愛華網(wǎng)艦載多功能相控陣雷達是艦載雷達的一個主要發(fā)展方向，具有探測目標精度高、抗干擾能力強、可靠性高、隱身性能好等諸多優(yōu)點。相控陣雷達采用電子穩(wěn)定平臺，通過自適應調度雷達時間和能量資源，改變天線表面陣列所發(fā)出波束的合成方式來改變波束掃描方向，可同時完成搜索警戒、精確跟蹤、目標敵我識別、導彈制導、目標引導等多種功能。相控陣雷達使用電子掃描方式，通過改變頻率或者是改變相位的方式，將合成的波束發(fā)射的方向加以變化。電子掃描掃描速率高、改變波束方向的速率快、對于目標測量精確度高于機械掃描雷達。目前，中、美、日、俄、法、意、德、英等國家都裝備或正在研制相控陣雷達。
相控陣雷達的關鍵部位是負責改變電流相位的移相器，早期的移相器采用亞鐵鹽元件制造，成本過高且性能也不太可靠，每面天線僅能覆蓋90-120°的方位角，如果要實現(xiàn)360°全向監(jiān)視便需要3-4面天線陣列，如此則進一步增加了成本。到了20世紀70年代末期，伴隨電子工業(yè)的進步及固態(tài)電子技術的引入，雷達天線移相器的制造技術終于能滿足降低成本和可靠性的要求，這使得開發(fā)配備艦載相控陣雷達成為可能。而率先安裝在艦艇上的相控陣雷達便是作為美國海軍“宙斯盾”（Aegis）作戰(zhàn)管理系統(tǒng)核心的AN/SPY-1型雷達，該型雷達還可用于導彈的中段制導，與飛行末段以分時方式指示的火控雷達相配合。由于1艘“宙斯盾”型戰(zhàn)艦相當于過去4-6艘防空主力艦（以每艘平均3部火控雷達計算）的區(qū)域防空能力，由此引發(fā)了新一輪世界范圍的相控陣雷達裝艦競賽。
國外主要艦載相控陣雷達
AN/SPY-1 其最初的研制方為美國無線電（RCA）公司，后來通用電機航空航天公司并購了經(jīng)營不善的RCA，其后又把雷達電子分部轉售給了現(xiàn)在的洛克希德•馬丁公司。該雷達是美國海軍“宙斯盾”（AEGIS）作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的核心。AEGIS之名源自“機載預警陸基綜合系統(tǒng)”項目（AirborneEarly-warningGroundIntegratedsystem）的縮寫，也恰與希臘神話中的“宙斯盾”拼寫相同，
AN/SPY-1是一種被動式無源相控陣雷達，其天線陣列由4面覆蓋90°方位角的天線組成，每面天線約3.65米見方，含4480個天線單元（移相器）。在最初裝備的“提康德羅加”級巡洋艦前后兩座橋樓內，有64臺總功率5兆瓦的并聯(lián)發(fā)射機組成的機組分別向2面天線發(fā)送射頻能量，而后續(xù)的“伯克”級驅逐艦則減為l座發(fā)射機組，并把4面天線全部集中在前部橋樓。
為兼顧偵測距離與分辨率，使用折衷的S波段。對高空目標的偵測距離最遠達450千米，可同時追蹤200個以上的目標。最初的“宙斯盾”系統(tǒng)配備AN/SPY-1A型雷達，它工作在S波段，對空最大搜索距離為400千米，可同時監(jiān)視400個目標，并自動跟蹤其中的100個。
