国外航母雷达的现状与发展*

戴征坚　严科伟　谭　昕

(海军装备研究院　北京　100161)



国外航母雷达的现状与发展*

戴征坚严科伟谭昕

(海军装备研究院北京100161)

摘要航母雷达通常需要同时担负多种任务，受航母岛式上层建筑上安装空间等因素的限制，要求航母雷达尽量实现多功能一体化。论文在系统地分析国外现役航母雷达配置情况的基础上，结合国外舰载雷达技术的发展趋势，对国外航母雷达的未来发展方向进行了系统的研究。

关键词航母; 相控阵雷达; 数字阵列雷达

Class NumberTN959.1

1引言

根据国外航母作战使用特点，国外航母雷达通常需要担负远程对空警戒探测、为舰载机飞行监视和气象保障提供探测信息、为舰载机指挥引导提供空中目标三坐标信息、为航空管制提供空中目标信息、为引导和控制舰载机全天候安全着舰提供着舰信息、对来袭反舰导弹和飞机进行搜索跟踪与目标指示、对海搜索和为航母安全航行提供航海信息、敌我识别/飞行目标询问等多种任务[1]。在远程对空警戒探测方面，舰载固定翼预警机(或预警直升机)一般前突一定距离担负编队空中早期预警与指挥引导等任务，但由于舰载固定翼预警机(或预警直升机)数量少、滞空时间有限、使用和维护费用高等因素，不可能全天候和长时间、连续保障编队战时全方位预警和平时空中巡逻警戒的需要，因此航母本身必须具备较强的远程对空警戒探测能力，在目前技术水平下，国外航母远程对空警戒探测任务主要由大功率雷达担负；在舰载战斗机作战指挥引导方面，国外航母舰载战斗机一般以制空为主、兼顾对海/陆作战任务，因此要求航母雷达为舰载战斗机作战指挥引导提供信息保障；在航空管制信息保障方面，为充分保障舰载机的飞行安全和在航母上起降的安全，要求航母雷达在舰载机主要活动空域内具备对空中目标保持连续、稳定、准确的探测和跟踪能力；在对来袭反舰导弹和飞机搜索与跟踪方面，为充分发挥航母近程和末端防空武器系统的作战效能，航母雷达应具备对本舰视距范围内中低空目标的快速搜索和跟踪能力，应能及时提供满足对空自防御武器系统使用要求的高精度三维(距离、方位、仰角)目标指示信息；在航空气象探测保障方面，为确保舰载机飞行安全，航母雷达应能对舰载机飞行空域内的流云、雷暴、海雾、飞机颠簸、飞机积冰等航空危险天气进行监视，航空气象探测距离应能覆盖舰载机的主要飞行活动空域；另外，为保障航母进出港和海上航行安全，航母雷达需要具备近程对海的连续搜索能力。可见，国外航母雷达同时担负着诸多重要任务，本文在系统分析国外现役航母雷达配置情况的基础上，结合国外舰载雷达技术的发展趋势，对国外航母雷达的未来发展方向进行了系统的研究。

2国外现役航母雷达的主要配置情况

由于航母及其编队在海上往往处于相对独立的作战状态，国外航母编队的对空、对海警戒探测任务主要是由舰载预警机和航母编队内护航舰上配置的功能各类的雷达、光电、红外等设备担负，其中航母雷达主要是在复杂电磁环境和海洋环境下完成全天候、大范围的搜索、跟踪和识别海、空目标等任务。为满足同时担负多种任务的需要，国外现役航母一般都配置了多种不同功能的雷达。为保证雷达天线具有较好的视角，航母雷达一般都布置在岛式上层建筑上；同时，为提高飞行甲板的可用面积，以便停放更多的舰载机，国外航母一般都采取尽量优化上层建筑的设计原则，这给雷达等射频设备的安装带来一定的限制，即在有限的岛式上层建筑上不可能布置太多单一功能的雷达，这就要求航母雷达除了要具有基本的功能和使用性能外，还要具有较高的集成度和较高的任务可靠性。另外，由于航母雷达一般都具有较强的电磁辐射功率，不可避免地对其它舰载射频设备带来一定的电磁干扰，同时，也不可避免地对布列在飞行甲板上的舰载机、航空弹药和作业人员带来一定的电磁辐射危害，因此一方面需要进行电磁兼容性设计以尽量减少对其它舰载射频设备的电磁干扰，另一方面需要采取一定的防护措施来消除电磁辐射对飞行甲板上的舰载机、航空弹药和作业人员等的危害。

