新的防空反導雷達(AMDR),SPY-6雷達將替代“宙斯盾”SPY-1系列

鑑於“宙斯盾”的SPY-1雷達在導彈防禦作用方面的侷限性,從2016財年開始(驅逐艦編號到123)美國海軍驅逐艦生產將轉換到新的“宙斯盾”Flight III 艦,當前的SPY-1雷達替換為新的防空反導雷達(AMDR),即SPY-6雷達。

新的防空反導雷達(AMDR),SPY-6雷達將替代“宙斯盾”SPY-1系列

AMDR將用S波段雷達AMDR-S和X波段雷達AMDR-X,連同一個通用控制系統取代目前的S波段宙斯盾SPY-1雷達。

AMDR-S是一個大型的四陣面S波段相控陣雷達,將用於立體搜索和防空反導。更小的AMDR-X雷達將用於地表和地平線搜索。

根據目前的計劃,AMDR的T/R模塊將使用新的氮化鎵(GaN)技術,該技術能夠比目前的砷化鎵(GaAs)模塊提供更高的峰值功率和平均功率。

新的防空反導雷達(AMDR),SPY-6雷達將替代“宙斯盾”SPY-1系列

在2012年1月美國海軍宣佈,已經決定為AMDR-S做SPY+15設計。"+15" 表示,新的雷達將比當前的SPY-1雷達有15dB=31.6的信噪比優勢。因此,對給定的目標SPY+15雷達獲得的信噪比將是當前宙斯盾雷達(大概是SPY-1D(V))信噪比的32倍。

雖然這32倍的雷達靈敏度提高相對於目前的SPY-1雷達在單個宙斯盾艦上的導彈防禦能力是一個非常顯著增強,特別是將減少他們對其它外部傳感器的依賴,但這似乎還沒有達到美國海軍所需要的雷達能力。

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2012年1月的政府問責辦公室報告說,“第Flight III的14英尺AMDR將無法滿足海軍的目標或期望的一體化防空反導(IAMD,Integrated Air and Missile Defense)能力。”政府問責辦公室援引了兩項最近的海軍研究作為對這一發現的支撐。

2009年的“雷達/船體研究紅隊”指出,面對在該研究中所考慮到的威脅,SPY+15將提供一個“剛剛夠用”的能力。然而,這些威脅可能不只限於彈道導彈。由於SPY+15的不足,早期的海軍航空和導彈防禦聯合部隊研究拒絕採用它,並得出結論,對應對最突出的威脅,需要雷達接近SPY+30的能力(30dB=1000)。

這種能力需要一個直徑大於20英尺的天線陣列。不過據政府問責辦公室稱,美國海軍已經得出結論,現在規劃的14英尺雷達是可以安裝在現有DDG-51船體上最大的了。

AMDR雷達比現有的AN/SPY-1系列具有更高的靈敏度、工作帶寬和彈道導彈識別能力,而且保證了雷達波束的轉換速度、穩定性和波束的靈活指向。那麼AMDR雷達具有哪些先進的技術呢?

先進的雙波段數字波束成形技術(DBF)

AMDR雷達將採用先進的雙波段模式,完整的AMDR套裝包括1部用於大量搜索的四面S波段雷達、1部用於地平線搜索的三面X波段雷達、以及1臺雷達控制器(RSC),後者為S波段和X波段雷達提供資源管理,協調與宙斯盾作戰系統的交互關係。

數字陣列雷達的接收波束和發射波束都是通過數字技術來形成。數字陣列雷達的基本結構一般由天線陣列、數字發射/接收(T/R)組件、時鐘、數據傳輸系統、數字處理機組成。

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把發射機、接收機、激勵器和本振信號發生器集為一體,成為一個完整的發射機和接收機分系統,核心技術是基於直接頻率合成的發射數字波束形成技術,以及基於A/D轉換的接收數字波束形成技術。

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發射時,由實時信號處理機產生每個天線單元的幅相控制字,對各T/R組件的信號產生器進行控制,產生一定頻率、相位、幅度的射頻信號;輸出至對應的天線單元,最後由各陣元的輻射信號在空間合成所需的發射方向圖。

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接收時,每個T/R組件接收天線各單元的微波信號,經過下變頻形成中頻信號,再經中頻採樣處理後輸出回波信號;多路數字化T/R組件輸出的大量回波數據,通過高速數據傳輸系統傳送至實時信號處理機,實時信號處理機完成自適應波束形成和軟件化信號處理。

採用GaN的T/R組件

發射/接收(T/R)組件技術採用了新一代寬禁帶半導體器件氮化鎵(GaN),氮化鎵的功率密度比傳統的砷化鎵(GaAs)高出一個數量級,熱導率超過7倍,因此大大增加了固態功率組件的發射功率、雷達威力有了很大提高,同時還降低了對製冷設備的依賴。

模塊化可升級

AMDR天生具備完全可升級性,雷達系統基於一個2×2×2英尺(0.61×0.61×0.61米)的雷達組裝模塊,可根據任務要求組成大型雷達或小型雷達。

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冷卻、校準、功率和邏輯界面是完全可升級的,該雷達系統能適合無數種應用,並非僅適用於AMDR,同時具備實用性、可靠性和可維護性。

由於採用開放式的結構體系和模塊化的設計,整個系統可被分為多個子模塊,可以分別由不同的公司單獨研製。這樣的模式有效地減少了研發成本,縮短了研發時間。

另外,可升級的特點使得系統的通用性和適應性大大增加。美國軍用裝備合同商重視對關鍵材料、關鍵技術的前期儲備,對提高雷達系統性能具有十分關鍵的作用。

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新型裝備,特別是具有劃時代意義的新型裝備的研製是一項耗時長、成本高的系統性工作,充分的技術儲備、科學規範的管理和嚴格的論證缺一不可,而這也是值得我們借鑑學習的地方。

數字陣列雷達

有源相控陣雷達進入數字階段後,就叫數字相控陣雷達,為表示與有源相控陣的區別,有些人也把數字相控陣雷達稱為數字陣列雷達。

數字陣列雷達可以使雷達變成真正的先進的多功能雷達,一部數字相控陣雷達,既是強大的預警雷達,也是強大的隱形探測雷達,也是強大的對空雷達,也是強大的對地雷達,也是強大的火控雷達,也是強大的電子干擾機,也是強大的通信收發機,也是強大的無源探測雷達。

雷達利用通用硬件平臺,可以通過不同的軟件編程實現單部雷達的多功能化,可以通過網絡軟件實現多部雷達的組網以及對節點雷達體制、工作方式、工作頻段、信號參數和處理方法實施可編程控制。

靈活通用、低成本高性能的軟件化雷達將是數字陣列雷達未來的發展方向。


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