美航母编队雷达配置的发展及特点*

曾　乐　王　成　孙长城

(1.海军工程大学电子工程学院　武汉　430033)(2.92390部队　广州　510000)



美航母编队雷达配置的发展及特点*

曾乐1王成2孙长城1

(1.海军工程大学电子工程学院武汉430033)(2.92390部队广州510000)

摘要从体系形成、多元化发展、标准化和系列化集成、一体化综合射频等四个阶段阐述美航母编队雷达配置的发展及特点。从功能上看,前三个阶段配置的雷达可分为舰载预警机雷达、远程对空警戒雷达、对空引导和目标指示三坐标雷达、对海搜索和导航雷达、导弹制导和火控雷达、舰载机引导着陆雷达共六大系列。在第三阶段后期和第四阶段配置的雷达开始向多功能化、一体化综合射频方向发展。研究结果可为我军航母编队编组、发展以航母编队为平台的舰载雷达装备提供参考。

关键词航母编队; 雷达配置; 综合射频

Development of Radar Configuration of US Aircraft Carrier Fleet Formation

ZENG Le1WANG Cheng2SUN Changcheng1

(1. Electronic Department, Naval University of Engineering, Wuhan430033)(2. No. 92390 Troops of PLA, Guangzhou510000)

AbstractThe development and characteristic of radar configuration of US aircraft carrier formation are described from system construction, pluralistic development, standardization and spectrum, integrative radiation. According to the function, radars of the former three stage can be divided into six kinds including shipborne early warning aircraft radar, remote anti-air radar, leading and instruction three coordinate radar, anti-sea radar, navigation radar, control and guide radar, land instruction radar. In the latter of the third stage and the forth stage, radar configuration is developing into multifunction and integrative radiation. The result of the paper can be a reference to the construction and the development of radar equipment of our air-carrier formation.

Key Wordsair carrier configuration, radar configuration, integrative radiation

Class NumberTN959

1引言

航空母舰是获取制海和制空权的重要兵力和武器投送平台,可遂行威慑、对地对海攻击、海上封锁、支援两栖作战等多种任务[1]。在现代和未来的海战中,航母仍会起不可替代的作用。而航母由于自身防卫能力有限,为增强生存能力,保护所搭载舰载机的安全,通常以航母编队的形式出现,即以航母为中心,配备具有较强防空、反潜能力的导弹巡洋舰或者驱护舰,水下配备攻击核潜艇,建立立体的防空反潜防护体系。其中,在防空方面,航母编队主要面对的威胁目标是敌战斗机和反舰导弹,雷达是航母编队及时发现威胁目标的重要装备,合理配置雷达对于提高航母生存能力和提高航母编队的攻击能力起重要的作用[2]。美国是世界上拥有航母最多的国家,使用航母的经验也最为丰富,本文从体系形成、多元化发展、标准化和系列化集成、一体化综合射频等四个阶段阐述美航母编队雷达配置的发展及特点,研究结果有助于掌握航母编队编成原则,为我军航母编队编组、发展以航母编队为平台的舰载雷达装备提供参考。

2体系形成时期(20世纪60年代)

1961年美建成世界上第一艘核动力航母“企业”号,该型航母配备协同工作的SPS-32对海对空搜索雷达和SPS-33目标指示相控阵雷达,可以实现上百个目标的跟踪。该时期还建造了三艘常规动力航母“小鹰”级,配有SPS-43远程对空搜索雷达、SPS-52三坐标搜索雷达和SPS-30远程测高雷达,实现目标搜索和指示功能。需要提出的是,这三型雷达也大量装备到航母编队的导弹巡洋舰和驱逐舰上。值得一提的是,最新服役的“小鹰”级的最后一艘“肯尼迪”号航母采用新型对空雷达SPS-58和三坐标雷达SPS-48[3],这表明美舰载雷达已经开始进入多元化发展时期。

该时期航母编队雷达发展了包括远程对空搜索雷达、三坐标目标指示雷达、着陆引导雷达和导航雷达等多种功能,初步形成了航母的舰载雷达体系。

3多元化发展时期(20世纪70年代)