目前国外有近20艘航母，如美国的尼米兹级核动力航母、俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母、法国的“戴高乐”号核动力航母，以及英国、意大利、巴西、印度、泰国等国的航母。上述航母雷达的配置各具特色，美国现役尼米兹级核动力航母上配置了AN/SPS-48E三坐标雷达、AN/SPS-49(V)5二坐标对空搜索雷达、MK-23 TAS目标捕获雷达、AN/SPS-67(V)1对海搜索雷达、AN/SPN-41飞机进场控制雷达、AN/SPN-43C空中交通管制雷达、AN/SPN-44飞机着舰测速雷达、AN/SPN-46飞机着舰控制雷达、AN/SPS-64(V)9导航雷达、MK 95火控雷达等；法国“戴高乐”号核动力航母配置了DRBJ 11B三坐标雷达、DRBV 26D二坐标对空搜索雷达、DRBV 15C二坐标对空/对海搜索雷达、DRBJ13飞机着舰引导雷达、1229导航雷达、Arabel火控雷达等；英国“无敌”号航母配置了Type 1022型二坐标对空搜索雷达、Type 996(I)型三坐标雷达、Type 1007导航雷达、Decca 1008对海搜索雷达、SPN 720(V)5着舰控制雷达等；意大利的“加富尔”号航母配置了EMPAR多功能相控阵雷达、RAN-40L对空搜索雷达、MM/SPN-753G(V)导航雷达、MM/SPN-753导航雷达、MM/SPN-41着舰控制雷达等；俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母配置了Sky Watch相控阵雷达、Tool Plate B三坐标雷达、Strut Pair对海搜索雷达、Fly Trap B空中交通管制雷达、Cross Sword火控雷达、Hot Flash火控雷达、Palm Front导航雷达等。可以看出，国外现役航母通过配置不同功能的雷达以实现远、中、近和高、中、低空域及海面的全覆盖。下面重点以美国现役尼米兹级航母为例，对其雷达的主要配置情况和使用特点进行分析。

2.1对空雷达

AN/SPS-49(V)5是二坐标远程对空搜索雷达，采用高平均功率和自动目标监测技术，具有良好的抗有源干扰和无源干扰能力，主要用于远程对空监视和跟踪，最大作用距离约463km，并且对弱小目标具有较好的发现能力。

AN/SPS-48E是三坐标远程搜索雷达，采用平面相控阵天线和多波束工作方式，通过频扫实现仰角扫描；其主要功能是提供空中目标的三坐标信息，最大作用距离约407km；且能在复杂电磁干扰环境下对来袭的反舰导弹类目标进行预警，并完成自动搜索与跟踪。

MK23 TAS目标捕获系统由二坐标脉冲多普勒雷达、敌我识别器和计算机子系统组成，可在复杂气象杂波干扰和电磁干扰环境中搜索、跟踪低空和垂直俯冲的飞机或导弹，并按轻重缓急次序向北约“海麻雀”导弹等武器系统提供目标指示信息。

2.2对海搜索雷达

主要的对海搜索雷达为AN/SPS-67，备用水面监视功能可由AN/SPS-48E、MK23 TAS、AN/SPN-43C、AN/SPS-64(V) 9或 AN/SPS-73(V)12或17雷达提供。

2.3敌我识别设备

敌我识别设备的主要功能是与一次雷达配合使用，可询问、识别水面平台和装备了选择性识别特性(SIF)模式1、2、3A/C、4应答机的飞机。用于对己方或友方目标的身份、位置、高度等信息进行快速辨识，能够为航母指挥官实施流畅的战术作业和高效的作战管理提供重要帮助。

