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中美海軍神盾系統誰更強:中國後發制人潛力巨大
送交者: 力挽狂瀾 2018年01月19日23:28:47 於 [軍事天地] 發送悄悄話

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  我國052C驅逐艦率先使用了多功能AESA雷達,成為名副其實的“中華神盾”。但是自其問世以來,很多朋友都喜歡把它和美制“宙斯盾”系統的spy1 PESA雷達進行對比。諸如“前者雖然體制更先進但功率不足”“前者探測距離不如後者”的說法充斥網絡。關於海之星346雷達,小編今天利用網絡上能夠查到資料與數據,簡單比較下兩款雷達的性能。

  因為雷達系統的特殊性,這裡我僅對能找到資料的地方進行對比,比如天線部分。後端信號處理部分沒有任何資料能詳細說明,也就不說了。

  下面先簡單談談spy1的特點。spy1也分很多版本,提康的A/B,伯克的D型,出口挪威的F(該型我們這裡可忽略不計)。再細分還有各種升級後的版本,這也取決於用的是哪個基線版本的“宙斯盾”系統。為了簡化討論,我們這裡針對spy1D進行簡單分析。不在乎哪個基線版本,因為實際上基線的升級,雖然也包括了軟件和硬件,軟件部分是針對海雜波的抑制,雙波束同時掃描,提高信噪比等等,硬件上對天線的升級其實不大,這個也很好理解,硬件一旦決定,要想升級換整個天線,可是個大動靜,所以一般就對移相器升個級。因而我們看到對硬件的升級也主要是在發射、接收機對零部件的使用上進行的。總而言之,如果有朋友較真要考慮不同基線帶來的差異情況,也是可以的,但這都不影響天線的大體性能估算。下面的數據來源基本是14所出的那本《海用雷達手冊》,其實很多數據都是引用的簡式,絕對百分百靠譜那不可能,但是作為參考足夠了。

  spy1d的幾個顯著特點:

   PESA體制。不使用tr組件,使用單個的移相器,集中式發射機,這裡由多部並聯式發射機組構成,總功率5MW(5MW是spy1b的數據,spy1d發射機組數量更少,應該是更低的)。天線總發射峰值功率4MW左右,(有說3-6MW的),平均功率58kw,升級後的數據我沒看到。但是77kw是spy1B的值。58還是77,這些都不打緊。spy1b和d在發射機上最大區別是,b是每兩個陣面共用發射機,而d是4面陣用同一個發射機。就是說對於提康而言,兩面陣列共用發射機,而伯克則是同時使用發射機,毫無疑問前者的功率是更加充沛的,這也是前者無論峰值還是平均功率更高的主要原因之一。那麼這裡注意一個問題,這裡的功率,是說的發射機總功率,還是說的單面天線的功率呢?首先,對於pesa體制,確實可以把發射機所有功率送到單面陣上,這種功率max的模式下,單面最大58kw就沒啥爭議,可是如果是為了保證無死角搜索,則是四面同時工作時加起來的平均功率是58kw。其次,也沒看到任何資料里提及這是四面工作時的單面最大平均功率。我今天還回去特意翻了下,證實了這一點。我們來稍微驗證一下,如果我們使用CMANO這款遊戲裡的值,prf為267,那麼單個脈衝周期為267的倒數,即3745微秒左右,脈衝寬度選擇最寬的模式為51微秒(峰值功率恆定情況下脈寬越寬平均功率越大),那麼占空比約為1.4%,峰值功率4MW計算,平均功率得到了約為56kw,和參考資料里的值58kw吻合很好。這就是總的峰值功率。可別說這4MW是單面的峰值功率啊,畢竟總發射機功率才5MW,4面加起來16MW了,這可不合適。通過計算可以驗證,平均功率58kw是對總體所有發射機而言的。

   單面天線是一個八邊形陣列。尺寸在3.65m左右,工作在s波段(3GHz附近),天線增益42dB。假設天線陣面面積是12平米,口徑效率按100%計算,增益為42dB是個比較信得過的數值。如果按照最高口徑效率進行計算,此時陣面增益將達到最大,主瓣波束變得最窄,可以有1.3度,第一副瓣也將抬升至13dB左右,為最高值。在當今雷達系統中,實現-55dB甚至更低的副瓣,已經不是什麼新鮮的事情了。但這裡要注意,任何對副瓣的降低都是以犧牲主瓣增益和主波束寬度為代價的。

   信號處理能力。和後端的處理直接相關,比如硬件:處理器、內存等等,軟件:各種花式算法,MTI,海雜波抑制,多目標跟蹤等等。這些東西的細節過於保密與專業,這裡不予討論,總之spy1在這方面很強就是了。雖然在90年代海灣戰爭期間暴露過對燃燒的油井等過于敏感,對海雜波抑制不太理想等問題,但隨着基線的升級已經得到逐步解決。

  有了spy1d,我們來看看346。

  346的幾個顯著特點:

