超遠程跟蹤雷達

超遠程跟蹤雷達(ultralong-range tracking radar)是指用於對戰略轟炸機、遠程彈道飛彈或其他宇宙目標進行三坐標測量的遠距離跟蹤雷達。

基本介紹

• 中文名：超遠程跟蹤雷達
• 外文名：ultralong-range tracking radar
• 學科：航空工程
• 領域：工程技術
• 範圍：部件設計
• 屬於：遠距離跟蹤雷達

簡介

超遠程跟蹤雷達(ultralong-range tracking radar)，用於對戰略轟炸機、遠程彈道飛彈或其他宇宙目標進行三坐標測量的遠距離跟蹤雷達。

類型

超遠程跟蹤雷達有兩種基本類型：

（1）機械掃描的跟蹤雷達，如美國彈道飛彈早期預警系統的AN/FPS-49單脈衝雷達和“磨石山”跟蹤雷達。

AN/FPS-49工作在425MHz，其天線口徑為25.6m,發射脈寬為2ms，作用距離為5000km。“磨石山”雷達為圓錐掃描體制，技術指標和AN/FPS-49相似，作用距離為3700 km，是最早用於衛星、飛彈、月亮等大氣層外目標跟蹤的超遠程跟蹤雷達。

（2）多功能相控陣雷達。相控陣雷達兼備搜尋和跟蹤功能,特別是多目標跟蹤功能，是宇宙目標最有效的搜尋、捕獲和跟蹤雷達。它通常具有巨大的功率孔徑積和極寬的發射脈衝。

其代表型號有美國的AN/FPS-85；“衛兵”系統環視截獲雷達PAR,對1 m目標的作用距離4300km；丹麥“眼鏡蛇”AN/FPS-108，對1 m目標的作用距離5856krn；全固態雙面陣AN/FPS-115，對10 m目標作用距離5556km,以及前蘇聯“狗窩”相控陣雷達，作用距離2500km。

典型機械掃描跟蹤雷達

（1）“磨石山”跟蹤雷達

早在20世紀50年代初，美國在研製靶場單脈衝精密測量雷達的同時，就著手超遠程跟蹤雷達的開發和研製。

1957年，麻省理工學院林肯實驗室研製出第一部巨型跟蹤雷達——“磨石山(Millstone)”雷達。其天線口徑為25．6m，起初為圓錐掃描體制，1963年改裝成單脈衝雷達，能跟蹤衛星、飛彈、月球及地球大氣層內外的目標物。對人造衛星的跟蹤距離達3600km。1958—1959年，用它對40000萬公里外的金星進行了觀察並收到了回波。其後又對“泰羅斯1”氣象衛星的位置進行了測定。

（2）AN/FPS-49單脈衝雷達

1962年，無線電公司參照“磨石山”雷達的主要技術指標研製出AN/FPS-49單脈衝遠程精密跟蹤雷達，用它對金星的表面進行了研究，探索了宇宙通信的可能性。AN/FPS-49雷達是美國彈道飛彈預警系統(BMEWS)中的重要組成部分。1964年，對FPS-49雷達進行了改進，於1966年研製成AN/FPS-92單脈衝遠程精密跟蹤雷達，補充進BMEWS的第二基地，用於加強對低軌道的彈道目標的防禦。其特點是用液壓軸承代替滾珠軸承，提高了可靠性，跟蹤精度達到3角秒。此外AN/FPS-92雷達還對衛星進行跟蹤和編目，當新的衛星或衛星碎片出現時，它立即測出它們的速度距離和截面積。

（3）“赫斯台克(Haystack)”雷達

在宇宙飛行器的運行和著陸階段，必須精密測量它的軌道參數同時還要對它保持通信聯繫。1964年，林肯實驗室研製成“赫斯台克(Haystack)”雷達。它工作於X波段，天線直徑36．6m，外有45．7m的天線罩，採用液壓馬達伺服系統。“赫斯台克”雷達天線的加工精度很高，起初的拋物面輪廓公差為1．gram(最大值)，為適應天文觀察的需要，1991～1993年間，將拋物面公差調整到0．25mm(均方根值)，使其工作頻率可達到115GHz。“赫斯台克”雷達能適應多種用途：可作為空間通信的地面站，也可作為跟蹤和測量雷達，還是射電望遠鏡且可供新部件作試驗，即在同一天線中實現測量、遙測和通信傳輸等多種功能，曾被認為是超遠程雷達的一種重要趨勢。

Haystack 雷達的主要特點是高頻段、高精度、大威力、多功能和高分辨力成像。經改造的LRIR工作在X 頻段10GHz, 線性調頻頻寬1024MHz, 波束寬度為0. 058b, 成像分辨力達到0. 25m, 能夠對同步軌道的空間目標成像。並且通過接收模組和軟體的置換, Hay stack 可以實現空間目標探測、深空通信以及射電天文望遠鏡等多項功能。

（4）“曲台克斯(Tradex)”雷達、 “阿姆萊特(AMRAD)”雷達和AN/FPS-62雷達

由於洲際彈道飛彈突防技術的提高，對跟蹤測量雷達又提出了更高的要求，即除了準確跟蹤目標、測定目標的發射點和彈著點外，還要研究飛彈再入現象，測定目標的形狀、大小和姿態，區別真假彈頭，基於這些要求，美國無線電公司於1962年研製成“曲台克斯(Tradex)”雷達，雷聲公司於1962年研製了“阿姆萊特(AMRAD)”雷達、1963年研製了AN/FPS-62雷達.