該系列中最早的A型裝備在1983年開始服役的“提康德羅加”級的前10艘（CG47-CG56）,而其后的17艘艦則裝備了減重版的B型。兩型雷達均使用AN/SPYK-7型計算機來控制天線的發(fā)射／接收單元。有意思的是當初美國海軍對新型雷達的可靠性并不十分放心，又在CG47-CG51號艦額外加裝了l部D波段機械掃描的AN/SPS-49搜索雷達，以備“應急”。20世紀90年代初再度減重的AN/SPY-1D陸續(xù)裝上“伯克”級驅逐艦、日本的“金剛”級驅逐艦、韓國的“世宗大王”級驅逐艦。日艦改用了新的AN/UYK-43/44計算機，比UYK-7型速度更快，所占的體積和重量也有所改善。
為了擴大海外競爭力，增強對4000-5000噸級驅護艦的吸引力，AN/SPY-1系列還衍生出了FARS和ADAR-2N兩型外貿雷達。前者的目標是北約的通用護衛(wèi)艦計劃（NFR），后者則原打算升改臺灣海軍的“成功”級，但均未如愿。兩型雷達性能相近，以FARS為例，其在設計時將天線尺寸縮小至2.5×2.5米，偵測距離也僅為“宙斯盾”的6成，可制導SM-2“標準”及ESSM“北約海麻雀”改型防空導彈。而說起歐洲的相控陣雷達艦的起步計劃也可謂一波三折，NFR計劃取消后，德國、荷蘭、西班牙三國轉而聯(lián)合開發(fā)安裝“阿帕”(APAR）主動式相控陣雷達的TFC通用護衛(wèi)艦，英、法兩國則另行合搞AFFF計劃，后來意大利也加入了進來，頂替再度中途退出的英國，于是計劃改稱CNGF，這就是即將于明年開始服役的“地平線”(Horizon）型防空導彈驅逐艦。而為了鞏固對海外市場的影響優(yōu)勢，美國方面則開放了限制“宙斯盾”系統(tǒng)出口的政策，洛•馬公司也及時推出了比前兩型外貿雷達測距和分辯率均有所提高的“正宗”的AN/SPY-1F型。其成功出口案例是1996年西班牙海軍退出TFC后自制的F100型“巴贊”級6000噸級防空導彈護衛(wèi)艦（計劃建4艘，2006年將全數(shù)服役）以及挪威海軍的“南森”級(F310）選擇了該型雷達。
AN/SPY-1系列雷達“標準”導彈為提供中段制導后交由X波段的MK-99火控系統(tǒng)的AN/SPG-62雷達提供末段半主動制導，這樣的搭配可同時提高系統(tǒng)快速反應多目標的能力和交戰(zhàn)個數(shù)。比如“提康德羅加”級4座、“伯克”和“金剛”級為3座、“巴贊”和“南森”級則搭載2座火控雷達，分別可同時攻擊16、18及12個目標。1998年，洛•馬公司為了配合美國海軍“由海及陸，縱深攻擊”的戰(zhàn)略轉變，又推出了AN/SPY-1D（V）型，提高了對付低空陸地目標及抗電磁干擾能力，該雷達已裝備“伯克”Ⅱ型（DDG-78之后）各艦。據(jù)稱，“宙斯盾”雷達在對彈道導彈的監(jiān)測能力方面也曾有過上佳表現(xiàn)，這也是美國海軍今后重點需要提高和加強的方向。
洛·馬公司正在研發(fā)更緊湊的SPY-1K型雷達，天線直徑僅為1.7米，用于小型艦艇如輕型巡洋艦、護衛(wèi)艦和大型巡邏艇等，使其具備低成本的多任務處理能力。
“桑普森”(SAMPSON) 是由英國航空航天防御公司（BADS）負責研發(fā)的有源相控陣雷達，是“多功能電子掃描雷達”（MESAR）的艦載版本，沿用了其“自適應”功能，可依工作環(huán)境進行自我調整以提高精確度。
