美军反导预警体系电子目标研究

吴 岭，邱彦文，王 枭

（中国人民解放军66135部队，北京100071）

0 引言

美国弹道导弹防御系统自20世纪50年代开始，经过四个阶段的建设，目前已形成包含陆/海/天基预警探测、一体化指挥控制、中末段分层拦截等要素完备、手段齐全的全球最强反导体系。其中，反导预警体系是美军反导体系的千里眼，是其反导拦截行动的触发器和指向器，对其导弹防御的有效性起着至关重要的影响作用，对美军反导预警体系的电子目标开展研究有助于分析其薄弱环节并寻找对抗措施。

美军现役反导预警体系主要由两部分组成，一是天基红外预警卫星，包括尚未退役的国防支援计划（DSP）卫星和正在部署的天基红外系统（SBIRS）卫星；二是地/海基远程预警雷达，包括1部L波段的“丹麦眼镜蛇”（Cobra Dane）雷达、7部P波段的升级型预警雷达（UEWR）、1部海基X波段雷达（SBX）和若干部地基X波段TPY-2雷达。本文即对这些预警系统进行研究，主要从基本情况、技术特征及位置分布三个方面进行梳理。

1 国防支援计划卫星

1.1 基本情况

国防支援计划（Defense Support Program,DSP）是20世纪70年代初，由美国和加拿大双边签署的北美空中防御计划（NORAD）之一，其主要任务是利用红外检测器监视前苏联等国的地下核试验、弹道导弹与航天器发射活动，重点探测导弹发射主动段的火焰，可为洲际弹道导弹提供20 min以上预警时间[1]。

DSP自1970年发射第一颗预警卫星至2007年，历经3代，共发射了23颗卫星，在美国弹道导弹防御中发挥了重要作用。海湾战争中，实现了对“飞毛腿”导弹的探测、跟踪，为作战赢得了时间，是当前唯一在战争中使用的预警卫星系统。此外美国通过DSP卫星探测到前苏联、法、中、印、朝等国导弹发射信息1000余次[3]。随着技术的发展，DSP在使用过程中也暴露出问题，比如：1）对地分辨率不高，目标探测虚警率高，定位能力有限；2）难以跟踪中段飞行的弹道导弹；3）发现助推段较短的战术导弹目标的能力不足；4）对地球两极存在导弹目标覆盖盲区。对此，美国于1995年提出天基红外系统方案，DSP逐渐退出现役。

1.2 技术特征

DSP预警卫星上搭载了2种红外探测设备[1]，一是红外望远镜，它主要采用2.7 μm和4.3 μm波段的光敏元件[2]，每隔10 s就可对地面1/3的区域重复扫描一次，可在导弹发射后90 s内探测到红外辐射信号，并发送至地面接收站，然后转送至指挥中心，全程需3 min；二是可见光电视摄像机，平时，它每隔30 s向地面站发送一次图像信息，在红外望远镜发现目标后，转入1～2帧/s的传输模式，为地面站提供导弹火焰图像的运动轨迹。DSP卫星通过自旋实现探测扫描，卫星主轴保持对地定向，其红外望远镜轴线与卫星主轴成7.5°，随着卫星自旋形成圆锥状扫描方式，构成一个立体视角场，自转速度为6 r/min。

1.3 位置分布

DSP目前有6颗卫星在轨，分别编号为DSP-16、17、18、20、21、22，均运行在地球同步轨道，分别定位于 128°W、154°W、118°E、47°W、10°80°E、66°E。图 1给出了DSP现役卫星的位置分布与威力范围仿真。

2 天基红外系统卫星

2.1 基本情况

天基红外系统（Space-Based Infrared Satellite,SBIRS）是美军继“先进预警系统”（AWS）、“助推段监视与跟踪系统”（BSTS）、“后继预警系统”（FEWS）、“导弹报警、定位和报知”（ALARM）计划等试验项目之后，于1995年提出的新一代导弹预警卫星系统[3]。其空间系统由3种轨道高度的卫星星座组成，即大椭圆轨道卫星（SBIRS-HEO）、地球同步轨道卫星（SBIRS-GEO）和低轨卫星（SBIRS-LEO）。其中SBIRS-LEO系统于2002年从SBIRS中独立出来改名为“空间监视与跟踪系统”（STSS），不再担负对目标的预警探测任务。

