相控陣雷達以其特有的優點已經成為現在雷達裝備的主體。機載有源相控陣火控雷達-AESA是機載雷達的發展方向。在相控陣雷達方面，我國在上世紀70年代就開始無源相控陣雷達原樣機的研究。
基本介紹
- 中文名：機載相控陣雷達
- 開始：上世紀60年代開始
- 套用：在機載雷達上取得了成功的套用
- 享譽：已經成為現在雷達裝備的主體
從上世紀60年代開始，歷經40餘年的努力，相控陣技術，終於在機載雷達上取得了成功的套用。相控陣雷達以其特有的優點已經成為現在雷達裝備的主體。機載有源相控陣火控雷達-AESA是機載雷達的發展方向。美國國防部國防科學委員會主席的一份關於發展美國軍用機雷達的建議報告中特彆強調了有源相控陣技術可以極大地擴展雷達的功能和提高雷達的性能，21世紀美國的戰鬥機雷達、預警與監視飛機的雷達都應是AESA體制的。事實上，除了F-22和F-35等新一代戰機都毫無例外地裝備AESA雷達外，美國對第三代現役戰鬥機、轟炸機、預警和監視飛機的AESA改進都已列入計畫，並得到了相應的財政支持。業內一種普遍的觀點認為：從現在起再過十年，不掌握AESA雷達製造能力的廠商將沒有立足之地。除美國之外，俄國、法國、德國、荷蘭、瑞典、英國、以色列等西方國家也正在這一技術領域進行廣泛的合作開發和大量的資金投入。
近50多年來，機載雷達不斷注入新的技術成果，性能大幅度提高。新技術是提高雷達探測能力的原動力。在單脈衝跟蹤體制未獲使用前，圓錐掃描體制的雷達很難對付敵方施放的角度欺騙干擾；沒有相參體制的脈衝都卜勒雷達，就無法對付借著強大的地雜波掩護的低空入侵的飛機和飛彈；沒有頻率捷變體制的雷達，就很難同現代戰爭中廣泛採用的各種雜波干擾相抗衡。相控陣技術是近年來正在發展的新技術，它比單脈衝、脈衝都卜勒等任何一種技術對雷達發展所帶來的影響都要深刻和廣泛。進入上世紀80年代，機載相控陣雷達才初獲套用。先進的機載有源相控陣雷達是近期，即本世紀初才進入服役。
在相控陣雷達方面，我國在上世紀70年代就開始無源相控陣雷達原樣機的研究。水轟-5型水上反潛轟炸機由哈爾濱飛機製造公司研製，用於中近海域海上偵察、巡邏警戒、搜尋反清等任務，也可監視和攻擊水面艦艇。水轟-5是我國機載相控陣雷達研製工作中的“急先鋒”。我國機載相控陣雷達的研製起步在1964年。1970年我國著手第一部機載無源相控陣雷達的原理樣機的研製，後因種種原因下馬。1978年，成功為水轟-5飛機研製出用於水面搜尋雷達的一維電掃旁側相控陣雷達天線系統。進入90年代我國開展了與國外在機載相控陣領域的合作，如引進了俄羅斯PERO、SKOL兩種無源相控陣天線，與此同時有關廠所利用國產器件製成小型試驗陣列，進行了試驗，為研製機載有源相控陣轉達打下基礎，進入新世紀由於國家經濟技術實力的提高，我國在機載有源相控陣領域的進展明顯加快，先後完成了兩種機載有源相控陣預警雷達的研製，並進行了更大功率和陣列的機載火控雷達的開發，並且在感測器融合、綜合射頻等領域也進行了研究，在這種情況下有關人員提出跨越式發展的方針，即跳過無源相控陣，直接由機械掃描雷達向有源相控陣雷達發展的路子。
近來，有新聞報導中航雷電院張昆輝同志的先進事跡，其中提到張院長從“2001年開始著手相控陣雷達的研發，2008年完成飛機驗證試飛，雷電院向部隊機關和集團公司做了匯報，在軍方引起了強烈反響，並受到軍方各級領導的高度關注。空軍景文春副司令專程到無錫了解情況、聽完匯報後說：“當初×代機立項時，我有兩點擔憂，一是發動機問題，二是相控陣雷達問題。今天看來，雷達問題已經解決了，我們已經有了自己的相控陣雷達”。空軍首長和空裝首長的關注，給了雷電院極大鼓舞和鞭策。