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相控阵雷达:“蜻蜓之眼”观八方

发布时间：

2024-06-17

伊朗海军即将迎来其最新一代的驱逐舰“迪尔曼”号，这一消息是根据伊朗塔斯尼姆通讯社的最新报道。这艘驱逐舰的最显著技术亮点是装备了四部先进的有源相控阵雷达系统，这也使得它成为了伊朗媒体誉为的第一艘“盾舰”。作为20世纪的一项突破性技术发明，雷达技术及其应用已…

伊朗海军即将迎来其最新一代的驱逐舰“迪尔曼”号，这一消息是根据伊朗塔斯尼姆通讯社的最新报道。这艘驱逐舰的最显著技术亮点是装备了四部先进的有源相控阵雷达系统，这也使得它成为了伊朗媒体誉为的第一艘“盾舰”。

作为20世纪的一项突破性技术发明，雷达技术及其应用已经取得了飞速的发展，并在全球范围内得到了广泛的运用。相控阵雷达技术的出现，无疑是雷达发展历程中的一个重要里程碑。目前，全球多个国家已经在他们的海军舰艇和空军战斗机上安装了相控阵雷达系统。相控阵雷达的性能和质量已经成为判断一个国家军事装备和防御系统先进程度的关键标准。

接下来，我们来深入了解一下相控阵雷达究竟是什么，以及它与传统雷达相比有哪些优势和进步，同时探讨它的未来应用前景。

作为雷达“集合体”的相控阵雷达

在影视剧中，我们常见到雷达在进行旋转扫描，这种雷达一般是指传统的机械式雷达。

雷达，这个词是英文Radar的音译，它的含义是“无线电探测和测距”，指的是利用电磁波来探测、定位和识别目标（如飞机、船舶等）的电子设备。其工作原理类似于探照灯，雷达会发射一束电磁波，当这束波遇到物体时，会产生反射，并被接收器捕捉到，从而实现对物体的探测。

然而，传统的机械式雷达在运作时需要不断地旋转天线并发射电磁波，这需要一系列专门的设备，使得雷达的结构变得复杂，体积也相对庞大。

由于雷达的旋转存在时间上的延迟，加上其盲区较大，这使得传统机械式雷达的探测能力与其庞大的体积并不相称，也越来越不能满足现代战争的需求。

在这样的背景下，相控阵雷达技术应运而生。从广义上讲，相控阵雷达可以看作是多个小型传统雷达的组合。在这里，每一个小型传统雷达都被称为一个“阵元”。

我们可以将相控阵雷达比作“蜻蜓的眼睛”。我们都知道，蜻蜓的眼睛是由多个单眼组成的复眼，每个单眼都能独立成像，这使得蜻蜓的视野比人眼要广阔得多，从而为它提供了更全面的观察范围。

相控阵雷达的天线阵面也是由众多接收单元和辐射单元组成的，就像许多小雷达组合在一起，形成了阵列天线。

与传统的机械式雷达通过天线的物理旋转来进行扫描不同，相控阵雷达技术能够发射多个波束，实现边扫描边跟踪的能力，从而拥有许多机械式雷达无法比拟的优点。

首先，相控阵雷达具有强大的目标处理能力。其电子扫描的灵活性和快速性使得雷达可以同时观察多个方向，捕捉到多批目标。在这种雷达的监测下，敌方目标很难隐藏，同时可以控制多枚导弹对多个目标进行精确打击。

其次，相控阵雷达功能多样，机动性极高。它能够同时形成多个独立控制的波束，分别执行搜索、探测和制导导弹等多种功能。这意味着一部相控阵雷达可以完成多部专用机械雷达的工作，大大提高了系统的机动性和灵活性。

第三，相控阵雷达的指向性灵活，数据处理速度快。由于天线无需进行机械式的指针式旋转扫描，电子扫描使得波束的指向非常灵活，大大缩短了对目标信号的检测、录取和信息传递等时间，因此具有更高的数据处理速度。

第四，相控阵雷达具有强大的抗干扰能力。由于其辐射单元众多，发射功率高，可以合理地分配和管理能量，根据不同的方向发射不同的能量，从而有效地对抗各种干扰。

最后，相控阵雷达的可靠性高。雷达的阵列组较多，且采用并联方式工作，即使有部分组件失效，雷达仍能正常运行。

然而，相控阵雷达也存在一些缺点。首先，其造价昂贵，相控阵雷达的成本通常是普通雷达的10倍左右。其次，相控阵雷达的波束扫描范围有限，其最大扫描角度一般在90到120度之间，如果需要实现360度的全范围扫描，则需要多个相控阵雷达的组合。

目前，多功能相控阵雷达已经被广泛应用于机载系统、舰载系统和地面远程预警系统，例如俄罗斯的C-300防空武器系统中的多功能相控阵雷达等。

从“无源相控阵”走向“有源相控阵”

