2007-11-02 07:03:30阿楨

中國機載雷達

殲八ⅡM甲蟲-8Ⅱ

殲八ⅡM火控系統中最重要的是帶有寄生敵我識別天線的”甲蟲-8Ⅱ”/FG-8型PDR(脈衝多普勒雷達),該雷達是米格-29M上使用的N-010”甲蟲”的適應改進產品(米格-29K和最新型米格-29SMT-2等也使用該型雷達),由俄羅斯著名Phazotron雷達聯合集團(又稱”相位電子雷達集團”)生產,它採用平板縫隙陣列天線,工作在X波段(這是美國稱呼,按照北約標準則是I波段,該波段頻率範圍是8-10吉赫茲;類似的標準差異如JL-7雷達,按照美國/北約標準其波段分別為Ku波段和J波段,此波段頻率範圍為10-20吉赫茲),系統總重量250千克,平均功率1千瓦,峰值功率5千瓦,平均故障間隔時間120小時, 對3平方米雷達反射面積的目標搜索距離為74千米(對應5平方米則為84千米),跟蹤距離大於50千米,後半球搜索距離為40千米。
  FG-8含有11種工作方式,具體是:
  空對空方式有3種:
  1)邊掃描邊搜索(RWS):按照角座標和距離跟蹤被發現的目標(對於雷達顯示器而言,”角座標-距離”的目標顯示方式被稱為”B型顯示”);
  2)邊掃描邊跟蹤(TWS):能夠同時跟蹤10個目標並顯示其中2個,並可引導2枚主動雷達末制導導彈同時攻擊2個目標,這使殲八ⅡM可以使用相應武器進行超視距多目標攻擊。但需要注意的是在TWS工作狀態下,雷達的工作距離通常都要小於最大搜索作距離,比如F-14A的AN/AWG-9雷達對於5平方米反射面積的最大搜索距離為213千米(使用PDS-脈衝多普勒搜索方式),但是在TWS狀態其作用距離為167千米;F/A-18的AN/APG-65雷達最大搜索距離為110千米左右,在TWS狀態下作用距離則小於75千米;
  3)空戰機動方式(ACM):用於在機動中截獲目標,它又包含有以下幾種方式:3-a)垂直截獲掃描(VSL):用於在本機進行側滾之類機動或者目標靈活機動時在大俯仰角、小方位角(窄波束)的垂直扇形中掃描並快速刷新目標資訊(比如每2秒掃描一次);
  3-b)瞄準線工作方式:雷達在一個很小的方位角內對目標進行掃描截獲,截獲後立刻轉入自動跟蹤;此方式還可以對地攻擊,此時雷達可測量地面目標與載機之間的距離
  3-c)最佳掃描方式:這種方式的詳細情況缺乏說明,參照西方先進雷達的工作方式,可以確定這種方式就是平顯截獲方式,其工作原理是雷達在等於平顯全視場的方位角和俯仰角組成的範圍內進行掃描,在一定的距離內鎖定首先進入波束範圍內的目標並顯示在HUD上,當目標繼續靠近一定距離時,還可以進入機炮導向方式並在HUD上顯示機炮瞄準點
  空對地方式有8種:
  1)真實波束地圖測繪(MAP):採用LPRF工作,提供低解析度地形資訊;
  2)多普勒銳化地圖測繪(DBS):提供中等解析度地形圖象;
  3)合成孔徑地圖測繪(SAR):可提供高解析度地形圖象,這是FG-8的特色之一,相比之下,西方APG-65、APG-66、APG-67、APG-68和我國JL-10A等都沒有這種功能,但前4者分別具有67:1,8:1、40:1和64:1的DBS地圖測繪能力(比值越大,表明解析度越高,其中APG-65的資料考慮了其地圖擴展能力)。而根據公開出版的《航空週刊》的報導,JL10A在1994也分別在1994年和1997年分別實現了8:1和32:1的DBS成像能力。
  4)地圖凍結與擴展:可以將得到的地面目標圖像進行凍結或者放大,前者允許殲八ⅡM採用低空躍升拉起-鎖定的戰術,後者則可以實現更加精確目標瞄準
  5)空對地斜測距(AGR);
  6)海面搜索方式(SEA):可以隨海情自動調節消除雜波,並對海上單個目標進行精確跟蹤,這使殲八ⅡM可以以空對艦導彈對海上目標進行攻擊;
  7)地面移動目標指示(GMTI):在APG-65/66/67/68以及”幻影”2000-9上改進的RDY雷達也都有這項功能,對於通常的PDR而言,由於地面移動目標速度相對於戰鬥機自身速度非常慢,因此在資料處理中往往會把它們與其他各種信號一起濾除,但是GMT採用更加精確的濾波技術,可以將諸如車輛之類緩慢移動目標的回波從其他信號中間剝離出來,從而允許戰鬥機這種點目標進行攻擊。在海灣戰爭中,美國E-8就是依靠這種能力來監控伊拉克的車隊運動情況,而F-16戰鬥機也正是運用這種能力對伊拉克車隊成功地進行了多次獵殺;
8)精密速度更新(PVU):採用多普勒方式測定載機本身相對於地面的速度,可以用於對地武器投放計算和對INS實施飛行中的校正
  除此之外,FG-8還採用了頻率捷變(FM)技術來抑制敵方電子幹擾`
  總體來看,FG-8雷達的性能已經超過F-16A/B上的APG-66,略低於F-16C/D上的APG-68,而整個火控系統已經完全達到早期第3代戰鬥機水準,使殲八ⅡM具有了使用合適的武器進行超視距多目標對空作戰和精確對地攻擊的能力。殲八ⅡM這種以新一代戰鬥機電子設備的改進來提高作戰效能的改進方式實際上也是各國在飛機改進中間走的一條相通的路子。
 由於FG-8和新型火控系統的採用顯著地提升了殲八ⅡM的作戰效能,因此預計中國空軍自己也會裝備殲八ⅡM,而根據外電報導,中國已經從俄羅斯進口了100套”甲蟲-8Ⅱ”雷達用於改進殲八Ⅱ。搜索俯仰角範圍為-40度-+58度,方位角範圍為-90度-+90度,分別為殲八Ⅱ的2.45倍和1.5倍。
FG-8雷達是一種全波形雷達,即同時具有高、中、低3種脈衝重複頻率(即HPRF、MPRF和LPRF),這與臺灣”幻影”2000-5EI裝備的RDY雷達類似。
通常,HPRF在100-3000千赫茲之間,其特點是探測時距離嚴重模糊但速度精確度高,適合於迎頭下視工作,但是當載機降低高度時,其下視性能急劇下降且尾隨性能差;MPRF在8-16千赫茲之間,特點是距離、速度探測都有一定的模糊,適合於迎頭、尾追攻擊(尤其是尾隨性能特別突出),具有良好的全方向、全高度適應性能,可以獨立使用,但是信號處理複雜(因此大多數國家在研製機載PDR時都是首先攻克MPRF技術);LPRF在250-4000赫茲之間,特點是探測距離不模糊,但速度嚴重模糊,適合於精密測距和地圖測繪與對地攻擊,但是其下視檢測概率比較低。
http://www.zgjunshi.com/power/Article_Show.asp?ArticleID=3002

根據《簡氏防務週刊》的報導,殲一10戰鬥機原本計畫安裝“穩相加速器”無線電研究院股份公司生產的“珍珠”機械掃描平板縫陣列雷達,這種雷達是由米格一29戰鬥機配備的“甲蟲”系列雷達發展而來。儘管俄羅斯已經提供給中國3台此類型的雷達,並幫助中國的相關機構研製殲-10戰鬥機的火力控制系統,但“穩相加速器”無線電研究院股份公司並沒有得到中國的額外訂單。而與此同時,季霍米羅夫機械設計局科研中心稱,最近它已經重新開始與中國合作研製“羽毛”無源相控陣雷達,該公司表示,早在上世紀90年代後期,他們就曾向中國提供過一台改良過的“羽毛”雷達,但在經過短時間的測試後,它一直未被使用,直到最近中國才重啟與該公司的合作項目。因此,目前“超一10”採用的雷達型號尚無定論。
  N010“甲蟲”雷達是一種X波段(8—12.5GHZ)多功能多普勒雷達。這種雷達最早是為米格~29戰鬥機研製的,並於90年代早期在米格一29M戰鬥機原型機上進行了機載飛行實驗。“甲蟲”雷達可以相容的武器包括:Kh-31A、R-27Rl、R一27T1、R一37E和RW-AE導彈。新式型號的“甲蟲”雷達,比如“甲蟲一F”型,可在200公里外探測到雷達反射面積為5平方米的目標,探測範圍為正負70度,能跟蹤24個目標並攻擊其中的8個目標。根據型號不同,雷達重量在180公斤至300公斤之間。
  “甲蟲”系列雷達採用了嵌入式檢測能力,並且按照空一空模式以及空一地模式標準細化的如下15種可靠的操作模式:
  空一空:上視/下視搜索能力;邊掃描搜索邊跟蹤能力(Tws),可以跟蹤10個目標並同時打擊其中的4個(多目標打擊能力)。
  空戰模式:垂直搜索;平視顯示儀搜索;大角度搜索;在低空空域戰鬥飛行狀態下的精確瞄準以及自動的地形規避能力。
  空一地:即時波束掃描地面成像;多普勒波束銳化;合成孔徑測繪;同時打擊4個目標的多目標打擊能力;地面活動目標跟蹤指示功能升級空地測距和導航能力.
  在2001年底和2002年早期,“甲蟲”家族又增加了“甲蟲一8-II”、“甲蟲一27”、“甲蟲一F”和“甲蟲一M”這一系列新的衍生成員。分別是針對殲一8IIM、蘇一27、米格-23、米格-29改進型等飛機發展出的衍生型號。其中“甲蟲一M”採用了直徑為680毫米的平板槽式陣列天線(亦即平面縫隙陣列天線),它的系統組成包括1個信號接收機、1個先進的數位控制器、1個資料和信號處理器、1個同步器、1個雷達電源供應裝置、1個雷達輻射器、1個發射機和電視成形單元。相比早期型號,“甲蟲一M”採用了“巴吉耶特”電腦處理器替代了原來的基線雷達C.90處理單元。極大地拓展了其空地模式的範圍:包括有波束掃描地面成像、地面固定目標探測、地面活動目標指示(MTI)、地形規避以及多普勒波束銳化。
  最新型號的“甲蟲”雷達的特點是:上視/下視警戒一搜索和追蹤一掃瞄10個目標並同時與多達4個目標交戰(“甲蟲一8一II”只能同時與2個目標交戰);垂直搜索;抬頭式搜索顯示幕;大視場搜索;低空作戰用的自動地形回避功能;地形測繪即時傳送;多普勒波束銳化技術;合成孔徑技術;圖像放大和凍結功能;同時跟蹤處理4/b目標;地面移動目標指示/追蹤儀;升級了的空對地搜索和導航系統。
根據《簡氏防務年鑒》的報導,中華人民共和國於2001年6月訂購了100台“甲蟲一8一II”雷達樣機用以對中國人民解放軍空軍的殲一8II的機載雷達進行翻新改造。而且,中國人民解放軍的蘇一30MKK也裝備了“甲蟲一M—S”雷達。作為祖克家族的一員,祖克一MF已被選定作為俄羅斯聯邦第5代先進戰機的機載雷達候選者之一。
  “穩相加速器”無線電研究院股份公司的RP一35“珍珠”雷達是一種帶數位化火控感測器和相控陣電子掃瞄天線的X波段雷達。它有一個液體製冷的行波管發射機,1個激勵放大器,l部有3個頻道的微波接收機和l部可編程的信號及資料處理機。“珍珠”雷達的關鍵控制部分都被整合到飛機的油門開關和操縱杆上,雷達資料則顯示在上視和下視顯示幕上,以便單人作戰。該型雷達增強了空對地性能,並能相容種類廣泛的俄制空對空和空對地彈藥。美國《空軍月刊》指出,“珍珠”雷達的探測距離為160公里,可以跟蹤10—15個目標並同時攻擊其中的4-6個。曾經有消息表明,以色列試圖向中國推銷埃爾塔公司生產的EL/M-2035型機載火控雷達,但由於此前發生的美國禁止以色列向中國出售預警機一事,無疑表明以色列生產的機載火控雷達不可能被這種為中國寄予厚望的戰鬥機所採用。而《簡氏防務週刊》則報導,他們從俄羅斯軍工界獲得消息說,2005年10月中國派遣了一個12人的代表團訪問俄羅斯,主要任務是驗收“珍珠”雷達。簡氏的消息指出,今年中國還將接受20套類似的雷達系統。
  季霍米羅夫機械設計局科研中心的“羽毛”無源相控陣雷達具備同時跟蹤15個目標、同時接戰8個目標的能力,並將顯著提高對目標的跟蹤距離。由於配備了TKS一2(R098)加密資料鏈,多達16架的蘇一27戰鬥機能被整合成一個集群使用。“羽毛”相控陣雷達能使長機在較遠的距離上跟蹤較多的目標,並把目標資訊傳遞給其他戰鬥機,從而使它們能隱蔽接敵。“羽毛”雷達由具有與“甲蟲”雷達相同的機電介面和電力消耗,但是僅重85公斤,節省了30公斤重量。  
http://www.zgjunshi.com/power/Article_Show.asp?ArticleID=4819&ArticlePage=8