該項目在完成它機驗證試飛後，原國防科工委在北京組織召開了成果鑑定會，與會專家在認真了解試飛情況後給與了高度評價：“相控陣雷達研製，開創了國內機載火控雷達的新紀元，填補了國內X波段相控陣火控雷達的空白，為我國×代機的研製打下了堅實基礎，標誌著我國第×代戰鬥機提升戰鬥力的時機已經到來”。此項目還榮獲該年度國家國防科技成果一等獎。“字裡行間，透露出國家和空軍對該型雷達的重視，從空軍首長的話和國防科工委專家組的話分析；該雷達應試是X波段有源相控陣雷達，既可以用於正在研製的我國第四代戰鬥機配套，也可以用於現役的第三代戰機的升級。其意義非凡，是我國國防科技戰線的又一大喜訊。
我們知道二戰一個重要的發明就是雷達的運用，1935年為了對付德國的潛艇，英國開始研製機載雷達-空海搜尋雷達，1937年該機進行首次試驗，1939年裝備部隊，1940年英國人發明了磁控管，為研製微波機載雷達打下了技術基礎，由於當時英國經濟技術實力已經衰落，因此將這個技術轉讓給了美國，美國麻省理工學院福射試驗室很快在其基礎上研製了厘米波機載雷達SCR-520，並在其基礎上研製了機載火控達雷達SCR-720，不過這個時候機載火控雷達還不是真正意義上或者說功能完善的雷達，它只能測距，所以也被稱之為雷達測距器，50年代隨著電子技術的發展，出現了能進行天線掃描和角度跟蹤的單脈衝雷達，雖然這些雷達在功能比早期的測距器有很大的提高，但其仍舊有一個比較大的缺點就是沒有下視能力，也就對低空和近地目標的探測能力差。
進入60年代，固態器件、積體電路等技術的發展，還有行波管的出現讓研製脈衝都卜勒雷達成為可能，該雷達有針對性的解決了機載雷達對低空目標的探測問題，最早的機載脈衝都卜勒雷達是美國1956年開始研製的AN/AWG-9雷達，脈衝都卜勒雷達因為其完善的功能、較好的性能成為現代戰機的主要配套雷達，目前先進的機載脈衝都卜勒雷達的探測距離可以達到數百公里，具備多種功能，可以執行多種作戰任務。不過這個時候機載脈衝都卜勒雷達仍舊使用機械掃描方式；即為了覆蓋一定的空域，雷達天線波束需要掃描，因此需要用機械的方法來旋轉天線，讓天線波束指向改變，因此存在著掃描速度低、精度差、隱身性能不好的缺點，尤其是其缺乏多目標攻擊能力，雖然現在機載脈衝都卜勒雷達號稱可以同時攻擊數個目標，但受限於機械掃描的速度，實際上其只局限一個很小的角度之內，因此缺乏實用性。
為消除機械掃描雷達的缺點，相控陣雷達出現了，其原是就是雷達天線不通過機械轉動來實現波束掃描，而是採用電子的方式控制組成天線的單元的相位來實現天線波束有空間的掃描，由於實現了電子掃描，因此相控陣雷達可以在極短的時間內對較大的空域進行快速的掃描，真正實現多目標搜尋、跟蹤和攻擊，並且實現多種功能，即在對空工作的同時，進行對地/海搜尋等其他工作，同時由於波束的可控性，讓雷達可以在主要威脅方面集中能量，以提高探測距離和對隱身目標的能力由於去掉了對波反射大的天線座及傳動裝置以及天線工作時不轉動,機掃天線必須是垂直的，因此相控陣雷達天線可以偏轉一定的角度，從而降低了載機的雷達反射面積。相控陣雷達的概念在50年代問世，60年代美國和前蘇聯已經研製出了大型陸地相迭陣雷達，但由於機載雷達對重量、體積和可靠性的要求比地面和艦載雷達要高的多，所以機載相控陣雷達出現要晚的多。
