舰艇近程防空反导雷达发展研究

王 磊

(海军装备部信息系统局，北京100841)

0 引 言

舰艇近程防空反导雷达是水面舰艇作战系统的重要组成部分，是水面舰艇不可或缺的探测传感器，随着作战对象和作战场景的不断变化，以及雷达技术理论和雷达元器件生产工艺的发展，舰艇近程防空反导雷达向更强的能力方向发展。

当前舰艇近程防空反导雷达承担着深海作战、濒海抢滩、对陆打击等作战使命任务，作战场景复杂，面对从低空到高空、从慢速到超高速、从海面到空中、从空中到陆地的目标分布，尤其对隐身反舰导弹、制导炸弹、潜望镜、火箭弹等突发性威胁目标预警，为提高功能集成优化和抗全方位饱和攻击能力提升，各个国家针对不同的水面舰艇平台发展了相应的近防雷达[14]。反舰目标的示意见图1。

目前反舰导弹对舰船构成的严重威胁，已引起美国海军高度重视，针对防空反导任务使命，美国海军建立了由“标准”、“海麻雀”、“海拉姆”及“密集阵”舰炮武器系统4个层次组成的防空武器系统，形成多层防御圈以确保对反舰导弹拦截成功。美国舰艇防御层次图如图2所示。

美军还构建了由AN/SPY-1 系列雷达为核心的宙斯盾系统。AN/SPQ-9B 雷达是美国舰艇自防御系统(SSDS)的重要组成部分，两者构成了美国防空反导的组成装备。同时欧洲也组成了相似的远程雷达结合近防雷达承担防空反导的架构形式。

图1 反舰目标

图2 美舰艇防御层次图

本文主要针对目前国际上水面舰艇近防反导雷达的装备和发展脉络进行分析，介绍低空反导雷达的发展历程、技术特点、装备，并对新一代舰载近防反导雷达的发展趋势进行了分析。

1 美国舰艇近防反导雷达

美军水面舰艇近防反导系列雷达经历了几个阶段，下面分别陈述。

1.1 AN/SPQ-9雷达

AN/SPQ-9系列雷达(见图3)定位是近距离探测雷达，靠着较快的转速来提高目标更新速率，作用是近距离补盲与追踪。经过多年发展与批量装备，SPQ-9雷达先后经历了SPQ-9A、AN/SPQ-9B的发展历程。第一代SPQ-9A 采用传统抛物面天线，装在一个球型罩里，转速是60 r/min。

AN/SPQ-9B雷达发展开始于20世纪80年代末，由于近海亚音速或超音速掠海飞行反舰导弹威胁的不断增加，水面舰艇急需装备一种能在强杂波环境下有效探测反舰导弹的雷达。因此美海军研究实验室雷达分部于1991 年提出研制AN/SPQ-9B雷达，要求这种雷达能够提供一种全新的低成本高效低空探测能力，而且可提供比AN/SPQ-9 A 雷达更强的对海探测能力，能够更好地支持MK86火控系统和实现海上导航。AN/SPQ-9B是一种多波形、X 波段、窄束脉冲多普勒雷达，可以发现并跟踪低空飞行的反舰导弹；采用背靠背天线，数据率高，反应速度快，转速降为30 r/min，动目标改善因子达到80 dB，海杂波影响小，虚警率低；雷达在侦察、跟踪水面目标和与灯塔通信的同时，亦可识别危险目标。

美海军SSDS MK2舰艇自防御系统配备了X波段AN/SPQ-9B自防御系统作为专用低空搜索雷达，其主要技术指标如表1所示，SPY-1相控阵雷达则承担抗饱和攻击和远程防空的能力。

表1 AN/SPQ-9B雷达主要技术指标

作为巡洋舰现代化项目的一个部分，该雷达将与航空母舰和两栖攻击舰上的舰船自防御系统、宙斯盾作战系统结合在一起。SPQ-9B雷达目前及未来被美国海军极度重视，装备在美国海军的新造舰及替代现装备各级舰上。

截止目前该雷达已装备尼米兹级航母、提康德罗加级巡洋舰、黄蜂级两栖攻击舰、圣安东尼奥级两栖运输舰、海上安全巡逻舰，未来即将装备阿利伯克Ⅲ型驱逐舰，以及出口澳大利亚和日本的阿里伯克级驱逐舰。

