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346A型有源相控阵雷

052D出现后,人们发现最大的变化就是其舰桥上安装的4面大尺寸346A型有源相控阵雷达,从雷达编号看应该是早期346型的改进型,但从052D的开工建造时间和国内相关技术研制进度看,346A型在结构设计和材料应用方面并未采用更先进技术和材料,只是通过一些硬件和软件方面的改进消除了早期346型雷达所存在的问题,同时还保证了性能较346型有较大的提高。

武器性能

  • 中文名:346A型有源相控阵雷
  • 英文名:346a phased array radar
  • 国家:中国
  • 作用距离:约450公里
  • 波段:S波段,C波段
  • 研制单位:南京14所
  • 目录

    升级发展编辑本段

    052D导弹驱逐舰上的346a雷达052D导弹驱逐舰上的346a雷达
    346A在外观上比052C装备的346型有了很大变化,取消了后者表面的圆弧形风罩,这说明雷达的冷却方式有了改变,应该是由早期的风冷变成了冷却效果更好的液冷方式,这样,即使在阵源数量不变的情况下,雷达的发射功率也会增加,可靠性和连续工作能力都有明显的提高。其次,346A型雷达的天线尺寸进一步加大,由346型的长方形变为近似正方形结构,面积增加了20%, 这样一来,雷达阵面安装的T/R组件数量也将进一步增加(可能接近5700个),直接效果就是雷达整体发射功率会得到有效的提高, 加之T/R模块小型化和内循环液冷技术的应用, 发射模块的峰值功率可增加到8瓦左右, 额定功率可达4-6瓦, 整套雷达的发射功率可以达到6兆瓦以上, 已经超过了美国SPY-1D无源相控阵雷达的水平, 保证了探初能力和距离的大幅提高。
    052C导弹驱逐舰上的346型相控阵雷达052C导弹驱逐舰上的346型相控阵雷达
    同时, 雷达的控制系统也进行了改进, 应用了数字化波束控制技术, 极大地增强了雷达的探测能力和控制精度。 最后, 原先布置在雷达阵 面内的C波段导弹应答天线改在了舰桥外部(相控阵雷达阵面天线的上方), 天线尺寸进一步增加(天线面积增加到1平方米以上), 可以更好地适应新型舰空导弹射程增加后中段数据引导以及雷达阵面搜索T/R模块减少的问题。 受到雷达面积、 体积和重量的影响, 大型四面阵雷达的安装位置都很低因而存在低空搜索能力差的问题, 346A型也不例外。 对此, 各国都有各自的办法来解决或缓解这个问题, 中国是通过加装一部364型低空搜索雷达来解决的, 而美国则是凭借其强大的舰载预警机力量来弥补的。

    作为目前中国技术水平最高、 性能最为先进的舰载有源相控阵雷达, 346A型雷达通过不断的技术积累和渐改完善, 整体技术水平和性能已经达到了世界先进水平, 特别是在与雷达系统相关的后期数据处理、 运算、 作战决策、 敌我识别、 威胁评估及指挥控制等方面有了很大的提高和进步。 这不仅充分发挥了346A型雷达的性能, 同时也赋予了052D更强大的目标搜索、 跟踪、 识别能力, 使之具备更为全面、 完善的多任务作战能力。毕竟 052C和052D的研制间隔了近10年时间, 而这也是现代电子技术和计算机技术发展最为迅速的10年, 因此052D的相关软件系统和显示、 控制设备都是 052C所无法比拟的。 不过, 与052D同期建造的第二批052C也在这方面有了不小的提高, 整体水平要比首批的2艘052C先进、 完善了很多。

    辽宁舰上的相控阵雷达编辑本段

    我海军首艘航母辽宁舰在5月27日返回大连船厂,进入维修状态。7月4日,首次海试回来在船坞里进行了一个半月维护的国产首艘航母出坞,为辽宁舰腾出了船坞。随后,辽宁舰开始进坞维修和改装。根据近日网上曝光的照片来看,辽宁舰的舰岛上还有很多脚手架,但主桅顶部的“海鹰”三坐标对空雷达已经重新安装完毕。那么,接下来最值得期待的就是拆下来的有源相控阵雷达天线阵面是否更换。

