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    美国防空反导系统雷达新技术发展及应用

    来源:六七范文网 时间:2022-09-08 22:55:02 点击:

      面对导弹技术的扩散、五代机的入役和高超声速武器等新威胁的出现,美军的防空反导系统面临着日益严重的威胁,目标识别难题也更加严重。为进一步提升探测跟踪及目标识别能力,增强防空反导系统的作战能力,美国近年来从雷达新体制、新器件等多个方面,加大雷达新技术的研究力度。

    美国防空反导雷达部署及不足


      导弹预警雷达和天基红外预警卫星是美军主要防空反导预警装备。目前,美军导弹预警雷达主要包括固定阵地的3部升级型早期预警雷达、2部铺路爪雷达、1部丹麦眼镜蛇雷达,以及移动型海基X波段雷达、前置型X波段雷达AN/TPY-2、巡洋舰和驱逐舰装备的宙斯盾系统雷达AN/SPY-1、陆军爱国者系统雷达AN/MPQ-53/65等。
      其中,早期预警雷达、铺路爪雷达和丹麦眼镜蛇雷达是地基中段防御系统的预警雷达,分别工作在P波段和L波段,由于频率低、带宽窄,不具备目标识别能力。前置型AN/TPY-2雷达对来袭弹头的识别距离有限,主要用于跟踪早期飞行阶段的导弹。“宙斯盾”系统的AN/SPY-1雷达工作在S波段,“爱国者”系统的AN/MPQ-53/65雷达工作在C波段,频率低且作用距离有限,用于对拦截弹的末段制导。海基X波段雷达具有高分辨能力,但最初建造目的是用于试验,不具备作战系统所需的可靠性和实用性,且雷达波束角度范围(即电子视场)只有25°,限制了雷达处理呈大角度分散的多目标的能力。因此,美国防空反导系统利用现有雷达进行目标识别的能力尚有欠缺。
      美军目前主要依靠X波段雷达解决防空反导系统目标识别的问题。2012年以来,美国相继提出多项方案,以改善对来袭导弹的目标识别性能,主要包括:在早期预警雷达附近部署堆叠式AN/TPY-2雷达或X波段非相控阵雷达;将夸贾林靶场的GBR-P雷达样机升级后部署至东海岸;以及新建S波段远程识别雷达(LRDR),部署在阿拉斯加州克利尔空军基地,在太平洋和夏威夷新建识别雷达等。

    美国雷达新体制技术发展现状


      为解决识别能力、成本、技战指标等不足,美国国防部门和防务公司发展了一系列雷达新技术。通过梳理近年来美国国防部门、军工企业在雷达新技术领域的发展,从雷达新体制、雷达新器件与新材料、雷达前沿技术等角度,研究雷达新技术的发展现状。
      在雷达新体制方面,美国重点研究了数字阵列雷达技术,多输入多输出(MIMO)雷达与分布式相参合成孔径雷达技术,雷达自适应技术与认知雷达,频谱共享与雷达综合射频技术等。
      发展数字阵列雷达技术,提升雷达多功能和小目标检测能力。数字阵列雷达是发射和接收波束均采用数字波束形成技术的全数字阵列扫描雷达,通过在数字域对发射/接收信号进行幅相加权来形成所需波束,具有超低副瓣、多功能、小目标检测能力强、低截获概率、易于实现软件化和宽角度扫描等优点,可用于搜索、监视、目标跟踪、火控、天气监测等各种应用。
      目前,美国陆军、海军都发展了数字阵列雷达技术。2010年,美国陆军通信电子研究、开发与工程中心启动数字阵列雷达项目,旨在验证如何运用宽带隙半导体技术、高度集成收发器以及性能不断增长的商业数字组件生产高性能、低成本的相控阵雷达系统。2006年,美国海军研究生院提出“反导反隐身机会数字阵列雷达”概念,旨在以数字阵列技术为基础,以机会阵和孔径结构技术为核心,研究具有多种工作模式的新体制反导反隐身雷达,设想用于DDG-1000朱姆·沃尔特级驱逐舰。2014年—2018年,雷神公司设计灵活分布式阵列雷达,重点开发数字天线,用于雷达、通信和电子战发送和接收射频信号。2017年,世界首部采用大孔径子阵级数字阵列技术的S波段舰载防空反导雷达AN/SPY-6在夏威夷成功完成3次实弹拦截测试,进入低速率初始生产阶段。
      发展MIMO雷达与分布式相参孔径处理技术,提升雷达目标探测威力。MIMO雷达是一种多通道发射、多通道接收的新雷达技术体制,是雷达组网的最高层次,能够增大功率孔径积,提高对目标探威力,提高对隐身目标探测的效能,具有优良的抗摧毁、抗干扰性能和目标识别能力,可用于构建岸基预警雷达系统,远距离微小目标以及机载/星载动目标的检测等。该技术得到了美国空军的高度重視,并取得了一系列进展。
      分布式相参合成孔径雷达是将若干部(设为N部)机动式雷达进行信号级合成处理,实现N3信噪比增益(MIMO雷达只能获得N2信噪比增益),等效形成一个大威力的机动式雷达,满足大威力、高精度探测与机动灵活部署等需求。
      发展雷达自适应对抗技术与认知雷达,提升雷达电子战能力和智能化水平。雷达自适应对抗技术是可识别敌方未知雷达系统的信号特征,利用实时生成的对抗措施进行电子干扰,并可进行效果评估的一种电子战技术。2012年7月,美国防高级研究计划局(DARPA)启动自适应雷达对抗(ARC)项目,旨在开发一种新型电子战能力,有效识别敌方不断变化和不清晰的雷达信号,并快速采用有效手段对其进行干扰。ARC技术采用开放式结构,算法和信号处理软件可以在不改造前端射频硬件的情况下改造现有电子战系统。ARC项目分为3个阶段,研发周期为5年,重点进行算法开发和部件级测试,系统开发,研制一个实时自适应雷达对抗样机,并进行飞行测试。2014年11月和2016年7月,DARPA先后与BAE系统公司签署合同,用于ARC项目的第二、三阶段。BAE系统公司计划2018年推出ARC样机。
    位于阿拉斯加的美军早期预警雷达

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