殲11B同時采用了中國自行研制的平面整合脈沖多普勒雷達。替換俄羅斯N-0001雷達。據悉目前的A,B型兩個版本的殲11系列都開始使用這種中國産雷達。它由于天線截面略大于N-0001因此機頭 的雷達罩不同于SU27SK。同時殲11B型的雷達引入了中國最新的“局部被動反隱身”機制。性能要好于N0001型雷達。具有一定的反隱身能力。
http://mil.news.sina.com.cn/p/2007-09-11/1003463608.html

綜和航電系統技術:飛機火控系統方面的進步與我國整體電子工業水準的提升是休戚相關的,14所和607所做為我們國家航空機載電子設備兩個重要研究基地。在這幾年取得了跨躍式成就,兩所均一突破了機載相控陣技術,607所的某型神鷹雷達已進入測試階段,14所的147X型機載有源相控陣雷達漸已純青,已經取得了技術性突破。在中央電視臺的節目中:楊總披露了我們已經突破了“感測器資料融合”技術。超7具有資訊共用的作戰功能,簡單的說就是兩架超7飛行時,一架飛機不用開雷達就可以通過資料傳遞知道另一架飛機雷達探測到的所有空域資訊,感測器資料融合是第4代戰鬥機的關鍵技術,從推比和新的氣動佈局設計,新型超視距空對空導彈到感測器資料融合,可以說我們的第4代戰鬥機所需要的技術基本可以凍結,只要大的體制不出現問題,我們的4代原形機很快會飛上藍天。
http://bwl.top81.cn/military/airforce/j10/125.htm

JL-10A
名  稱 火力控制雷達
體  制 脈衝多普勒
波  段 I/J
研製單位 中國雷華電子技術研究所
研製時間 1980年代
工作狀態 空對空和空對地功能
頻  率 I/J
重複頻率 HPRF,MPRF,LPRF
天線形式 平板隙縫陣
探測距離 上視 59.3km; 下視 53.7km (5m2目標)
MTBF   70小時
LRU    6個
參考資料Janes’ Avionics 1998-1999 p.108

殲7”梟龍”飛機的航空電子系統

航空電子系統在幾十年的發展中,系統結構不斷演變,經歷了一個從分立式、混合式、聯合式到高度綜合化的發展過程。隨著電腦技術、數位通信技術和網路技術的發展,航空電子設備的性能日趨完善,已成為現代軍用飛機提高作戰效能的重要手段。近些年的幾場高技術條件下的局部戰爭表明,航空電子系統在發揮飛機的綜合作戰效能中起著決定性的作用。換言之,沒有先進的航空電子系統,就沒有先進的飛機。
  現代先進航空電子系統是一個集控制、感測器、顯示、通信和網路技術於一身的高度資訊綜合的電腦網路系統。其功能不僅涵蓋了傳統的航電儀錶系統和火控系統,還通過網路將機上各感測器和電子設備有機地綜合在一起,實現資源分享,資料融合甚至資訊融合,並為飛行員提供良好的人機介面。
  綜合化是航空電子發展的靈魂和核心。”梟龍”飛機的航空電子系統在目前第三代聯合式航空電子系統的基礎上,實現了更高水準的綜合,即將整個航空電子系統當作飛機任務系統進行了整體的優化設計,不僅具有模組化、系統容錯和動態重構、支援多感測器綜合和資訊融合等突出的技術特徵,在成本上也滿足了 ”買得起”這一重要的技術指標。
  系統的功能及組成
  為滿足”梟龍”飛機的作戰及任務要求,其先進綜合化的航空電子和武器系統須具有自主導航,對空、對地、對海攻擊,目標搜索與識別,通信與進場著陸,外掛物管理,任務計畫與參數記錄,綜合電子戰,綜合顯示與控制,資料傳輸等多種功能;能幫助飛行員順利執行各種戰術動作,為飛機提供良好的使用特性和方便的維修能力;可掛載包括精確制導武器在內的多種武器,具有發射中距彈,實現超視距攻擊的能力。此外還可以根據用戶的不同要求,選配不同的航空電子系統組合方案。
”梟龍”飛機的航空電子系統採用集中分散式結構,大多數設備通過1553B匯流排連接起來,實現資訊和資源分享,根據任務和功能需求,將整個航空電子系統劃分為武器與任務管理、雷達、慣導、電子戰、通信導航與識別、機電管理、外掛物管理、大氣資料以及飛控等幾個子系統。
  武器與任務管理子系統是航電系統的核心,負責與飛行員介面、控制系統模式狀態、戰鬥管理、任務保障管理等多種功能,它包含兩台互為備份的武器任務管理電腦,以及”一平三下”四個顯示器,資料傳輸卡,視頻記錄儀,航空電子啟動板等設備,正前方控制板為飛行員提供友好的作介面。
  多模式的機載脈衝多普勒雷達和內嵌GPS的鐳射陀螺慣性導航系統是”梟龍”飛機的重要感測器,保證了對目標的精確打擊。
  電子戰子系統包括含暫態測頻分析的雷達告警接收機,以及手動和自動控制的箔條/紅外彈投放系統。通信導航與識別子系統包括兩部互為備份的抗幹擾超短波電臺,其中一部電臺還兼有資料鏈的功能,另外還包含無線電高度表、儀錶著陸設備以及敵我識別詢問機和應答機。機電管理系統包括機電管理電腦和飛行參數記錄儀,它提供航電系統與飛機其他系統之間的介面,並記錄飛機飛行參數。大氣資料系統包括了大氣資料解算器、攻角解算器和左/右L形壓力感測器。
  駕駛艙顯示與控制
  駕駛艙顯示系統作為與飛行員資訊交換的直接媒介,在”梟龍”航空電子系統的設計之初,飛行員就參與了顯示系統及飛行員動作程式的設計及評價,以使整個航電系統更能滿足飛行員的要求。
   ”梟龍”飛機採用了雙手握杆操縱(HOTAS)設計,它使飛行員的雙手不離開油門杆和駕駛杆仍能控制主要的感測器、武器和顯示器,同時在空戰格鬥中使油門杆和駕駛杆在飛行員所希望的位置,減輕了飛行員的動作負擔。
  系統任務電腦完成航電系統主模式的邏輯處理以及人機介面介面的功能控制,自動地使相關的子系統處於最佳的工作狀態,在不同的任務階段,包括滑行、起飛、巡航、攔截、格鬥、返場以及著陸等,使顯示系統按需分配顯示器資源,顯示相關的資訊。
   ”梟龍”飛機的駕駛艙裝有3台12.5釐米×12.5釐米的有源矩陣液晶(AMLCD)多功能彩色顯示器,解析度為600×600,亮度和對比度可手動調節也可自動調節,每個顯示器有可重定義功能的周邊鍵用於模式控制和參數設置。通常情況下,左邊顯示器顯示武器作戰狀態/資料,中間顯示器顯示雷達資料,右邊顯示器顯示戰術資訊,但顯示器之間均可全功能相互備份,包括平顯畫面。所有顯示器均可疊加外視頻,包括雷達、數位地圖、視頻攝像機以及吊艙、前視紅外(FLIR)等外掛物的視頻信號,所有顯示畫面均由系統管理電腦通過1553B匯流排進行控制。在應急情況下,其中一個顯示器還可作為電子飛行指示器,顯示最基本的飛行參數。
   ”梟龍”還配裝有一台智能式平顯,總視場達24度,可疊加FLIR視頻信號,為飛行員提供飛行、導航、起飛、著陸等資訊顯示以及目標的瞄準、射擊等。在平顯前面裝有正前方控制板(UFCP),為飛行員提供基本的資訊顯示,以及導航和通信等控制輸入介面。平顯上部裝有一台視頻攝像機,以記錄平顯畫面和外視景。
   ”梟龍”駕駛艙具有夜視相容的能力,與夜視鏡(NVG)配合,提高了飛機在微光或夜間條件下的生存與作戰效能。頭盔瞄準系統和頭盔顯示系統是其選裝系統。
  感測器與目標探測
   ”梟龍”飛機配裝天線口徑600毫米的多功能脈衝多普勒雷達,具有中距空中攔射、近距空戰格鬥、對地對海攻擊、輔助導航等功能,以及上視和地雜波環境下的下視及下射能力。為了提供最佳的探測和跟蹤性能,該雷達可在高、中、低重複頻率多種波形下工作,可完成自適應的脈衝壓縮和自動波形管理。空-空TWS模式下可同時跟蹤10個目標,並可同時制導兩枚超視距(BVR)導彈攻擊其中2個目標。敵我識別器與雷達交聯,辨別目標敵我屬性。該雷達採用模組化設計,可換性和可維護性好,並具有良好的電子對抗能力。
  機上安裝的環形鐳射陀螺慣性導航系統(INS)為雷達及其他航電系統提供高精度的載機飛行向量資料,並提供導航支援。著陸支援設備為進場提供飛行指引。
  分散式的大氣資料系統(DADS)的採用將原來分離的壓力感測器部分與測量解算融為一體,以電信號輸出取代了傳統的傳輸氣壓信號的壓力管路,提高了信號精度,並使系統的可靠性得到大幅度的提高。
  由雷達告警接收機(RWR)和導彈逼近告警(MAW)組成的電子戰系統,配合箔條紅外投放裝置(CFD)以及電子戰吊艙,為”梟龍”飛機提供了較強的目標探測和自保護能力。
  前視紅外以及紅外搜索與跟蹤(IRST)系統屬選裝設備,可在不暴露自身的情況下發現目標。
  嵌入式電腦與匯流排網路系統
  第三代戰鬥機綜合化航空電子系統的主要結構是,基於微處理器和嵌入式電腦的各子系統設備之間通過匯流排通信網路連接。”梟龍”航電系統主要通過1553B匯流排連接各子系統和設備,其中武器任務管理電腦(WMMC)作為”梟龍”航電系統控制和管理的核心,採用PPC處理器,通過運行系統作戰飛行套裝軟體(OFP)程式,完成整個航電系統的任務管理與操縱控制,以及火控解算、外掛管理、資訊綜合、顯示控制、語音告警、資料傳輸等任務。
  為了提高系統可靠性,”梟龍”飛機配裝了兩台互為備份的武器任務管理電腦和兩條雙餘度的1553B匯流排。武器任務管理電腦作為這兩條匯流排的匯流排控制器(BC),負責並管理匯流排的即時通信任務,控制各子系統的模式和工作狀態,接收飛行員的指令資訊,相關設備的資料及狀態資訊,進行資訊綜合,實現系統的有機協調及集中控制。
  通信與戰術資料鏈
   ”梟龍”飛機配裝了兩部V/UHF頻段的機載抗幹擾通信電臺,用於對地和對空的指揮與話音通信。除正常的調頻、調幅和保密通信模式外,兩部電臺都具有先進的跳頻和跳擴頻抗幹擾通信功能,一部電臺還具有超短波戰術資料傳輸鏈處理功能。為保障飛行員與地面指揮之間的通信聯絡,兩部電臺的話音通信功能互為備份。另外,當航電系統崩潰或電臺的匯流排通信中斷以後,也能通過電臺控制盒對電臺進行控制。 
  外掛管理及武器系統
   ”梟龍”飛機所有的掛點既可掛裝符合MIL-STD-1760標準的武器,也可掛裝東/西方國家非標準武器。外掛管理系統的標準武器介面單元(SAIU)用於監視武器外掛狀態、執行飛行員對武器的動作,監控投射條件並輸出投射指令,監控武器投射方案,應急投放處理等。繼電器介面盒(RIB)根據SAIU的各種控制命令,輸送每個掛點外掛物所需的強電激勵信號。
   ”梟龍”飛機完善的航電及武器系統,以及靈活的外掛配置方案,為打擊不同的空/地/海目標提供了有力的保障。
  面向物件與結構化設計方法
   ”梟龍”飛機綜合化的航空電子系統是由基於一個龐大而複雜的集中分散式電腦網路系統和預定義功能的設備組成。為此,”梟龍”飛機的航空電子系統設計中採用了面向物件的結構化設計方法,以”自頂向下”的設計概念進行系統總體設計,將複雜的問題逐步簡單化。系統的設計從頂層開始,將整個航空電子系統當作飛機的一個功能模組來考慮。以結構化的設計方法給出整個航空電子系統的一般定義。頂層模組分解成若干個子模組,遵循資訊隱藏和解偶的原則,將每個子模組又按層次被分解成更小的子模組,直到最低層。同層次的模組之間在功能定義無交*,對相鄰的上下層之間的模組,上一層模組定義下層模組的功能,而下層模組完成更詳細的功能定義,由此將一個複雜的航空電子系統功能逐步分層、分解、簡單化,直至底層功能描述。相應地,面向選裝的設備歸納出航電系統要求並確定設備的規範,進而優化可選擇的設備,生成一個最佳綜合效能的航空電子系統,同時也保證了航電設備對飛機平臺資源較低的佔用率以及較高的性價比。
  為保證”梟龍”飛機的航空電子系統在滿足飛機的戰術技術指標要求的同時,具有較低的設計成本,使用戶買得起,用得起,系統在設計過程中,廣泛採用了數位化的設計以及驗證手段,使那些需在綜合和試飛過程中才會暴露的問題在設計階段就顯現出來,並加以解決,從而提高了工作效率,縮短了工作週期,降低了研製成本。
http://www.zgjunshi.com/power/Article_Show.asp?ArticleID=3470

