談談相控陣雷達為何如此先進

2017-08-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于很多人來說,相控陣雷達非常耳熟,但它的原理又是什么呢?

傳統(tǒng)雷達與相控陣雷達之區(qū)別

要說相控陣雷達的原理,就不得不提一下傳統(tǒng)雷達的工作方式。影視中,如果非要出現(xiàn)雷達畫面的話,傳統(tǒng)雷達就是最好的道具,因為傳統(tǒng)雷達動感十足,快速旋轉(zhuǎn)的天線便于營造緊迫感。

傳統(tǒng)機械式雷達通過不停轉(zhuǎn)動來掃描目標

雷達探測目標距離的原理:雷達波從發(fā)射到從目標返回的總時間,乘上光速,等于目標距離的兩倍。

傳統(tǒng)雷達依靠360度旋轉(zhuǎn)來掃描目標,而相控陣雷達與它的區(qū)別是,絕大多數(shù)相控陣雷達都是不動的,既然不動,那它又是如何掃描不同方向的呢?

答案是,相控陣雷達不是“一個雷達”,本質(zhì)上,它是很多個“傳統(tǒng)雷達”的共同體。

相控陣雷達的天線

很容易就能發(fā)現(xiàn),相控陣雷達的天線由無數(shù)個小單元天線組成,這些小單元天線叫做“陣元”,對于有源相控陣雷達來說,每一個陣元都是獨立控制的,它們既能獨立發(fā)射雷達波,也能接收雷達波的回波信號。

相控陣雷達不但不動,而且天線陣列也是平面的,那奇怪了,它到底是如何調(diào)整掃描方向的?顧名思義,“相控陣”就是控制每個陣元產(chǎn)生電磁波的相位與幅度,以此強化電磁波在指定方向上的強度,并壓抑其他方向的強度,從而實現(xiàn)讓電磁波束的方向發(fā)生改變。

相控陣雷達掃描不同方向動畫示意圖

這就是相控陣雷達的基本工作原理,人們常把傳統(tǒng)機械式掃描雷達比喻為“個體戶”,而把相控陣雷達說成是“合作社”。人們還把它說成是21世紀的雷達,是否裝配相控陣雷達也是第四代戰(zhàn)斗機一個非常重要的標準。而很多第三代機,把老式雷達改裝成相控陣雷達后,戰(zhàn)斗力迅速提高。

F-16裝上相控陣雷達后,火雞變鳳凰

下面,我們就來看看,相控陣雷達有哪些先進之處。

沒有機械運動

相控陣雷達因為省去了整個天線的機械驅(qū)動系統(tǒng),所以它的可靠性非常高,平均無故障時間遠遠高于傳統(tǒng)雷達。另外,相控陣雷達的思想有點兒類似于互聯(lián)網(wǎng),某些節(jié)點壞了不影響整體功能的使用,數(shù)百個或上千個陣元中,就算有百分之十的陣元損壞,相控陣雷達依然可以使用。

分身有術

相控陣雷達是否強大,跟“陣元”是否先進和陣元數(shù)量的多少有很大的關系。陣元的數(shù)量可以是幾百個,也可以是上萬個,像美國的“鋪路爪”陸基相控陣預警雷達,就有15360個能發(fā)射電磁波的陣元和2000個不發(fā)射電磁波的陣元。15360個陣元分成96組,與其他不發(fā)射電磁波的輻射器搭配起來,本質(zhì)上相當于96部雷達的組合體。

美國的“鋪路爪”長程預警雷達,主要用于監(jiān)視彈道導彈,它可以探測導彈的彈道、發(fā)射點,計算出彈著點的位置。同時,它還可以用于監(jiān)視和探測太空中的衛(wèi)星。

正是因為有非常多的陣元,所以,軍艦面對敵方導彈的飽和攻擊時,可以把所有陣元分成若干組,每一組分別跟蹤和對付一個目標。我們經(jīng)常聽到某種戰(zhàn)機或者軍艦能同時對付多少個多少個目標,其實,這其中的大部分功勞主要是屬于戰(zhàn)機或者軍艦上的相控陣雷達。

F-35戰(zhàn)機配備的AN / APG-81相控陣雷達,既可以跟蹤空中的目標,還能監(jiān)視地面上坦克和車輛,以及海面上的船只。

快速切換

蜻蜓的復眼

蜻蜓的眼睛又大又鼓,占據(jù)著頭部的絕大部分,它是世界上眼睛最多的昆蟲之一,由上萬只“小眼”組成,蜻蜓的視力很棒,還能向上、向下、向前、向后看而不必轉(zhuǎn)頭。

相控陣雷達跟蜻蜓的復眼有相似之處,每一個陣元相當于蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里,雷達就是會發(fā)射和接收電磁波的鐵家伙,但是其實,人類的眼睛又何嘗不是這樣?人的眼睛依靠接收可見光這種電磁波從而看見東西,而雷達,本質(zhì)上就是“人著眼”,它是戰(zhàn)機、軍艦和衛(wèi)星的眼睛,沒有雷達,拳頭再硬也無用武之地。

傳統(tǒng)雷達像人類的眼睛,估計還是獨眼龍那種,想看到左邊,就得把頭扭向左邊;而相控陣雷達,相當于蜻蜓的復眼,看左邊和右邊都不用扭頭。這樣的好處是,相控陣雷達探測和跟蹤目標的速度極快,如果要調(diào)整100度的方向,普通雷達因為要轉(zhuǎn)動,大約需要1秒,而相控陣雷達所需時間不到1毫秒。

它是雷達界的全能冠軍

在過去,軍艦上安裝有不同種類的雷達,體積龐大、重不說,另一個麻煩是干擾,常常是,一種雷達工作時,另一種雷達就會受到干擾,嚴重的甚至不能同時工作。

由于相控陣雷達由電腦控制,所以它的方位指向和波段切換速度極快,能夠同時完成對空、對地、對海不同目標的探測,如此的話,它可以把原來需要多種不同種類雷達才能完成的任務一下子接過來,實現(xiàn)火控雷達、搜索雷達、預警雷達等合而為一。另外,相控陣雷達還可以進行戰(zhàn)機間通信,如果集中波速,可以對敵實施電磁干擾戰(zhàn)。

相控陣雷達可以在1秒內(nèi)關機,1秒內(nèi)開機,好處是,當軍艦遇到依靠雷達信號進行引導的“反雷達導彈”時,可以迅速地把朝向來襲導彈方向的雷達關機,同時,其他方向的雷達保持開啟。

智能蒙皮

相控陣雷達由多個獨立的收發(fā)陣元組成,未來技術成熟后,這些陣元可以分散到機身各處,與機身徹底融為一體,這就是戰(zhàn)機的智能蒙皮,它能讓飛機的機身更緊湊,進一步減少風阻。

預警機背著一個“大圓盤”,這是不得已而為之。未來智能蒙皮成熟后,大圓盤或許不再存在。

以上,人們把相控陣雷達說成是21世紀的雷達,并把它作為第四代戰(zhàn)機最重要的評判標準之一,實在是一點不為過。(作者:寒木釣萌 科普作家)

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