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电子扫描阵列雷达发展史：SPY-1开创先河2014年10月09日 10:13参考消息2013年9月8日，停靠在珍珠港码头的美国海军阿利伯克级“宙斯盾”导弹驱逐舰。（资料图片）参考消息网10月9日报道日本军事研究杂志（月刊）9月号刊登防卫技术研究专家多田智彦的一篇文章，题为世界最高性能的“日本多功能雷达”，节译如下：2013年8月6日，日本海上自卫队22DDH“出云”号直升机护卫舰下水。被世界分类为直升机航母的“出云”舰搭载了高性能电子扫描阵列多功能雷达“OPS-50”，这种雷达在目标搜索探测跟踪和直升机控制方面能力很强。最早的舰载型电子扫描阵列多功能雷达，是美国海军巡洋舰和驱逐舰上搭载的宙斯盾系统的SPY-1系列。不过，与SPY-1的无源相控阵方式不同，在世界上首先开发出有源相控阵雷达的日本的FCS-3系列多功能雷达，继装备于“日向”号直升机护卫舰后，陆续装备至日本的新型舰艇。下面，将回顾一下电子扫描阵列雷达的历史，看一下多功能雷达所走过的历程。舰载雷达二战登场 战后发展突飞猛进使用电子而非机械方式扫描雷达天线发射电波波束的方法并非新生事物，早在二战结束时就已经开始讨论，上世纪五六十年代掀起了研究开发的热潮。电子扫描阵列雷达的基础是由辐射单元集合体构成的阵列天线。因为它可以独立控制各元件发射的电波振幅和相位。上世纪30年代应用雷达时，大多使用了配置偶极子辐射单元的天线。1940年7月起装备在美国海军战舰和航母上的CXAM对空搜索雷达，就使用了配置15个偶极子的天线。之后的雷达虽然也使用了偶极子，但随着使用频率增大，使用抛物线型反射镜的机械旋转型天线开始显露优势。不过，二战以后，随着电子扫描技术发展，阵列天线重新受到重视。将辐射单元按平面排列的阵列被称为平面阵列。用平面阵列进行电子扫描的代表性方法包括：通过使用移相器来改变向各辐射单元供电相位的方法相控阵；利用辐射单元间供电线路频率特性改变频率，用以改变辐射单元间相位的方法频率扫描阵列等。但是，将波束从天线中心轴倾斜后，波束宽度随着倾斜角度扩大，天线增益也会下降。因为存在这一缺点，平面阵列实际最大扫描角度只有约60度。电子扫描阵列中，被统称为频率扫描器的频率扫描阵列于上世纪50年代被率先应用于美国海军的搜索雷达上。虽然天线是朝着旋转方向机械旋转，但通过将电波波束朝俯仰方向挥动，可以实现三维立体搜索和探测目标。美国1953年开发出第一部频率扫描阵列雷达SPS-26，并于1957年装备在诺福克级护卫舰上进行各种试验。SPS-26通过竖置反射镜，按照不同的频率，朝俯仰方向扫描2.4度3度的笔形波束。因为最大探测距离只有160公里左右，不足以制导“黄铜骑士”（Talos）防空导弹，因此在过渡到导弹巡洋舰和驱逐舰搭载用的SPS-39后，性能得到改善。该型雷达又经过SPS-42，最后发展为SPS-52。SPS-52成为搭载“黄铜骑士”“小猎犬”“鞑靼人”“标准”等导弹的巡洋舰和驱逐舰上的标准三维雷达。随着性能改善和提高，导弹驱逐舰雷达由SPS-39换装为SPS-52，导弹巡洋舰由SPS-39换装为大型SPS-48。美国海军在上世纪50年代末开始开发比SPS-39/42探测距离更远的频率扫描阵列雷达SPS-48，上世纪60年代中期完成实用机测试，开始装备在导弹巡洋舰、部分导弹驱逐舰、航母、登陆舰等大型舰艇上。天线以7.5或15转/分的速度旋转，低高角最大探测距离达到400公里以上。到了新世纪初，装备SPS-48雷达的导弹巡洋舰和驱逐舰已经全部退役，装备5.2米5.3米天线，重约2吨的大型三维雷达的舰艇，只剩下航母和大型登陆舰、船坞登陆舰。除了天线旋转型雷达外，美国海军还开发了固定天线型电子扫描雷达。即装备在世界第一艘核动力巡洋舰“长滩”号和“企业”号航母上的四面固定天线型SPS-32雷达。这种雷达按照频率扫描方式，按照旋转方向旋转横7度竖50度的扇形波束，四面合计可360度全角扫描。