美国“宙斯盾”系统及主要传感器进展分析

练学辉，郭琳琳，庄　雷

(1.海军驻南京地区雷达系统军事代表室；南京 210003；2.中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 211153)



美国“宙斯盾”系统及主要传感器进展分析

练学辉1，郭琳琳2，庄雷2

(1.海军驻南京地区雷达系统军事代表室；南京 210003；2.中国船舶重工集团公司第七二四研究所，南京 211153)

介绍了美国“宙斯盾”系统的组成、特点和作战过程，列表分析其防空系统和弹道导弹防御(BMD)能力的升级演进过程及其现代化进程的技术路线，最后介绍了其主要传感器AN/SPY-1和AMDR雷达的最新进展。

“宙斯盾”系统；防空反导；AN/SPY-1雷达；AMDR

0　引　言

“宙斯盾”(AEGIS: Airborne Early-warning Ground Integrated System)作战系统是空中预警与地面整合系统，是一种全天候、全空域舰载防空系统，用来保卫航母编队或驱护编队。该系统从1969年12月起正式开始研制，1973年完成样机，于1981年正式装舰，1983年在“提康德罗加” 巡洋舰正式服役。该系统体现了美国80年代的科技水平，并在此后经历了30多年的升级改进现代化过程,使得系统将来能够进行先进技术升级以及未来供应商产品即插即用。现已衍生出10个版本(基线0～9)，目前最新版本基线9实现防空能力和弹道导弹防御能力的整合，成为美国海军巡洋舰和驱逐舰防空反导一体化作战的核心系统，其BMD能力从版本3.6发展到5.0/5.1/5.2版本。到2014年年中，“宙斯盾”已被部署在84艘舰船上，包括22艘“提康德罗加”巡洋舰(CG)和62艘“阿利·伯克”驱逐舰(DDG)(其中21艘Ⅰ型，7艘Ⅱ型，34艘ⅡA)。2015年，美国部署于罗马尼亚的陆基“宙斯盾”反导系统“上线”，另一个在波兰的陆基“宙斯盾”导弹防御系统有望于2018年开始运行。

1　系统介绍

1.1系统基本组成

“宙斯盾”作战系统主要由6个分系统组成，分别是MK1指挥和决策分系统、MK1武器控制分系统、AN / SPY-1系列多功能相控阵雷达或AMDR分系统、MK99火控分系统、MK41或MK26导弹发射分系统、MK1战备状态测试分系统和作战训练分系统。

1.2系统特点和作战过程

(1) 反应速度快

相控阵雷达从搜索方式转为跟踪方式仅需50 μs, 能够拦截高性能飞机和超音速反舰导弹。

(2) 威力强

相控阵雷达具有360°全方位全空域内自动跟踪200批目标的能力，以及能同时拦截空中12～16批目标。

(3) 抗干扰能力强

系统可以在严重的电子干扰(包括无源和有源干扰)、海杂波以及恶劣气象环境下正常工作。

(4) 可靠性高

系统能够在无后勤保障的情况下在海上可靠地持续工作40～60天，并且采用模块化结构，配置灵活[1]。

“宙斯盾”系统防空作战时，AN/SPY-1A雷达首先对全空域进行搜索，发现目标后自动转入跟踪，并将目标探测与跟踪数据送给MK-1指挥决策系统和武器控制系统。MK-1指挥决策系统进行敌我识别、威胁估算，制定作战方案，并传递给MK-1武器控制系统。武器控制系统根据己舰的武器状态进行武器分配，并决定拦截方式和导弹发射。武器控制系统通过多功能相控阵雷达天线向SM-2导弹发出修正指令。导弹接收后形成控制量控制导弹飞向目标。该系统共拥有4个作战模式：自动模式、自动专属模式、半自动模式和事故模式。

2　防空系统升级演进

“宙斯盾”作战系统随着科学技术的发展和作战需求的变化不断地升级发展，现已拥有基线(Baseline)0～9共10个版本，其中基线0和基线2现已不用，基线9正在进行试验验证。各基线采用技术和设备变化的详细情况如表1所示。基线7之前是作战指挥系统升级的循序渐进的过程。基线8使用可升级的商用现货计算机和开放式体系结构来替换原有UYK43为基础的军事标准计算环境。基线9是“宙斯盾”系统的最新版本，将提供3个主要作战能力的改进，包括“海军防空反导一体化(NIFC-CA)”作战能力、一体化防空反导(IAMD)、增强弹道导弹防御。

表1　“宙斯盾”系统基线演变发展

3　弹道导弹防御(BMD)升级演进

与“宙斯盾”防空系统升级相对应的是BMD系统升级。2002年，美国国防部导弹防御局(MAD)立项在“宙斯盾”作战系统基础上研制具备反导能力的作战系统，其BMD系统刚开始和基线版本同步发展。但是，由于美国“反介入/区域禁止”的扩散，BMD开始单线发展。