图1 DSP现役卫星位置分布与威力范围仿真

目前，美军已发射了4颗SBIRS-GEO卫星并正在研制生产GEO-5、GEO-6以作为GEO-1和GEO-2的后继卫星；SBIRS-HEO主要以任务载荷的形式被集成在NROL系列信号情报卫星上，目前也已有4颗SBIRS-HEO卫星在轨飞行。

2.2 技术特征

SBIRS-GEO卫星大小15 m×6.7 m×6.1 m，质量为5 t，主要由双传感器有效载荷、A2100卫星平台和通信天线组成。其载荷约450 kg，包括高速扫描红外探测器和高分辨率凝视红外探测器。这2个探测器均为近红外、中红外和地面可见光波段三色红外探测器，使用被动辐射制冷方式，并通过短施密特双光学望远镜观察地面，指向灵敏度高达0.05°。扫描探测器采用小平面阵列不断扫描地球的北半球和南半球，可全天候、全天时提供整片区域的大体图像；凝视型传感器使用一个正方形焦平面阵列连续地观测一个特定区域，并检测红外辐射的变化。SBIRS-HEO有效载荷寄宿在位于Molniya轨道的NROL系列卫星上，主要任务在于监视北极附近地区以扩大SBIRS的侦查范围。其载荷为扫描型红外传感器，质量为270 kg，集成了近红外、中红外和地面可见波段三色探测器芯片，通过双轴驱动的施密特望远镜观察地面，利用万向节灵活设置观察方向。此外，SBIRS系统的红外探测器具有“See-to-Ground”能力，可穿越云层发现目标。

2.3 位置分布

目前，4颗GEO卫星分别定位于82°E，126°E，52°W和13°W，4颗HEO卫星分别位于4条大椭圆轨道上。图2给出了SBIRS卫星的位置分布及威力范围。

图2 SBIRS现役卫星位置分布与威力范围仿真

3 地基战略预警雷达

3.1 基本情况

地基战略预警雷达是美反导预警体系的重要组成部分，从20世纪50年代起，美军陆续建设了AN/FPS-49、AN/FPS-50、AN/FPS-85、AN/FPS-92、AN/FSS-7等型战略预警雷达，现役使用的主要是“丹麦眼镜 蛇 ”（Cobra Dane，AN/FPS-108）和“ 铺 路 爪 ”（PAVE PAWS）系列。

“丹麦眼镜蛇”项目于1971年获得批准，1973年7月授予雷声公司，并于1977年达到作战能力。该雷达只生产了一部，现部署于美国阿拉斯加州阿留申群岛，其正式编号为AN/FPS-108。20世纪90年代进行的“丹麦眼镜蛇”现代化改进项目使该系统的工作寿命得以延续，雷达增强的性能满足了更高的任务需求。

“铺路爪”系统由雷声公司于1976年4月开始研制，最初编号为AN/FPS-115，后经若干次升级，最新型号为AN/FPS-132，经过升级的“铺路爪”雷达也被称为“升级型早期预警雷达”（UEWR）。该型雷达，美军现役部署5部，分布在美国本土及丹麦、英国，此外，中国台湾和卡塔尔也有部署。其主要任务是探测和跟踪潜射和陆射洲际弹道导弹，也辅助进行一些环地轨道卫星探测与跟踪，并把探测信息迅速传递给北美联合防空司令部、美国国家军事指挥中心和美国战略司令部等相关机构。

3.2 技术特征

“丹麦眼镜蛇”雷达是一部大型L波段固定式相控阵雷达，探测距离为4600 km，可提供120°方位扇区覆盖。该雷达天线为单面稀疏阵，直径约为30 m，由35000个单元组成，其中有源单元约为15000多个，其余为无源单元。

“铺路爪”系列雷达是一种P波段固态大型相控阵雷达，其天线为一对直径约为30 m的圆形平面相控阵列，两个阵列各包含近2000个单元，安装在约32 m高的建筑物相邻的两面上。两面阵的电子波束在仰角上覆盖85°，在方位角上覆盖240°。雷达可检测到4800 km处大小为10㎡的目标。

3.3 位置分布

“丹麦眼镜蛇”雷达部署于阿留申群岛的谢米亚岛。“铺路爪”雷达目前全球共有7部，分别部署于：1）马萨储塞州奥蒂斯空军基地；2）加利福尼亚州比尔空军基地；3）阿拉斯加州科利尔空军基地；4）丹麦格陵兰格勒空军基地；5）英国菲林代尔斯皇家空军；6）中国台湾新竹县五峰乡乐山；7）卡塔尔。其中第6部为FPS-115，其余6部均为FPS-132。它们的位置分布与威力范围如图3所示。