自二十世纪70年代开始,美研制了相对成本较低的第二代核动力航空母舰“尼米兹”级,用来代替二战后相继退役的老航母。该型航母从70年代一直到本世纪陆续服役10艘,成为美现役的唯一一型航母。服役初期的“尼米兹”航母配备有SPS-43远程对空搜索雷达和SPS-48三坐标对空雷达、SPS-10对海搜索雷达,以及SPN-42、SPN-43和SPN-44等着陆引导雷达[4]。这和60年代的“企业”号、“小鹰”级航母的雷达配置有较大不同,共同形成了航母雷达的多元化方配置案。

4标准化和系列化时期(20世纪80年代～2010年)

为了对付高速巡航导弹和掠海反舰导弹的威胁,美海军在20世纪80年代末新威胁改进(NTU)系统中发展了SPS-48E和SPS-49(V)5两种对空搜索雷达组合,以及SYS-2型综合自动探测和跟踪(IADT)系统。SPS-49(V)5雷达同时把目标数据传输给SYS-2和NTDS(战术数据系统);SPS-48E三坐标雷达是IADT系统的主要目标捕获传感设备,其功能是自动探测目标,并向SYS-2系统内的跟踪计算机提供准确的目标位置数据信息[5]。经过新威胁升级改进(NTU)后,美所有航母(包括“企业”号、“小鹰”级、“肯尼迪”号以及“尼米兹”级)对空雷达统一为SPS-49(V)5和SPS-48C/E,对海雷达统一为SPS-67(V)系列,火控雷达统一为MK23TAS和MK95组合,对空引导和着陆雷达为SPN-41(飞机进场控制)、SPN-42(飞机着陆控制)、SPN-43(空中交通管制)和SPN-44(测速)雷达系列。

值得一提的是,美舰艇的49/48雷达组合(SPS-49(V)系列和SPS-48E雷达)从70年代末开始一直延续服役到今天,经过多方面改进,雷达性能不断提高[6]。SPS-48系列雷达包括SPS-48/A/C/E/G等主要型号,SPS-48为基本型,采用频扫三坐标同时多波束体制。SPS-48E装备数量最多,是为美海军“新威胁升级”计划中的中远程防空武器控制系统的关键设备,可为“标准Ⅱ”导弹提供中途制导和目标数据,提高了电子抗干扰能力。最新型SPS-48G雷达采用固态单级放大器取代SPS-48E的微波管式两级放大电路,采用开放式体系架构和冗余的COTS低成本计算机保证计算系统的持续升级。

为了对付苏联“饱和攻击”的战术思想,美发展了“宙斯盾”作战系统,配置于航母编队的防空舰艇“提康德罗加”级巡洋舰和和后续的“伯克”级驱逐舰,核心包括1部SPY-1A/B/D相控阵雷达和3～4部SPG-62照射雷达,这些雷达是美20世纪80年代到90年代的成熟产品[7]。而反潜型舰艇“斯普鲁恩斯”级驱逐舰和多用途“佩里”级护卫舰,配置了SPS-40B/C/D或SPS-49(V)4对空搜索雷达,以及SPS-55对海搜索雷达。

5一体化综合射频时期(2010年后)

进入新世纪,随着“小鹰”级和“企业”号航母的逐步退役,美开始考虑在成熟的“尼米兹”平台基础上,发展具有更强作战能力的新一代航母。从1995年起,最后一艘“尼米兹”级航母“布什”号(CVN-77)开始应用包括双舰桥设计,舰桥顶部的多部雷达和通信天线由统一的多功能相控阵天线取代,提高了隐身性能,为下一代航母做好储备储备。

自2009年开始,美开始建造新一代“福特”级航母,该航母应用了世界最先进的双频段雷达综合射频技术,配置立体搜索雷达VSR(军方型号SPY-4)和多功能相控阵MFR(军方型号SPY-3)构成双频段多功能有源相控阵雷达系统(DBR),其中VSR为S频段立体搜索相控阵雷达,天线由三个平面有源阵列组成,主要功能是半球范围内的目标搜索和监视[8]。MFR雷达为X频段有源相控阵雷达,天线由三个平面有源阵列组成,主要功能有海面及低空目标搜索、监视、目标跟踪、指令制导、半主动寻的照射、飞机着舰引导等。MFR和VSR共享一个终端和一个数据处理控制单元,天线以共坐标形式工作,形成立体化的DBR雷达,可以完成原来舰艇多部雷达——包括远程两坐标对空搜索、三坐标对空搜索、对海搜索和多部照射雷达的功能。在美最新的驱逐舰“朱姆沃尔特”级(DDG-1000)上,也准备采用福特级的综合射频成果,最新报道是采用ADMR-S雷达和SPY-3雷达组合工作。