2.4航母舰载机自动进近系统

美国航母对舰载机的控制范围大体划分为三层:最外层，即370km～93km之间由航母作战指挥中心(CDC)控制；中间层(或称空中交通管制区)，即93km～约10km处(着舰引导雷达捕获舰载机的距离)由航母空中交通管制中心通过塔康战术空中导航系统和航母空中交通管制雷达(或称进场雷达)管制；最后一层(或称着舰控制区)，即约10km以内则交由着舰指令官通过精确进近系统(PALS)和仪表航母着舰系统(ICLS)控制。其中舰载机从空中交通管制区的集合点飞至雷达捕获窗的过程被称为飞机的进场阶段，从雷达捕获窗到触舰点的飞行是着舰阶段。舰载机进入着舰阶段后，精确进近系统是飞机着舰的主要手段，可有效地帮助飞行员完成稳定、可靠、精确的着舰任务；精确进近系统的核心为AN/SPN-46雷达，AN/SPN-46雷达是Ka波段脉冲跟踪雷达，采用圆锥扫描天线，用于对飞机最后进场和着舰过程进行控制，当飞机进入雷达捕获窗口时(通常在距航母7km处)，该雷达就锁定飞机，然后一直在距离、方位和俯仰三维上对飞机进行跟踪，直到触舰，或禁降为止。仪表航母着舰系统主要为飞机驾驶员提供独立的下滑路线和中线对准核对手段，属于精确进近系统的辅助手段，通常在飞机距舰400m以内时由于精度不足而不再采用其数据。

AN/SPN-43C是一种二坐标空中交通管制雷达，作用距离从274m～93km，它作为标准的设备安装在美国海军航母上，主要与敌我识别器、飞机进场控制雷达等协同工作，这些设备的探测信息主要提供给航母空中管制中心(CATCC)的操作人员使用。

3国外航母雷达的发展趋势

3.1国外舰载雷达技术的发展趋势

现代舰载雷达面临的威胁和环境日趋复杂，各种有源和无源干扰、反辐射武器、低空和超低空突防、低雷达反射截面积的隐身目标等都对传统舰载雷达提出了严峻的挑战，舰载雷达需要具备大动态、低副瓣、同时多波束、可重构、智能化等能力以应对上述威胁。从国外舰载雷达的技术发展来看，一是舰载相控阵雷达技术日益成为主流，二是由单平台多传感器向多功能综合一体化发展，三是模块化和开放式体系架构(MOSA)技术将得到广泛应用[2～5]。近年来，舰载相控阵雷达技术已经从有源相控阵逐步发展到数字阵列阶段，图1所示的美国海军多功能雷达技术演进历程是典型代表[6～7]。

图1　美国海军多功能雷达技术演进历程

传统相控阵雷达采用模拟波束形成网络、移相器、波控单元，而数字阵列雷达只采用多路直接数字合成器(DDS)。采用数字阵列雷达技术，具有以下主要优点[8～10]:

1)数字阵列与传统相控阵最本质的区别是发射与接收波束形成方式不同，传统相控阵雷达依靠移相器、衰减器和微波合成网络来实现波束在空间扫描；数字阵列雷达用直接数字频率综合芯片代替移相器并省去波控网络、用光纤代替大量金属电缆，实现了发射波形产生与接收信号处理的全数字化处理，由此带来的优势包括:幅相控制精度高，易于实现超低副瓣，提升抗干扰和反杂波能力；通过波束控制可降低对舰甲板上人员与设备的电磁辐射强度；系统动态范围大，探测小目标能力强；空间自由度高，收发均可同时对多个方向形成自适应零点，可提高抗干扰能力；同时多波束接收，可针对不同作战任务灵活设置波束指向，以提升特定方向的空域覆盖能力。

2)传统相控阵雷达的特性在设计阶段就已固定，而数字阵列雷达是由若干独立的数字阵列模块构成的系统，具有重量轻、体积小、可扩充、易升级等特点，可以在相同的硬件平台上，通过软件升级适应多样化使用需求。

表1　数字阵列雷达与传统相控阵雷达的主要性能比较

3.2国外航母雷达的发展趋势

目前，国外在研和新近下水的航母主要有英国的“伊丽莎白女皇”号和美国的“福特”号等，这些航母的雷达配置体现了当前国外航母雷达的发展趋势。与大多数航母的独岛型上层建筑不同，“伊丽莎白女皇”号航母上层建筑将采用“双岛型”设计,即分别设计成前、后两个总体尺寸较小的“岛”,也就是甲板艏楼和甲板艉楼,代替传统的独岛型上层建筑；舰上所配备的雷达系统包括安装于艏楼上的英国BAE系统公司基于Sampson雷达系统开发的先进目标指示、态势感知与导航(ARTISAN)雷达和安装在艉楼上的Type 1046(S1850M)对空监视雷达、SPN 720(V)5着舰控制雷达等；ARTISAN雷达采用数字自适应波束形成技术，工作于S波段，最大作用距离约200km，最大可跟踪目标大于800批(海面和空中)；S1850M对空搜索雷达的工作频率在1GHz到2GHz之间,多波束扫描的仰角可从0°到70°,可对半径400km范围内的目标进行自动搜索和跟踪。美国“福特”号航母配置了双波段雷达(AN/SPY-3、AN/SPY-4)、AN/SPS-73(V)对海搜索与导航雷达、MK95火控雷达等，双波段雷达采用开放式体系构架和智能化、网络化等设计理念，后端处理采用统一平台，具备极强的多功能性和可靠性，可同时完成目标搜索、跟踪、识别，以及飞机引导、武器制导等多种任务，集成了美国现役航母上配置的AN/SPS-48E、AN/SPS-49、AN/SPS-67、Mk23 TAS和SPN-41/46、SPN-43等多部独立雷达的功能；其中，AN/SPY-3是固态有源相控阵雷达，将替代SPS-67、Mk23 TAS和AN/SPN-41、AN/SPN-46等雷达的功能，并与精确进近系统协同工作；AN/SPY-4可能采用了数字阵列雷达技术，能在受到严重干扰的海岸环境下工作，担负远程对空搜索、跟踪和识别等任务，最大作用距离约463km。