图3 丹麦眼睛蛇及铺路爪雷达的位置分布与威力范围（未考虑天线指向与扫描范围）

4 地/海基X波段雷达

4.1 基本情况

美军反导系统的X波段雷达包括一部海基X波段雷达（SBX）和若干部陆基X波段雷达（AN/TPY-2），其主要功能包括目标监视、捕获、跟踪、识别、火控支援和杀伤评估[5]，但由于其作用距离往往都超过了1000 km，甚至达到4000 km，因此也可执行早期预警任务。

SBX[6-7]雷达是一种浮动式、有螺旋桨推进的机动雷达站，于2002年开始筹建，波音公司为主要合约商，最初部署到阿留申群岛以监视朝鲜导弹。2006年7月5日，朝鲜试射了6枚大浦洞-2弹道导弹，SBX对此次试射进行了全程的跟踪和分析。美国导弹防御局声称该雷达是唯一具备高分辨测量能力的超大型雷达，强大到能够探测从美国另一侧飞过旧金山的一只棒球。但事实上，头顶光环的SBX雷达在数次飞行试验中并没有表现出与其名声相一致的成绩，存在着探测视角窄、识别能力不足、维修保养时间长等问题。

AN/TPY-2[8]陆基机动雷达是美国末段高空区域防御系统（THAAD）的火控雷达，可远程截获、精密跟踪和精确识别各类弹道导弹，主要负责弹道导弹目标的探测与跟踪、威胁分类、落点估算、引导拦截以及杀伤评估。具有探测距离远、分辨率高、机动性强的特点。它具有2种部署模式，即可单独部署成为早期弹道导弹预警雷达（前置部署模式，称为FBX-T），也可与THAAD系统一同部署，充当火控单元（末端部署模式）。据报道，美国陆军共采购了12部AN/TPY-2雷达。

4.2 技术特征

SBX雷达长近122 m，高度约有26层楼高，质量为50000 t，是一部采用稀疏布阵（有限视场设计）、二维机扫与二维相扫相结合的X波段大型远程相控阵雷达。其天线阵为八边形阵面，为了在保证天线口径的同时降低单元个数，天线采用大单元间距非周期排布，天线单元为专门设计的高增益喇叭。天线单元数量为45246个，天线直径22.1 m，面积384㎡，作用距离4000 km（对RCS=0.1㎡的目标），方位扫描范围±270°，俯仰扫描范围2°～90°，海上移动速度13 km/h。

AN/TPY-2雷达是高分辨率X波段固态有源相控阵多功能雷达，由天线、电力系统、冷却系统和主动力系统等4个部分组成。雷达天线面积为9.2㎡，发射/接收阵元数为25334个，阵元峰值功率可达16 W，雷达平均功率为60～80 kW，探测距离最远可达1700 km（对RCS=1的目标）。具有多种搜索方式、多种先进的抗干扰措施，不仅能完整地获得高速度、多批次、小RCS目标的标量几何参数，而且具有在严酷信息战环境中，实时精确探测目标群中每个目标的距离、角域、速度、加速度等参数，对目标分类、识别、编目和成像而认识目标，完成由“亮点”到“图像”的飞跃，是目前世界上最大、性能最强的陆基移动弹道导弹预警雷达。

4.3 位置分布

目前，SBX雷达正停泊于夏威夷珍珠港，12部AN/TPY-2雷达的部署位置如下：日本车力（FBXT）、日本经岬（FBX-T）、土耳其马拉迪亚（FBX-T）、卡塔尔（FBX-T）、以色列内盖夫（FBX-T）、韩国星州郡、夏威夷、关岛、白沙靶场、阿联酋、罗马尼亚、威客岛。它们的位置分布与威力范围如图4所示。

图4 地/海基X波段雷达位置分布与威力范围（未考虑天线指向与扫描范围）

5 结束语

综合来看，美军现役导弹预警卫星能够覆盖全球绝大部分地区，地/海基预警雷达能够覆盖北半球主要地区，其“铺路爪”雷达的预警范围能够覆盖我80%以上的国土，其陆基X波段雷达对华东、华北和东北地区构成较大威胁。下一步，美军将加快“持续过顶红外”（OPIR）卫星、新型防空反导雷达（AMDR）等项目的建设，其反导预警能力将进一步提升。对此，应尽快研究针对性措施，列装新型电子对抗装备，维持区域拒止/反介入能力，保护国家利益不受威胁。■