JL-7

名  稱 火力控制雷達
體  制 單脈衝,電晶體化
波  段 二釐米
研製單位 中國雷華電子技術研究所
研製時間 1981~1987年
裝備機種 F-7 Ⅲ
配用武器 航炮、空-空導彈、航空炸彈
工作狀態 空空搜索、跟蹤,空地測距
現  狀 正在小批生產
  技術特點
  JL-7機載火控雷達是在二釐米波段多功能單脈衝雷達317甲的基礎上,針對F-7Ⅲ飛機的具體要求研製的。它的空空工作方式包括B型搜索顯示、人工截獲目標、配合敵我識別,光學瞄準或平視儀瞄準,尾追攻擊目標。空地工作方式包括測定目標斜距,配合光學瞄準攻擊地面目標。具有五種抗幹擾措施。
  為便於維護修理,檢查和隔離雷達故障,雷達具有可與外場檢查儀聯接的自檢系統。組合與電纜均可快速拆卸。電路已採用積體電路,結構輕巧、體積小,適於在各種殲擊機、強擊機上安裝。
  該雷達已經過各種地面試驗、環境試驗、電磁相容性試驗、與其他系統的交聯試驗、空中試驗,已經設計定型,並小批生產。
  性能資料
探測範圍 空中飛機目標最大距離30km
     方位角範圍±45°
跟蹤範圍 距離大於15km,角度±45°
使用高度 最低700m
天  線 增益30dB,波束寬度3.4°(方位)×5.6°(俯仰),
     水準極化
發 射 機 磁控管峰值功率75kW
接 收 機 三通道單脈衝接收機,雜訊係數6.5dB(和路),
     中頻60MHz
測 距 器 雙積分式,精度15m(350~2000m範圍)
顯  示 存儲管顯示,B型與跟蹤符號
電  源 AC:115V、400Hz、10A
     DC:27V、10A
體  積 0.23m3
重  量 115kg (帶電纜)
可 靠 性 MTBF=50h
  分機概況
  雷達由18個組合組成,分為三大單元安裝在飛機頭部、雷達艙和座艙內。
  1.天線
  橢圓抛物面,單脈衝饋源。方位與俯仰兩軸交流電機驅動。搜索空域穩定。
  2.發射機
  高效同軸磁控管產生微波功率,固態磁脈衝調製器。
  3.接收機
  由自動頻率控制(AFC)器保證混頻。中頻60兆赫,三通道單脈衝接收機。
  4.數位信號檢測器
  是數字自適應第一門限滑窗檢測器,使雷達識別係數改善1.5分貝。
  5.電子控制放大器
  產生天線搜索信號,在陀螺信號控制下穩定搜索空域,驅動天線對目標進行角度跟蹤。
  6.測距器
  對空中目標和地面目標的回波自動跟蹤並輸出距離資料。
  7.顯示波形產生器和顯示器
  產生顯示所需波形並在直觀存儲管上顯示。
參考資料“Airborne JL-7 Fire Control Radar”, CATIC樣本,1985.5.
狂瀉:611拿到四代,J-10B將用第四代標准的航電!圖文?
 
表格根據公開論文、資料繪制。雖然不是很詳細,但是足夠看出611近年在戰鬥機研制方面發展的軌迹了。
從這個表格,基本上可以看出,從三代到四代的過程中,一些主要的技術體系在趨勢上,都是逐漸的在J-10和FC-1的各型中被驗證並被批量生産投入實際使用。只是可能四代的發動機早期仍然要用毛子的,實在是讓人遺憾。
根據表格,J-10B如果需要承擔重四的技術驗證任務的話,需要其驗證的應該就主要是飛火推交聯和四代航電系統兩個技術。由于四代的矢量推力都是與氣動設計整合的,因此個人認爲矢量推力發動機的驗證工作將類似于07年首飛的太行棍,將一架J-10或者J-10B改成專用的技術驗證機,而不是推廣到成批次的量産型號上。
飛火推交聯的重要關鍵是數字電調式發動機,就我聽到的消息,J-10B型選用的發動機並不是J-10原來使用的AL-31FN,而是推力更大的改型;J-10B上是否會實現飛火推交聯,可以等待J-10B各方面情況進一步明朗後根據其正式定型所使用的發動機情況予以推測。 ht
J-10B的航電系統與重四的航電系統基本可以參照“寶石柱”結構的F-22與“寶石臺”F-35的關系,後者在前者的基礎上進一步發展。按FR6ZP同學的說法,J-10B能做到類似F22那種工作頻段相近的小的分系統級的天線孔徑、硬件資源共享;個人認爲有很高的可信度,摘抄出來共享。  
  另外說一下個人揣測的611航電發展脈絡。  
在J-10上,611搞出了比較先進的基于1553B總線的綜合航電系統,飛火交聯和手不離杆以及一平三下都具備了,但是還存在一定程度的不完善;比如早期J-10出現過好幾次空中下顯黑屏,而FC-1的01和03號機也出現過類似的情況。其原因可以從後來梟龍的航電改進電源管理系統推測。
由于巴基斯坦的特殊國情,巴基斯坦恨不得611把所有最先進的技術全給FC-1用上,而611也非常樂意把FC-1作爲一個有人爲自己買單的技術驗證平臺。很快,在全狀態的FC-1 04號機上,新航電非常誇張的出現了,3大塊多功能液晶顯示器的顯示面積比臺風戰鬥機還大。當然,關鍵不是這個。
FC-1的航電系統基于POWER PC 603E處理器構建(F-22用的是POWER PC 604E),而WMMC構架肯定不能和四代的F22比,有代差,但即便在世界上各三代半戰鬥機面前說出去也不算掉份。而且FC-1的航電上也有碰見四代戰鬥機都不算掉份的組成部分。
一個是分布式電源管理系統。三代機都使用集中供電體制,發電機——供電盤——逆變器——各部位;FC-1的01和03號機也是如此。而分布式電源管理系統作爲標准的四代機技術,各設備單獨設置電源轉換器,電腦控制供電盤對多路供電進行管理檢測,極大的提高了航電系統的靈活性和安全性。FC-1的這套系統公開宣示對航電的故障檢測率達到95%,並著重強調,控制由軟件功能實現,控制邏輯變動延時時間變更之類的參數調節和不同機型間的移植都非常方便。
這套系統應該是針對J-10和FC-1早期航電的可靠性不足做的除根藥方了。什麽叫做上進?這就叫上進,每一個不足都是新優點的開端。
另一個是數字式分布式壓力傳感器,這個東西的應用最明顯的外觀區別就是機首空速管的消失。F22沒有機首空速管,F35也沒有,歐洲雙風也沒有,就是采用了同樣的技術。
再一個是外挂物管理和武器管理系統。FC-1的挂點有西方標准挂點和適應俄羅斯武器的非標准挂點,都采用標准化武器接口單元,能夠獨特的對東方體制的武器實現和西方武器一樣的任務管理;這點估計武器來源繁雜的印度人會嫉妒到眼睛噴血的。
內置GPS的環形激光陀螺慣性導航系統,也是與時髦同步的東西,相對于傳統機械式撓式陀螺至少15-30分鍾的啓動時間,這個通電後很快就能對准。什麽是出動效率?什麽是作戰效能?就是從這些點點滴滴的小設備中出現的。
FC-1的導彈逼近告警系統是分布式綜合光學孔徑成像系統,不算先進,因爲連J-11B也好像用了同樣的東西;對比F-35的EODAS,這套系統欠缺了F35的視頻監視功能。西方的第三代戰鬥機中僅有陣風裝備類似的系統,但采用非成像體制,3孔徑掃描器件,技術水平略差。 
J-10的航電作爲標准的三代較先進航電還沒有實現完全的玻璃座艙化,仍然保留了一定的儀表備份;而J-10的航電進一步在FC-1上進化,摻雜進了大量的四代航電技術,使用WMMC架構在構架上不遜于西方三代半戰鬥機的航電系統,至此,611走完了驗證三代航電結構的最後一步。
J-10B型需要驗證的,將是第四代標准的航電。
http://bbs.news.sina.com.cn/tableforum/App/view.php?bbsid=4&subid=0&fid=147752&tbid=6219
 
