舰船的不同功能、指标、频段、适装性、接口和经济型等的要求而呈现的同时并存的系列化状态。

现代舰船雷达系统面临复杂电磁环境和日益发展的干扰技术的威胁，雷达所探测的目标也在不断复杂化，高速高机动目标、隐身目标等低可观测小目标、超低空目标、高仰角大俯冲目标、慢速小目标等已逐渐成为舰载雷达探测的主要对象和难点，靠单一雷达在复杂环境下完成上述任务有时已力不从心。因此，构建以传感器综合调度和信息综合利用为核心的雷达网络化系统已是舰载雷达发展的必然趋势。雷达网络化系统的发展一是构建雷达网络的同时，雷达采用网络技术实现方便的网络接入;二是发展综合信息处理、综合数据处理技术，实现雷达信息的综合利用，提升信息获取能力和信息处理质量;三是发展雷达实时综合调度技术和协同探测技术，实现单平台和多平台雷达的协同探测，提升雷达系统抗干扰能力和探测能力，提升雷达多任务实现能力。

4 结束语

舰载三坐标雷达已成为舰载雷达的主流，雷达面临的威胁和承担的任务是舰载雷达发展的主要驱动力。现代舰载三坐标雷达呈现相控阵技术和新型相扫三坐标技术高端和低端并行发展的态势;多功能是舰载三坐标雷达发展的重要方向，自适应同时多功能是发展的趋势;系列化发展和网络化发展也是现代舰载三坐标雷达重要的的发展趋势。

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［2］赵登平，等.世界海用雷达手册［M］.2 版.北京:国防工业出版社，2012.12.

［3］陈振邦.国外舰载三坐标雷达研制现状和展望［J］.雷达与对抗，1993(3）.

［4］张国良.美国濒海战斗舰选用的先进三坐标雷达［J］.雷达与对抗，2006(2）.

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