二战后第一艘巡洋舰“长滩”号从建造时起就搭载了防空导弹，在越战期间的1968年，它曾7次发射“黄铜骑士”导弹，在100公里外击落了北越三架米格战斗机。然而，具有划时代意义的固定天线型雷达SPS-32/33，在可靠性和维护性方面存在诸多问题，“企业”号航母于1979至1982年进行现代化改装，“长滩”号巡洋舰1980至1983年进行现代化改装时，换装了天线旋转型三维雷达SPS-48及二维防空雷达SPS-49。天线固定型电子扫描雷达（SPS-32/33）存在各种问题，因而被换装，之后美国海军相继装备了机械旋转天线、电子扫描俯仰方向的舰载三维搜索雷达（SPS-52/48）。这种雷达不仅能够获取目标的三维信息，同时取消了雷达天线摇晃进行修正的陀螺，有利于减轻重量。然而，频率扫描阵列也存在问题。比如，为了搜索半球空间，需要旋转天线，并朝俯仰方向高速挥动波束，由此导致来自某些特定目标的反射波有限，雷达探测距离受到限制，移动目标指示性能（MTI）也受到影响。固定天线型跟踪雷达SPS-33的旋转方式采用的是相位控制方式，但其使用了导波管内接收特殊铁氧体磁棒的移相器。各辐射单元背后装有移相器，将发射器发出的电力进行分配，通过计算机控制各移相器，进而控制各辐射单元辐射的电波相位，改变电波波束的方向（即电子扫描方式）。那么，能否既发挥相位控制电子扫描特性，又能在天线固定的情况下，通过将电波波束朝着旋转和俯仰的二维方向挥动呢？随着“宙斯盾”系统装备的SPY-1雷达登场，这个难题得得以较好解决。SPY-1横空出世 应用广泛优劣参半SPY-1雷达经过上世纪50年代的试错，60年代中期才正式开始研发。它每个阵面采用固定天线，配置了4350个带辐射单元的铁氧体移相器，直径3.7米。4面阵朝4个方向安装在船体上层建筑4个部位。向天线提供电力的S波段发射器，由行进波管TWT和电磁交叉型增幅管CFA构成。提康德罗加级巡洋舰搭载的SPY-1A/B/B（V）发射器配备了两个系统，各向两个阵面提供电力，实时发射两列波束。另外，阿利伯克级驱逐舰搭载的SPY-D/D（V），发射器为一个系统，向4个阵面实时发射的波束只有1列。虽然没有公布雷达的各项性能，但据说SPY-1的最大探测距离为500公里，最大探测目标数为200个以上，其中，可同时交战目标在20个以上。最先装备SPY-1雷达的是美国海军提康德罗加级巡洋舰，同级巡洋舰有27艘。而阿利伯克级驱逐舰自1991年首舰服役以来，连同目前正在建造的同级舰艇，总数量预计已经超过了70艘。继美国海军后，日本海上自卫队的护卫舰也开始装备SPY-1雷达。从1993年服役的“金刚”号开始，之后又装备“雾岛”号、“妙高”号、“鸟海”号等“宙斯盾”战舰。再之后的两艘爱宕级“宙斯盾”护卫舰采用的是SPY-D（V）雷达，其在改造为导弹防御系统后，可用于制导“标准”-3型导弹。继美日后，西班牙海军的4艘艾尔瓦洛迪巴赞级护卫舰、韩国海军的3艘KDX-III型世宗大王级驱逐舰也装备了SPY-1D雷达。之后开发的SPY-1F雷达天线规模变小，天线直径2.4米，每个阵面有1856个移相器。挪威南森级护卫舰就采用了SPY-1F雷达。另外，澳大利亚也计划2016-2019年服役3艘搭载SPY-D（V）等“宙斯盾”武器系统的霍巴特级驱逐舰。不过，各国海军争相采用的SPY-1系列雷达也有其弱点。那就是美国海军在装备和运用之初便存在的低空目标应对性能问题。因为雷达频率采用S波段，电波波束低至海面附近时，尤其再遭遇恶劣天气，容易受到海面杂波的影响，发生多径干扰，从而影响对新型反舰导弹等超低空目标的搜索和探测。这虽然是无论哪种频率雷达都不可避免的自然现象，但其弱点是相较于频率比S波段更高的C波段、X波段而言的。当然，据说美国正在努力通过雷达信号处理电路降低海面杂波的影响。但是，多径干扰现象仍很难克服。因此美国海军近年来已经决定，在号称天下无敌的“宙斯盾”舰上使用不易受到海面状况影响的X波段雷达来应对低空目标，即天线旋转型SPQ-9B，美国正依次将之追加装备在“宙斯盾”巡洋舰和驱逐舰上。另外