揭秘预警机的相控阵雷达系统

引言

机载预警雷达利用预警机平台的飞行

高度克服地球曲率对视距的限制，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

多的预警时间，因而成为现代高技术信息

化战争不可缺少的战略装备[1]。但是随着

现代战场环境日趋复杂，反辐射导弹、隐

身目标、超低空突防、综合电子干扰以及

多方向、多批次、大密度饱和攻击等作战

武器和作战方式对预警机构成了极大的威

胁，因此，世界各军事强国在加强、完善

预警机方面都不遗余力，其中将相控阵技

术应用于机载预警雷达系统已成为预警机

改进和研发的重要内容。

1.相控阵雷达简介

相控阵[2]，就是由许多辐射单元按一

定规律排列形成的天线阵列，各单元之

间的辐射能量和相位可控。与传统的机

械扫描方式天线不同，相控阵天线通过

计算机控制各辐射单元的相位，改变天

线孔径上的相位分布从而实现波束在空间

扫描，即电子扫描，简称电扫。在一维

上排列若干辐射单元即为线阵，只能实

现方位或仰角上的一维电扫；在两维上

排列若干辐射单元称为平面阵，可以实

现方位和仰角上的二维电扫。这两种阵

列形式为了避免宽角扫描造成波束增益恶

化，其电扫描角一般控制在阵列法线两

侧各60°范围内，因此，必须由多块阵

列组合（通常3～4个）或采用机/电扫

描的方式（即机械装置带动单个相控阵天

线旋转）才能实现全空域360°的扫描。此

外，辐射单元也可以排列在曲线或曲面

上，这种天线称为共形阵天线[3]，共形阵

天线可以克服直线阵和平面阵扫描角小的

缺点，能以一部天线实现全空域电扫，因

此，被认为是未来雷达天线普遍采用的形

式。由此看来，相控阵雷达是因其天线为

采用相控阵天线而得名。

相控阵在雷达中的实现形式有无源和

有源两种。两者区别主要在于：无源相

控阵由雷达发射机统一馈电，波束扫描

由位于辐射单元后的移相器控制；有源

相控阵不采用发射机统一馈电，而是每

个天线单元拥有独立的辐射/接收（T/

R）功能，多个收发单元形成一个收发

组件，波束的扫描由T/R组件控制。相

比于无源相控阵而言，有源相控阵在功

率管理上更具灵活性，且由于采用了集

成电路，其损耗更小，可靠性更高。

2.相控阵雷达的特点

2.1易于实现多功能，对付多目标

传统机械扫描天线的扫描速度一般为

6r/min，即每秒36°[4]，而相控阵雷达

利用电子扫描几乎无惯性的特点，与计算

机配合，可形成多个独立波束，分时或同

时实现多功能，完成对不同方向、不同高

度的多批目标的搜索、探测和跟踪。这样，

一部雷达能起到多部专用雷达的作用，揭秘预警机的相控阵雷达系统

孔挺谢彦宏张源原海军飞行学院教研部125001

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.019

而且还远比它们能够同时对付的目标多。因此，特别适用于多目标、多方向、多层次空袭的现代战场环境。2.2探测距离远，抗干扰能力强相控阵雷达可以利用分布在天线孔径上的多个辐射单元综合成非常高的功率，并能合理地管理能量和控制天线主瓣增益，根据不同方向上的需要分配不同的发射能量，易于实现自适应旁瓣抑制和自适应抗各种干扰。这样不仅可以增大雷达探测距离，有利于发现远离目标和小雷达截面积（RCS ）目标(如隐形飞机、巡航导弹等)，还可降低雷达信号的被截获概率，提高抗反辐射导弹的能力。2.3数据率高、反应时间短由于相控阵雷达的波束扫描快速灵活，缩短了对目标信号检测、录取、信息传递等所需的时间，具有较高的数据率，而且雷达与数字计算机交联工作，能大大提高系统自动化程度，缩短目标搜索、跟踪和发控准备时间，便于快速、准确地实施雷达程序和数据处理。因而可提高跟踪空中高速机动目标的能力。2.4易于实现共形阵天线有源相控阵天线阵列易于以共形阵形式与载机的复杂表面相符。这样不仅可以减小天线对载机气动性能的影响，还可最大限度地利用载机表面，获得更大的天线面积，提高雷达的探测能力和精度，并有效降低载机的RCS ，减小载机被敌方雷达发现的距离。2.5可靠性高相控阵天线的阵列组较多，且并联使用，即使有少量组件失效，也不会影响整个系统的工作。此外，采用故障率极低的固态器件、用分布式发射机代替集中发射机、用全电扫替代机械扫描等措施均可进一步提高相控阵雷达的可靠性。3.相控阵雷达在预警机上的典