    辽宁舰在由“瓦良格”号续建和改装的过程中,346A型有源相控阵雷达应该还没有完成定型,所以采用的还是与052C驱逐舰相同的346型有源相控阵雷达,特点是天线阵面有一个弧形罩,即风冷系统静压箱,作用是让送风系统减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动,可使送风效果更加理想。而进过改进的346A型雷达则采用了效率更高的液冷系统,所以天线阵面取消了弧形的风冷系统静压箱。仅由此就可以看出,346A型雷达的技术水平要比346型高。还有一点,就是346A型雷达比346型雷达问世晚得多,其上的T/R模块材料很可能比346型的更好,比如功率提高、功耗下降等。

    辽宁舰如果换装346A型雷达,那么探测和跟踪能力将会更强。尽管这种换装花费不菲,但是对于航母来说,这份花费还是值得的。特别是在辽宁舰缺乏固定翼舰载预警机的情况下,提高自身的探测能力很有必要。从现在辽宁舰的维修和改装工程力度来看,换装346A型雷达的可能性还是比较大的。当然,也不能排除对346型雷达进行检修、更换零部件,然后再重新装回去的可能。毕竟这类有源相控阵雷达价格很高,对于发展状态的我海军来说还远没有到只注重技术先进性不顾成本的地步。

    五大缺点编辑本段

    舰载多功能相控阵雷达是舰载雷达的一个主要发展方向,具有探测目标精度高、抗干扰能力强、可靠性高、隐身性能好等诸多优点。

      相控阵雷达采用电子稳定平台,通过自适应调度雷达时间和能量资源,改变天线表面阵列所发出波束的合成方式来改变波束扫描方向,可同时完成搜索警戒、精确跟踪、目标敌我识别、导弹制导、目标引导等多种功能。相控阵雷达使用电子扫描方式,通过改变频率或者是改变相位的方式,将合成的波束发射的方向加以变化。电子扫描扫描速率高、改变波束方向的速率快、对于目标测量精确度高于机械扫描雷达。目前,中、美、日、俄、法、意、德、英等国家都装备或正在研制相控阵雷达,其中较为著名的有中国装备于052C导弹驱逐舰和“辽宁”号航空母舰上的346相控阵雷达和装备于052D型导弹驱逐舰上的346A型相控阵雷达;美国装备于阿利·伯克级驱逐舰上的SPY-1系列相控阵雷达;日本海军装备在“日向”级“护卫舰”上的FCS-3型相控阵雷达等。

      多功能相控阵雷达虽然有着诸多的优点,但其与任何武器装备一样,有其利也有其弊。从造价上来说,相控阵雷达的造价普遍偏高,往往是普通雷达的数十倍乃至数百倍,这使得多功能相控阵雷达一般只能装备在一些高端主战舰艇上;从适装舰艇方面来说,由于多功能相控阵雷达的重量一般较重而体积较大,故此,只能装备于大型舰艇上。从能耗上来说,多功能相控阵雷达的功率较大,长时间开机对舰艇上宝贵的能源资源耗费厉害。在性能上,多功能相控阵雷达也有一些不足之处,如对杂波特别是海杂波抑制能力不足、探测隐身目标能力不足、在对抗自卫式噪声干扰能力不足、探测低空及掠海目标能力不足、在强杂波背景时性能下降等。

