注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

u.s.navy的网易博客

莫斯科不相信眼泪

 
 
 

日志

 
 
 
 

提高预警机探测系统反隐身能力的技术途径   

2007-01-07 16:02:01|  分类: 装备科技A |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

 

摘要:在未来的战争中,各种武器系统已越来越多地采用隐身技术,但是每种隐身技术均具有局限性或弱点。本报告通过研究提出:采用有源相控阵雷达体制,采用自适应极化技术,扩展雷达频段,采用双/多基地雷达工作体制,采用数据融合技术和无源定位技术等技术途径,可以提高预警机探测系统反隐身的能力。

内容: 近年来,随着隐身飞机和巡航导弹的迅速发展和在战争中的大量应用,对预警机探测小目标和隐身目标的能力提出了挑战。nE

预警机的机载探测系统主要是雷达系统,此外还有红外探测系统等无源探测系统。针对雷达系统,隐身飞机和导弹等隐身目标主要通过整形设计和涂敷隐身材料等技术手段,实现降低雷达截面积(RCS)的目的。针对红外探测系统,隐身目标采用了散发热量少的发动机。但是无论采用哪种技术手段,都存在着一些局限性。;_

例如,隐身目标通过怪异外形设计增加了单基地雷达探测目标的难度,但为双/多基地雷达探测隐身目标提供了“空域观察窗口”;在目标上涂敷雷达吸波材料可以降低反射回波,但其吸收频带较窄,不能在宽频带内得到好的吸收效果,从而为双/多波段雷达探测隐身目标提供了一个“频域观察窗口”;隐身目标存在侧向、前向和后向散射回波信息,采用变极化技术和双/多基地雷达技术,可达到探测隐身目标的目的;隐身目标运动将产生的热辐射,这为红外搜索跟踪系统探测到隐身目标提供了可能;此外,通过多种传感器数据融合和组网多雷达数据融合,可获得单传感器无法获得的数据和推断能力,实现反隐身的目的。

因此,综合地分析隐身目标在能量域、极化域、频率域、空间域等方面存在的局限,才能更有效地提高预警机探测系统反隐身的能力。

在能量域方面,提高雷达的反隐身能力就是提高雷达的探测威力。目前,机载雷达体制有两种:一种是机械扫描雷达;另一种是电子扫描有源相控阵雷达。有源相控阵雷达与机扫雷达相比具有无惯性波束捷变能力和形成动态波束方向图的能力和多功能、多目标处理能力,此外它具有扫描速度快、可靠性高、传输损耗小、空间功率合成能力强、易于实现共形相控阵天线等优点。

预警机采用固态有源相控阵雷达能提高对隐身目标探测能力,主要通过以下三种方式实现:一是提高雷达的功率-孔径积;二是在增强搜索和确认工作方式时,采用更长的照射驻留时间,在重点扇区内增强探测威力;三是提高雷达抗电子干扰能力,抑制干扰机和杂波的干扰,提高信号/干扰功率比。

按目前发射机和天线水平,可提高发射器件效率,提高发射功率,增大天线孔径,使功率-孔径积提高若干dB。采用固态有源相控阵雷达进行空间合成,是目前雷达提高功率孔径积的优选方案。

有源相控阵雷达的发射源不是集中在一个大功率发射机,而是分散到多个发射/接收(T/R)组件中,每个T/R组件与天线一个或一组单元振子相连接,并安装在天线阵面的后面,馈线短,收发双程传输损耗小,并且移相器置于功率放大器之前,其损耗是在低功率电平上的损耗,可不计入输出功率中,因此有源相控阵与集中式发射机的平面相控阵比较,雷达系统的收发双程传输损耗可减少4~6dB,相当于发射功率增大2.5~4倍,使雷达探测能力覆盖范围适应探测常规飞机和隐身飞机的不同需要。

雷达发射机的功率与其重量有着一定的比例关系,在同等功率情况下,固态发射源有可能比电子管发射机减轻一个数量级的重量。由于雷达发射机占雷达整机总重量的1/4~1/3,而雷达又是任务电子系统中最重的设备,因此降低雷达发射机的重量对预警机载荷分配有着重要意义。反过来说在载机负荷限定条件下,采用固态发射源可允许雷达有更大的输出功率电平。

