AESA〈Active Electronically-Scanned Array〉主動電子掃描相控陣列雷達是21世紀主流的軍事雷達，全世界第一種實用化AESA相控陣列雷達是AN/SPY-1神盾艦雷達系統， AN/SPY-1系統擁有強大遠距偵蒐與快速射控能力，他是專為美軍新一代神盾艦載作戰系統發展而來的“平板雷達”。AESA主動電子掃瞄相控陣列雷達，就是一般所稱的「相列雷達 / 相陣控雷達」，美軍神盾艦系統就是由AESA+C4指揮、管制〈武器〉、通訊、計算機等整合而成的高效能『海上武器載台』。
基本介紹
- 中文名：ESA相陣控雷達/相位陣列雷達
- 外文名：Active Electronically-Scanned Array
- 詞性：名詞
- 縮寫：AESA
來由,發展,優勢,
來由
AESA相陣控雷達最初由美國無線電公司(RCA)研發製造出來，後來該公司由於經營不善，被通用航天公司(GE Aerospace)購併成為其集團下之雷達電子部門，但往後GE Aerospace又將該部門賣給 洛克希得.馬丁公司(Lockheed Martin) (美國最大的軍火供應商)，因此SPY-1相控陣列雷達現在是“洛馬”的專利技術，如今AESA相控陣列雷達在“洛馬”公司的後續改進上，已開發出戰機、飛彈、防空等專用的縮小化AESA相控陣列雷達，甚至外銷提供全球各神盾艦、各式防空飛彈所需要的雷達〈神盾系統是美國雷神公司的產品〉。在一般人的印象中，舊式雷達就是一個架在旋轉基座上的拋物面天線，不停地轉動著以搜尋四面八方；而AN/SPY-1相位陣列雷達的天線從外觀上看，卻只是固定在上層結構或桅桿結構表面的大板子。
舊式傳統的旋轉天線雷達必須靠著旋轉才能涵蓋所有方位，要持續追蹤同一個目標時，要等天線完成一個360度旋轉周期回到原先位置時才能作目標資料的更新，等到獲得足夠的資料時，敵方飛彈早已經兵臨城下，攔截時間所剩無幾，這種力不從心的情況在面對各式新一代高速先進超音速反艦飛彈時，PLA艦隊損失會更加慘重；而如果飛彈或戰機進行高機動閃避，由機械帶動來改變方位的舊式雷達天線很可能會跟不上目標方位變化，難以有效追蹤進而被偷襲成功。傳統雷達的雷達波都有一個受限制的波束角，因此雷達波會形成一個扇形查找斷層網，距離越遠則雷達波對應的弧長越大，換言之，單位面積對應到的能量也隨距離拉長而越來越低(雷達波強度隨距離的平方成反比)，解析度與反應度自然無法令人滿意；加上舊式長程雷達都會使用較長的波長以傳遞較長的距離，而波長越長解析度就越低，更使這個問題惡化。例如；傳統雷達在搜尋第二代掠海反艦飛彈這類低體積訊號的目標時，傳統長程搜尋雷達即便在目標進入搜尋範圍後，通常還是得旋轉幾圈後，才能累積足夠的回波訊號來確認目標。為了彌補這個弱點，這類長程搜尋雷達只好將雷達旋轉速度降低(往往需要十秒鐘以上才能迴轉一圈)，讓天線在同一個位置上停留更久，以接收更多各方位的脈衝訊號，然而這樣又會使目標更新速率惡化。至於用來描繪目標軌跡的追蹤雷達〈照明雷達〉則擁有較快的天線轉速(例如每秒轉一周)以及較短的波長，儘量縮短目標更新時間，但也使得天線較難持續接收同一目標傳回的訊號，偵測距離大幅縮短。因此，長距離偵測以及精確追蹤對傳統旋轉雷達而言，是魚與熊掌不可兼得的。
發展
相位陣列雷達的固定式平板天線上裝有上千個小型天線單元(又稱移相器，Phase Shifter)，每個天線都可控制雷達波的相位(發射的先後)，各天線單元發射的電磁波以干涉陣列原理合成接近筆直的雷達波束，旁波瓣與波束角都遠比傳統雷達小，主波瓣則由於建設性干涉而得以強化，故解析度大為提升；至於波束方位的控制則是依照“海更士”波前原理，透過移向器之間的相位差來完成。由於移相器的電磁波“相位”改變系由電子“陣列”控制方式進行，相位陣列雷達可在微秒內完成波束指向的改變，因此在極短的時間內就能將天線對應到的搜尋空域掃瞄完畢，故能提供極高的目標更新速率。由於波束解析度高、掃瞄速率極快，目標只要一出現在相位陣列雷達的搜尋範圍內，大概都能立即被AESA有效搜獲(除非是特別小的目標)，目標也很難藉由高機動閃躲擺脫追蹤，因為飛得再快也比不過天線單元改變相位的速度；而憑藉著強大的波束，相位陣列雷達也較不容易遭受電子干擾反制。AESA發現可疑目標後，相位陣列雷達波立刻能在極短時間內朝目標方位進行密集掃瞄，精確地追蹤目標航跡，所以能同時達到優秀的搜尋與追蹤功能；而如果使用波長較短、精確度高的C或X波段，還能直接引導擔任武器射控的功能(不過由於短波長電磁波在大氣中耗損較快，故搜尋距離會有所犧牲)。總之，AESA相位陣列雷達的多功能性、反應速度、多目標追蹤/搜尋能力、解析度、電子反反制能力等都遠優於傳統雷達，所以現代化的精銳武器系統〈戰機、飛彈、防空、空警、軍艦〉都以相位陣列的“平板雷達”為標準配備。