“桑普森”雷達工作在為E/F（S）波段，每面天線上有2500個發(fā)射/接收單元，最大偵測距離為400千米，可同時追蹤500個目標、并同時接戰(zhàn)12個目標。同時還兼作PAAMS（主力防空導彈系統(tǒng)）的火控雷達用于制導“紫箢”-15/-30型末端主動雷達制導導彈?！白陷浮?15對飛機和超音速反艦導彈的有效攔截距離分別為10-15公里和5-10公里；具有區(qū)域防御能力的“紫箢”-30則各為35-45公里及10-15公里（從后一項指標可見對低空高速目標的攔截距離并不理想）。未來計劃發(fā)展X波段具備NCTR技術的高精度衍生型來彌補，而暫時在45型（“果敢”級）艦上裝備了GEC-馬可尼公司的S1850型D波段遠程搜索雷達作為輔助。
此型雷達的技術層次與性能都十分優(yōu)異，很多方面比肩甚至超越美國宙斯盾艦艇使用的SPY-1A/B/D，但價格卻十分高昂，目前僅裝備在英國45型驅逐艦。
“阿帕”(APAR） “阿帕”雷達是以荷蘭電信公司為核心的多國集團所開發(fā)的有源相控陣雷達。
“阿帕”雷達工作在X波段，天線直徑約l米，有3200個接收／發(fā)射單元，每套系統(tǒng)的4面天線負責360°全方位覆蓋。由于該波段雷達存在大氣衰減問題，對高空目標的最大偵測距離僅約150千米，低空目標則為75千米，可同時追蹤250個以上目標。由于分辨率較高，精度能滿足武器指控要求，所以無需火控雷達就能同時引導32枚導彈攻擊目標，對“改進型海麻雀”、“標準2”導彈實施中段及終端導引，以及艦炮射擊的支援?！鞍⑴痢边€將增加“非共同目標辨識能力”，通過分析雷達反射特性來判別目標種類。
該雷達裝備在德國海軍的“薩克森”級、荷蘭海軍的“七省”級（LCF）、丹麥“伊萬·休特菲爾德”級護衛(wèi)艦，加拿大海軍的CPF(“哈利法克斯”級的改進計劃）也決定采用“阿帕”。
“埃姆帕”（EMPAR） 該型雷達的名稱取自“歐洲多功能相控陣雷達”的英文縮寫，是由意大利阿萊尼亞公司研制的無源相控陣雷達。
“埃姆帕”雷達工作在C（G）波段，比使用X波段的“阿拉貝爾”有效距離更遠。其四方形的天線尺寸為1.5×1.5米，有2160個子單元，與垂直方向呈30°角的單面天線能覆蓋120°的高低角和90°的方位角，雖然避免了4面天線配置的高成本，但卻影響了數(shù)據(jù)更新速度，所以只能用60轉每分鐘的機械式旋轉基座來彌補不足。最大偵測距離180公里（飛機120公里），對小型導彈和掠海飛行目標則各降為50和23公里，能同時跟蹤300個目標（優(yōu)先168個）并引導24枚導彈攻擊12個目標。
該雷達主要裝備在法意“地平線”計劃衍生出的法國“福爾班”級級驅逐艦和意大利“卡羅伯加米尼”級驅逐艦，以及意大利“貝爾加米尼”級護衛(wèi)艦上。
“武仙座”（Herakles）法國泰利斯集團研發(fā)的無源相控陣雷達，三維搜索和火控雷達，安裝在主桅桿頂部一個天線罩內，用于遠距離空中/水面監(jiān)視和武器控制。
“武仙座”雷達工作在S波段，該雷達擁有360°環(huán)繞視距能力，每分鐘60轉。最大偵測距離為200千米，可同時追蹤400個目標，同時監(jiān)控目標數(shù)量64個。（攻擊鎖定目標為40個）。
該雷達主要裝備在法國出口新加坡的“可畏”級護衛(wèi)艦和法國“阿基坦”級驅逐艦上。