1964年美國人開展了微電子套用雷達計畫-MERA，首次研製出了具有604個單元陣的有源相控陣雷達原理樣機，並取得圓滿的試驗結果,這個計畫的完成是機載有源相控陣火控雷達研製過程的第一個重要節點,這階段的工作驗證了機載有源相控陣的可行性。70年代美國人進行的可靠的機載固態雷達計畫-RASSR是研製機載有源相控陣火控雷達的第二段工作,研製了具有1048個T/R組件的有源陣,在陣列中較好的解決了熱設計問題,為T/R組提供了一個能可靠工作的環境,從而使陣列工作靠。本階段工作於70年代中期完成,它驗證了有源列工作的可靠性。在前兩階段工作完成的基礎上,於1983年開始SSPA(固態相控陣)計畫(1983~1987),旨在驗功率效率和經濟上的可行性。研製了一個具有2000個單元的陣列,首次在T/R組件中採用GaAs砷化鎵)FET(場效應)器件,直接對X波段信號進放大,而不是以倍頻方式獲取X波段功率信號,大的提高了功率效率,批生產的每個T/R組件的本亦達到可以接受的水平(每隻不超過500美)，至此,經過三個階段的開發,完全證明了機載有源相控陣火控雷達在技術、可靠性和造價等主要方面是可行的。這三個階段的研究工作為研製裝備F-22飛機的AN/APG-77雷達打下了基礎。
APG-77是第一種機載有源相控陣火控雷達，具備劃時代的意義。考慮到有源相控陣的技術複雜和成本較高，美國也發展相對比較簡單、造價低廉，但探測性能和可靠性都稍遜的無源相控陣雷達，如B-1B採用的AN/APQ-164，其他國家在發展機載相控陣雷達方面也以無源相控陣為優先突破方向，如前蘇聯為米格-31研製的SBI-16無源相控陣雷達和法國和RAFALE戰鬥機研製的RBE無源相控陣雷達。不過有源相控陣是機載雷達的發展方向，目前歐洲國家開展了AMSAR機載有源相控陣雷達研製計畫，而俄羅斯也開始研製ZHUK-AE等幾種機型有源相控陣，其他還有日本也其F-2戰鬥機研製的J/APG-1機載有源相控陣雷達。瑞典和以色列也在研製自己的機載有源相控陣雷達。其運用機種也由戰鬥機向較小平台發展，如英國BAE系統公司感測器分部研製的可以用於直升機的SEASPRAY-7000E機載有源相控陣雷達。在發展方向有源相控陣已經開始向綜合射頻系統方向發展，也就是所謂的NOR概念，即不僅僅是一個雷達，也就是利用有源相控陣的多功能性，讓一部雷達來執行不同的任務；包括搜尋、跟蹤、電子戰甚至通信，如美國的JSF戰鬥機就要求雷達、電子戰、通信系統能夠儘量使用同一部天線，這樣用利節省戰機重量和成本，有資料指採用綜合射頻系統後JSF的重量比常規戰機成本降低30%，重量降低50%，特別是如果能夠將天線嵌入機身蒙皮中，形成所謂的智慧型蒙皮概念，就能真正實現全向探測能力，洛馬公司當年就準備在X-35運用這個技術，雖然因為技術難度及成本問題而放棄，但這應該是機載雷達乃至戰鬥機發展的一個重要的方向。
近50多年來，機載雷達不斷注入新的技術成果，性能大幅度提高。新技術是提高雷達探測能力的原動力。在單脈衝跟蹤體制未獲使用前，圓錐掃描體制的雷達很難對付敵方施放的角度欺騙干擾；沒有相參體制的脈衝都卜勒雷達，就無法對付借著強大的地雜波掩護的低空入侵的飛機和飛彈；沒有頻率捷變體制的雷達，就很難同現代戰爭中廣泛採用的各種雜波干擾相抗衡。相控陣技術是近年來正在發展的新技術，它比單脈衝、脈衝都卜勒等任何一種技術對雷達發展所帶來的影響都要深刻和廣泛。進入上世紀80年代，機載相控陣雷達才初獲套用。先進的機載有源相控陣雷達是近期，即本世紀初才進入服役。