从查阅的资料来看，SPQ-9B 雷达仅负责低空，这与目前多功能雷达的作战能力有差距，下面我们来分析一下，美国为什么把SPQ-9B 如此定位。以“提康德罗加级”导弹巡洋舰为例进行分析。

美国已把“提康德罗加级”导弹巡洋舰的舰艇自防御系统更新为SSDS MK2，其上武器配备：“战斧”巡航导弹、“标准2”舰空导弹、“鱼叉”反舰导弹；雷达配备：AN/SPY-1B 相控阵雷达、AN/SPS-49(V)对空搜索雷达、AN/SPS-55 对海搜索雷达、AN/SPQ-9B搜索雷达、AN/SPG-62照射雷达。从“提康德罗加级”导弹巡洋舰的雷达选配和武器选配中可以发现SPG-62照射雷达的存在，说明SPY-1B相控阵雷达并没有用于目标照射功能，而且仍然配备了SPS-49(V)对空搜索雷达、SPQ-9B搜索雷达，说明SPY-1B相控阵雷达资源仍然不能够兼顾远程与近程防空，它既要完成远程防御与进攻，又要完成低空反导，对于掠海飞行的反舰导弹，由于要滤除海杂波和电子干扰的影响，需要足够的目标信息量，并且反舰导弹来袭方向是全方位的，近程反导要求目标更新数据率高，而这些需要SPY-1B四面阵雷达以高数据率、多脉冲数扫描海面低空，损耗了大量的雷达时间资源，以至于和远程警戒与打击有冲突，也说明经美海军论证后发现：SPY-1B相控阵雷达要达到抗饱和攻击和远程防空的能力，还需要配备SPQ-9B 低空搜索雷达，专用于掠海导弹探测，这样“宙斯盾”防空系统的核心——SPY-1B 雷达可以有更多的资源用于空域防空与目标打击。

所以在美海军SSDS MK2舰艇自防御系统中，配备了X波段SPQ-9B自防御系统专用低空搜索雷达。

1.2 综合射频集成阶段

以DDG1000驱逐舰为代表的新型驱逐舰(见图4)采用了全阵面化设计，以AN/SPY-4+AN/SPY-3构建全舰防御雷达系统，其中SPY-3为X 波段，承担原AN/AN/SPQ-9B 雷达的功能任务。因成本过高，该雷达未正式装备。

1.3 新型低空反导雷达

随着舰艇综合集成、导弹照射等新需求出现，以及Ga N 组件、数字波束合成等新技术的发展，现有AN/SPQ-9B雷达采用无源相控阵体制和机械旋转方式，不能满足舰艇需求，美军启动新一代AN/SPQ-9B雷达的研发工作，即FXR 雷达。

2015年10 月，海军水面战中心——达尔格伦分部发布了一份声明，就一款新型X波段FXR 雷达采用AESA 体制进行RFI(征求意见)，寻求未来舰载自防御X 波段雷达项目的相关技术。

从ONR 要求的使命任务来看，新型X 波段雷达将取代SPY-3、AN/SPQ-9B、SPG-62、MK95 等雷达，其主要功能和特点如表2所示。

表2 FXR 雷达主要性能

2018年美国国防部宣布，正式授予雷声公司1 999.7万美元的成本加固定价格研发舰载“下一代X 波段雷达”等新一代舰载雷达的合同，预计合同规定工作将于2020年6月8日完成。

2 欧洲舰艇近程反导雷达

欧洲典型的舰艇末端防御系统为“守门员”系统(如图5所示)，该系统的自备式搜索雷达主要用于近距离反航空器，特别是对抗反舰导弹，“守门员”系统可以在探测和跟踪目标后开火，并能同时对几个目标做出毁伤评估。其连续搜索和边扫描边跟踪方式保证了系统在多目标情况下，可自动操作、快速转向下一个最有威胁的目标，即使在强杂波和干扰下，也能及时探测到小型超音速目标。

图5 守门员近防系统

随着技术和装备发展，“守门员”系统列装逐渐减少，下面陈述几型典型的低空反导雷达。

2.1 TRS-3D 雷达

如图6所示，TRS-3D 雷达是G频段3D多模监视和武器指示雷达，提供三坐标指示信息，能在严重杂波和干扰环境中自动探测和跟踪海面以及空中目标。TRS系列雷达定位于中小型的护卫舰、轻巡洋舰、导弹快艇及登陆舰，在实现对空对海监视和搜索状态下，可为武备系统提供目标指示。TRS-3D雷达的主要参数如表3所示。