三菱FCS-3 由日本防衛(wèi)廳技術研究本部繼FCS-1、-2之后開發(fā)，由三菱電機公司具體負責研制的有源相控陣雷達。1995年FCS-3裝備當年完工的“飛鳥”號武器試驗艦（ASE-6102）進行海試。
該雷達屬于武器管制用主動相控陣雷達，采用4組固定式相控陣雷達天線，每組天線由一大一小兩個天線構成。其中面積較大的八邊形天線陣面直徑約1.6米，每個陣面由1600個工作頻率在C(G)波段的收、發(fā)模塊組成，其最大對空搜索距離達到200千米，可在強電子干擾環(huán)境下同時探測、跟蹤300個空中和海上目標；天線組中面積較小的天線則是一種主動相控陣火控雷達，這個X波段照射陣面直接來源于日本F-2戰(zhàn)斗機上面的J/APG-1有源相控陣雷達，工作在X波段，用于為“改進型海麻雀”(ESSM)和“標準”-2艦空導彈提供末段半主動雷達制導所需要的照射波束，每面天線可同時為多枚導彈提供照射，因此一套FCS-3改能同時控制10枚以上艦空導彈攔截多個空中目標，具備強大的抗“飽和攻擊”能力。
該雷達主要裝備在日本海上自衛(wèi)隊的“秋月”級通用驅逐艦、“日向”級航母、“出云”級航母上。
艦載相控陣雷達的不足
多功能艦載相控陣雷達雖然有著諸多的優(yōu)點，但其與任何武器裝備一樣，有其利也有其弊。從造價上來說，相控陣雷達的造價普遍偏高，往往是普通雷達的數(shù)十倍乃至數(shù)百倍，這使得多功能相控陣雷達一般只能裝備在一些高端主戰(zhàn)艦艇上；從適裝艦艇方面來說，由于多功能相控陣雷達的重量一般較重而體積較大，故此，只能裝備于大型艦艇上。從能耗上來說，多功能相控陣雷達的功率較大，長時間開機對艦艇上寶貴的能源資源耗費厲害。在性能上，多功能相控陣雷達也有一些不足之處，如對雜波特別是海雜波抑制能力不足、探測隱身目標能力不足、在對抗自衛(wèi)式噪聲干擾能力不足、探測低空及掠海目標能力不足、在強雜波背景時性能下降等。
艦載多功能相控陣雷達既有預警雷達的遠程警戒能力，又具有火控雷達的高精度。其警戒預警距離超過300千米，全空域搜索數(shù)據(jù)率在10至20秒。為滿足艦載武器系統(tǒng)制導及火控的精度要求，雷達跟蹤測量精度不能超過10分，而一般艦載警戒雷達的跟蹤測量精度往往在幾度以內。綜合多方面性能上的考慮及目前的科技水平和經(jīng)濟性，艦載相控陣雷達雷達一般都以S頻段作為工作頻段。S頻段與C頻段和X頻段相比較而言，波束寬，可用帶寬窄，對海雜波的抑制能力不強。為了進行三坐標測量，該類型雷達都采用針狀波束，為了提高可靠性，一般都采用工作在飽和放大模式的固態(tài)發(fā)射機。由于發(fā)射機輸出功率不可調，故不能象普通對海雷達那樣對發(fā)射波束進行賦形，導致在低空或掠海工作模式時海雜波更加強烈。在近岸工作時，如果蒸發(fā)波導等異常傳播效應明顯，會有大量遠距陸地、島嶼等雜波出現(xiàn)，距離上的多重折疊會進一步增加雜波抑制的難度。而為了保證多任務和多目標能力，此時一般不采用MTD或PD等大量耗費雷達時間資源的工作方式，這就限制了雷達的雜波抑制效果。