    052D导弹驱逐舰052D导弹驱逐舰

    舰载多功能相控阵雷达既有预警雷达的远程警戒能力,又具有火控雷达的高精度。其警戒预警距离超过300千米,全空域搜索数据率在10至20秒。为满足舰载武器系统制导及火控的精度要求,雷达跟踪测量精度不能超过10分,而一般舰载警戒雷达的跟踪测量精度往往在几度以内。综合多方面性能上的考虑及目前的科技水平和经济性,舰载相控阵雷达雷达一般都以S频段作为工作频段。S频段与C频段和X频段相比较而言,波束宽,可用带宽窄,对海杂波的抑制能力不强。为了进行三坐标测量,该类型雷达都采用针状波束,为了提高可靠性,一般都采用工作在饱和放大模式的固态发射机。由于发射机输出功率不可调,故不能象普通对海雷达那样对发射波束进行赋形,导致在低空或掠海工作模式时海杂波更加强烈。在近岸工作时,如果蒸发波导等异常传播效应明显,会有大量远距陆地、岛屿等杂波出现,距离上的多重折叠会进一步增加杂波抑制的难度。而为了保证多任务和多目标能力,此时一般不采用MTD或PD等大量耗费雷达时间资源的工作方式,这就限制了雷达的杂波抑制效果。

      雷达的对海探测为直线传输式,受地球曲率影响,探测距离一般为视距。俗话说,站得高看得远,要加大对海探测距离最好的办法是将雷达架高,但由于相控阵雷达的体积较大重量较重,架设高度对舰艇的初稳心影响较大,必须在架设高度和舰艇的稳性之间取得平衡,故此其对海探测距离是有限的。鉴于相控阵雷达的架设高度通常较低,工作波长较长,其盲区也更近更宽,故此会发生对海面目标跟踪不连续现象,因为雷达的工作带宽有限,故此也难以通过宽带工作减少这一现象。随着各国海军超音速反舰导弹的广泛使用,低空掠海导弹已经成为舰艇所面临的重大威胁,超音速和高超音速反舰导弹的出现,这种威胁显得更为严重,对舰载武器系统的反应时间要求更高,这就要求相控阵雷达具有更远的对海探测距离、更高的搜索数据率和更好的跟踪航迹精度,来满足武器系统反应时间和对火控数据质量的要求。这对于舰载多功能相控阵雷达已经难以胜任,有必要设置专用的、架设跟高的对海雷达并采用对海性能更优的频段,采用最佳的信号形式和处理方式,降低海杂波干扰,改善对掠海目标的观测性能。如2013年10月份下水的美国朱姆沃特级新型驱逐舰上,不但安装了SPY-3型多功能相控阵雷达,还安装了X频段的三坐标雷达,以解决低空掠海目标的探测问题。中国海军在安装了国产346型相控阵雷达的052C及052D导弹驱逐舰上也安装了366型多波段超视距雷达,其对海超视距探测距离可达100千米至数百千米。

    052D驱逐舰主桅杆雷达特写052D驱逐舰主桅杆雷达特写

      舰载多功能相控阵雷达对隐身目标的搜索并没有优势,但在发现目标后可采用集能“烧穿”工作方式提高跟踪距离,为舰载武器系统提供更多的反应时间。隐身目标使舰载雷达的威力降低,使自己暴露在对方武器系统的威胁之下,对隐身目标而言,战场透明度要远远强于非隐身的一方。当警戒雷达发现并提供满足武器系统精度要求的跟踪数据距离时,己方舰艇已没有足够多的武器反应时间,而对方早已可以实施导弹攻击。目前对隐身目标探测常用的手段是采用米波雷达、毫米波雷达或双/多基地雷达,利用隐身目标在某些频段和视角时隐身效果下降的特点,增加对其探测距离。比如美军的F-117隐身战斗机,对于2至3厘米波长的雷达,其RCS雷达截面积约为0.1平方米,而对于米波雷达,其RCS雷达截面积约为1平方米。但由于米波雷达天线庞大,其旋回半径容易遮挡舰载武器的射界,导致有效射界减小,而毫米波雷达的威力有限等原因,双/多基地雷达成为主要选择。双/多基地雷达探测方式是利用隐身目标背侧向反射面积显著增加的特点,增加对其发现距离,以发挥舰载多功能相控阵雷达的优势。多平台协同工作即各平台进行实时信息交互、协调工作时序。多功能相控阵雷达除了具备各种雷达功能外,还具有实时宽带通信功能,为解决这一问题创造了条件。美国已经利用X频段多功能相控阵雷达成功进行了宽带通讯试验,实现了高达2Gbps的数据传输速率。多平台协同探测会引入新的误差因素,影响探测精度,进而影响到武器系统效能的发挥,故此,一般在多平台协同工作发现隐身目标后,利用相控阵雷达集能“烧穿”工作方式,改由单平台对其实施跟踪,在保证精度的情况下,增加跟踪距离。由于地球曲率影响,各舰载平台间的直线通讯距离为视距,或者在不具备多个舰载平台协同观测的条件时,也可由机载或地面观测设备为舰载多功能相控阵雷达提供隐身目标的引导信息,再由其采用集能“烧穿”工作方式对重点区域进行搜索和跟踪,增加对隐身目标的发现和跟踪距离。

