相控阵雷达

庄　林

科技的发展不仅改变了人类的生活方式，也不断地改变战争的形态。例如，20世纪初飞机的发明，除了使海洋成为三度空间的战场外，也改变了传统海战的方式，而“舰队防空”也因此拉开了序幕。一个世纪后，虽然舰队防空仍是海战中最重要的一环，然而，已见不到模拟式火炮射控雷达或光学指挥仪的昔日风采，取而代之的是相控阵雷达、垂直发射系统以及高性能的防空导弹。由于相控阵雷达技术与新世纪的舰队防空作战密不可分，因此，有必要先从相控阵雷达开始谈起，如此才能全盘了解舰队防空作战的发展现况与未来趋势。

何谓相控阵雷达

相控阵雷达的种类五花八门，因此在介绍相控阵雷达的优点与工作原理之前，要先说明“什么样的雷达才能够称为相控阵雷达”。从字面上来看，这个雷达必然是由许多小型的发射组件以发射／接收单元的形式排列组成，并以“相位”的原理来操作。然而，这样的解释是不够周全的。因为相控阵雷达与一般传统雷达之间最大的差异在于扫描的方式：一般传统雷达为机械式扫描，而相控阵雷达为电子式扫描。所以，相控阵雷达较为严谨的定义应为：由许多小型的发射组件以数组的形式排列组成，并利用相位原理及电子扫描方式操作的雷达。

相控阵雷达的优点

随手翻开任何一本介绍21世纪作战舰艇的期刊杂志，不难发现一个共同的趋势——全世界新一代的大型水面作战舰艇均采用相控阵雷达作为防空用的“标准配备”。例如，家喻户晓的美国海军“阿利·伯克”级导弹驱逐舰、服役不久的西班牙F-100型护卫舰、挪威F-310型护卫舰、意大利与法国Horizon型导弹驱逐舰、英国T-45D型导弹驱逐舰、德国F-124型护卫舰、荷兰LCF型护卫舰、澳大利亚ANZAC型护卫舰、韩国DX-3型导弹驱逐舰以及美国下一代的DD-21导弹驱逐舰与CVN-21航空母舰等。为什么这些新世纪的水面作战舰艇都采用相控阵雷达呢?与传统的搜索雷达相比，相控阵雷达的确拥有许多优点，其中最主要的有以下五个方面：

能瞬间执行波束的指向：相控阵雷达采用电子式扫描搜索或追踪目标，其雷达波束的指向是以微秒的速度进行，而不像传统的雷达以RPM(每分钟多少转)搜索目标。因此，相控阵雷达的波束指向与目标更新率比一般传统的搜索雷达快成百上千倍。相控阵雷达的瞬间波束指向可形成一个防护罩，保护舰艇免于遭受来自空中的威胁。

能免除机械方面的误差：传统的火控雷达追踪目标时，是借由一组“反馈伺服系统”控制雷达波束的方位与仰角，以保持与目标同步。当目标以直线等速运动时，“反馈伺服系统”尚可提供令人满意的追踪状态，然而，当目标急速转向或在速度方面急剧变化时，由于伺服控制系统跟不上目标的运动变率，于是就会产生机械方面的误差而无法持续地追踪目标。另外，“反馈伺服系统”本身是由许多伺服马达与回授控制线路组成，因此，机械发生故障也就在所难免。

能执行多重模式操作：除了具备瞬间波束指向的优点外，相控阵雷达还可以执行远、中、近距离与高低仰角的搜索；目标分类、识别与高低仰角的追踪；高仰角弹道导弹的拦截、掠海反舰导弹的拦截以及防空导弹初期与中程的导引等任务。因此，说它是一部“万能雷达”一点也不为过。

能同时执行多目标处理：由于具有高速的目标更新率，以及防空导弹初期与中程导引的能力，相控阵雷达除了能追踪大量的目标外，还能从容应付多目标之饱和攻击。例如，AN／SPY-1D相控阵雷达即可在同一时间追踪200个以上的目标，并可同时导引“标准”二型防空导弹接战其中16个最具威胁的目标。

能有效对抗电子干扰：与传统的雷达波束相比，相控阵雷达具有极窄的波束与极低的旁波瓣，以及脉波压缩信号处理的技术。除了“跳频”的功能外，相控阵雷达能在电子干扰环境下执行“被动干扰追踪”、“烧透”、“主波束消除”以及“旁波束消除”等自动调适的电子反制能力，因而能够有效地对抗电子干扰。

新世纪相控阵雷达

新一代防空作战舰艇均采用相控阵雷达作为防空用的标准配备。然而，这些相控阵雷达的工作模式与能力是不尽相同的。例如，有的相控阵雷达是旋转型的，有的是固定式的；有的是使用“移相器”的被动式相控阵雷达，有的是使用“T／R模块”的主动式相控阵雷达。最先进的相控阵雷达为使用“T／R模块”的主动式相控阵雷达。目前，全世界已有四种主动式相控阵雷达，分别为英国的“萨姆帕”雷达、荷兰的“阿帕”雷达、日本的FCS-3雷达以及美国的AN／SPY-3雷达。