相控阵雷达技术的进步，可以类比于从传统的功能手机到先进的智能手机的转变。这一技术经历了从无源相控阵雷达到有源相控阵雷达的演变。

在二战时期，德国基于“爱神”雷达的基础上，发展出了最初的无源相控阵雷达。这种雷达能够控制波束在垂直面的方向，但所有的电磁波发射和接收都通过一个单一的电磁波发射机完成，雷达阵面上不产生电磁波。

进入20世纪60年代，相控阵雷达技术迎来了发展的高潮。美国和苏联相继研发并装备了多部地面相控阵雷达，主要用于弹道导弹防御、外空目标监测以及卫星观测。

到了20世纪70年代，随着对相控阵雷达技术的不断深入研究，它的应用范围得到了显著扩展。80年代后期，随着砷化镓等半导体器件的出现，相控阵雷达技术迎来了爆发式的增长，逐步从无源相控阵雷达向有源相控阵雷达转变。

从外观上来看，无源相控阵雷达和有源相控阵雷达并没有太大的差别，都是由许多小单元组成，每个小单元的天线都能独立发射和接收信号，并通过电磁干涉控制波束方向，实现高速扫描目标空域。

然而，从“无源”到“有源”的转变，带来了显著的优势。

在性能上，无源相控阵雷达由于只有一个发射机和接收机，一次只能产生一个波束，扫描多个目标时精度较差，且如果发射和接收环节出现问题，整个雷达将无法使用。相比之下，有源相控阵雷达每个辐射器都配备了发射和接收组件，整个雷达可以拥有成千上万个这样的辐射器。即使部分辐射器出现故障，也不会影响其他辐射器的正常工作。此外，有源相控阵雷达的每个天线元件都有独立的控制开关，可以在任务量不大的时候只启动部分天线元件，从而降低雷达的功耗。

在战略威慑力方面，无源相控阵雷达工作时需要启动所有天线元件，系统功耗较高，信息处理能力相对较弱，一般只能同时执行单一任务。而有源相控阵雷达的组件既能独立发射雷达波，也能接收回波信号，大幅提高了扫描速度。除了传统的搜索跟踪功能外，有源相控阵雷达还具备更强大的跟踪目标能力，可以同时跟踪多个方向的几百个目标，进行电子对抗干扰和远程通信等。

例如，美国装备F-22和日本装备FS-X的雷达，以及英、法和德国共同研制的AMSAR项目，都确定使用先进的有源相控阵雷达技术，为后续欧洲战机雷达的升级改装做准备。

因此，在技术层面上，有源相控阵雷达显然优于无源相控阵雷达，它在提高扫描精度和压缩雷达体积等方面，都展现出了无可比拟的优势。

　未来可期的数字相控阵雷达

对于战斗机和海军舰艇而言，雷达系统扮演着至关重要的角色，正如眼睛对于人类的重要性一样。在现代战场环境中，由于任务需求的多样性和复杂性，高性能、便携式的相控阵雷达技术变得至关重要。例如，由荷兰泰利斯-NL公司、德国EADS公司和加拿大北电公司联合开发的APAR舰载多功能有源相控阵雷达，由四个固定的有源阵面构成，能够全方位覆盖360度，同时执行连续的水平搜索、多目标跟踪、导弹制导支援、海面火控支援和目标拦截等多种任务。

在2004年，俄罗斯宣布部署了55Zh6ME Nebo-M数字相控阵雷达，该雷达即使在远距离也能提供高分辨率的波束，有效解决了雷达搜索距离与精确度之间的矛盾。

随着时间的发展，数字相控阵雷达逐渐成为人们关注的焦点。这种雷达采用数字信号处理技术，实现了低功耗、高稳定性和高精度，具备快速的全域扫描速度、高灵敏度、易于软件化、更易实现共形技术等优点。

在实际应用中，数字相控阵雷达因其独特优势而广受欢迎。它能够快速准确地测量多目标的距离和速度，适用于导弹和战斗机，能显著提高预警系统和反导系统的灵敏度，扩大预警范围，增强拦截能力。此外，它还可以与地面火控、光电系统集成，增强目标探测和识别能力，提高火力打击的精确度。

然而，数字相控阵雷达也面临一些挑战。一方面，它采用“宽发窄收”的工作模式，通过发送宽波束、接收多个窄波束，虽然保证了匹配率，但限制了发射阵面口径的利用率。另一方面，发射多个波束可能导致能量分散，利用率不高。

尽管如此，未来战场上数字相控阵雷达的的身影可能会更加频繁。未来战场对雷达的需求正逐渐向功能数字化、目标多样化、环境复杂化的方向发展。

从“看得见”到“看得清”再到“辨得明”，随着科技的不断进步，相控阵雷达将继续闪耀光芒，广泛应用于陆基、舰载、机载等几乎所有民用和军用领域。相控阵雷达作为“雷达之王”，其发展正进入一个全新的阶段。