在相控陣雷達方面，我國在上世紀70年代就開始無源相控陣雷達原樣機的研究。水轟-5型水上反潛轟炸機由哈爾濱飛機製造公司研製，用於中近海域海上偵察、巡邏警戒、搜尋反清等任務，也可監視和攻擊水面艦艇。水轟-5是我國機載相控陣雷達研製工作中的“急先鋒”。我國機載相控陣雷達的研製起步在1964年。1970年我國著手第一部機載無源相控陣雷達的原理樣機的研製，後因種種原因下馬。1978年，成功為水轟-5飛機研製出用於水面搜尋雷達的一維電掃旁側相控陣雷達天線系統。進入90年代我國開展了與國外在機載相控陣領域的合作，如引進了俄羅斯PERO、SKOL兩種無源相控陣天線，與此同時有關廠所利用國產器件製成小型試驗陣列，進行了試驗，為研製機載有源相控陣轉達打下基礎，進入新世紀由於國家經濟技術實力的提高，我國在機載有源相控陣領域的進展明顯加快，先後完成了兩種機載有源相控陣預警雷達的研製，並進行了更大功率和陣列的機載火控雷達的開發，並且在感測器融合、綜合射頻等領域也進行了研究，在這種情況下有關人員提出跨越式發展的方針，即跳過無源相控陣，直接由機械掃描雷達向有源相控陣雷達發展的路子。
近來，有新聞報導中航雷電院張昆輝同志的先進事跡，其中提到張院長從“2001年開始著手相控陣雷達的研發，2008年完成飛機驗證試飛，雷電院向部隊機關和集團公司做了匯報，在軍方引起了強烈反響，並受到軍方各級領導的高度關注。空軍景文春副司令專程到無錫了解情況、聽完匯報後說：“當初×代機立項時，我有兩點擔憂，一是發動機問題，二是相控陣雷達問題。今天看來，雷達問題已經解決了，我們已經有了自己的相控陣雷達”。空軍首長和空裝首長的關注，給了雷電院極大鼓舞和鞭策。該項目在完成它機驗證試飛後，原國防科工委在北京組織召開了成果鑑定會，與會專家在認真了解試飛情況後給與了高度評價：“相控陣雷達研製，開創了國內機載火控雷達的新紀元，填補了國內X波段相控陣火控雷達的空白，為我國×代機的研製打下了堅實基礎，標誌著我國第×代戰鬥機提升戰鬥力的時機已經到來”。此項目還榮獲該年度國家國防科技成果一等獎。“字裡行間，透露出國家和空軍對該型雷達的重視，從空軍首長的話和國防科工委專家組的話分析；該雷達應試是X波段有源相控陣雷達，既可以用於正在研製的我國第四代戰鬥機配套，也可以用於現役的第三代戰機的升級。其意義非凡，是我國國防科技戰線的又一大喜訊。
我們知道二戰一個重要的發明就是雷達的運用，1935年為了對付德國的潛艇，英國開始研製機載雷達-空海搜尋雷達，1937年該機進行首次試驗，1939年裝備部隊，1940年英國人發明了磁控管，為研製微波機載雷達打下了技術基礎，由於當時英國經濟技術實力已經衰落，因此將這個技術轉讓給了美國，美國麻省理工學院福射試驗室很快在其基礎上研製了厘米波機載雷達SCR-520，並在其基礎上研製了機載火控達雷達SCR-720，不過這個時候機載火控雷達還不是真正意義上或者說功能完善的雷達，它只能測距，所以也被稱之為雷達測距器，50年代隨著電子技術的發展，出現了能進行天線掃描和角度跟蹤的單脈衝雷達，雖然這些雷達在功能比早期的測距器有很大的提高，但其仍舊有一個比較大的缺點就是沒有下視能力，也就對低空和近地目標的探測能力差。
進入60年代，固態器件、積體電路等技術的發展，還有行波管的出現讓研製脈衝都卜勒雷達成為可能，該雷達有針對性的解決了機載雷達對低空目標的探測問題，最早的機載脈衝都卜勒雷達是美國1956年開始研製的AN/AWG-9雷達，脈衝都卜勒雷達因為其完善的功能、較好的性能成為現代戰機的主要配套雷達，目前先進的機載脈衝都卜勒雷達的探測距離可以達到數百公里，具備多種功能，可以執行多種作戰任務。不過這個時候機載脈衝都卜勒雷達仍舊使用機械掃描方式；即為了覆蓋一定的空域，雷達天線波束需要掃描，因此需要用機械的方法來旋轉天線，讓天線波束指向改變，因此存在著掃描速度低、精度差、隱身性能不好的缺點，尤其是其缺乏多目標攻擊能力，雖然現在機載脈衝都卜勒雷達號稱可以同時攻擊數個目標，但受限於機械掃描的速度，實際上其只局限一個很小的角度之內，因此缺乏實用性。