中國第四代戰機航電核心處理機技術突破
 
【星島網訊】在紀念中國航空工業成立55週年的慶祝大會上,中國一航集團負責核心技術研製的631研究所所長王國慶獲得“航空傑出貢獻獎”表彰。該獎勵表明,中國航空工業已經突破了第四代機航電核心處理機的機載電腦研製所需的大部分關鍵技術。
  據香港《大公報》報道,王國慶在保證型號任務的情況下,集中優勢力量,結合重點實驗室的建設,改革並建立了有利於面向技術創新的科研組織結構,用新的管理模式加大了以機載即時容錯分散式電腦系統技術為代表的一批關鍵技術的攻關力度,突破了以四代機航電核心處理機為代表的機載電腦研製所需的大部分關鍵技術,所研製的綜合核心處理機系統具備了四代機綜合核心處理機的主要特徵,整體上處於國際先進水準和國內領先水準。
  第四代戰鬥機綜合航電系統是以美國于上世紀八十年代初提出“寶石柱”(Pave Pillar)計劃為基礎,美軍現役最先進的F-22戰機就是直接應用了“寶石柱”的成果,以高速數據總線、超高速積體電路(VHSIC)和通用模組為基礎,進一步改進了第三代戰鬥機航空電子的系統結構,並提高了航空電子系統的綜合化程度。
  繼“寶石柱”之後,美國又于九十年代提出了功能更為完善、性能更為優良、綜合程度更高的“寶石臺”(Pave Pace)計劃,這也被稱為第四代戰機綜合航電系統。
  “寶石臺”結構的主要改進體現在以下三方面:一是採用了綜合核心處理機(ICP)技術;二是“寶石臺”系統具有更大的綜合範圍和更高的綜合程度,實現了綜合感測器(RF/EO)系統、綜合飛行器管理系統、綜合外挂系統;三是使用了綜合的座艙/駕駛員與飛機接口,減輕駕駛員的負擔,同時提供威脅、目標、地形/地貌、戰術協同、飛機完好狀況的全面情況。
  解放軍新裝備“梟龍”戰機的航空電子系統在目前第三代聯合式航空電子系統的基礎上,實現了更高水準的綜合。其航電系統主要通過兩條互為余度的MIL-STD-1553B總線對各子系統和設備進行連接,其中兩台互為備份武器任務管理電腦(WMMC)作為“梟龍”航電系統控制和管理的核心,採用PPC處理器,通過運行系統作戰飛行套裝軟體(OFP)程式,完成整個航電系統的任務管理與操縱控制,以及火控解算、外挂管理、資訊綜合、顯示控制、語音告警、數據傳輸等任務。
  “梟龍”雖依然基於MIL-STD-1553B數據總線網路,在數據處理與傳輸速度,數據融合程度上與F-22有較大差距外,其綜合化的設計思想則已遠遠超過了第二代聯合結構系統的概念,與第三代綜合化航空電子結構理念極為接近,因此認為其設計水準達到歐洲“兩風”的標準毫不誇張!
  先進的綜合航電系統的採用,將極大減輕飛行員在未來戰爭中的負擔,提高其對關鍵問題的判斷力和判斷速度,增強戰鬥機的作戰效能!
  值得一提的是,“梟龍”04戰機垂尾上的內置應答式主動干擾機,採用了先進的定向干擾技術,利用偵測系統的精確定位,將干擾輻射功率集中對準威脅源,這套系統可干擾AIM-120一類先進空空導彈的雷達導引頭,同時,也能對抗戰鬥機的雷達鎖定和瞄準。
  據說,成都飛機設計所設計的這套電子戰系統主要還是著眼于未來空戰環境,特別是目標用戶巴基斯坦空軍所要面對的印度裝備的大量R-77導彈,並且這個能力在目前印度的飛機上是基本不具備的,巴基斯坦獲得的F-16也不具備。有分析認為,這套系統可能直接來自於殲-10。
http://www.stnn.cc:82/glb_military/200702/t20070212_468108.html
 
中國將採用自有標準體系研製第四代戰機
 
  據中國航空報文章報道:2008-10月17~21日,中國航空工業在沈飛舉辦航空科技諮詢活動,41位中國科學院院士和中國工程院院士應邀參加了以“重點型號發展”為主題的科技諮詢活動。其中有兩院院士顧誦芬、殲十飛機總設計師宋文驄、“飛豹”飛機總設計師陳一堅、K8飛機總設計師石屏等11位在航空工業系統工作的院士,還有“神舟”系列總設計師戚發軔、西工大女教授張立同等在其他科學領域和高等院校工作的30位院士。
    這告訴我們這樣的一個事實,中國的四代重型殲擊機將由沈飛承擔;並將匯集全中國目前掌握的最先進的航空技術研製成果來打造;中國的下一代戰機將用自己的標準體系來建造。
大多數的軍事愛好者都知道,第四代戰機就美國一家搞了出來,美國想保持住它在這方面的優勢,是不可能將F22隱形戰機這一明顯具有四代機特徵的技術傳授給別國的,甚至近距離觀看也不允許,可見第四代重型殲擊機的軍事機密程度。其他各國研製同類戰機只能根據第四代戰機的通用特點並結合自己掌握的最新技術來進行,所以說各國要研製的第四代戰機會各不相同,會採用本國所掌握的各具特色的標準體系。中國研製的第四代戰機也一樣,也一定是具有中國標準的東西。 
  漫談中國在第四代戰機領域的技術突破點 
  眾所週知,美國的F-22戰機有五大特徵,隱身、超音速巡航、高機動能力和敏捷性、綜合化航電系統和良好的可維護性。
  目前,中國在這些領域都進行了研究,並有專業的文獻出現在專業的期刊上,筆者摘錄了一些,代表作品有《第四代發動機不加力超聲巡航性能的研究》、《對第四代戰鬥機綜合航電系統的構想》、《第四代戰鬥機作戰需求研究》等等。
    這些資料都是公開的研究成果,還有很多技術成果不便公開。譬如國外的一些軍事刊物和軍事網站上宣傳的中國太行發動機推重比達到9和隱身技術的研究突破點等等,尤其值得一提的是中國隱身技術研究突破點,更是令人叫絕。
    目前已經有國內的文獻更是直截了當地說:“中國航空工業對於飛機隱身技術進行過長時間的研究和試驗,在結構設計、材料和塗料的研究方面都取得了很多的成就,完全可以通過努力設計出達到第四代戰機要求的隱身戰鬥機”。
    要知道中國有了推重比為9的太行改發動機就可以能夠直接設計出滿足超音速巡航和高機動性于一身的第四代戰機,再加上隱身技術、航電和可維護性上的最新成就,中國第四代戰機的研究瓶頸技術障礙被排除,剩下的就是花費時間整合的問題了。 
  中國航空自主原創的標準規範體系即將形成 
  以前我國研製戰機,不是採用俄式標準就是參照歐美標準,譬如殲5、殲6、殲7是採用的俄標準和規範,而殲10、殲11B是參照採用歐美標準。現在我國通過幾十年的技術積累,終於可以自豪的說,我國即將擁有自主原創的標準戰機——中國的第四代戰機。四代機的研製就是分水嶺,就代表我們民族獨特的品牌形成,它將會向全世界宣告航空屆又多了一個標準體系,一個中國航空特有的標準體系。
  中航工業黨組成員、副總經理張新國和中航工業黨組成員、副總經理高建設主持了這次航空科技諮詢活動。中國工程院學部工作局副局長李仁涵也參加了科技諮詢活動。院士們考察了瀋陽飛機設計研究所、瀋陽發動機設計研究所、瀋陽飛機工業(集團)公司、瀋陽黎明航空發動機(集團)公司;聽取了四家單位領導介紹的科研生產情況及學術報告,進行了分組座談。
  高建設副總經理代表新組建的中國航空工業集團公司,代表集團公司黨組書記、總經理林左鳴,對各位院士到來表示熱烈歡迎和衷心感謝!他說:“學之大者,國之重器”;兩院院士是全國科技大軍的領軍人物,是我們中國航空工業集團公司賴以依靠的重要力量。我們組織院士“航空科技諮詢”活動,就是要認真聽取院士意見,尋求智力支援,請院士們“把脈”。
    今年上半年,我們已經結合新型殲擊機研製邀請50位院士參加航空科技諮詢活動,院士們的建議使我們受益匪淺;此次,請各位院士對我們正在進行的重點型號飛機研製出謀劃策;今後還將繼續定期聽取院士對集團公司戰略管控、科技發展等方面的意見和建議,邀參與重大項目論證、決策。
http://hk.huaxia.com/zt/js/2004-50/zzfj/1213185.html
 