平面相控阵天线不依靠旋转天线来扫描波束。在飞机上加装固定的平面天线可比旋转天线允许有更大的尺寸和口径面积。

综上所述,采用固态有源相控阵体制,预警机雷达可获得数倍到数十倍功率-孔径积,从而可望增大探测威力数倍,实现对隐身目标的探测。

目前美国空军正在进行E-3预警机的雷达系统改进计划(RSIP),RSIP进行了硬件和软件改进,更加强调了探测低可观测性(低RCS)目标,包括巡航导弹的探测能力。如果RSIP雷达的天线功率/面积比,与目前以色列研制生产的“费尔康”(Phalcon)预警机雷达的功率/面积比相比增加1倍,则此雷达阵面的功率-孔径积比“费尔康”雷达的侧面天线阵增大约19dB,这一增大量基本上可以抵消下一代隐身战斗机在RCS上缩减量,从而可使雷达对隐身战斗机的探测距离保持在300~400km上,满足警戒监视与引导作战的基本要求。

有源相控阵雷达使用灵活扫描波束能够同时完成对360°方位的监视,对已发现目标点迹的确认和对已建立航迹的多个目标进行跟踪。

相控阵雷达可用下列几种方式工作:1)正常搜索、确认和边搜索边跟踪;2)增强搜索和确认;3)正常搜索、确认、边搜索边跟踪再加重点目标的高数据率跟踪与特殊目标的精确跟踪。特别是第2种工作方式是在重点扇区内增强探测威力。其目的是增大发现距离,对付低RCS目标(包括隐身飞机、小型无人机、巡航导弹等)。由于探测距离与(Td)1/4成正比,因此可用增加波束在每一方位角位置上的驻留时间Td来增强发射能量值。“费尔康”有源相控阵雷达通过采用长的波束空间驻留时间(增加脉冲回波积累数),大大提高了雷达检测远程小目标的能力。

预警机系统采用多面阵相控阵雷达,既能解决在监视全方位同时跟踪多批机动目标这一现代空战的战术要求,又能同时在重点方向增强对低RCS目标的探测威力。

预警机相控阵雷达具有集中能量对抗敌方压制式电子干扰的优点,其中自适应相控阵则更进一步,它能按照干扰的环境自动改变波瓣形状,在来袭干扰方向形成凹口,使雷达尽可能小地接收干扰功率,又保持对目标信号尽可能大地接收增益,从而使接收到的信号/干扰功率比最大。

采用空-时自适应处理(STAP)技术可在空域和时域抑制干扰机和杂波的干扰,从而提高探测小目标的能力。目前,美国罗姆实验室为机载多通道相控阵雷达开发了一种空-时自适应处理/算法工具,它可使相控阵雷达在敌干扰和强烈杂波环境下,抑制干扰机和杂波的干扰,探测很小的目标。

此外,采用低噪声场效应管放大器,可降低接收机噪声系数。雷达接收机中频以后的部分全数字化和软件化,完成自适应信号处理、自适应匹配滤波、自适应门限检测、自适应跳频和大脉宽压缩比等技术有利于提高雷达的信号/杂波比与信号/干扰比,提高雷达灵敏度。

采用高温超导技术来设计制造馈源元器件及射频馈线系统,可降低雷达信号双向传输损耗,提高雷达灵敏度。采用光纤代替同轴/波导系统,有利于增大天线孔径尺寸,提高接收灵敏度。

目前,外军已在一些预警机上装备了有源相控阵雷达,主要有瑞典爱立信的PS-890型“埃里眼”脉冲多普勒有源相控阵雷达和以色列IAI/ELTA公司研制的EL/M-2075型“费尔康”电子扫描相控阵雷达。在研的预警机有源相控阵雷达有美国诺斯罗普•格鲁曼公司研制的多用途电子扫描阵列雷达。就探测小目标的能力而言,“埃里眼”脉冲多普勒有源相控阵雷达可探测150km远的巡航导弹,而“费尔康”电子扫描相控阵雷达探测巡航导弹的距离远达230km。

由于相控制体制是提高雷达在恶劣电磁环境中对付低空、机动、隐身目标作战能力以及彻底改进可靠性的技术,因此新一代的机载预警雷达将无一例外地选用相控阵雷达。美国海军E-2C的后续机可能采用联合翼飞机,在上面安装共形有源相控阵天线,据称其天线有效口径是E-2C有效天线口径的6倍,其雷达频率覆盖从UHF到X波段,增大了对导弹和飞机的探测与跟踪距离。洛克希德·马丁公司提出了用S-3预警机作为E-2C后续机的方案,该机将采用L波段相控阵雷达。美国空军针对21世纪隐身巡航导弹更难探测的情况,也正在研究E-3预警机的后续机,其机载雷达为脉冲多普卜勒雷达。GE公司提出了研制以波音747-200为载机,在机身上方装四面阵相控阵天线罩,并采用L波段有源相控阵雷达的方案。