  AESA體制。AESA和PESA兩者在功能上甚至可以說有代差。在這裡主要體現在:A在實現多波束掃描時容易的的多,不需要像P一樣提前在硬件上布置好波束成形網絡或者使用其他額外措施輔助;信噪比更高,高多少呢?少了移相器的插入損耗以及功分網絡的插入損耗,機載雷達系統中,一個典型值是6dB。艦載系統可以同理估算下;因為使用了TR組件,相當於有空間功率合成,更容易實現高功率。。。。其他諸如可靠性更好,功能性更強,更容易升級等等就不消說了。從理論上講,A就是比P體制更先進,就是更強,當然也意味着更高昂的成本。但是我之前也說過,具體情況具體分析,346和spy1d相比,孰強孰弱還得看具體情況。先說說大家最感興趣的功率問題。就從前年的一篇網傳文章開始。網文里說經過改進,單個陣面的單元數達到了5000個以上,每4個單元對應一套4單元TR,(改進前這個4單元TR總的最大功率為100w)。我的理解是峰值功率單個為25w。那麼單面按5000單元算,峰值功率是125kw,是不是比spy1d單面陣高達1mw級的能量差遠了?別急,首先搞清楚幾個問題。大家為啥喜歡抓功率來比,比功率的意義是什麼,雷達威力範圍與功率是什麼關係。實際上,雷達的探測距離是和發射脈衝的能量相關。能量和功率什麼關係,如果346的脈衝寬度比spy1d寬,能量上還是占劣勢麼?我們來看一看。單個脈衝的能量等於峰值功率*脈衝寬度。平均功率等於單個脈衝能量/單個脈衝周期。發現了什麼問題沒有,假設兩者脈衝重複周期相當,誰的平均功率高,誰的脈衝能量就大。346的占空比目前無權威數據拿得出來,但是可以注意一點,346使用的是固態器件,天生在占空比上占優,spy1是電真空器件,出了名的“短跑王”。用固態器件的機載雷達占空比普遍在20%甚至25%以上。比如apg77峰值功率約20kw,品均功率就是4kw左右。如果占空比我們按20%算346的平均功率在25kw。注意,這是單面陣的情況,比spy1d開四面時單面的14.5kw高(即便是spy1b,也僅19.25kw)。除非spy1d犧牲掃描範圍,只開一部天線,那麼平均功率才超過346。而346卻可以始終保證4面天線同時最大功率工作。曾經很多朋友糾結一個問題,問346的tr到底是雙極性晶體管還是基於砷化鉀的組件。何必糾結這兩者呢,只要都是固態器件,在功率上都能達到指標要求,並不會把aesa拖累到不如pesa的水平。

  不慌,還沒結束。剛那個問題還沒說完,雷達威力範圍僅和功率有關麼?再給個提示,與雷達本身因素相關的,除了功率,還有信噪比,系統損耗。聰明的讀者,可以判斷下這幾個指標里spy1可能會有多大優勢。所以最後這個威力範圍麼,為什麼不看看兩者的宣稱值呢。都說最大作用距離是400km級別的,雖然沒提目標rcs,但是相信大家都不是傻子。所以一些傳346因為功率不如spy1因而探測距離不如的說法可以歇歇了。

  天線形式。346和spy1大體類似,有些細節差別。天線尺寸也是3.5m這個級別左右,二者大體相當,波束寬度和主瓣增益等等也不會有大差別。因而測角精度等等也不會有太大差別。但是因為AESA體制,可以更容易實現多目標跟蹤和多波束掃描,抗干擾能力更好,功能適應性也更強(每一個陣面可形成不同波形)。

  信號處理水平。和spy1類似的原因,無法多言。但可以看看一些八股,比如這篇里提到的“解決海雜波,美國用了2年,俄羅斯用了6年,而周萬幸和他的團隊只用了6個月”性能肯定是很優秀的。346雖然預研是在80年代,很多技術其實是90年代搞定的,但是修修補補改進改進,直到2000年後才最終定型。其性能也讓海軍頗為滿意。

  分析完上面,孰強孰弱,大家心裡應該有點數了吧。

  關於346,要囉嗦兩句。它的誕生與成長頗為不易,但是它的性能大家要有信心。別信有的人說什麼對於艦載相控陣而言,PESA比AESA更好,因為前者功率更足云云。打個比方,這就有點像以前有的人說ak47威力比m16大,因為前者口徑更大。具體情況啊,咱們還得具體分析分析。這還不是最氣的,最氣的是有的人先前口口聲聲說艦載相控陣雷達還是PESA的好,然後吧後來又拼命吹spy6。。。有的童鞋可能不服氣,要搬出spy6和346比。你看,我都沒把346A搬出來和spy1d比不是。既然說到了spy6,那就簡單說說看法。spy6的特色就是使用了氮化鎵組件的AESA,優點之前重複了太多。相比346的主要優勢就是因為使用了新一代TR,效率更高,可以在同樣輸入功率的情況下得到更高的發射功率,能量損耗也更低,引領了一波潮流。從技術特點上講spy6無疑是超過346的。不過嘛,新一代的相控陣雷達可不僅僅是在硬件上的升級,氮化鎵的tr固然是一個發展方向,但是有聽說數字陣麼。。。美帝在spy4上就使用了數字化tr技術,spy6上應該也是用了。中國在數字陣上也是很有兩把刷子的,一些陸基反隱身雷達就使用了數字陣技術。氮化鎵組件,數字陣、射頻綜合、多波段等等技術都將是未來相控陣雷達系統的發展特點。中美在艦載相控陣領域的較量還將繼續下去,新一代艦載相控陣誰強誰弱還得打個問號。

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