航電系統概論
 
  航電系統提供的訊息  
航電系統為協助飛行員飛航,早期的目視飛航(VFR)基本要素為:速度、高度、水平
進而需求儀器飛航(IFR)下提供:導航資料  
  基本的航電系統  
陀螺儀—提供姿態、水平
氣壓高度計—提供海平面高度(Mean Sea Level, MSL)
低頻無線電—作為導引訊號的來源   
  飛機系統性能的提升  
飛機系統性能提升的研究
續航航程(range)的增加,
飛行的速度(speed)的提昇,
飛機的承載(payload)能力的擴充,
導航(navigation)與通訊(communication)能力的改進,
引擎推進(propulsion)系統的改進,
系統操作(operation)功能的提昇,
飛機妥善率(availability)與維修率(maintainability)的改進。   
  航電的涵蓋範圍  
二次大戰以前螺旋槳飛機時代,飛機上的機械系統為主要的動力與操控機構
近代以航空電機電子相關的系統、次系統、組件、元件、感測器等全部籠統的稱為航電系統的一部份  
  飛航儀表支援飛行  
1920~1940年代的目視飛航,飛行員期待全天候—即低能見度、夜間、雨天、霧季的飛航
需要發展速度、高度、水平以外,具備導航、通訊能力的航空儀電  
  獨立式航電時代  
早期的航電系統,或稱為儀表系統,都是獨立式的(Stand Alone)
一個儀表配備自己所屬的感測器或放大器,因此許多重複的元件與訊號
飛行員必須有很好的視力,極靈敏的反應,才能應付座艙上瞬息萬變的資訊  
  獨立式航電系統的架構  
類比感測、類比傳訊
個別電路傳送訊號
感測器必須為不同需求重複裝設
訊號誤差來自傳送路徑
靜電、雜訊干擾明顯  
  早期航電的飛行組員  
因此早期B-747的飛行組員有4位
正駕駛、副駕駛
正、副駕駛負責飛機的操控
導航員、通訊員
導航員與通訊員負責提供必要的訊息給飛行員 
  數位航電系統 
數位航電系統架構下,以共同的資訊通路,將各種飛航相關訊息整合在一齊,透過軟體的操作,將所需的資料分送到適當的顯示器或控制器上
整合後的數位航電儀表,可以將多重的資料,以不同時段的需求,呈現給飛行員   
  數位航電系統的架構  
感測器簡化為必需的數量
所有訊息全部為電流脈波
利用匯流排傳遞輸入或輸出資料
每一個受訊單元設定一個位址
以不同時脈(clock)的即時系統來區分控制、操作速率  
  數位航電系統的控制  
數位化的航電系統,建立數據匯流排(Data Bus),以雙向的數據流通,經由階層式的電腦架構,進行自動化操作控制
中央電腦與區域電腦分工執行不同及時速率的控制指令
例如高速的飛行穩定控制、或長週期的自動駕駛導航控制   
  數位航電系統的飛行組員  
1980年以後B-747的飛行組員減為2位之正駕駛、副駕駛,共同分擔飛機的操控、導航與通訊責任
1985年以後因為飛機的續航能力增加,飛行員可能超過一個任務班的10小時限制,因此增加第3位飛行員(正駕駛)甚至於第4位飛行員(副駕駛) ,分擔長途飛航任務  
  航電系統的發展歷程  
  1937年代以前
時速150海浬、航程500哩、高度5000呎
螺旋槳動力
目視飛航為主
小規模客運  
  1980年代以前
獨立式的航電儀表
時速500海浬、航程5000哩、高度4萬呎
噴射機為主要的動力系統
儀器飛航為主、目視飛航為輔
大規模民航運輸能力建立   
  1980年代以後至今
數位航電取代傳統類比系統
電腦大量取代人員操作
整合式儀表提供多重訊息
航路、導航密切配航電  
  1990年代以後
衛星系統資訊大量應用於通訊、導航、監視
自動化更加強勢
航電系統體積與重量大幅降低   
  廣義航電系統的分類  
廣義航電系統包括機載航空電子系統及地面飛航管制系統
航電與航管為一體的兩面,相同的技術、不同的應用
地面航管系統注重程序,藉由通訊、監視執行飛航隔離、保障飛航安全
機載航電系統注重飛機的操控,藉由通訊、導航、監視、與自動化系統,達成飛航任務   
  航電系統必須具備完善的CNS功能  
C通訊—利用不同頻率傳遞飛機與地面之語音及數據通訊
N導航—利用助導航系統導引飛機的飛行
S監視—利用裝備掌握飛機在空中的動態位置、速度、高度、航向等訊息  
  傳統航電的CNS包括:  
C通訊—利用HF 、VHF 、UHF等頻率傳遞飛機與地面間的語音通訊
N導航—利用地面助導航系統例如VOR 、FIX等建立航路, 導引飛機的飛行
S監視—利用雷達搜索空域掌握飛機在空中的動態資訊  
  未來航電系統的CNS包括: 
C通訊—利用HF 、VHF 、SATCOM等頻率傳遞飛機—飛機或飛機—地面間之語音及數據通訊
N導航—利用GNSS建立WAAS 、LAAS提供飛機導航
S監視—利用自動回報監視(ADS)報告飛機動態位置、速度、高度、航向等訊息
航電顯示技術的改變
航電測試觀念的改變
戰航管技術的提升
 

漫談隱形戰機(二十一)有源相控陣雷達(AESA) 

「有源相控陣雷達」(Active Electronically Steered Array,簡稱 AESA)是目前世界上最先進的雷達,它的好處非常多,不但在傳統的雷達模式,譬如多目標的跟蹤,有非常明顯的優勢,而且具有某些特殊運作能力是傳統雷達不可能做到的,譬如多模式快速交叉運行,使得雷達的功能倍增。

  「有源相控陣雷達」在網路上曾經被廣泛討論,但都是“專家”們高來高去說一些故弄玄虛的話,令絕大多數的讀者莫測高深以此來炫耀他們的學問,這是“專家”們的通病(希望別人崇拜而又不願意透露一丁點自己的知識)。大陸網站多的是這類裝神弄鬼而又言語刻薄的“專家”,造成許多軍事愛好者的困擾,尤其是對入門者。YST有點看不下去,於是決定藉此機會對這個非常重要的軍事技術有所交代。

  今天YST就從系統工程的角度來介紹並分析「有源相控陣雷達」。這其實一點也不難,YST將用最簡單的幾何與三角函數來揭開這個簡單的、不值錢的「謎」,讀者只要沒忘了高中數學必定一聽就懂了。

  甲. 何謂「有源相控陣雷達」?

所謂「有源相控陣雷達」就是由一群很小的能夠發射電波和接收電波的組件(Transmit and Receive Module,簡稱 T/R Module)排列而成。這些T/R組件可以從幾百個到超過一萬個,它們排列的形狀可以是圓形、橢圓形、距形或任何因實際情況而決定的形狀,非常具有彈性。

  電子工業在最近的三十年有飛躍的進步,「有源相控陣雷達」的原理雖然很簡單、歷史也很悠久,但是真正達到令人矚目的應用是最近十幾年的事,因為工作在X波段的T/R組件可以成功製作在拇指大小的晶片上,這就非常了不起了。

  「有源相控陣雷達」最關鍵的技術就在如何製造T/R組件上,這其中產生功率的大小和製造的成本尤其重要。目前的技術每個T/R組件的發射功率只有幾個瓦特(大概5瓦特左右,不會超過10瓦特);製造成本YST不太清楚,以前要數千美元一個,這種天價大概只有美國裝備得起,現在也許降到幾百美元一個,應用就開始大眾化了。

  讀者不要小瞧了這種只有幾個瓦特功率的T/R組件,「有源相控陣雷達」的厲害就在“螞蟻啃骨頭”,發揮的是“群眾力量”。你想想,一個T/R組件只有幾瓦特,但是一千多個T/R組件排列起來就可以發射接近或超過一萬瓦特的電波,這個雷達功率就非常驚人了。更重要的好處是這些T/R組件可以任意組合形成多“波束”分別對付不同的目標或從事不同的工作,而且有這麼多隻“螞蟻”傷亡幾隻也無所謂、效能雖然差了一點但是照樣完成任務,好處實在太多了!

  對系統工程師而言由千萬個T/R組件所構成的雷達系統真是太好用了,隨時「化整為零」也可以隨時「化零為整」,可以玩出很多花樣,想出很多招數對付敵人,應了毛澤東的話:人多好辦事!

  江青算什麼,科學家和工程師才是最瞭解「毛澤東思想」的。

  不開玩笑,讀者如果看過毛澤東時代大陸發表的科學論文就知道,「有源相控陣雷達」的技術如果是發明在上世紀的五0年代或六0年代,一定會被譽為偉大的「毛澤東思想」的活學活用,因為它們有著非常相似的哲學基礎。

  乙. 「有源相控陣雷達」的基本原理

  在「彈道導彈攻擊大型海面船隻」的系列中YST曾經對電波的「相位」(phase)有清楚的敘述,此處不再重複。

  電子硬件中有一種非常簡單的元件叫做「移相器」(phase shifter),它可以改變電波的相位,譬如正弦函數的電波(sine wave)經過「移相器」把相位增加90度,如此出來的就是餘弦函數的電波(cosine wave)。電子儀器中經常會用到「移相器」,雷達中它更是不可少的元件,是雷達工程師進行校正(calibration)工作時必須調適的電子元件。

  「有源相控陣雷達」最重要的性質就是可以透過相位的設定來改變天線方向。

  所以每個T/R組件都包括一個「移相器」(phase shifter),可以在接受指令後非常迅速地(不到一微秒)把電波的相位移動到指令所下的角度。也就是說,「有源相控陣雷達」可以維持天線的位置不動(physically是靜止的),然後在不到百萬分之一秒的時間把天線的實際指向轉到前半球面的任意一個角度,這就是所謂的「電子轉動」(electronically steered)。

  問題是:怎麼透過相位的改變來改變電波發射和接收的方向呢?

  下面我們做一個非常簡單的說明。

  電子轉動陣列(electronically Steered Array)的原理非常簡單,但是很抱歉,YST沒有掃瞄器不能張貼手畫的圖片,所以只能在MS Word上面用editor畫最簡單的幾條虛線來說明天線的電子轉動,如果這些直線發生彎曲現象、如果兩條互相垂直的直線看起來並不垂直,請讀者多包涵,你需要有一點點額外的想像力來看下面這張圖。

  圖片貼出後,網友wannaknow看不下去,好心地畫了下面這幅準確的圖相贈,YST欣然接受並表達感謝。

 

圖28:相位陣列天線從AB電子轉動到AC。

  假設A和B是兩個T/R組件,天線排列的方向是AB,也就是說天線發射或接受電波的方向是指向正右方的水平方向,也就是AF和BG的方向。

  現在天線固定不動,我們要把天線發射或接收電波的方向逆時針轉theta角度,也就是說虛擬天線的位置是AC,角度BAC = theta,轉動後發射或接受電波的方向是指向右上方,是水平角度逆時針轉theta的方向,也就是AD和BE的方向。

  注意:直線AC垂直於直線BE,也就是說,角度ACB = 90度。

  BC與AC是垂直的,所以只要theta一決定C點就決定了,也就是說C點是B點在天線轉動theta方向的垂直投影。

  B與C的距離我們用d來代表。

  對從右上方來的電波而言,經過長遠的距離,電波擴散的球面已經接近平面(半徑非常、非常大),所以電波到達A點和C點時相位是相同的。

  但是這個電波到達B點時多走了距離d,所以相位就增加了,增加了多少呢?

  這個答案很容易,如果Lamda是電波的波長,那麼

  電波走了距離d所增加的相位 = 2*pi*d/Lamda (radian)

  pi = 3.1416(圓周率)。

  現在問題全部明瞭了,如果我們讓B的相位比A的相位提早2*pi*d/Lamda(也就是移動 -2*pi*d/Lamda),那麼AB接收到的電波就相當於AC接收到的電波。

  看到沒有?你不必轉動天線就可以接收到與轉動後一模一樣的電波。

  Hurrah!工程師跳起來歡呼!電子轉動的問題解決了。

  如果你把A與B中間的每一個點都看成一個T/R組件的話,它們與直線AC的垂直距離分別為d1,d2,...dn 等等,那麼工程師只要在每一個T/R組件下指令移動相位

  -2*pi*dk/Lamda, k = 1,2,....n

  那麼雖然天線AB根本就沒有轉動,但是實際上電波發射和接收的方向卻已經逆時針轉了 theta 角度。

  這就是電子轉動天線(Electronically Steered Array,簡稱ESA)的原理!

  簡單吧?高中生一聽都懂,一點也不神祕。網路上故作高深莫測的“專家”們可以休息了,中學生的玩意兒一點兒也不值得賣弄。

 

  丙. 無源相控陣雷達(Passive Electronically Steered Array ,簡稱PESA) 

  細心的讀者一定會問:電子轉動天線是跟「移相器」有關,跟T/R組件沒什麼關係呀?