所以说美航母开始步入综合射频时代,该时代雷达配系的主要特征是以一体化双频段多功能综合射频雷达为核心,一系列无源相控阵雷达(SPY-1系列)为主体的多功能雷达将逐步取代现役的多个雷达型号。随着旧平台的逐步退役和新技术的应用,综合射频雷达将最终成为美航母编队的主要态势感知设备和作战力量的核心。

目前,最具有代表性的是美“尼米兹”和“福特”级航母编队,其舰载雷达呈两种典型配置。“尼米兹”航母编队母舰以单一功能雷达为主,配置雷达数量较多,包括远程两坐标对空警戒、三坐标对空引导、对海搜索和导航、火控和制导、着舰引导雷达等,但没有多功能相控阵雷达;防空属舰上配备了多功能无源相控阵雷达用于区域防空武器引导,还配备了对海搜索和导航、近程防御配套雷达等;“福特”级航母除了导航雷达外,仅配备了功能强大的S+X双波段多功能雷达,可同时完成对空立体搜索、飞机引导和对海视距搜索、跟踪和火控、制导、着舰引导、气象探测等多功能,通过天线集成桅杆和射频综合设计,舰艇隐身和电磁兼容得到很大改善[9]。

其配置特点: 1) 综合考虑与预警机构建观察体系,形成了远中近、高中低探测相结合,频段兼容的雷达体系。 2) 除航行、飞行保障专用雷达外,编队雷达均可以分为远程搜索雷达和自防御雷达两大类,远程搜索雷达满足指挥决策,自防御雷达和武器系统密切铰链,同步升级,且其火控雷达可控制多部武器装备。 3) 实行核心探测能力冗余配置。在“尼米兹”航母上,远程对空警戒采用SPS-49和SPS-48E共两部雷达互为备份,飞机进场控制和着舰控制雷达也均设置双备份。防空型舰艇在多功能相控阵雷达基础上又配置了低空探测优异的SPQ-9B反导雷达,具备了对低空反舰导弹的可靠探测。 4) 正在走向功能一体化综合集成,“宙斯盾”核心相控阵雷达集搜索、跟踪、导弹制导和火控等于一体,而“福特”级航母运用综合射频技术,1部雷达实现了原来8～10部雷达的功能。

6结语

航母编队雷达配置的原则是确保舰艇编队的各种武器系统组成高、中、低和远、中、近的大纵深立体攻防体系。美航母编队火力配备一般分为远、中、近三个层次,第一层是纵深防御区即离航母185km～400km,能对水面、水下和空中目标实施探测、跟踪和干扰,必要时可实施有效攻击;第二层是区域防御区,距离航母50km～185km,可对突破第一道防线的敌方目标进行探测、干扰和拦截;第三层是点防御区,距离航母50km以内,主要进行自卫性防空和反潜作战。

对应以上火力配备层次,雷达探测也构成三道防线,如图1所示。依靠预警机搜索雷达和防空哨舰组成第一道远程警戒防线,作用距离在400km～800km;依靠巡洋舰、驱逐舰的“宙斯盾”相控阵雷达、航母自身的远程对空雷达组成第二道防线,作用距离在200km～400km,第三道防线由编队各舰艇的中程海空搜索雷达和反导搜索、武器控制雷达组成,作用距离在200km以内[10]。

图1　美航母编队探测示意图

从功能上看,前三个阶段的美航母编队配置雷达可分为舰载预警机雷达、远程对空警戒雷达、对空引导和目标指示三坐标雷达、对海搜索和导航雷达、导弹制导和火控雷达、舰载机引导着陆雷达共六大系列[11]。第三阶段后期和第四阶段,美航母编队配置雷达开始向多功能化、一体化综合射频方向发展。美航母编队雷达配置的发展及各阶段特点可为我航母编队编组、雷达配置和发展雷达装备提供参考。

参 考 文 献

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中图分类号TN959

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.001

作者简介:曾乐,男,硕士研究生,研究方向:雷达总体技术。王成,男,工程师,研究方向:无线网络。孙长城,男,硕士研究生,研究方向:雷达目标成像与识别。

*收稿日期:2015年7月1日,修回日期:2015年8月28日