从国外航母雷达的配置情况可以看出，随着技术的进步，尤其是舰载相控阵技术的发展和普及，国外航母雷达的主要发展方向是采用多功能雷达技术，在提升能力的同时并减少雷达配置数量。但是，受技术和经济性等因素的限制，各国航母在多功能雷达的体制选择和技术实现上有一定的差异，例如美国因其技术优势和较充足的经费投入，故选择了固定阵列的有源相控阵雷达(或数字阵列雷达)；英国由于受限于成本等因素，选择了比美国“简单”的机械旋转式双面阵有源相控阵雷达。

4结语

国外航母雷达通常需要同时担负诸多任务，因此航母上一般需要配置多种不同功能的雷达；但在航母有限的岛式上层建筑上可安装雷达的位置有限，这就要求雷达功能尽量集成和一体化；同时，从提高航母的隐身性、减少航母电磁兼容设计的难度、提高适装性等因素考虑，也要求航母雷达应尽量多功能一体化，在实现能力提升的同时并减少雷达配置数量。近年来，国外舰载相控阵雷达技术已经从有源相控阵发展到数字阵列阶段，数字阵列雷达具有对目标探测与抗干扰能力强、重量轻、体积小、易于适应多样化使用需求等诸多优点，代表了国外先进航母雷达的发展方向。

参 考 文 献

[1] Skolnik,M.I.Radar Handbook[M].New York: McGraw-Hill Book Company,1990.

[2] Li J, Stoica P, et al.On Parameter Identifiability of MIMO Radar[J].IEEE Signal Processing Letters,2007,14(12):968-971.

[3] Haimovich A M,Blum R S,et al.MIMO Radar with Widely Separated Antennas[J].IEEE Signal Processing Magazine,2008:116-129.

[4] 代泽洋，王贺.认知雷达中协作频谱感知技术研究[J].雷达科学与技术，2015，13(1):17-20.

[5] HAYKIN S.Cognitive Radio:Brain-Empowered Wireless Communications[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2005,23(2):201-220.

[6] 吴曼青.数字阵列雷达的发展与构想[J].雷达科学与技术，2008，6(6):401-405.

[7] 方立军，李佩.基于微波光电技术的未来数字阵列构想[J].雷达科学与技术，2013，6(6):583-586.

[8] Yao Jianping.Microwave Photonics[J].Journal of Lightwave Technology,2009, 27(3):314-335.

[9] Seeds A J,Williams K J.Microwave Photonics[J].Journal of Lightwave Technology,2006, 24(12):4628-4641.

[10] Self A G,Smith B G.Intercept Time and Its Prediction[J].IEE Proceedings of Communication,Radar and Signal Processing,1985,132(4):215-220.

Development and Status of Foreign Carrier Radar

DAI ZhengjianYAN KeweiTAN Xin

(Naval Academy of Armament, Beijing100161)

AbstractThe carrier radar usually takes on multitask.Multifunctional radar is the important choice for the limited superstructure of the carrier.The foreign active carriers’ radars are discussed, and their developing trend is given based on the radar technology of foreign naval vessel.

Key Wordscarrier, phased-array radar, digital array radar

* 收稿日期：2015年11月7日,修回日期：2015年12月30日

作者简介：戴征坚，男，博士，高级工程师，研究方向：雷达工程、电子信息系统。严科伟，男，硕士，工程师，研究方向：电子信息系统。谭昕，女，高级工程师，研究方向：电子科技情报信息。

中图分类号TN959.1

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.002