  回答:是的,一點也不錯,電子轉動天線其實只需要「移相器」就可以完成。於是根據這個道理一個相對便宜很多的相控陣雷達就可以設計出來了,這就是「無源相控陣雷達」。

  如果每個單位組件不能主動產生電波,只能被動發射電波、接收電波和改變相位的陣列,我們稱這種雷達為「無源相控陣雷達」。

  這裏所謂被動發射電波是指由一個統一的高功率發射器(high power transmitter)產生強力電波然後由導波管(waveguide)分別輸送到每個單位組件發射出去。這個高功率發射器通常使用「行波管」(Traveling Wave Tube,簡稱TWT),跟普通傳統的雷達完全一樣。

  T/R組件中,那個“T”代表的發射部分是研發工作中最困難的,所以「無源相控陣雷達」比「有源相控陣雷達」簡單多了,但是功能也差多了,是一個省錢和技術不到位的妥協。

  美國早期的神盾驅逐艦都是「無源相控陣雷達」,到了「伯克」級才升格為「有源相控陣雷達」。所以從「無源」到「有源」是科技發展的一個自然過程,但不是必然。中國大陸發展機載雷達就是從平面雷達(planar array radar)直接跳到「有源相控陣雷達」(AESA),省掉了(PESA),這就是所謂跳躍式發展。

 

  丁. 「有源相控陣雷達」的優點

 

  A. 多目標的追蹤與鎖定

  無論是有源還是無源,「相控陣雷達」最大的好處就是快速指向目標。前面說過,改變移相器的設定是非常快速的,這種簡單的電子設定用不到百萬分之一秒,比人的“一眨眼”快一萬倍(人的眨眼大約10毫秒)。也就是說,電子轉動幾乎是立即的(instantaneous),在不到百萬分之一秒的時間就可以把天線轉向對準任何方向,不論轉動量的大小,這是機械轉動天線不可能辦到的。

  想想看,天線是有相當質量的,機械起動、加速、減速、停止都需要時間來克服動量(momentum),不是說動就動、說停就停的,尤其是大型天線。

  上面說的不到百萬分之一秒是指理論上移相器設定所需要的時間。在實際應用時,計算機需要計算每個移相器的指令所下的相位數值是多少,然後把這些指令送到每個移相器的的記憶體裏面,這是需要時間的,但是無論如何在今天的高速計算機控制下,實際運作的電子轉動可以在不到一毫秒(千分之一秒)的時間內完成。相較之下,機械驅動的天線如果要大角度轉動,譬如轉動一百度,需要一秒鐘的時間。一秒鐘在多目標的追蹤模式中太長了,嚴重拖累整個雷達的運作,通常不被系統工程師接受。雷達作業所有被追蹤的目標都依照威脅程度的大小而排列,這時候計算機的軟體就必須作出決定降低追蹤目標的數目,放棄次要目標。

  電子轉動並沒有實質的轉動,所以沒有動量需要克服的問題,因此又快又準,這使「相控陣雷達」真正做到多目標追蹤和多目標鎖定。

  以前那些機械轉動天線的雷達號稱可以同時追蹤二十幾個目標其實是有點灌水的,這個能力是指在理想狀態下。在目標散得很開的情形下,依靠機械轉動天線的雷達根本沒有辦法應付這麼多目標。想想看,空中目標的機動性都很高,如果要保証追蹤目標需要每個目標很快就觀察一次,天線沒法轉這麼快;如果很久才觀察一次,目標一機動很容易就跑掉,下次再觀察的時候根本就找不到了。

  電子轉動天線的雷達就完全不同了,多目標追蹤是顯然的,二、三十個目標每秒鐘看一次當吃白菜,而且目標照射非常的準確,跑不掉的。更厲害的是可以多目標同時鎖定,這是因為「相控陣雷達」可以把相控陣列分割成好幾個部分,每一個部分照射一個目標,因此輕鬆地做到同時鎖定(連續照射)多目標。

  B. 可靠性

 「有源相控陣雷達」的另一個優點是工作非常可靠,可靠性比非相控陣雷達高出三、四倍。普通雷達的無故障工作時間(Mean Times Between Failure,簡稱MTBF)不到三百小時,AESA的無故障工作時間超過一千小時。

  更重要的是,AESA如果發生故障是優雅地性能逐漸降低(gracefully degraded)而不是突然完全停止工作。機載「有源相控陣雷達」通常有超過一千個T/R組件,即使有10%T/R組件壞掉雷達仍然能夠正常運行只不過性能稍為降低而已。對比之下,傳統雷達或「無源相控陣雷達」只要高功率發射器發生故障,整個雷達就立刻停止作業了。

  C. 多模式快速交叉工作(mode interleaving)

「有源相控陣雷達」的第三個優點是可以進行多模式快速交叉工作。「多模式快速交叉工作」在實際雷達作業中非常重要,YST 用實際例子來說明。

  譬如說大陸的解放軍參謀總部決定對某國發動戰略突襲,J-20被任命深入敵人領空攻擊某個地面戰略目標。

  為了躲避敵人的地對空搜索雷達,J-20採取貼近地面飛行,這時候J-20的雷達系統可以把相控陣列天線劃分為上下兩部分:

  上半部的T/R組件在天空掃瞄,進行空對空搜索:下半部的T/R組件進行對地掃瞄,進行地形跟蹤。

  這樣J-20可以藉著地形跟蹤的雷達模式(terrain following mode)進行貼著地面飛行以躲避敵人的雷達探測,同時也進行空對空搜索對可能出現敵人的攔截飛機保持警戒。如此一來,J-20對地和對空兩方面都兼顧而做到萬無一失。

  在只有一個中央電子計算機的情形下,上面這兩個雷達模式被快速交叉(mode interleaving)執行就像是同時工作一般,這道理和電腦的「分時概念」(time sharing)是一樣的。

  D. 分佈式的天線

理論上,戰機的T/R組件並不一定需要是整齊地排列在同一個平面上、然後關在雷達罩裏,而是可以把有些T/R組件裝置在機翼的前緣,只要我們測量了它們的相關位置,自然就可以計算出電波到達這些機翼前的T/R組件的相位是什麼、和雷達罩裏面的T/R組件的相位差是多少,計算機輕易地就把所有的T/R組件聯合成一體(「化零為整」)。你看,這樣一來天線的面積變大了、天線發射的功率也增加了,性能自然就顯著提高了。

  YST不清楚這種分佈式的天線目前是否有任何國家採用,但是它是未來「有源相控陣雷達」發展的趨勢。

 

  戊. 「有源相控陣雷達」的缺點

 

很多網友把「有源相控陣雷達」過份神化,認為它無所不能、在每一方面都超越普通雷達,這是不正確的。世上沒有盡是好處而不必付一點代價的東西。

  「有源相控陣雷達」最大和最重要的缺點就是在電子轉動天線時損失天線面積(antenna aperture 或 array aperture)。當電子轉動的角度太大時,天線的有效面積會嚴重減少,直接導致雷達探測能力的降低。

  讓我們回頭仔細觀察圖28。

當我們下指令電子轉動theta角度,天線的有效面積從AB變成AC ,AC = AB*cos(theta)。所以我們得到下面的公式:如果ESA從正前方電子轉動theta角度,那麼

  ESA的有效面積 = ESA的實際面積 * cos(theta)

當theta = 0, cos(theta)= 1,這是ESA唯一沒有損失天線有效面積的時候。所以,只有在沒有電子轉動的情形下不會損失天線有效面積,只要有了電子轉動就要付出代價。

  當theta = 60度, cos(theta) = 0.5,ESA的有效面積只剩下天線實體面積的一半,這是雷達工程師願意接受的極限。

  當theta = 90度, cos(theta)= 0,ESA的有效面積為0,雷達完全失去探測能力。

  「相控陣雷達」的所有優點都是以付出損失天線有效面積作為代價。

  好了,現在我們已經瞭解相控陣列雖然不需要轉動,但是只能探測前方的半個球而且離開中心軸越遠探測的能力就越差,到了距離中心軸上下或左右接近90度的時候就完全失去探測能力了。

  所以如果要求水平方位(azimuth angle)有三百六十度的探測能力,譬如空中預警機,那麼就需要三個相控陣列,每個負責任120度,這樣就可以把天線有效面積的損失限制在50%。中國的空警-2000就是這麼設計的。

  當然我們也可以選擇只用一面相控陣列,這樣就必須在水平方向轉動,電子掃描只負責高低方向(甚至不做高低方向的掃瞄而以扇形波束取代),這樣一來在目標追蹤上的系統效果(system performance)就大大降低了,但是不損失雷達天線的有效面積。美國的E3空中預警系統就是這麼設計的。

  美國和中國的設計各有各的考慮,它們的選擇是在各種雷達指標的考慮下所做的妥協。

 

  己. YST 個人的一些考慮 

YST是屬於比較保守的人,對損失天線面積的容忍度很低。記得學習機載雷達的時候老師開門見山就說:設計機載雷達的第一件事就是盡可能裝上最大的天線。

  老師這句話是放諸四海而皆準的科學道理,也是所有設計機載雷達的工程師們都遵守的原則。這就是為什麼F-16的雷達無論怎麼提升都不可能超過F-15,因為F-15的頭比F-16大得多,可以安裝更大的天線。

  事實上,所有具備高功能雷達的戰機都是大頭。也就是這個緣故,損失有效天線面積是一個很嚴重的事。讓我們把注意力專注在雷達艙的RCS上。

  在AESA出現以前,「平面天線」(Planar Array Antenna 或 Slotted Array Antenna)是最先進的天線,見下圖。 

圖29:美國F/A-18的平面天線雷達,美軍編號 APG-73。

  對平面天線而言,YST確信在不使用的時候可以把它轉到朝上,譬如向上轉30度或更高,可以取到降低RCS的好處。這樣做沒有任何損失,因為等到使用的時候再進入正常位置。

  相位陣列天線的道理也應該一樣,YST的想像是在不用的時候固定在一個朝上的方向,用的時候回復到正常運作的方向,也就是固定在機頭的正前方位置。戰鬥機的雷達掃瞄通常只有上下左右各30度的範圍,這樣做就使得ESA電子掃描的天線有效面積的損失限制在14%,這是可以接受的。

  但是,事實上並非如此,AESA實際的裝置跟YST的想像有相當出入,我們在下一篇看幾個實際的例子,然後做進一步的討論。
http://city.udn.com/3011/4663320#ixzz1Rf54d2SM

 

(二十二)各國的有源相控陣雷達 

最早的「有源相控陣雷達」(AESA)是使用在空中預警機上,譬如以色列的費爾康、英國的Wedgetail、中國的空警-2000等等,美國的E-3目前用的是平面雷達,但是有計畫在未來升格為有源相控陣雷達。這些空中預警機使用的AESA頻率為L波段(1.2~1.4GHz),波長大約21~25公分。

隨著電子技術飛躍的進步,X波段(頻率8.5~10.7GHz,波長大約3公分)的AESA在上個世紀末成功研發出來,T/R module 可以製作成拇指大小的晶片,這就掀起機載火控雷達的革命,AESA開始大量走入戰鬥機。 

甲. 日本的AESA 

在戰鬥機中,最早裝備AESA的是日本的F-2(一種日本與美國聯合研發的戰鬥機,是將F-16稍微放大的戰機),代號為J/APG-1,時間是2000年。 

圖30:全球第一個戰鬥機「有源相控陣雷達」(AESA),日本F-2的J/APG-1。

  日本雖然憑藉著強大的電子工業搶先拔得戰鬥機AESA的頭籌,但是日本在雷達上的基本功夫不行,屬於勉強出手搶頭彩。雷達的系統工程不是這麼簡單的,無論理論還是經驗日本和美國有相當大的距離,差的不是一點點。日本單憑電子元件優秀就要搞雷達還是不行的,更何況在T/R組件上日本的研發也比美國落後,所以F-2的J/APG-1整體性能不佳。F-2的AESA除了拔得頭籌沒有什麼值得說的。 

乙. 美國的AESA 

A. F-15C的AESA

  第二個裝備AESA的是美國的F-15C,時間大約是2003年,裝備的型號是AN/APG-63(V)2,有1500個T/R組件,見下圖: 

