美国新一代战斗机雷达和电子战系统的技术发展

美国新一代战斗机雷达和电子战系统的技术发展[摘要] 面对不断发展的防空系统，美国F-22和联合攻击战斗机(JSF)等新一代战斗机十分重视隐身能力，并采用了先进的雷达、电子战系统和传感器融合技术。关键词机载雷达 无源定位系统 电子战系统 传感器融合1 机载雷达F 22战斗机使用的主要传感器是APG-77低截获概率(LPI)雷达和ALRO4无源接收系统，它能够以无源的方式探测到460km以外的目标，低截获概率雷达则可以在220km外发现目标。APG~7同时具备搜索、干扰和通信功能，它采用了由大约1200个收发(TR)组件构成的有源电子扫描阵，每个TR组件如同成人手指般大小。低截获概率能力是APG~7最显著的特点，由于传统的雷达报警接收机／电子支援措施(RWIL／ESM)系统很难探测到LPI脉冲，所以F 22能在装备RWR／ESM的敌方目标毫无察觉的情况下，对其进行有源雷达扫描。APG~7可以快速地改变脉冲的频率和波形，相当于几部独立的雷达同时工作，同时它不像普通雷达那样在窄频带内辐射高功率脉冲，而是利用扩谱传输技术在宽频带上辐射低功率脉冲。APG~7雷达还采用了先进的“非协同目标识别”(NCTR)技术，可通过产生一个窄波束和应用逆合成孔径雷达(ISAR)处理生成高清晰图像。与F．22相同，JSF也采用了低截获概率模式的电子扫描阵列雷达。未来，机载雷达将呈现出如下发展趋势：1．1 采用电控相控阵未来战斗机雷达将大量使用电控相控阵。目前，单片微波集成电路(MMIC)在军事上最重要的用途是用于相控阵的TR组件。随着TR组件的输出功率不断提高，采用砷化镓MMIC TR组件的有源相控阵将极大地改进未来战斗机上的雷达，相控阵技术使得低截获概率雷达的设计得以实现。就旁瓣特性而言，现有雷达能够做到旁瓣比主瓣低40～50dB，而采用6、7和8比特的相位和幅度控制就能做得更低。现有雷达改变天线方向图需要几毫秒的时间，而采用适当的TR组件设计可使时间缩短到以前的千分之一。电控相控阵的可靠性比机械扫描的天线要高几个数量级，所以整个系统失效的可能性几乎不存在。如果将相控阵用作数据链路天线，它能以每秒几百兆比特的速率将数据传送到几百公里以外，从而能对超视距导弹进行远距离制导。1．2 提高探测能力和运算能力未来2O年中，战斗机机载雷达完全有可能实现精度达到英寸级的三维地面成像，探测到地空导弹系统、防空高炮平台、坦克等地面军事设备。未来机载雷达还将具有强大的运算能力，结合逆合成孔径技术所具有的测量运动目标形状的能力，可使战斗机从所测得的形状中识别出目标。目前正在研究的空时自适应处理算法能够消除地杂波对低空雷达的影响。：}：转自《国防科技》2oo1年10月朱松“美国新一代战斗机雷达和电子战系统的技术发展”。维普资讯 http://www.cqvip/.

2 无源定位系统和隐身技术 3 电子战系统2．1 无源定位系统过去10年无源测距技术有了长足发展，采用差分多普勒(DD)和到达时差(DTOA)技术的接收机，能够在几秒内测出固定或移动目标的距离和方位，这就使战斗机不需辐射信号就能对远距离辐射源目标进行攻击。美国F一22战斗机上的ALR-94是目前最先进的无源系统，它能在各个频段提供360。覆盖，对前方区域还能提供方位和仰角数据。ALR一94有两种工作模式：一是在敌机用雷达对F-22进行搜索时，抢先发现对方并进行跟踪和识别，引导APG-77雷达的探测方向，使雷达以2。×2。的方位和仰角精度探测目标。根据目标的威胁等级，雷达可以调整脉冲功率和数量，最有效地跟踪目标。二是用于对付近距离高威胁等级的辐射源。如果敌方雷达开机，则ALR一94能够提供导弹攻击所需的全部信息，引导空空导弹实施反辐射攻击，反之则由雷达提供距离和速度数据，引导导弹攻击。2．2 隐身技术为了提高隐身性能，F-22在设计上主要采取了以下措施：·改变飞机外形，减小雷达反射面积；·采用隐身材料，如涂敷名为“轻便大衣”的红外涂料，同时在机翼翼端大量涂敷宽带雷达吸波材料。·采用辐射控制系统，辐射控制系统将F-22周围的空域分成了不同的区域，如果在外层区域发现有雷达探测F-22，由于距离较远，辐射控制系统并不将其列为威胁，也无需打破雷达静默。如果目标进入到“态势感知”区，辐射控制系统就自动转换到另一种辐射控制设定，对目标进行跟踪，但依然处于隐身状态。下一个区域是需要飞行员决定是否交战或规避区域。这个区域是敌方目标能够探测到F-22的区域。