隐身目标整形设计和吸波材料所达到的隐身能力具有一定频率域局限性。吸波材料的厚度dx与雷达波长λ有关:dx≈(1/10~l/4)λ,若λ=0.71米(UHF波段),则吸波材料厚度至少要达到7cm才能有效隐身,这显然是飞行器无法承受的。因此,目前无论采用整形设计,还是采用涂敷、吸波材料,以及阻抗加载雷达隐身技术,主要是针对1~2GHz的微波雷达。如果采用这个波段以外工作的雷达系统如米波雷达,是可以跳出隐身飞行器采用的雷达吸波材料的吸收频带抑制雷达隐身飞行器RCS缩减的效果,实现对隐身目标探测的。

为了在频率域实现反隐身,目前,国外预警机探测系统的研究主要集中在采用L波段和UHF波段的双波段雷达,以及UHF波段雷达系统方面。

对AEW之类的机载雷达而言,选择适当的雷达工作频率,可以使杂波对雷达的检测性能的影响最小。降低雷达的工作频率,即采用与目标尺寸相当的工作波长时,在直接反射和绕射叠加时出现谐振现象,目标的RCS值处于雷达频率的谐振区,可获得较大的RCS值。

而低频工作的雷达,其波长与隐身目标的尺寸相近,因此探测隐身目标的能力更强。

基于机载预警雷达任务和相关技术的工程可实现性,应用L和UHF两个频带动态变频工作,是改善机载预警雷达反隐身性能的一种有效途径。

双波段中的L波段主要是提供高的空间自由度,便于有效地应用空-时自适应处理技术(STAP)来抑制多路径杂波和干扰,提供更好的目标探测跟踪和处理精度。在UHF波段工作,能够获得比L波段更好的探测小目标RCS的能力,并且获得比L波段低2~5dB的不良气象条件双程传播损耗,允许使用较小的发射机功率。

虽然L和UHF双波段雷达具有很好的反隐身能力,但由于存在一些技术问题,目前世界上还没有研制出可应用的双波段雷达,而是采用L波段或UHF波段雷达。

虽然低波段雷达探测隐身目标的能力更强,但是并不是说选用较低VHF波段的雷达就可以解决探测目标的问题,因为VHF波段的雷达测量精度差,抗电子干扰的能力弱。在VHF波段,目标的尺寸在任意方向上仅有几个波长,几乎不能进行目标分类。在UHF波段,天线则可以做得很小,这对于空载的传感器而言是有益的。而且,有可能获得较高的分辨率,使用全极化波形,从而使目标的分类更加可行。因而,从探测隐身目标的需要,UHF波段现在已成为倍受青睐的雷达工作波段。

但是使用UHF波段存在一个新问题,即存在大量的干扰源,其中包括工作在极大功率的电视台、军用雷达和移动通信设备。UHF雷达采用STAP技术将有利于抑制杂波和抗干扰。

雷达必须具备有效的抗综合性电子干扰的能力,才能在复杂的电磁环境中发现目标。因此在选用雷达工作的波段时,既要考虑探测隐身目标的需求,也要考虑是否能抗干扰。

目前,采用UHF雷达的典型实例是美国的E-2C预警机。美国早期预警机雷达APS-20的工作波段为S波段,从APS-96开始,所有的E-2系列预警机雷达工作波段均改为UHF波段。目前E-2C预警机采用的是AN/APS-145

UHF雷达。在正常天气情况下,AN/APS-145雷达可在648km外探测到轰炸机,在480km外探测到战斗机,在258km外让巡航导弹“现形”。

在未来的战争中隐身目标将会越来越多地投入使用,为了适应新的作战需求,使E-2C预警机延长服役到2010年,美国海军空间系统指挥部又制定E-2C“鹰眼”雷达现代化计划(RMP)。根据RMP,将用新的固态、电子扫描UHF雷达替代APS-145。新的雷达既能进行360°机械扫描,也能进行120°电子扫描,增益有望达到20dB,探测能力比现役雷达提高40%,能在电磁杂波和干扰环境下工作。该雷达还能通过通信设备Link-16和协同作战能力系统(CEC)与其他设备和传感器结合。

  评论这张
 
阅读(455)| 评论(1)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017