英国“萨姆帕”雷达：由英国“宇航”公司研发制造，为惟一“旋转式”的主动式相控阵雷达。

“萨姆帕”雷达由两面数组天线组成，扫描率为30rpm，每面数组天线约有2600个功率10W的“T／R模块”，所以每面天线的发射功率约为26kw。“萨姆帕”雷达的最大侦测距离为250公里，能同时追踪500个空中目标，并能同时接战其中12个最具威胁的目标。“萨姆帕”雷达将配备英国海军最新的T-45D型导弹驱逐舰上，并搭配垂直发射系统与“阿斯特”-30型区域防空导弹。值得一提的是，由于“T／R模块”重量轻及不需要导波管等优点，“萨姆帕”雷达可安置于桅顶，如此便可获得水平面的最大侦测距离。

荷兰“阿帕”雷达：为一固定式的主动式相控阵雷达。1993年，荷兰、德国及西班牙三个国家签订发展合约，共同出资，并由荷兰电信公司负责研发制造，作为三国共同护卫舰计划中的防空雷达。“阿帕”雷达由四面数组天线组成，每面数组天线约有3400个“T／R模块”。由于频率较高，目标分辨率较佳，但由于雷达波长较短，故最大侦测距离(150公里)不如“萨姆帕”雷达。该雷达能同时追踪250个空中目标，并能同时接战其中16个最具威胁的目标。“阿帕”雷达配备在德国海军F-124型护卫舰及荷兰海军LCF型护卫舰上，并搭配垂直发射系统与“标准”二型区域防空导弹。

日本FCS-3雷达：由日本三菱公司研发制造，为世界上第三部主动式相控阵雷达。FCS-3雷达于1986年开始陆上测试，1995年安装于测试舰“飞鸟”号后开始执行海上测试。在FCS-3雷达先期研发阶段时，曾考虑使用单面、旋转型天线，最后在经济与性能的比较下，仍选择使用性能较佳的四面固定式数组天线。FCS-3雷达每面数组天线约有1800个“T／R模块”。由于此型雷达正在测试阶段，有关其侦测距离、目标追踪数量以及未来将搭配何种防空导弹等情报，目前尚不得知。

美国AN／SPY-3雷达：为了对付未来的空中威胁(如战术导弹、掠海飞行的超音速反舰导弹以及无人飞行载具)，美国雷声公司已经开始为美国海军下一代的导弹驱逐舰与航空母舰量身打造最先进的AN／SPY-3主动式相控阵雷达。此型雷达的操作频段为x波段，使用三面固定式的数组天线来涵盖360度方位，每面数组天线约有5000个“T／R模块”。由于采用x波段，AN／SPY-3雷达拥有极佳的目标鉴别率，因此本身就可以胜任导弹导引的工作，无须另外加装照明雷达。然而，同其它的x波段雷达一样，AN／SPY-3雷达也有侦测距离较短的缺点。因此，远距离的目标侦测则交由另一座长距离空搜雷达负责。AN／SPY-3雷达将配备美国海军下一代的DD(x)型导弹驱逐舰。与美国现役的驱逐舰相比，DD(x)型导弹驱逐舰的特点为人员编制少、隐身性能佳、攻击火力强。由于DD(x)的侦察系统、武器系统以及动力系统等均采用整合型的自动化操作，所以人员的需求可降至最低。以DD-21型为例，人员编制为95人，但现役的“阿利·伯克”级导弹驱逐舰人员编制则为330人。换句话说，新一代的DD(X)型导弹驱逐舰将可为美国海军省下大笔的人事费用。在武器系统方面，DD(x)配备有“战斧”巡航导弹、“标准”三型防空导弹、改进型“海麻雀”防空导弹以及“先进型舰炮系统”。其中，“先进型舰炮系统”的两门155mm舰炮可在1分钟内发射12枚GPS制导的远距离攻陆型炮弹，每枚炮弹的最大射程可达360公里。DD(x)的排水量约12000吨，最大速度30节。第一艘DD(x)于2005年建造，2013年服役。

由以上相控阵雷达与舰队防空作战的探讨，可以归纳出以下几点：(1)主动式相控阵雷达的时代已经来临，而被动式相控阵雷达正准备走入历史；(2)相控阵雷达将主宰21世纪的舰队防空作战，谁能拥有最先进的相控阵雷达，谁就能掌握局部的制空权；(3)面对饱和攻击，若没有相控阵雷达、垂直发射系统与区域型防空导弹，就没有战场存活率可言；(4)没有相控阵雷达的海军，永远无法成为第一流的海军。