F-22战斗机对传统电子战方法进行了重大改进，曾经被认为是防御性的无源系统，现在成了探测、跟踪甚至攻击目标的设备；而有源雷达尽管仍是主要传感器，但应用大大减少。F一22上没有专用的干扰设备，其APG-77雷达同时具有跟踪、干扰、通信等功能。F-22利用雷达等传感器和计算机存储器识别敌方的雷达信号，确定敌方雷达锁定目标所需要的时间，并在适当时间实现干扰，此时APG-77将分出若干TR组件在某个频率范围内产生大功率干扰窄波束。在F-22上，APG-77雷达、电子战设备以及通信、导航和敌我识别器(IFF)将形成一个一体化系统，这种一体化的干扰、通信 导航和IFF天线以及雷达报警接收机均安装在飞机机翼的灵巧蒙皮下。该系统还安装有100多条指令的计算机程序。目前，美国还在进一步改进F-22和JSF的电子作战能力。美空军正在发展的一种改进型F一22，它可以定位、识别和攻击敌方跟踪雷达。五角大楼正在研究JSF突人敌方防空领域近距离干扰敌方雷达和重要通信设施的可行性，以替代目前由EA-6B飞机执行的电子战任务。洛克希德·马丁公司的一种JSF改进机型安装了一部雷达干扰设备，可干扰远程预警雷达等宽带、大功率雷达和各种通信链路。4 传感器融合技术新一代战斗机尽量采用高性能传感器和高速运算设备，以期实现传感器融合，使管理各传感器的工作交由飞机的系统软件完成，飞行员不需要再对来自各传感器的信息进行综合和分析，可以专心从事飞行以及战术任务。F-22和JSF均采用了大型的中央处理器。F一22采用了两个CIP (下转第73页)

“宝石台”传感器的综合化 73(AWACS)来配合攻击。另两套设备可以完成侵入和SEAD任务。将天线组合系统分成子阵列，可以采用大量子阵列进行护航干扰，其他阵列可用于确定目标。航空电子系统功能的多样性和其中传感器系统的多样性给科学和技术界带来了许多问题。如成本、体积、重量、可靠性和操作优势等方面的潜在好处证明了一个用以验证某种理论和技术的综合化传感器系统详细设计计划是正确的。虽然由于技术方面的原因(可能软件多于硬件)最终可获得的综合数量可能受到限制，但是显然，将所牵涉到的各种技术结构和功能结构都包含进来加以考虑的统一系统设计方案是必须的。(上接第55页)(通用集成处理器)，并预留了一个CIP位置。CIP每秒能够处理7亿条指令，比F-15E飞机上最先进的处理器快约100倍。CIP是全机综合航空电子系统的核心，其强大的功能使传统上由硬件完成的任务可以通过CIP上运行的软件完成，允许将所有雷达、电子战和识别传感器数据以及通信、导航、武器和系统状态等数据进行综合，形成融合的信息，并通过多功能显示器显示。在F-22战斗机上，来自APG-77、ALR-94和数传系统的数据依据方位、仰角和距离进行综合，形成一个跟踪文件，实现从最合适的传感器上读出有关目标信息。比如，无源系统可以提供最佳方位数据，雷达则能提供最精确的距离信息。CIP软件根据辐射控制原则对APG-77雷达实施控制，使雷达信号的强度、持续时问和辐射空间能最有效地满足飞行员的态势感知要求，同时雷达信号被截获的概率最小。目标距离越远，APG-77雷达对其关注就越少，目标较近时进行识别并给出优先等级，目标进入交战范围或需要采取规避措施时才对其进行连续跟踪。F-22配有两个数据传输系统，一个采用标准的VHF／UHF频率，另一个称为飞行间数据链，是用于近距离链接其它飞机的LPI链路。飞行间数据链能够在F-22飞机之间实现雷达数据共享。JSF在进攻和防御模式下均将对合成孔径雷达和光电系统进行融合。该机的多功能前视阵列在功能上与F-22的APG-77雷达相当，光电系统由前视红外瞄准系统和分布孔径红外系统组成。前者用于对目标进行定位和辅助识别，目的是将合成孔径雷达成像和红外成像进行融合，实现以最低的辐射自动探测和识别目标，它还可用作远距离红外搜索跟踪系统探测空中目标，另外也能识别空中目标。分布孔径红外系统由一组凝视焦平面阵传感器组成，其主要功能是为飞行员提供视频信号、导弹告警、探测空中威胁等。

