机载预警雷达发展趋势分析

工程设计作业—机载预警雷达发展趋势分析

班级：020831

学号：02083052

姓名：王得帅

摘要经过几十年的发展, 机载预警雷达技术取得了很大进

步文中介绍了国外典型机载预警雷达的发展现状,并针对新的作战环境下机载预警雷达面临的技术问题,分析了机载预警雷达的发展趋势,最后对机载预警雷达的发展提出了一些建议。

关键词机载预警雷达; 杂波抑制; 反隐身; 抗干扰; 相控阵

0引言

预警机将雷达装上飞机, 利用飞机平台的飞行高度克服地球曲率对观测视距的限制, 消除雷达盲区,扩大低空和超低空探测距离,发现更远的敌机和导弹,为防空系统提供更多的预警间其雷达称为机载预警雷达预警机不仅具有全空域的远距离探测能力, 还具有机动性好,生存能力强, 布防灵活等特点, 因此成为现代高技术信息化战争不可缺少的战略装备由于机载预警雷达架设在高空飞行的飞机上, 因而其优越性是地基雷达所无法比拟的然而, 雷达升空后, 下视工作加平台运动带来了地杂波频谱扩展问题,雷达安装在飞机上对雷达系统也出了许多限制(如对雷达体积重量和功耗的限制 ), 技术难度很大,能够自主研制高性能机载预警雷达的国家屈指可数美国经过几十年的发展, 形成了 E 2 E 3 2个系列的预警机,并在多次战争中发挥重要作用根据在使用中出现的问题,美国还在不断对这两种型

号的雷达进行改进以提高性能此外,随着现代电子技术和飞行器隐身技术的迅速发展,机载预警雷达未来的主要作战对象将是隐身性能和飞行性能俱佳的第 4代战机, 以及低空高速飞行的低雷达散射截面(RCS)巡航导弹,而实际电子战环境中还存在着多种形式的干扰等, 对下一代机载预警雷达技术的发展提出了更高的要求

1国外典型机载预警雷达

美国海军是最早使用预警机的军种, 由于在 194年珍珠港事件中蒙受重大损失,美国海军认识到地面舰载雷达的局限性, 决定把当时较先进的 AN /APS 2雷达安装在复仇者鱼雷轰炸机上, 这就是著名的Cadillac计划, AN /APS 20也就成为了现代机载预警雷达的雏形,它基本相当于把普通的地面脉冲雷达搬到飞机平台上雷达升空可以解决视线受地球曲率遮挡,而在高速飞行的条件下,随之带来的就是地杂波频谱扩展问题,采用动目标显示 (MTI)技术的普通脉冲雷达的探测性能受到极大的限制,而多普勒( PD)技术可用来解决机载雷达强杂波背景下检测空中运动目标,它通常发射一组较高重复频率( PRF)的相参脉冲信号,每个距离门设置一组滤波器,对接收到的回波信号进行多普勒滤波,从而对地杂波进行有效的抑制,以

提高目标的检测能力。

然而随着预警观测区域的不断扩大和地形环境的复杂程度加剧,机载预警雷达面临的杂波问题更加严重和多样化,为了检测远距离的弱小目标,必须提高机载预警雷达的杂波处理能力PD技术是要在距离 /多普勒的杂波清晰区和较弱的副瓣杂波区进行目标检测首先,雷达发射的信号应具有高纯频谱特性,即低相位噪声和低杂散谱线;其次在主瓣杂波信号很强的情况下,接收系统不能饱和,以保证信号不出现虚假频率信号,因此需要接收系统要有很大的动态;另外雷达天线的副瓣电平要尽可能低美国 E 3 望楼预警机(如图 1所示)的预警雷达

AN /APY 1/2就使用了超低副瓣天线 (波导裂缝阵列)及高性能天线罩,其最大副瓣电平可达- 50 dB,与副瓣杂波电平直接关联的平均副瓣电平更低,极大地降低了副瓣杂波和提高检测处于副瓣杂波区的目标的能力美国海军的 E 2C舰载预警机(如图2所示)最新配置的机载预警雷达为 AN /APS 145, 发射 P波段电磁信号由于载机体积和重量的限制, 天线采用小型化双层八木阵列天线,副瓣电平不是很低,但主要用于海上, P波段海杂波相对较弱, 因而仍能较好地工作另外, AN /APS 145雷达还采用了机载雷达动目标检测(AMTD)技术来改善雷达的杂波抑制能力,

利用了时间平均杂波相关机载雷达(TACCAR)技术来补偿径向速度和移动相位中心天线(DPCA)技术来补偿切向速度但在大海情以及陆海交界甚至陆上使用时, 就需

要进一步抑制其副瓣杂波, E 2C主要采取信号处理的方法来不断改进被称为 E 2C预警机的下一步发展计划的 E 2D 高级鹰眼预警机 (如图 3所示), 在雷达现代化计划 (RMP)中拟研制的下一代雷达 AN /ADS 18将采用多通道相控阵天线和数字式接收机等新体制,利先进的空时自适应信号处理 ( STAP)技术,来改进杂波抑制能力 E 2D是目前唯一采用了这一先进技术的装备,将在 2011年交付使用。以色列发展的费尔康预警机(如图4所示), 因其机载预警雷达采用固态有源相控阵体制,因而备受业界关注,其天线共有 6个固定天线阵面固态有源相控阵具有以下 2个优点:

( 1)分布式发射和

接收, 进一步提高了系统

的能量效率灵敏度和可

靠性;

(2)波束扫描灵活,可以不同扇区扫描,速度可变,搜索和跟踪的要求可以通过合理地分配资源来满足但是相控阵雷达也存在一些问题例如, 天线的副瓣电平不如波导裂缝阵列做得低, 扫描过程中天线副瓣电平还会抬高,且增益随扫描角增大而降低,虽然主瓣宽度扩展了,可以通过增加目标驻留时间来弥补,但性能仍有较大的降低。

2面临的技术问题

2. 1 隐身技术

机载预警雷达必须有

足够的预警时间和探测距离,

一般约 300 km 以机载预警雷

达AN /APY 2为例,当载机高

度为 9 600m时,对高空轰炸

机类大型目标的探测距离为

667 km,对战斗机的探测距离为 445 km,对巡航导弹的探测距离为 324 km 可以看出, AN /APY 2对以上各类目标的探测距离基本满足设计要求然而,随着现代隐身技术的快速发展, 新一代战斗机的前视 RCS越来越小,使机载预警雷达面临着严重威胁美国已确定的下一代主力战斗机 F 22兼顾了隐身性能与作战效能,其前视 RCS在微波波段小于 0. 05 m ,通常在对预警机雷达的探测威力进行指标预计与检验时,目标机RCS是以 5m 为标准,如以这些雷达对付下一代隐身战斗机时, 因目标 RCS下降约为20 dB,探测距离将下降到原指标的 30%,如原来探测距离指标为300 km,则对隐身飞机将降到约 100 km,显然不能满足对敌机的警戒距离要求因此,提高机载预警雷达的反隐身能力将是下一步提高预警雷达技术需要首先考虑的问题。

2. 2杂波

由于机载预警雷达架设在很高的平台上,雷达下工作时,地面杂波的影响十分严重,尤其在丘陵和山地带,杂波强度相对目标信号达 60 dB~ 90 dB, 在这强杂波背景下, 加上载机运动带来的杂波谱扩展,使雷达检测性能下降很快, 给雷达检测目标带来很大胁另外,随着社会发展,各国城市化建设日益加快,载预警雷达在包含有城市块的区域上空工作时,可能面临强弱动态范