雷達的對海探測為直線傳輸式，受地球曲率影響，探測距離一般為視距。俗話說，站得高看得遠，要加大對海探測距離最好的辦法是將雷達架高，但由于相控陣雷達的體積較大重量較重，架設高度對艦艇的初穩(wěn)心影響較大，必須在架設高度和艦艇的穩(wěn)性之間取得平衡，故此其對海探測距離是有限的。鑒于相控陣雷達的架設高度通常較低，工作波長較長，其盲區(qū)也更近更寬，故此會發(fā)生對海面目標跟蹤不連續(xù)現(xiàn)象，因為雷達的工作帶寬有限，故此也難以通過寬帶工作減少這一現(xiàn)象。隨著各國海軍超音速反艦導彈的廣泛使用，低空掠海導彈已經(jīng)成為艦艇所面臨的重大威脅，超音速和高超音速反艦導彈的出現(xiàn)，這種威脅顯得更為嚴重，對艦載武器系統(tǒng)的反應時間要求更高，這就要求相控陣雷達具有更遠的對海探測距離、更高的搜索數(shù)據(jù)率和更好的跟蹤航跡精度，來滿足武器系統(tǒng)反應時間和對火控數(shù)據(jù)質量的要求。這對于艦載多功能相控陣雷達已經(jīng)難以勝任，有必要設置專用的、架設跟高的對海雷達并采用對海性能更優(yōu)的頻段，采用最佳的信號形式和處理方式，降低海雜波干擾，改善對掠海目標的觀測性能。如2013年10月份下水的美國朱姆沃特級新型驅逐艦上，不但安裝了SPY-3型多功能相控陣雷達，還安裝了X頻段的三坐標雷達，以解決低空掠海目標的探測問題。中國海軍在安裝了國產(chǎn)346型相控陣雷達的052C及052D導彈驅逐艦上也安裝了366型多波段超視距雷達，其對海超視距探測距離可達100千米至數(shù)百千米。
艦載多功能相控陣雷達對隱身目標的搜索并沒有優(yōu)勢，但在發(fā)現(xiàn)目標后可采用集能“燒穿”工作方式提高跟蹤距離，為艦載武器系統(tǒng)提供更多的反應時間。隱身目標使艦載雷達的威力降低，使自己暴露在對方武器系統(tǒng)的威脅之下，對隱身目標而言，戰(zhàn)場透明度要遠遠強于非隱身的一方。當警戒雷達發(fā)現(xiàn)并提供滿足武器系統(tǒng)精度要求的跟蹤數(shù)據(jù)距離時，己方艦艇已沒有足夠多的武器反應時間，而對方早已可以實施導彈攻擊。目前對隱身目標探測常用的手段是采用米波雷達、毫米波雷達或雙/多基地雷達，利用隱身目標在某些頻段和視角時隱身效果下降的特點，增加對其探測距離。比如美軍的F-117隱身戰(zhàn)斗機，對于2至3厘米波長的雷達，其RCS雷達截面積約為0.1平方米，而對于米波雷達，其RCS雷達截面積約為1平方米。但由于米波雷達天線龐大，其旋回半徑容易遮擋艦載武器的射界，導致有效射界減小，而毫米波雷達的威力有限等原因，雙/多基地雷達成為主要選擇。雙/多基地雷達探測方式是利用隱身目標背側向反射面積顯著增加的特點，增加對其發(fā)現(xiàn)距離，以發(fā)揮艦載多功能相控陣雷達的優(yōu)勢。多平臺協(xié)同工作即各平臺進行實時信息交互、協(xié)調工作時序。多功能相控陣雷達除了具備各種雷達功能外，還具有實時寬帶通信功能，為解決這一問題創(chuàng)造了條件。美國已經(jīng)利用X頻段多功能相控陣雷達成功進行了寬帶通訊試驗，實現(xiàn)了高達2Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。多平臺協(xié)同探測會引入新的誤差因素，影響探測精度，進而影響到武器系統(tǒng)效能的發(fā)揮，故此，一般在多平臺協(xié)同工作發(fā)現(xiàn)隱身目標后，利用相控陣雷達集能“燒穿”工作方式，改由單平臺對其實施跟蹤，在保證精度的情況下，增加跟蹤距離。由于地球曲率影響，各艦載平臺間的直線通訊距離為視距，或者在不具備多個艦載平臺協(xié)同觀測的條件時，也可由機載或地面觀測設備為艦載多功能相控陣雷達提供隱身目標的引導信息，再由其采用集能“燒穿”工作方式對重點區(qū)域進行搜索和跟蹤，增加對隱身目標的發(fā)現(xiàn)和跟蹤距離。