从第4代到第5代看F-22A的变化一直以来，美国使用和前苏联不同的战斗机划代标准：举例来说，美国第1代战斗机的代表有F－86，俄罗斯1代战斗机代表有MIG－15；美国第2代战斗机的代表有F－4，俄罗斯第2代战斗机的代表有MIG－21；美国第3代战斗机的代表有F－15，而俄罗斯第3代战斗机的代表为MIG－23；美国第3．5代战斗机的代表是F／A－18E／F；接下来美国第4代战斗机的代表包括了F－22A，俄罗斯的第4代战斗机代表为SU－27；因此俄罗斯把SU－27之后的SU－37称为4．5代；而俄罗斯最新的MIG－I．44验证机则被其称为第5代战斗机的代表。但是在2005年底，当F－22A正式服役时，其生产商洛克西德马丁公司和美国空军突然称其为第5代战斗机，这一事件耐人寻味。以下是洛克西德马丁公司的新闻稿节选：MARIETTA, Ga., December 15, 2005 -- Lockheed Martin’s [NYSE: LMT] F-22A Raptor, the world’s only 5th generation fighter aircraft, surpassed a monumental milestone today when the United States Air Force declared that the Raptor has reached initial operational capability. 那么是什么原因促使美国军方改变F－22A的划代标准的呢？之前西方一般以超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性、短距起降这5个标准（也有以前4个标准）来判断是否为第4代战斗机，如今美国军方把F－22A划分为第5代战斗机最有可能的原因是技术上突破了以上5个标准的框架。那么F－22A的这个突破点在哪里？目前看来似乎并不在传统机体性能上，也就是说是在F－22A的航电系统上有了质的飞跃。在2002年的《美国空军》周刊上提到美国空军正在升级F－22A的AN／APG－77主动相控阵雷达，美国《Aviationnow》2003年2月20日则报道F/A-22是第一种具有综合航空电子组件，且该组件还同APG-77雷达和电子战系统相链接的飞机，从这两篇文章中我们似乎可以证实F－22A的航空电子系统的升级使其具备了一种新的强大的电子作战手段。现在的问题是这种电子作战手段到底是什么？AN／APG－77一直被认为是F－22A核心战斗力的来源之一，《航空周刊与航天技术》2005年报道美国空军下一代战斗机F/A-22和F-35的雷达能执行情报搜集、侦察和直接进行攻击敌方电子设备的任务。由于AN／APG－77性能如此强大，以至于F－22A可以采用其直接通信，而且这种雷达还具有探测、电子干扰和定向能武器的功能，甚至于搜集敌方通信的信号特征，发出错误和混淆数据进入它们的网络系统，发起病毒攻击。事实上F－22A生产型所装备的可能比基本型AN／APG－77要更加先进，因为《防务新闻》2005年的一则报道中说明诺斯罗普格鲁曼公司交付了F-22新一代改进型有源相控阵雷达AN/APG-77(V)1，其融合了AN／APG-81和AN／APG-80的先进技术。事实上现在看来，美国空军对于AN／APG－77的攻击能力一直在高度关注，《航空周刊与航天技术》2005年曾报道美空军参谋长江珀（John Jumper）在评论AESA雷达与高功率微波（HPM）武器（用于防御地-空导弹）的关系时说：“二者非常相似。”在使用有源相控阵通信方面，《防务新闻》2006年初报道，在过去两年中，美国军方一直在验证有源相控阵雷达通信技术，在采用AN／APG－77和通用数据链（CDL）调制器之间进行传输，证明F-22和F-35可以在数秒钟时间内发送和接收大容量的非压缩数据，如合成孔径雷达的图像数据。此外，通过英国《防务新闻》2005年的一篇文章中提到F/A-22将成为网络中心战的一个重要节点，诺斯罗普格鲁曼公司通过CNI为F/A-22提供了增强的能力，诺其罗普格鲁曼公司表示：F/A-22正在扩展的信息能力将提高飞行员运用无与伦比的战场空间感知来攻击目标的能力。该项目不仅将降低CNI系统的成本，而且将改善互操作能力及分享其它飞机所获信息的能力。而且作为网络中心战一部分的F－22A具有前所未有的指挥控制能力，早在2003年《航空周刊》就刊登文章证实，在空中统治者（Air Dominator）计划中波音为F/A-22装备了采用机翼扭曲技术的无人机，并两次试飞成功。这些都说明F－22A的航电系统允许其在网络中心战中发挥极为重要的作用。所以，正是由于F－22A电子系统的进步，使其具备了空中作战的革命性发展，正如F／A－18E／F在电子系统方面的进步而被美国海军重视一样，美国空军改变F－22A划代标准的奥秘很有可能在于F－22A的航电系统。