目前，大部分 “宙斯盾”舰配备的BMD版本是3.6.1和4.0.1。美国导弹防御局和海军计划在未来数年将其升级到更高性能的版本：5.0版本、5.1版本和5.2 版本。表2给出了其详细的版本性能情况，表3给出了其升级的主要方面[2]。

表2　“宙斯盾”BMD系统版本性能详情

表3　“宙斯盾”BMD系统版本升级主要方面

4　“宙斯盾”升级改造现代化进程技术路线

为了使“宙斯盾”系统满足未来作战需求,在未来发展中具有更强的兼容性和适应性, 美国海军进行了不断的升级改造现代化进程。基线7之前都是循序渐进的升级改造,之后就是进行现代化进程,采用商用现货技术对软件和硬件分别升级，平均每两年升级一次软件、每4年升级一次硬件，并且采用了海军第3方企业的软硬件解决方案。用于“宙斯盾”系统现代化改进的主要技术包括：计算机系统采用商用现货(COTS)技术，联合航迹管理对准技术将NIFC-CA与“标准-6”用于“宙斯盾”系统，将导弹防御局开发的“宙斯盾”BMD与“标准-3”用于“宙斯盾”系统。其现代化升级的详细技术路线如图1所示[3]。

图1　“宙斯盾”系统现代化升级路线图

为提升“宙斯盾”系统的海军一体化火控防空(NIFC-CA)能力，美国海军在海军“综合作战系统”(IWS)计划指导下通过3个阶段实施“先进能力构建”(ACB)计划(包括正在进行的ACB 12，即基线9，以及未来将要实施的ACB 16和ACB 20)，以提升部队的协同作战能力。这使“宙斯盾”系统具备“远程交战”(EOR)能力、“海基末段”(SBT)拦截能力，最终具备武器与传感器联合协同能力，以及先进的防空与导弹防御任务规划能力。

ACB 12计划中针对“宙斯盾”作战系统的发展项目包括：(1)采用“宙斯盾”开放式体系架构，(2)引入“宙斯盾” BMD5.0和NIFC-CA，(3)采用“技术嵌入-12”(TI-12)相关技术，(4)采用“改进型海麻雀”(ESSM)、“标准-2”、“标准-3”Block1A/1B和“标准-6”导弹，(5)任务规划系统使用“宙斯盾”BMD5.0的任务规划编制器。

ACB 16主要应对中期威胁，提升部队协同作战能力。其实现途径为使用多传感器协同、扩大BMD交战距离、多舰协同交战、联合传感器组网、应用先进电子战系统及协同跟踪。此阶段的“宙斯盾”系统将加装SPQ-9B雷达，改进作战身份识别，采用具备“远程交战”(EOR)能力和“海基末段”(SBT)拦截能力的“宙斯盾”BMD5.1版本，采用“标准-3”2A导弹。

ACB 20主要应对远期威胁，提升武器与传感器协同能力，依靠先进的作战资源管理(雷达/电子战)、综合电子与主动防御、一体化防空反导任务规划及联合的一体化火力控制。系统采用新型防空反导双波段雷达AMDR、BMD6.X系统、多传感器集成、传感器协同和“技术嵌入-20”设备，具备先进的防空与导弹防御任务规划能力。

5　“宙斯盾”系统之主要传感器——AN/SPY-1雷达和AMDR

5.1AN/SPY-1 雷达

“宙斯盾”作战系统主传感器是洛克希德·马丁公司研制的S波段AN/SPY-1三坐标多功能相控阵雷达。该雷达可执行水平搜索和半球搜索、多目标跟踪与指示、导弹制导等任务。每一部SPY-1雷达包含了4部直径3.7 m、共4350个单元的天线。该天线呈45°倾斜安装在舰船的上层结构。

为满足从大型军舰到小型舰艇的各种作战需要，SPY-1雷达家族已有多种型号，详情如表4所示。其中SPY-1B/D型雷达的主要特点是采用分布式微处理器系统，具有较强的多任务处理能力，以实现快速信号处理。与SPY-1B相比，SPY-1D具有更高的平均功率和更低的噪声，以及更多的脉间、相位和幅度稳定性。动目标显示器的杂波对消系统可让计算机选择2～7个脉冲以减轻杂波。更宽的凹口滤波器可拒绝鸟类等的航迹。使用不同相对航速增强杂波(陆地杂波和雨)对消能力。自动自适应模式允许系统自动选择优化的MTI搜索波形。在高杂波和箔条环境下，脉冲多普勒捕获和跟踪12～16个脉冲波形，比MTI提供更高的敏感性和杂波抑制能力，可补偿濒海杂波环境中敏感接收机产生的虚警概率。SPY-1D(V)型雷达采用新型行波管、目标筛选及杂波抑制算法，雷达探测跟踪弹道导弹和巡航导弹的能力获得了较大程度的提高。双波束搜索能力使得雷达在杂波和严重干扰条件下依然拥有很高的数据率，增强了沿海作战能力，同时针对海岸水域任务进行了优化，提高了抗干扰能力[4]。