自衛(wèi)式噪聲干擾由導彈或直接執(zhí)行進攻任務的飛機施放，用于破壞對方的警戒探測系統(tǒng)，提高突防概率。相控陣體制雷達除了采用通常的低截獲設計、副瓣匿影、重頻抖動、頻率捷變等手段進行干擾對抗外，還可通過自適應副瓣對消、自適應空間濾波(DBF)等方法提高反副瓣干擾性能；也可以通過隨機掃描、回波信號統(tǒng)計與鑒別等手段應對主副瓣欺騙式干擾，但對從主瓣進入的自衛(wèi)式噪聲干擾并沒有優(yōu)勢。即使采用“燒穿”工作方式，通過耗費時間資源對干擾源進行連續(xù)照射，其對典型干擾源所能實現(xiàn)的自衛(wèi)距離也只有數(shù)十公里。這一距離己不能滿足艦載武器系統(tǒng)反應時間的需要。由于干擾從虛瓣進入，雷達和干擾形成了直接的能量對抗關系。由于自衛(wèi)距離和干擾功率的平方成反比，干擾機只要很低的輻射功率就可以完全掩蓋目標回波，造成雷達難以對其實施正常跟蹤。但因為自衛(wèi)式噪聲干擾主動輻射能量，故此可以通過無源探測，對干擾源進行連續(xù)的角度跟蹤。相控陣雷達可以采用有源和無源方式同時對干擾源進行探測，在目標施放干擾時利用無源探測獲得角度信息，在其暫停干擾時，利用有源探測獲得目標的三坐標信息。而一般采用自衛(wèi)式干擾的導彈或飛機距離不會太遠，有了角度信息就可以利用反輻射導彈對其進行打擊。如果沒有反輻射導彈，也可使用多個平臺上獲得的干擾源角度跟蹤信息對其進行交叉定位，為我方其它武器系統(tǒng)提供目標信息，以實施打擊。但是這種定位方式精度不高，不能充分發(fā)揮武器系統(tǒng)的效能，在反制效果要比反輻射導彈差得多。如果艦艇配備了反輻射導彈，敵方將被迫放棄自衛(wèi)式干擾這種引火燒身的做法。
艦載多功能相控陣雷達具備同時完成多種任務的能力，但其總的時間能量資源是固定的。在強雜波和干擾背景下，造成雷達波束在每個波位的駐留時間增加，能達到正常情況的數(shù)倍，為了保持對目標的檢測概率需要采用多脈沖工作方式，以致消耗的時間資源成倍增加，雷達的數(shù)據(jù)率、跟蹤目標批次數(shù)等性能都將有明顯下降。當采用集能“燒穿”工作方式對付隱身目標或自衛(wèi)式干擾時，消耗的時間能量資源將更為可觀。這將造成其整體性能的顯著下降，搜索數(shù)據(jù)率和跟蹤目標容量都將明顯惡化。此時，需要利用艦載其他傳感器的工作以降低多功能相控陣雷達的工作負荷，從而保證相控陣雷達在重點方向和高威脅等級的目標上有足夠的資源去遂行警戒、跟蹤和制導等任務。
艦載多功能相控陣雷達具有突出的性能和優(yōu)異的指標，故而被各國海軍爭相發(fā)展，多功能相控陣雷達正在成為世界海軍強國的標準配置。但是，多功能相控陣雷達也不是萬能的，同樣存在自身的不足。隨著相控陣體制技術的發(fā)展，其自身的不足也將被逐漸克服。而合理使用多功能相控陣雷達，發(fā)揮其優(yōu)勢、避開其不足才能實現(xiàn)最大的作戰(zhàn)效能。