“曲台克斯”雷達是一部目標識別和鑑別雷達。其天線直徑25.6m，同時工作於超高頻和L波段，可發射和接收各種極化波：L波段的發射峰值功率可達5MW，平均功率300kW，對飛彈彈頭跟蹤距離達3000km；含有目標全部信息的原始數據採用中頻磁帶記錄,進行頻譜分析並將其變成數字形式送入計算機。“曲台克斯”雷達是可用於洲際彈道飛彈中段和再入段的跟蹤和識別，特別是真假彈頭的鑑別的全功能雷達，也擔負對衛星的識別和鑑別任務。“曲台克斯”雷達具有同時跟蹤多目標能力。“阿姆萊特”雷達天線直徑為18m，峰值功率10MW，安裝在白沙飛彈靶場，專用於再入段目標截面積和都卜勒頻移的測量。AN/FPS-62雷達天線直徑也為18m，峰值功率24MW，用於測量再入體的特性。

（5）“阿爾泰(ALTAIR)”雷達

為進一步提高雷達對飛彈和人造衛星的識別能力，賽爾凡尼亞電氣公司於1967年研製出一部新型遠程精密跟蹤雷達——“阿爾泰(ALTAIR)”雷達，其天線直徑為45．7m，五喇叭單脈衝饋電，採用超高頻和甚高頻兩波段工作，平均功率達110kW，能收集宇宙飛行器和再入飛彈的各種信號，可跟蹤多彈頭分導再入體。“阿爾泰”雷達的天線轉台為桁架式結構，天線轉台隨拋物面天線一起轉動，這在跟蹤雷達天線設計中是獨特的。

（6）“阿爾柯(ALCOR)”雷達

1967年，林肯實驗室又研製成“阿爾柯(ALCOR)”雷達，它是一種寬頻、高靈敏、高解析度的目標識別雷達，其距離解析度達0．5m，用寬頻和相參技術以便從回波信號的相位中提取目標特性。它採用寬、窄帶交替工作制，窄帶用於目標捕獲和距離、角度的跟蹤，500MHz的寬頻用於目標觀測。

多功能相控陣雷達

（1）HAPDAR相控陣雷達

1965年，美國斯帕雷公司研製出HAPDAR相控陣雷達，它工作於L波段，能同時搜尋、探測、跟蹤多個目標。起初它是作為相控陣天線技術開發的一個試驗樣機用於進行高性能低成本相控陣測量雷達的可行性研究，後來就用來為飛彈靶場服務，作為再入測量雷達。隨後，美國RCA公司推出了REST(雷達電掃描)技術。哈里斯公司研製出MTIR多目標測量雷達，美國雷聲(Raytheon)公司於1980年研製出MIR多目標測量雷達。

（2）MOTR(AN/MPS-39)多目標測量雷達

相控陣精密測量雷達的主要代表是上世紀80年代由美國RCA公司研製成的MOTR(AN/MPS-39)多目標測量雷達。它工作於C波段，天線直徑3．65m．採用空饋電傳輸透鏡轉移陣，有8359個振子，電掃範圍為60。的圓錐角，能同時跟蹤測量10個目標，絕對測量精度與單目標測量雷達相同，相對精度比單目標測量雷達提高1～2倍。

（3）GBR地基成像雷達

上世紀80年代初，美國就提出研製美國反導防禦系統中的關鍵項目——GBR地基成像雷達。它是一種X波段固態有源相控陣雷達，T/R組件數有近20000個，作用距離2000~4000km。其主要功能是搜尋、捕獲、跟蹤彈道飛彈，並完成對目標(彈頭、彈體、假目標等)的成像識別。經近20年的發展，反導防禦系統幾易方案、幾經調整，GBR雷達都得到保留並日臻完善和實用化。到上世紀末，已研製出演示驗證(DEM/VAL)雷達l部和用戶作戰評估系統(UOES)雷達2部。GBR雷達已相繼納入TMD和NMD飛彈防禦系統中。

超遠程跟蹤測量雷達的特點

（1）使用波段：L及VHF、唧波段居多，因為在這些波段，更容易得到很大的功率一孔徑積以滿足幾千公里的跟蹤距離的要求；X及磁波段，在這些波段可用較小的天線孔徑得到很大的天線增益，以滿足上千公里的跟蹤距離的要求：而另一方面，x波段和毫米波跟蹤雷達也得以發展，這可能是為了滿足測量精度的需要：

（2）跟蹤雷達上的新型號較少，主要是對老的雷達進行技術改造，如對“Haystack”、“ALCOR”等雷達都進行了技術改造；

（3）多功能性，即跟蹤雷達不只用於對空間目標的精密跟蹤測量，實現對空間目標的定軌，而且要完成目標特性的測量以至於進行目標識別、一維或二維成像；

（4）多目標測量的套用日益受到重視，相控陣測量雷達得到發展。