我國海軍空軍最近幾年技術飛速進展,其中海軍主力中華神盾艦052C和052D,採用了有源相控陣雷達,能對空對海探測,探測距離超過400公里,配合軍艦裝備的48發海紅旗9導彈,能同時迎戰10多個100公里外的空中目標,而且也配備了8發鷹擊62反艦導彈,導彈射程超過300公里,作為一款多功能戰艦,非常給力。
這一款戰艦的核心就是海之星雷達系統,在研製期間曾經多次發現海面雜波過濾不掉,採取特殊措施才過濾掉海雜波,將目標分離出來,狠狠打擊。
而空軍作戰的核心,就是空中預警機和隱身戰鬥機,這2飛機都裝備了國產最先進的有源相控陣雷達,這2款雷達的技術難點也是,如何過濾雜波和干擾。
從技術角度來說,機載雷達雜波強度比海雜波更強更高更難,全世界最強雜波過濾技術無一例外都在機載雷達上使用。
下面我們就說說機載雷達尤其是預警機雷達的雜波過濾。
機載預警雷達因架設在高空飛行的飛機上而克服地球曲率對觀測視距的限制,擴大低空和超低空探測距離,發現更遠的敵機和導彈,為防空系統提供更多的預警時間。
可以說,現代戰爭,沒有預警機,就已經輸了一半,預警機現在不折不扣成為現代戰爭體系的核心裝備。
預警機技術分為三個階段。
第 1 階段:雷達+飛機,實現空中雷達站。
以E-2A/B/C 系列預警機為代表,其最新型號為 APS-145 雷達,採用動目標顯示(MTD)技術使其具有一定的陸地上空探測能力,目前為止 由於便宜E-2成為世界上裝備數量最多的預警機。
E-2C預警機,缺了它,美國航母都不願意作戰
第 2 階段:雷達+通信+指控+飛機,實現空中指揮所。
以 E-3A AWACS(機載預警與控制系統)為代表。雷達方位上機械掃描,採用脈衝多普勒體制(PD), 強雜波背景下的下視能力得到極大提高。
第 3 階段:雷達+通信+網絡+指控+戰場管理+飛機,實現戰場全要素管控,預警機成為信息化作戰體系中的核心樞紐。
美國海軍航母編隊先進鷹眼(E-2D)艦載固定翼預警機是典型代表,其雷達採用機相掃相結合的有源相控陣體制和空時自適應處理技術(STAP),對雜波和干擾的抑制能力更強。
早期的預警雷達無法克服雜波的影響。當預警雷達對下方目標進行偵測時,地面、丘陵、海面等地形會反射雷達信號產生雜波,由於雜波具有分布廣,信號強度大的特點(實驗測得山區、丘陵等地形能夠產生高達 60dB 到 90dB 的信號功率),並且飛機平台的運動或雜波自身起伏運動等會引起雷達與雜波間存在相對運動,使得雜波的多普勒頻率不在零多普勒頻率處且雜波頻譜展寬。
從有人說了,現在戰鬥機機載雷達技術也很好,為啥還要瘋狂開發預警機載雷達哪個更好,答案就是,預警機雷達像太陽,戰鬥機雷達像手電。
研究已經表明,採用常規的動目標顯示(MTI)技術無法徹底濾除雜波的影響。
隨着數字技術快速發展,相控陣技術受到各大軍事國家的重視。相控陣技術充分利用空間維度信息並且具有波束無慣性捷變特點,能夠適應複雜多變的戰場環境, 能應對來自多層次、多角度的攻擊,但相控陣由於很難形成超低副瓣,對雜波抑制效果很差,所以必須重新尋找途徑。
這就是空時自適應處理技術STAP,這種技術可以比較徹底的濾除雜波,全世界預警機E-2D第一次採用,周邊很多國家地區都有,可以在450公里外發現從海面到高空的幾乎任何目標,這對於我國導彈飛機和艦船形成了很大的威脅。
預警雷達主要作用之一就是對遠處的弱小目標進行準確偵測,但由於地表反射的雜波信號強度大,完全淹沒目標的回波信號。使得採用 動目標顯示MTI(Moving Target Indicator)技術的預警雷達無法完全濾除雜波,獲得準確的目標信息。因此要想提高預警雷達的工作性能,關鍵就是有效地抑制雜波。
美國最早提出利用超低副瓣天線來抑制雜波,如E-3A 的 AN/APY-1 預警雷達的裂縫平面天線陣。這種天線能夠將噪聲抑制到-50dB 以下,但由於這種天線製造複雜、成本昂貴,且無法實現多波束,因此,無法被廣泛使用。相控陣能夠靈活地實現多波束,但是在相控陣體制下,很難使眾多單元保持一致,實現超低副瓣就更困難了。
飛機與雜波間的相對運動,導致預警雷達接收的雜波具有空時耦合特性。即在空間維所有位置和多普勒維所有角頻率處都存在雜波效應。僅僅在一維上進行濾波處理無法完全濾除雜波,必須考慮空時二維聯合處理方式。此外,為適應多變的戰場環境,預警雷達必須具備自適應環境的能力以及能夠自適應補償運動引起的誤差影響,空時自適應處理技術正是根據這一思路發展而來。
相控陣雷達利用多通道技術,可以獲得目標的空間維信息;脈衝多普勒雷達利用相干脈衝累積技術,可以獲得目標速度維信息。空時自適應處理就是聯合利用這兩項技術,在空域和時域二維上採用自適應方式濾波,達到消除雜波與干擾,提高預警雷達偵測目標的能力。為了滿足自適應需求,空時自適應處理處理器必須能夠快速地完成多波束形成和自適應加權矢量計算。
國產空警500雷達,採用了相控陣和時空自適應技術,雷達更小,但是性能更高,看的更清晰
但權值計算需要巨大的計算量,這對雷達芯片性能提出了很高的要求。現在芯片技術一日千里,計算不再是問題。
相比傳統雷達,空時自適應處理技術優勢在於:
空時自適應處理技術能夠有效地抑制雜波提高預警雷達對遠處動目標的偵測能力;
空時自適應處理技術自適應環境能力強,能夠根據具體戰場環境,自適應調整加權矢量,並且能夠自適應地補償系統誤差
空時自適應處理技術具有很強的抗干擾能力,能夠在惡劣的電磁干擾環境下工作
所以,我國預警機和隱身飛機都積極採用這個技術,實測也得到了極其驚人的效果,殲20的雷達幾乎無法干擾。