表4　SPY-1各型号对比

5.2AMDR

2015年年初，3艘现役“阿利·伯克”级驱逐舰完成里程碑式升级改造，成功安装和测试了最新的“宙斯盾”基线9作战系统。“阿利·伯克”Ⅲ“宙斯盾”系统将采用防空反导雷达(AMDR)代替 AN/SPY-1D(V)雷达。

AMDR采用双波段雷达体制，由升级的X波段水平搜索雷达SPQ-9B和新研制的S波段综合防空反导雷达(AMDR-S)构成。两部雷达通过雷达套件控制器(RSC)进行集成和系统管理，使AMDR作为一个整体有机工作，从而保证AMDR雷达在导弹防御、空中防御以及海面战的不同角色中快速转换。AMDR雷达共7个阵面，其中AMDR-S 4个阵面，SPQ-9B 3个阵面[5]。

AMDR-S是AMDR的核心。它是一种全固态有源相控阵雷达，具有良好的抗干扰、滤杂波能力，能在恶劣海态、天气下追踪新一代低RCS空中目标。

每个AMDR天线阵列高4.298m、宽4.145m、深1.524m，外形依旧为类似AN/SPY-1的八角形，其结构和外形如图2所示[6]。每个阵列由37个雷达模块装配件(Radar Module Assemblies，RMA)构成，每个RMA长宽均为60.96 cm，包含了多通道收/发模块(TRIMM)第四代数字接收机激励器及相关单元。每面天线拥有超过5000个T/R模块。若干个T/R模块构成一个可快速抽换的TRIMM模块，且内部有液冷系统，能在不关闭液冷回路的情况下直接更换天线阵列上的TRIMM。雷达辐射组件与外罩(radiator/radome)采用模块化设计，便于维修。AMDR每面天线的直径比AN/SPY-1D(V)略高(后者3.66 m)，但质量与深度比AN/SPY-1D(V)增加不少。 AMDR后端系统的冷却系统称为冷却设备单元(Cooling Equipment Unit，CEUs)。由于AMDR的T/R模块都集中在天线上，因此需要更强的天线冷却能力。为此，新型“阿利·伯克”级驱逐舰扩大了原本为SPY-1D雷达供应风冷的风扇室。

图2　天线结构和外形图

总之，AMDR具有以下特点:采用开放式体系结构和模块化设计;系统可升级；采用新型氮化镓材料，体积小功率高；采用数字波束形成技术，灵敏度更高。其先进的设计克服了SPY-1雷达的诸多限制，信噪比是SPY-1 的32 倍，探测威力是SPY-1 的2.4 倍，同时处理目标数是SPY-1 的30 倍, 具备对空中目标和弹道导弹目标远程探测与跟踪能力，其强大的功能将进一步提高“宙斯盾”系统的防空反导作战效能。

6　结束语

“宙斯盾”系统是当今世界上性能最为先进的攻防兼备、软硬兼施的全天候、全方位、全空域防空及反导系统。它集雷达、导弹、武器控制、电子对抗及发射装置于一体，担负着全面而综合性的防御任务。随着协同作战(CEC)、海军一体化火控防空 (NIFC-CA)作战能力、一体化防空反导(IAMD)能力的具备、AMDR雷达的加盟，以及未来持续的升级改造，“宙斯盾”系统必将发挥更为强大的作用。

[1]方有培. 美海基“宙斯盾”技术发展分析[J].航天电子对抗, 2015, 31(5).

[2]石雯君. 横跨海陆的堡垒——盘点“宙斯盾”一体化防空反导系统[J].装备/技术，2015(1).

[3]Jamie Durbin, Richard W Scharadin. The Modernization of AEGIS Fleet with open architecture. http:// www.dtic.mil>cgi-bin>GetTRDoc>ADA557871.

[4]赵登平.世界海用雷达手册[M]. 2版.北京：国防工业出版社，2012.12: 284-291.

[5]李源. 美国海军下一代防空反导雷达(AMDR)介绍[J].技术研发，2015(9).

[6]TadDickenson.Air&MissileDefenseRadar(AMDR).http://www.Raytheonretirees.org>201507>AMDR.

Analysis on progress of American Aegis system and its main sensors

LIAN Xue-hui1, GUO Lin-lin2，ZHUANG Lei2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003;2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The composition, features and combat process of the Aegis system are firstly introduced, and then the evolution of its air-defense system and the BMD capability is analyzed in lists. Moreover, the technical roadmap of its modernization is presented. Finally, the new progress of its main sensors, namely AN/SPY-1 radar and AMDR, is introduced.

Aegis system; air and missile defense; AN/SPY-1 radar; AMDR

2016-04-16；

2016-04-28

练学辉(1965-)，男，高级工程师，研究方向：雷达总体技术；郭琳琳(1983-)，女，工程师，研究方向：翻译及科技情报研究；庄雷(1984-)，男，工程师，研究方向：雷达总体。

TN95

A

1009-0401(2016)03-0014-05