图6 TRS-3D 雷达

表3 TRS-3D 雷达主要参数

目前全球共有60部这种雷达在海军和海岸警卫队服役，装备于丹麦Flyvefisken 级多用途军舰(14艘，TRS-3D)、Niels Juel级护卫舰(14艘，TRS-3D)；德 国Bremen 级 护 卫 舰(8 艘，TRS-3D/32)、“K130”级轻巡洋舰(5 艘，TRS-3D)；美国LCS(支援登陆舰)以及芬兰、马来西亚和西班牙舰船。

2.2 TRS-4D 雷达

Cassidian公司在TRS-3D雷达基础上进一步创新发展，推动了最新型TRS-3D/NES以及下一代舰载雷达TRS-4D 的开发。

TRS-4D 型雷达作为舰载中距离雷达系统，可装备于巡逻舰至护卫舰大小的舰艇，在开放海域和复杂的海岸地区开展各种探测任务，同时具备追踪大量目标的能力。与传统雷达相比，该型雷达拥有更高的精度和更快的系统，可探测的目标种类更多，因此可保护舰船免受非对称攻击的威胁。TRS-4D的关键设计单元可解决新型作战需求。

TRS-4D 是TRS-3D雷达的下一代发展型，是一种C波段舰载有源相控阵空海监视和目标捕获雷达，在2011年9月14日召开的伦敦防务与安全装备国际展览上首次亮相。该雷达发射机采用氮化镓(GaN)半导体技术的T/R 组件，可分为旋转阵面和非旋转阵面2种，旋转阵面若保持静止可覆盖一个50°的带状区域，非旋转阵面采用4个固定天线面板实现全方位覆盖。

TRS-4D 具有用于体监视的多波束能力，可实现3D 对空对海监视，包括高速水平搜索、扇区搜索以及类似指示航迹(针对高优先级目标)的电扫能力；具备快速(低于1 s)起始航迹能力，可与多目标(达1 000个)航迹综合。

TRS-4D 是第一种完全使用先进主动电子扫描阵列(AESA)的监视雷达，这种阵列基于大量独立的发射器(即固态有源相控阵体制)。这使得雷达具备了空前的探测性能，还可提供机械旋转单阵列天线的版本。

TRS-4D 雷达的性能参数如表4 所示，外形如图7所示。德国的F125护卫舰明确装备固定阵TRS-4D雷达。2014年10月底，空客防御与空间公司从美国海军获得合同，向其交付TRS-4D 先进海上雷达，这是美国海军滨海作战舰(LCS)项目的一部分，该新型雷达是德国FI25护卫舰上装备的TRS-4D 固定阵有源电扫阵列(AESA)雷达的旋转改型。

表4 TRS-4D 雷达参数

图7 TRD-4D 雷达

2.3 “海上长颈鹿”AMB雷达

“海上长颈鹿”灵活多波束(AMB)多用途海军监视雷达隶属于萨伯公司研制的“长颈鹿”雷达系列，定位于中小型的护卫舰、轻巡洋舰、导弹快艇及登陆舰，在实现对空对海监视和搜索状态下，可为武备系统提供目标指示。雷达同时还具有反电子干扰的能力，以及对噪音干扰和欺骗性干扰的反电子战能力，能够满足现在与将来日趋复杂的电子战环境需要。“海上长颈鹿”AMB雷达参数如表5所示，外形如图8所示。装备“海上长颈鹿”AMB 装备的战舰有瑞典海军的“维斯比”隐身护卫舰、阿联酋Baynunah 轻型护卫舰、波兰Orkan轻型护卫舰和美国海军濒海战斗舰。

表5 “海上长颈鹿”AMB雷达参数

图8 “海上长颈鹿”AMB雷达

2.4 泰勒斯MRR-3D 雷达

泰勒斯MRR-3D 型雷达是专为小型舰艇设计建造的，主要用来为舰艇提供监视、自防御和目标指示能力。MRR-3D NG型雷达加装了全电子(辅以机械)稳定天线分系统，并集成了敌我识别(IFF)天线，桅杆头部的重量减轻约20%。泰勒斯MRR-3D雷达雷达参数如表6所示，外形如图9所示。