AESA相列雷達的天線陣列上的移相器僅負責控制雷達波的相位，本身並不會製造雷達波，而是由天線陣列後方的集中式發射機提供，並透過導波管將電磁波傳至天線陣列；而這種模式的相位陣列雷達被稱為「被動式相陣控」，較早出現的艦載相位陣列雷達都採用此種設計。簡單地說，被動相位陣列雷達的天線象是一個「電磁透鏡」，將發射機製造的雷達波以各種不同方向射出去並接收回波，故雷達波的波形、振幅、頻率完全取決於發射機。另外，由於每面相位陣列天線僅由一部發射機提供射頻能量，所以在同一時間只會產生一道波束；換而言之，一面被動相位陣列雷達天線不可能在同一時間點進行好幾項不同的工作(例如同時照射數個目標或同時進行搜尋與追蹤工作)，只是因為這道波束的方向切換迅速，能在極短時間內改變相位完成空域掃瞄，並輪流「照顧」各個正在進行的目標精確追蹤或飛彈中途導引程式，才獲得優於傳統雷達的目標更新速率與多目標追蹤能力，這與CPU藉由分時多工技術在極短時間內輪流執行多個Process是類似的。為了節省成本，被動相位陣列雷達系統往往是多面天線共享一部發射機，所以共享發射機的天線的波束能量強弱都是相同的。至於較晚開發的「主動式相陣控」相位陣列雷達則是每個小型天線單元本身就同時負責電磁波的製造、接收與相位控制，這才算是真正掌握相位陣列雷達的精髓。
優勢
1. AESA相列雷達能在極短時間內完成監視空域內的掃瞄，目標更新速率極快，擁有極佳的多目標搜尋/追蹤能力。
2. AESA波束指向的改變相當靈敏快速，而且當目標反射信號的相位角出現變化時雷達便能立刻得知，並在瞬間改變波束指向，從而繼續將目標鎖定於波束範圍內，因此目標就算高速運動且採取劇烈閃避也很難擺脫。轉3. AESA相陣控雷達能夠同時追蹤大量目標，並以分時的方式同時支持發射後的防空飛彈進行中途導引。AESA反應時間快，能取得目標精確位置，艦上照明雷達只需根據這些參數便能在一開始就進入飛彈導控程式，直接朝目標發射照明波束，引導飛彈攻擊目標。
4. 能根據所搜獲的目標，決定是否需要進行追蹤，並消除背景雜波，提高低空目標偵測能力。當AESA測得目標的距離、高度、速度和方向等資料之後，經過神盾系統的計算機處理之後，適合的防禦性反應措施便會自動選擇出來，接下來就由神盾系統操控艦上武器與射控雷達進行接戰。
5. AESA相列雷達在惡劣的天候追蹤目標與進行電子反反制(ECCM)。根據測試證明，敵方的干擾信號無法進入雷達的側波瓣；就算敵方干擾系統能有效地對付AESA相列雷達的雷達狹波束，可是其它的波束仍能正常作，因此在雷達顯示幕上只能看到一條單線干擾閃光帶，但是干擾波束周圍的一切東西都能清晰地看到。此時，AESA相列雷達可用最大功率發射出一連串強力波束，使其燒穿(Burn-Through)干擾波而抵達目標，繼續正常運作。由於AESA相列雷達的功率強大，敵方的干擾電磁波通常是奈何不了它的。
6. AESA相列雷達能同時追蹤大量目標，但是同時發射飛彈交戰的目標數目仍取決於照明雷達數量的多寡。不過在防空飛彈進入終端導引階段時，AESA相列雷達系統還是能將目標資料提供給照明雷達，協助其導引各式飛彈追擊目標。AESA相列雷達的高功率特性雖然使其擁有一流的性能，但也使其比較容易被敵方電子支持系統偵知而暴露己方位置，甚至遭受敵方反輻射飛彈的攻擊，因此在某些場合例如遭到攻擊時會採取雷達靜默措施。
7. AESA相列雷達關閉後能有效防禦反輻射飛彈攻擊，AESA雷達波束可在不到一秒的時間內從空中完全消失；當威脅消失而重新啟動雷達時，首批訊號將於一秒之後傳回；接著計算機根據原來的訊號檔案，迅速掃瞄85公里外的海平面，以重新尋找所有的水面敵軍目標，然後再對整個半球體空間實施過濾，在18秒內過濾完所有的目標，據以修正原有的檔案，20秒之後恢復所有戰術畫面與正常功能。
8. 最新的AESA能應付陸地上複雜地形造成的回波干擾、低空陸上目標的偵測、強烈電子反制環境下的操作等能力，過濾海面雜波、偵測掠海反艦飛彈的能力，通訊連結信號處理能力以及計算機的運算速度提升數倍，負責的戰術運算工作。
美軍AESA神盾系統軍艦採用四面平板狀固定式相位陣列天線，每面天線涵蓋90度方位角搜尋照射，因此採用四面就能涵蓋所有的空間方位角；其天線形狀為八邊形，長、寬都是3.65公尺，每面天線擁有4350個小型天線單元，並與神盾系統的C4計算機連線。計算機負責控制平板天線上小型天線單元陣列的雷達波束功率、指向與戰術任務判斷等。
純就AESA相位陣列雷達的性能而言，SPY-1這類採用四面固定式陣列天線能無時無刻涵蓋所有方位角?動部分，容易保養維修，在外型上也只是一塊裝在艦體上層結構的板子，外觀簡潔風阻小，對於增加搜尋可靠度、減少艦體突出物以增加匿蹤能力等，都有很大的助益。