圖31:全球第二個裝備「有源相控陣雷達」(AESA)的戰鬥機,美國的F-15C。

  上面F-15C裝置的AESA與YST的想像稍有不同但還算比較接近,那就是「有源相控陣列」被固定在正前方的位置。我們都知道,在所有空對空的模式雷達工作的範圍無論高低方向(elevation)還是左右方向(azimuth)天線的掃瞄都限制在正負30度,所以除了四個角落損失稍微高一點,天線有效面積的損失都被控制在小於14%,這是可以接受的。

  F-15的雷達應該都有對地模式,這時候電子轉動的角度很可能大於30度,所以天線有效面積的損失肯定會增加,有可能達到50%。

  F-15C是搶奪制空權的空優戰機,對地攻擊的能力弱一點也就算了,這可以諒解。

  不過如果F-15E的AESA也是這樣安置就很難令人接受了,至少如果YST是軍代表就不會同意。 

B. F-22的AESA 

  美國戰機第二個裝備AESA的就是具有隱身能力的F-22,時間是2004年。F-22裝備的AESA美軍代號是AN/APG-77,有多少個T/R組件眾說紛紜,YST看到的資料是1500個,每個的發射功率是4瓦特。在第七篇文章我們有一張照片展示F-22的有源相控陣列(圖22),下面這張照片則是展示它在F-22上的安裝: 

圖32:F-22裝備的AESA,美軍代號AN/APG-77。

從上面這張照片我們清楚地看到F-22的AESA不但位置是固定的而且是向上斜置,其目的就是降低雷達艙的RCS。

C. F-16的AESA

F-16的AESA跟F-22的AESA一樣都是諾索普-格魯曼(Northrop-Grumman)生產的、時間也非常相近。不過有趣的是這個全世界最先進的F-16不是美國自用的,而是特別為外銷給阿拉伯聯合大公國(United Arab Emirates簡稱 UAE)設計和製造的。這個外銷給UAE的F-16編號為F-16E/F Block 60,裝備了編號為AN/APG-80的AESA,有1000個T/R組件,這就比美軍自用的F-16C/D Block 52高了半代,見下圖。 

圖33:F-16裝備的AESA,美軍代號AN/APG-80。注意,它是固定和斜置的。

  阿拉伯聯合大公國首批訂單是80架F-16E/F Block 60,暱稱「沙漠之鷹」(Desert Falcon),簽約的時間是2000年初,首架交貨則是2004年。

  F-16E/F Block 60在外銷上被稱為「F-35的經濟版」。

  裝備了AN/APG-80的「沙漠之鷹」比裝備AN/APG-68(平面天線)的F-16雷達功率更高、探測距離更遠、旁瓣更低(更不容易被干擾)、妥善率更高,當然最重要的是有著電子轉動無與倫比的速度和準確以及形成多波束的靈活與變化多端,這些都是機械轉動的AN/APG-68完全無法相比的。

  YST 有一個預感,美國在大陸強大的壓力下不會出售F-16CD給台灣,但是在提升台灣F-16AB性能的包裹中會包括有源相控陣雷達AN/APG-80。美國這麼做台灣得了實惠(電子性能比F-16CD還高),大陸的面子也顧到了,刀切豆腐兩面光。 

D. F/A-18的AESA

F/A-18是美國海軍的主力戰機,其重要性不亞於F-15,換裝有源相控陣雷達是一定的。F/A-18EF裝備的AESA由美國雷神公司(Raytheon)設計和製造,美軍代號AN/APG-79,其設計隊伍是老牌的雷達設計製造商,前休斯公司。 

圖34:F/A-18EF裝備的AESA,美軍代號AN/APG-79。

  AN/APG-79有1100個T/R組件,單位價格兩百八十萬美元。首部APG-79在2005/01/13 送達波音公司,2006年09月裝備首架F/A-18EF,目前已經進入低速量產。

  我們看得很清楚APG-79是固定和斜置的,而且雷達的下部和側面都經過隱形處理呈光滑的多平面體防止外來電波的窺視。 

E. F-35的AESA

F-35是美國下一代的主力戰機,也是美國外銷盟國的主力戰機,不論是軍事、經濟或政治都是一個重要的產品和棋子,影響之大非同小可。美國對F-35的宣傳重點就在它的機載電子系統,聲稱比F-22的電子系統更先進。雷達是機載電子系統中的重中之重,F-35的雷達自然是AESA,美軍編號AN/APG-81,性能的先進可想而知,見下圖。 

圖35:F-35裝備的AESA,美軍代號AN/APG-81。注意,它是固定和斜置的。

  F-35是偏重對地攻擊的戰鬥機,AN/APG-81有1200個T/R組件,工作的模式有空對空、空對地、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR)、地面移動目標的探測與識別(Ground Moving Target Identification,簡稱GMTI)等等,還有電子作戰,堪稱是無所不能、盡善盡美。

  根據最新的消息,F-35入役美軍的時間是2018年。這個時間有點太晚,如果J-20按照預定計畫在2017年成軍,那麼美軍至少有一年的時間處於理論上的空中弱勢,這種情形在美軍近代歷史上從未出現過。 

丙. YST 的考慮 

在上一篇文章YST就說過在系統工程上自己是非常保守的,對天線有效面積的損失容忍度非常低。YST不能容忍F-15的大頭裝上AESA後就變成F-16的小頭,如果這麼搞那麼還製造重型戰機做什麼?

  A. 機械轉動的裝置不能放棄

  YST始終認為雖然ESA是電子轉動的,天線可以不動,但是為了維持天線的有效面積不致過度損失,保留機械轉動的裝置還是有必要的。YST考慮的理由有二:

  1. 校正(calibration)

像雷達這種複雜和精密的電子儀器在使用前都需要經過校正(calibration)。現代的電子儀器各種「校正」工作都已經自動化,雖然使用者並不知道,但是實際上它們已經被執行。

  不比機械轉動,電子轉動是看不見和摸不著的,戰機起飛前我們怎麼知道電子轉動沒有問題?我們怎麼知道每個T/R組件和移相器都會正常工作?

  如果AESA仍然保留機械轉動的裝置,那麼我們就可以用「機械轉動」來校正「電子轉動」,很快就能夠把有問題的移相器找出來。

  那些認為AESA不需要機械轉動裝置的網友們也許有天線專家,那麼請問你們AESA是怎麼校正的?或者你們認為AESA永遠不需要校正。

  2. 對地模式和對空模式的巨大差異

「校正」的問題也許是YST孤陋寡聞,AESA也許有什麼不為外人所知的校正方法,或者AESA也許真的神奇到永遠不需要校正。真正使YST堅信AESA仍然有必要保留機械轉動的裝置是因為雷達對地模式和對空模式在天線的要求上差異過大。

  在對地模式中有一個非常重要的模式叫「合成孔徑雷達」(Synthetic Aperture Radar,簡稱SAR),它是雷達地面成像解析度最高的,即使像F-15這樣的戰鬥機解析度都可以達到一米(大面積成像可以達到10米),這對攻擊戰略性的目標(譬如跑道和橋樑)有非常關鍵的幫助。如果戰機沒有SAR的能力那麼攻擊地面的能力將會大打折扣。

  「合成孔徑雷達」的作業需要側視(side looking),也就是說雷達天線的照射方向與飛行方向需要成90度,否則解析度就會降低,這是物理性質,不能改變。我們看到,除了F-15是固定在正前方,美國的F-22、F/A-18EF、F-35都是把AESA不但固定在正前方而且是向上斜置的,斜置的角度至少20~30度。這樣的安排是不可能進行「合成孔徑雷達」模式的,因為有效天線面積已經損失殆盡了。

  美國很多武器廠商所作的宣傳廣告有很多不實的地方,譬如下面這張為F-35宣傳的圖片: 

圖36:諾索普-格魯曼(Northrop-Grumman)為F-35所做的宣傳圖片。

  上面這張圖至少有兩個不實之處:

1.雷達照射正前方對敵人的機場跑道進行高解析度的「合成孔徑雷達」(Synthetic Aperture Radar)模式,這是不可能的。戰機進行SAR的時候,雷達必須側視(side looking)。請觀看上一篇文章中的圖29,天線至少要轉到這種程度才能有效進行SAR模式,以目前美國所有的AESA固定的位置,當電子轉動到這個角度時有效天線面積幾乎是零,不可能有任何探測能力。

2.F-35有一束電波向下照射坦克,波束標示「地面移動目標探測」(Ground Moving Target Detection),但是照射角度早已超過電子轉動極限的九十度(讀者必須記得F-35的AESA是向上斜置的),此時F-35雷達的有效天線面積為0,已經失去所有的探測能力。

  YST的結論是:

如果戰機想同時具有對空和對地的能力,那麼雖然使用的是「有源相控陣雷達」(AESA),但是機械轉動的裝備仍然必須保留,否則SAR和GMTI的能力是不可能的。

 

B. 設計背後的哲學不可取 

我們看到美國戰機AESA的安裝都是固定和斜置的(只有F-15沒有斜置,但也是固定的)。

  YST個人非常不認同這種安置,因為雷達天線有效面積的損失太大了,為了獲得隱身上的微小利益這麼做完全不值得。

  F-22隱身掛帥,為了隱身不惜犧牲一切,甚至犧牲雷達性能,即使天線的有效面積損失一半以上也不在乎。這在YST看來非常的不智,為什麼?

  回答:科技在不斷地進步,探測飛行物體的手段日新月異,在今天複雜的電磁環境中F-22過度依賴雷達隱形是得不償失的。

  想想看,為了讓敵人變成近視眼,不惜自己也成了近視眼,忘記作戰的目的是什麼?這是甚麼軍事指導哲學?

  戰爭的目的就是摧毀敵人,令敵人屈服,這中間的過程說白了就是殺人。所以軍人必須有血性,而且還不是一點點,要會殺人同時也肯犧牲,這樣才能打仗。高科技戰爭絕不等同於打電動玩具,照樣要準備付出血的代價。回顧歷史,美軍也不是全靠武器打贏二戰的。奧馬哈海灘是諾曼底最險峻的部分,美軍為自己選擇了最難進攻的奧馬哈海灘是何等英雄氣概,美軍在硫磺島浴血奮戰的勇猛和不怕犧牲的精神那裏去了?

  YST並不鼓勵美軍飛行員有「黃繼光堵槍眼」的精神,但是「零傷亡」的作戰哲學如此發揚光大而又無處不在與無孔不入,軍人的血性何在?

  如果美國設計高科技武器的目的就是要把戰爭變成像打電動玩具一般地安全,這仗就不要打了,美軍必敗無疑,因為美國的財政負擔不起。

  美國的軍費就是在這種「科技至上」和「零傷亡」無限上綱的指導原則下惡性膨脹,終於拖垮了國家的財政。

 

丁. 美國戰機雷達艙的RCS 

我們現在再回到雷達艙的RCS問題,因為這是隱形戰機最關鍵的地方,也是美國神化F-22的地方,所以不能輕輕放過。

  YST知道有些網上“大神”看過一些有關F-22的天線罩的神奇報導,號稱F-22的天線罩有Band Pass Filter的功能,只容許本身發射的電波進出,其他的頻率則一律被被阻擋在外。“大神”因而故作神祕,自以為懂得很多,輕易地就相信F-22 RCS的神話。

  其實,工程上的東西沒有什麼神祕的,任何filter,不論是high pass、low pass還是band pass,都有某種filter frequency responce可追尋,不可能是滴水不漏的完美濾波器。“大神”有本事就畫出attenuation的曲線,大家討論;若是畫不出來,就不要宣傳神話。

  YST 認為上面 Band Pass Filter 的說法乃無稽之談,因為有三點是說不通的:

1.F-22的雷達罩如果真能夠只容許本身發射的電波通過,那麼何必把天線斜置?