表6 泰勒斯MRR-3D 雷达参数

图9 MRR-3D 雷达

目前，卡塔尔海军的4艘巴赞级快速攻击艇和科威特海军8艘Garoh级快速攻击艇上都装备了早期的MRR-3D 型三坐标多功能雷达，此外，韩国海军的4艘MEKO A-200新型轻护舰也即将装备该型雷达。

2.5 I-MAST 系列综合桅杆

泰勒斯公司推出了I-MAST 系列综合桅杆(如图10所示)，已经有4套I-MAST400型设备安装在“荷兰级”巡洋舰上。该综合桅杆集成了雷达、通讯等功能于一体，所有的军用电子系统都集成在桅杆内，各传感器之间按垂直空间分层布置，保证了设备之间电磁兼容问题。

I-MAST 系列得益于泰勒斯公司新一代非旋转传感器系列。其核心产品是SEA MASTER100(IMAST100较400明显小和轻，主要装备小平台)和400系列对空对海监视雷达、SEA WATCHER100海面监视和直升机引导雷达，本文主要介绍SEA WATCHER100雷达，其参数如表7所示。

2.6 APAR 雷达

1993年，德国、荷兰开始合作开发新一代的舰载防空系统APAR雷达(如图11 所示)，2002 年服役。

图10 I-MAST400布局

表7 SEA WATCHER100雷达参数

图11 APAR 雷达Block 2

2016年5月，Thales荷兰分公司称，其开发的APAR Block 2改用氮化镓(Ga N)T/R 组件。不仅雷达本身拥有更好的性能，而且也能与IMAST 桅杆系统进行配合。APAR Block 2是基于现有APAR 架构上，透过插入新技术的硬件组合(含前端天线、后端控制与信号处理等)来改善雷达性能。

其主要特点是：

(1)全数字化；

(2)数字波束合成，GaN 的组件；

(3)商用(COTS)技术的处理机柜。

SEA WATCHER100雷达参数如表8所示。

1999年，APAR 开始装舰测试，2002年4月随荷兰海军LCF首舰七省级开始服役，是全世界上首个实用化的有源舰载相阵雷达系统。APAR Block 2尚未正式装备。

表8 SEA WATCHER100雷达参数

3 新一代舰艇低空反导雷达发展趋势

从美军新一代低空反导雷达发展以及欧洲国家同类雷达发展来看，新一代舰艇低空反导雷达的发展趋势如下：

(1)任务多样化，具备对海、低空搜索跟踪、导弹中继等功能。

(2)硬件商用化。原来AN/SPQ-9B 雷达为无源相控阵，其装备价格为960万美元，FXR 雷达目标装备价格不超过3 000万美元，而SPY-6雷达费用约1.7亿美元，必然需要采用大量商用成熟货架技术。APAR Block 2后端处理部分采用现成商用(COTS)技术的处理机柜，提高处理性能并使得后续使用维护更经济。

(3)阵面数字化。随着先进数字信号处理、波形产生、A/D 芯片、数字波束合成技术的发展，相控阵雷达数字化向前端推进，采用数字化成为必然趋势。

(4)构件模块化。模块化的开放式系统软硬件结构可扩展，内部功能软件模块化设计，提高维护水平。

(5)器件新型化。以GaN和SiC 宽频带组件为代表的先进功率器件最近几年迅速发展成熟，并在AN/SPY-6等新型雷达上应用。

4 结束语

本文首先介绍了美军舰艇低空反导雷达在不同阶段的发展历程、装备情况、性能特点等，接着介绍了欧洲典型的舰艇低空反导雷达，最后分析了新一代舰艇低空反导雷达的发展趋势。

新型近程防空反导雷达需应对多种目标和作战场景，实现自适应地形匹配处理、低截获波形、编队协同探测与抗干扰等关键技术，可实现在复杂电磁环境下对反舰导弹、制导炸弹、火箭弹、迫击炮、无人机、潜望镜等威胁目标的有效探测，为软硬武器提供信息保障，为防空舰炮系统、防空导弹系统、有源干扰系统、对陆打击电磁炮等武器提供目标打击信息。

编队作战能力是提升近防雷达发展的重要技术途径，要求新型近程防空反导雷达具备编队信息自协同能力，编队态势感知融合，编队对海探测资源、对空探测资源、对陆探测资源、火力打击资源按需分配，完成编队协同探测和抗干扰，实现编队协同超地平面防空反导，为水面舰艇编队提供快速反导能力和更加强大的抗饱和攻击能力。