型应用

迄今为止，将相控阵雷达实用于预

警机的只有美国、俄罗斯、以色列、瑞

典、中国等国，其中以美国的E -3A 预

警机、以色列的“费尔康”预警机、瑞

典的萨伯-340预警机最具代表性[5]。

3.1 E-3A 预警机——AN/APY-1/

2雷达

美国的E-3A 预警机于1977年服役，是世界上第一种采用相控阵雷达的预警

机。载机为B707-320B ，预警雷达采用西屋公司生产的AN /APY-1雷达，工作在S 波段。雷达天线采用背负圆盘式安

装在机背顶部的盘状天线罩内。天线由24个辐射单元及对应的移相器垂直排列构成一维无源相控阵。空域扫描采用机/电扫描方式，即方位采用机械扫描覆盖360°，工作转速为6r/min ，俯仰上由相控阵天线对±30°以内的空域进行电扫描，是一维相控阵三坐标雷达。该雷达对5m 2目标探测距离达370 km ，目标处理能力（航迹）为600，数据率为6rpm 。3.2 费尔康预警机——EL/M-2075雷达

以色列研制的“费尔康”系统是世界上第一种使用有源相控阵雷达的预警机，也是世界上第一种采用共形阵天线技术的预警机，1995年服役，载机为B707-300C ，预警雷达采用以色列Elta 公司研制的EL/M-2075雷达，工作在L 波段。采用6个天线阵面覆盖360°方位，共有1472个T/R 组件，分布在机头、机身两侧和机尾，分别负责覆盖不同的方位。该雷达在方位、俯仰上均采用电扫，是

二维相控阵三坐标雷达。该雷达天线能够在瞬间改变波束指向，跟踪启动时间为2s ～4s （机械扫描雷达需要20s ～40s ），可同时跟踪100个目标，对战斗机的探测距离可达370km ，对直升机的探测距离可达180km 。3.3萨伯-340预警机——Erieye 雷达瑞典的萨伯-340预警机1997年服

役。采用Erisson 公司开发的Erieye （爱立眼）有源相控阵雷达，工作在S 波段。雷达天线采用背鳍（也称作平衡木）安装方式，将2个背对背配置的天线安置在机身上方的长条形雷达天线罩内。天线共有192个固态T/R 组件，可覆盖机身两侧各120°的方位范围，所以在飞机前

后各有60°的雷达盲区；仰角上不扫描，由波束覆盖10°空域，是一维相控阵二坐

标雷达。该雷达能同时跟踪300个目标，对

战斗机的探测距离可达300 km ，对巡航

导弹可达100 km 。

4.结语相控阵雷达具有机械扫描雷达不可比拟的优越性，将其应用于预警机，可使其在时间能量管理、扫描跟踪速度、多目标处理能力、抗干扰能力以及可靠性

等方面得到根本性的改善，提高了预警机适应现代战场环境的能力。随着技术

进步的推动和实际需求的牵引，由无源相控阵向全固态有源相控阵转变，由平面阵天线向共形阵天线转变，进一步提高机载预警雷达的下视能力、电子对抗能力、探测隐形目标的能力和生存能力，将是未来机载预警雷达的发展方向。