2.F-22宣傳它的雷達有電子戰的功能,電子戰最基本的功夫就是從事非常寬頻的噪波干擾(white noise jamming),這個噪波如何通過F-22神奇的雷達罩?

3.F-22號稱可以被動探測敵機,也可以收集電子情報,如果F-22的雷達罩是很窄的 Band Pass Filter,那麼這些訊號都被雷達罩過濾掉了根本接收不到,哪還有甚麼探測與收集的能力?

  讀者難道看不出來美國宣傳這些神話的內容是處處互相矛盾的嗎?

  不要告訴YST F-22有一個電鈕,飛行員按一下雷達罩就是 band pass filter,再按一下就不是 band pass filter。

  做為知識分子要有獨立分析和判斷的能力,而不是胡亂接受訊息或相信什麼權威,更糟的是故作神祕假裝知道什麼“內情”而高人一等。

  美國的科技先進,但不是神,軍事科技沒有神話。

  我們如果比較圖29的平面天線和圖30~34中的AESA就可以發現AESA凹凸不平的程度遠勝於平面天線,所以AESA散射的程度也遠超過平面天線,斜置天線能夠收到多大的效果值得懷疑。從下面圖片中國設計和製造的AESA來看,AESA的外表形狀幾乎都是一樣的,材料也都是用砷化鎵(Gallium Arsenide)製造的晶片,沒有任何理由F-22的AESA的RCS就比別國的產品低兩個數量級(20dB),這是怎麼也說不通的。

  美國空軍的報告明白宣稱F-22正前方的RCS為0.0001~0.0002平方米。這個數字是不可能的,屬於欺騙性質的宣傳或是玩弄詐術的心理戰,反正不是什麼光明磊落的正道,不該是一個處處以領導者自居的大國所做的事。這種行為看似小事,其實不然,它正在不斷侵蝕美國極力塑造的全球無敵的可信度,因為真正有自信的國家是不會浮誇和虛張聲勢的。

  F-22處處都有問題,當初大肆吹噓、到處嚇人,如今全面無限期停飛,所有製造的神話不攻自破。

  空中武力是非常重要的軍事指標,美國的空中優勢也就剩下二十年。

  美國的軍事霸權正隨著它的自信在消逝,退出亞洲的勢力範圍是遲早的事,新加坡已經開始恐慌,美國自己也知道。 

戊. 日美歐俄戰機裝備AESA的時間 

全球目前已經或預計裝備AESA的戰機有:

日本的F-2(2000年);

美國的F-15C(2003年)、F-22(2004年)、F-16EF(2004年)、F-18EF(2005年)、F-35(2018年);

歐洲的戰機目前沒有裝備AESA,未來預計是法國的「陣風」(2013年),德國和英國的「颱風」(2015年),「颱風」的AESA號稱將有1500個T/R組件,這也許太樂觀了一點;

俄國準備在2014年為Su-35裝備「無源相控陣雷達」,這和「有源相控陣雷達」相比有顯著的差距。 

己. 中國大陸的AESA 

「有源相控陣雷達」是第四代戰機(俄國的第五代)的要求之一,中國大陸也為她的四代機J-20研發了AESA,而且提前用在J-10B上鍛鍊。

  YST知道的訊息是J-10B的AESA有1000~1200個收發單元,對3平方米RCS目標的發現距離是160~180公里。如果是真實的,YST認為這個數據相當先進,完全跟上當前美國最先進的雷達。

  所以我們看得很清楚,中國大陸的雷達技術緊跟美國,把其他國家都拋在後面。雷達技術是電子技術的指標,中國在軍用電子技術上應該相當先進,與歐美在同一梯隊,尤其是電子戰的技術應該也是緊跟美國,不會有太大的落差。YST不願意談電子戰,一方面這屬於機密範圍,另一方面這玩意兒也沒個標準,可以各說各話,只有打起來才知道。

  最近有網友公布下面的照片引起一番討論,質疑J-10B的雷達相控陣天線不是有源而是是無源的。 

圖37:J-10B和他外露的雷達天線 

 

圖38:J-10B雷達天線近照(特寫)

  圖38上面中間那一排八個紅色物體是「敵我識別」(IFF)天線。質疑的網友聲稱這是無源相控陣天線因為有源的上面都不會裝IFF天線。

  YST不能回答這個問題,也看不出來IFF天線和無源相控陣天線有什麼必然的關係。有天線專業的網友請補充說明。

  YST知道機載有源相控陣雷達大陸的南京電子研究所在2008年就做出來了,沒有理由今天在J-10B裝無源的,性能降低太多了。如果這麼做,YST能夠想到唯一可能的理由是省錢,不過省這點錢對今天的中國而言意義實在不大。

  YST個人認為PESA可以用在FC-1(梟龍)上,但是不適合用在J-10B上,即使不為了幫助J-20提早成軍也不適合這麼做。

  J-10是一線戰機,任何一線戰機,譬如J-10、J-11、JH-7等等,都應該裝備有源的相控陣雷達,不能為了省錢而降低關鍵性能,否則會因小失大。 

http://blog.udn.com/YST2000/5407106#ixzz1Rf6gEFiH 


另參本館:
中國雷達  仿F-22  機載有源相控雷達 太行發動機只達到能用的水準 WS-10性能優於AL—31F 中國戰機發動機研發史(上) 中國戰機發動機研發史(下) "梟龍"飛機的航空電子系統  殲八IIM火控系統 由SU27到殲十一  三代機大車拼 反F-22  F-22 
 
阿楨 2023-11-19 08:33:14

中國的低成本雙波段雷達

054B把054A的382雷達換成新的雙面陣,但很可能是四面陣,“兩肩”是較小的雙面陣,形成雙波段雷達。
雷達都工作在一定的波段。較長的波長衰減較小,適合遠程搜索;較短的波長解析度和資料率更高,適合用於火控。
在相控陣時代,有兩種思路。第一是近程交戰優先,用高頻的相控陣雷達負責火控,同時,用機械回轉的大型天線負責遠端搜索。第二是遠端探測優先,用中低頻率的相控陣負責遠端搜索,適合應對飽和攻擊。但需要另外配備多台火控雷達提供足夠的火控通道。美國伯克級用SPY-1D相控陣雷達執行遠端搜索,另有三台SPG-62火控雷達負責導彈攔截控制。第三是用相控陣雷達通吃,一組用較長的S波段執行搜索,另一組用較短的X波段執行火控,這就是雙波段雷達。美國福特級航母首艦採用雙波段,,後續艦為了降低成本,回到單一的S波段。055是世上第一種採用雙波段雷達的驅逐艦。054A改造前(上)“頂板”就是背靠背的雙面陣;改造後(下)054B把兩側端面也利用起來,加上了X波段成為四面陣。克級、052D和055的大型相控四陣面,只能降低高度。054B的S波段陣面也沒有那麼大,和X波段陣面共用桅杆頂的位置,有利於探測的視界。這將是世界上第一種採用雙波段雷達的護衛艦。

阿楨 2022-12-23 07:20:04

F-22猛禽戰機為何是「短命的空中王者」? 2022/12/22 中時

1997年,首架F-22A試飛,被譽為「絕對的空優王者」,25年過去了,它的時代卻也即將結束,即使規畫了F-22中期升級,卻10年內退役,下一代制空權 (NGAD)計劃,正在推動當中。
蘇聯解體了,美國贏得了冷戰,到2009年,原本750架削至186架。又過幾年,F-35排擠到F-22大部分生產線。F-22的隱身性比F-35還要好;最大運動可達9G,而F-35只能到7G。但F-35有明顯的科技優勢,它的融合感測器和資料鏈管理能力,是F-22問世時所不具備,這使得F-22雖然「決鬥無敵」,但F-35可倚靠「團隊合作」。
F-22中期升級耗資110億美元,包括隱蔽型的外掛油箱,新的超視距空對空武器(如AIM-260),紅外搜索和跟踪 (IRST)筴艙,與新的電子作戰設備。F-22的雷達吸收塗層,屬於上一代的配方,主要的成份是白銀,極易受到高速飛行造成的損壞。維修起來也非常昂貴且耗時。

現役10種最受歡迎戰鬥機 2022/12/18 中時

戰機要考量速度和機動性,以及維護成本和多功能性。全球航空(FlightGlobal)使用大數據分析,列舉了10種現役最受歡迎的戰鬥機。第10名:F-5。第9:殲7。第8:Su-25。第7:歐洲颱風。第6:F-35。第5:MiG-29。第4:F/A-18。第3:F-15。第2: Su-27/30/34/35。第1: F-16。

阿楨 2022-11-20 08:08:23

梟龍致命大升級 印度光輝戰機危險了 2022/11/19 中時 楊幼蘭

隨著中方與巴基斯坦聯手打造的JF-17「雷電」戰機(Joint Fighter-17 Thunder),也就是解放軍所謂的「梟龍」戰機升級,開始令愈來愈多人印象深刻。如今除了138架在巴基斯坦服役外,伊拉克、緬甸和奈及利亞空軍也紛紛加以採用,甚至阿根廷空軍最後也可能以它為戰略主力戰機。
據《保加利亞軍事網》(BulgarianMilitary.com)和《歐亞時報》(The EurAsian Times)報導,新升級的第3批次「梟龍」可望大幅提升巴基斯坦空軍戰力。
第3批次「梟龍」JF-17C,正獲得「致命升級」(lethal upgrade)。飛行員頭盔徹底更新,擁有頭盔顯示器,從駕駛座艙顯示器傳來的資訊,會顯示在頭盔上,和中方殲-20隱形戰機飛行員所用的一樣,而這升級使第3批次「梟龍」更接近4++代戰機。由於頭盔上可以顯示電腦顯示器的資訊,新頭盔將讓飛行員在駕駛,或執行戰鬥任務時,得以減少壓力,並在執行戰鬥任務時,能更專注於駕駛。
由於第3批次「梟龍」採用了碳纖維複合材料,因此比前兩版輕,隨著第3批次「梟龍」擁有新航電設備、武器和主動電子掃描陣列(AESA)雷達,對印度「光輝」將擁有很大的優勢。
  回應
一看,又是中國時報舔狗蘭的文章。
一堆“台灣塔綠”~~~~心酸、心碎+妒火中燒~~~

老美卡卡F16V!F-16延壽 土耳其自己來 2022/11/18 中時 楊幼蘭

土耳其最大國防公司阿塞爾桑(Aselsan)第一款AESA雷達專案將可把部分F-16的飛行時間延長一半,長達12,000小時。
  回應
呵呵,舔狗蘭,為什麽土狗不去買共匪的奸16,奸10,梟龍?就是因為知道太爛了。
看起來土耳其得罪閣下不輕啊!還硬扯對岸?!
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梟龍或殲10C? 土耳其恐「別無選擇」改買大陸戰機 2022/02/20 (回應:笑死人,不要臉替中國報導破鐵爛銅的飛機。梟龍和殲十戰機的確性價比較高多了! 呆娃購F16V單價比F35還貴,被美爸當ATM,呆灣納稅人真可憐!