      自卫式噪声干扰由导弹或直接执行进攻任务的飞机施放,用于破坏对方的警戒探测系统,提高突防概率。相控阵体制雷达除了采用通常的低截获设计、副瓣匿影、重频抖动、频率捷变等手段进行干扰对抗外,还可通过自适应副瓣对消、自适应空间滤波(DBF)等方法提高反副瓣干扰性能;也可以通过随机扫描、回波信号统计与鉴别等手段应对主副瓣欺骗式干扰,但对从主瓣进入的自卫式噪声干扰并没有优势。即使采用“烧穿”工作方式,通过耗费时间资源对干扰源进行连续照射,其对典型干扰源所能实现的自卫距离也只有数十公里。这一距离己不能满足舰载武器系统反应时间的需要。由于干扰从虚瓣进入,雷达和干扰形成了直接的能量对抗关系。由于自卫距离和干扰功率的平方成反比,干扰机只要很低的辐射功率就可以完全掩盖目标回波,造成雷达难以对其实施正常跟踪。但因为自卫式噪声干扰主动辐射能量,故此可以通过无源探测,对干扰源进行连续的角度跟踪。相控阵雷达可以采用有源和无源方式同时对干扰源进行探测,在目标施放干扰时利用无源探测获得角度信息,在其暂停干扰时,利用有源探测获得目标的三坐标信息。而一般采用自卫式干扰的导弹或飞机距离不会太远,有了角度信息就可以利用反辐射导弹对其进行打击。如果没有反辐射导弹,也可使用多个平台上获得的干扰源角度跟踪信息对其进行交叉定位,为我方其它武器系统提供目标信息,以实施打击。但是这种定位方式精度不高,不能充分发挥武器系统的效能,在反制效果要比反辐射导弹差得多。如果舰艇配备了反辐射导弹,敌方将被迫放弃自卫式干扰这种引火烧身的做法。

    美海军阿利-伯克IIIAMDR雷达美海军阿利-伯克IIIAMDR雷达

      舰载多功能相控阵雷达具备同时完成多种任务的能力,但其总的时间能量资源是固定的。在强杂波和干扰背景下,造成雷达波束在每个波位的驻留时间增加,能达到正常情况的数倍,为了保持对目标的检测概率需要采用多脉冲工作方式,以致消耗的时间资源成倍增加,雷达的数据率、跟踪目标批次数等性能都将有明显下降。当采用集能“烧穿”工作方式对付隐身目标或自卫式干扰时,消耗的时间能量资源将更为可观。这将造成其整体性能的显著下降,搜索数据率和跟踪目标容量都将明显恶化。此时,需要利用舰载其他传感器的工作以降低多功能相控阵雷达的工作负荷,从而保证相控阵雷达在重点方向和高威胁等级的目标上有足够的资源去遂行警戒、跟踪和制导等任务。

      舰载多功能相控阵雷达具有突出的性能和优异的指标,故而被各国海军争相发展,多功能相控阵雷达正在成为世界海军强国的标准配置。但是,多功能相控阵雷达也不是万能的,同样存在自身的不足。随着相控阵体制技术的发展,其自身的不足也将被逐渐克服。而合理使用多功能相控阵雷达,发挥其优势、避开其不足才能实现最大的作战效能。

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