為消除機械掃描雷達的缺點，相控陣雷達出現了，其原是就是雷達天線不通過機械轉動來實現波束掃描，而是採用電子的方式控制組成天線的單元的相位來實現天線波束有空間的掃描，由於實現了電子掃描，因此相控陣雷達可以在極短的時間內對較大的空域進行快速的掃描，真正實現多目標搜尋、跟蹤和攻擊，並且實現多種功能，即在對空工作的同時，進行對地/海搜尋等其他工作，同時由於波束的可控性，讓雷達可以在主要威脅方面集中能量，以提高探測距離和對隱身目標的能力由於去掉了對波反射大的天線座及傳動裝置以及天線工作時不轉動,機掃天線必須是垂直的，因此相控陣雷達天線可以偏轉一定的角度，從而降低了載機的雷達反射面積。相控陣雷達的概念在50年代問世，60年代美國和前蘇聯已經研製出了大型陸地相迭陣雷達，但由於機載雷達對重量、體積和可靠性的要求比地面和艦載雷達要高的多，所以機載相控陣雷達出現要晚的多。
1964年美國人開展了微電子套用雷達計畫-MERA，首次研製出了具有604個單元陣的有源相控陣雷達原理樣機，並取得圓滿的試驗結果,這個計畫的完成是機載有源相控陣火控雷達研製過程的第一個重要節點,這階段的工作驗證了機載有源相控陣的可行性。70年代美國人進行的可靠的機載固態雷達計畫-RASSR是研製機載有源相控陣火控雷達的第二段工作,研製了具有1048個T/R組件的有源陣,在陣列中較好的解決了熱設計問題,為T/R組提供了一個能可靠工作的環境,從而使陣列工作靠。本階段工作於70年代中期完成,它驗證了有源列工作的可靠性。在前兩階段工作完成的基礎上,於1983年開始SSPA(固態相控陣)計畫(1983~1987),旨在驗功率效率和經濟上的可行性。研製了一個具有2000個單元的陣列,首次在T/R組件中採用GaAs砷化鎵)FET(場效應)器件,直接對X波段信號進放大,而不是以倍頻方式獲取X波段功率信號,大的提高了功率效率,批生產的每個T/R組件的本亦達到可以接受的水平(每隻不超過500美)，至此,經過三個階段的開發,完全證明了機載有源相控陣火控雷達在技術、可靠性和造價等主要方面是可行的。這三個階段的研究工作為研製裝備F-22飛機的AN/APG-77雷達打下了基礎。
APG-77是第一種機載有源相控陣火控雷達，具備劃時代的意義。考慮到有源相控陣的技術複雜和成本較高，美國也發展相對比較簡單、造價低廉，但探測性能和可靠性都稍遜的無源相控陣雷達，如B-1B採用的AN/APQ-164，其他國家在發展機載相控陣雷達方面也以無源相控陣為優先突破方向，如前蘇聯為米格-31研製的SBI-16無源相控陣雷達和法國和RAFALE戰鬥機研製的RBE無源相控陣雷達。不過有源相控陣是機載雷達的發展方向，目前歐洲國家開展了AMSAR機載有源相控陣雷達研製計畫，而俄羅斯也開始研製ZHUK-AE等幾種機型有源相控陣，其他還有日本也其F-2戰鬥機研製的J/APG-1機載有源相控陣雷達。瑞典和以色列也在研製自己的機載有源相控陣雷達。其運用機種也由戰鬥機向較小平台發展，如英國BAE系統公司感測器分部研製的可以用於直升機的SEASPRAY-7000E機載有源相控陣雷達。在發展方向有源相控陣已經開始向綜合射頻系統方向發展，也就是所謂的NOR概念，即不僅僅是一個雷達，也就是利用有源相控陣的多功能性，讓一部雷達來執行不同的任務；包括搜尋、跟蹤、電子戰甚至通信，如美國的JSF戰鬥機就要求雷達、電子戰、通信系統能夠儘量使用同一部天線，這樣用利節省戰機重量和成本，有資料指採用綜合射頻系統後JSF的重量比常規戰機成本降低30%，重量降低50%，特別是如果能夠將天線嵌入機身蒙皮中，形成所謂的智慧型蒙皮概念，就能真正實現全向探測能力，洛馬公司當年就準備在X-35運用這個技術，雖然因為技術難度及成本問題而放棄，但這應該是機載雷達乃至戰鬥機發展的一個重要的方向。
