傳統(tǒng)雷達(dá)與相控陣?yán)走_(dá)之區(qū)別

對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，相控陣?yán)走_(dá)非常耳熟，但它的原理又是什么呢？

傳統(tǒng)雷達(dá)與相控陣?yán)走_(dá)之區(qū)別

要說(shuō)相控陣?yán)走_(dá)的原理，就不得不提一下傳統(tǒng)雷達(dá)的工作方式。影視中，如果非要出現(xiàn)雷達(dá)畫面的話，傳統(tǒng)雷達(dá)就是最好的道具，因?yàn)閭鹘y(tǒng)雷達(dá)動(dòng)感十足，快速旋轉(zhuǎn)的天線便于營(yíng)造緊迫感。

傳統(tǒng)機(jī)械式雷達(dá)通過(guò)不停轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)掃描目標(biāo)

雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)距離的原理：雷達(dá)波從發(fā)射到從目標(biāo)返回的總時(shí)間，乘上光速，等于目標(biāo)距離的兩倍。

傳統(tǒng)雷達(dá)依靠360度旋轉(zhuǎn)來(lái)掃描目標(biāo)，而相控陣?yán)走_(dá)與它的區(qū)別是，絕大多數(shù)相控陣?yán)走_(dá)都是不動(dòng)的，既然不動(dòng)，那它又是如何掃描不同方向的呢？

答案是，相控陣?yán)走_(dá)不是“一個(gè)雷達(dá)”，本質(zhì)上，它是很多個(gè)“傳統(tǒng)雷達(dá)”的共同體。

相控陣?yán)走_(dá)的天線

很容易就能發(fā)現(xiàn)，相控陣?yán)走_(dá)的天線由無(wú)數(shù)個(gè)小單元天線組成，這些小單元天線叫做“陣元”，對(duì)于有源相控陣?yán)走_(dá)來(lái)說(shuō)，每一個(gè)陣元都是獨(dú)立控制的，它們既能獨(dú)立發(fā)射雷達(dá)波，也能接收雷達(dá)波的回波信號(hào)。

相控陣?yán)走_(dá)不但不動(dòng)，而且天線陣列也是平面的，那奇怪了，它到底是如何調(diào)整掃描方向的？顧名思義，“相控陣”就是控制每個(gè)陣元產(chǎn)生電磁波的相位與幅度，以此強(qiáng)化電磁波在指定方向上的強(qiáng)度，并壓抑其他方向的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)讓電磁波束的方向發(fā)生改變。

相控陣?yán)走_(dá)掃描不同方向動(dòng)畫示意圖

這就是相控陣?yán)走_(dá)的基本工作原理，人們常把傳統(tǒng)機(jī)械式掃描雷達(dá)比喻為“個(gè)體戶”，而把相控陣?yán)走_(dá)說(shuō)成是“合作社”。人們還把它說(shuō)成是21世紀(jì)的雷達(dá)，是否裝配相控陣?yán)走_(dá)也是第四代戰(zhàn)斗機(jī)一個(gè)非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。而很多第三代機(jī)，把老式雷達(dá)改裝成相控陣?yán)走_(dá)后，戰(zhàn)斗力迅速提高。

F-16裝上相控陣?yán)走_(dá)后，火雞變鳳凰

下面，我們就來(lái)看看，相控陣?yán)走_(dá)有哪些先進(jìn)之處。

沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)

相控陣?yán)走_(dá)因?yàn)槭∪チ苏麄€(gè)天線的機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以它的可靠性非常高，平均無(wú)故障時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)雷達(dá)。另外，相控陣?yán)走_(dá)的思想有點(diǎn)兒類似于互聯(lián)網(wǎng)，某些節(jié)點(diǎn)壞了不影響整體功能的使用，數(shù)百個(gè)或上千個(gè)陣元中，就算有百分之十的陣元損壞，相控陣?yán)走_(dá)依然可以使用。

分身有術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)是否強(qiáng)大，跟“陣元”是否先進(jìn)和陣元數(shù)量的多少有很大的關(guān)系。陣元的數(shù)量可以是幾百個(gè)，也可以是上萬(wàn)個(gè)，像美國(guó)的“鋪路爪”陸基相控陣預(yù)警雷達(dá)，就有15360個(gè)能發(fā)射電磁波的陣元和2000個(gè)不發(fā)射電磁波的陣元。15360個(gè)陣元分成96組，與其他不發(fā)射電磁波的輻射器搭配起來(lái)，本質(zhì)上相當(dāng)于96部雷達(dá)的組合體。

美國(guó)的“鋪路爪”長(zhǎng)程預(yù)警雷達(dá)，主要用于監(jiān)視彈道導(dǎo)彈，它可以探測(cè)導(dǎo)彈的彈道、發(fā)射點(diǎn)，計(jì)算出彈著點(diǎn)的位置。同時(shí)，它還可以用于監(jiān)視和探測(cè)太空中的衛(wèi)星。

正是因?yàn)橛蟹浅６嗟年囋?，軍艦面?duì)敵方導(dǎo)彈的飽和攻擊時(shí)，可以把所有陣元分成若干組，每一組分別跟蹤和對(duì)付一個(gè)目標(biāo)。我們經(jīng)常聽(tīng)到某種戰(zhàn)機(jī)或者軍艦?zāi)芡瑫r(shí)對(duì)付多少個(gè)多少個(gè)目標(biāo)，其實(shí)，這其中的大部分功勞主要是屬于戰(zhàn)機(jī)或者軍艦上的相控陣?yán)走_(dá)。

F-35戰(zhàn)機(jī)配備的AN / APG-81相控陣?yán)走_(dá)，既可以跟蹤空中的目標(biāo)，還能監(jiān)視地面上坦克和車輛，以及海面上的船只。

快速切換

蜻蜓的復(fù)眼

蜻蜓的眼睛又大又鼓，占據(jù)著頭部的絕大部分，它是世界上眼睛最多的昆蟲(chóng)之一，由上萬(wàn)只“小眼”組成，蜻蜓的視力很棒，還能向上、向下、向前、向后看而不必轉(zhuǎn)頭。

相控陣?yán)走_(dá)跟蜻蜓的復(fù)眼有相似之處，每一個(gè)陣元相當(dāng)于蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里，雷達(dá)就是會(huì)發(fā)射和接收電磁波的鐵家伙，但是其實(shí)，人類的眼睛又何嘗不是這樣？人的眼睛依靠接收可見(jiàn)光這種電磁波從而看見(jiàn)東西，而雷達(dá)，本質(zhì)上就是“人著眼”，它是戰(zhàn)機(jī)、軍艦和衛(wèi)星的眼睛，沒(méi)有雷達(dá)，拳頭再硬也無(wú)用武之地。

傳統(tǒng)雷達(dá)像人類的眼睛，估計(jì)還是獨(dú)眼龍那種，想看到左邊，就得把頭扭向左邊；而相控陣?yán)走_(dá)，相當(dāng)于蜻蜓的復(fù)眼，看左邊和右邊都不用扭頭。這樣的好處是，相控陣?yán)走_(dá)探測(cè)和跟蹤目標(biāo)的速度極快，如果要調(diào)整100度的方向，普通雷達(dá)因?yàn)橐D(zhuǎn)動(dòng)，大約需要1秒，而相控陣?yán)走_(dá)所需時(shí)間不到1毫秒。

它是雷達(dá)界的全能冠軍

在過(guò)去，軍艦上安裝有不同種類的雷達(dá)，體積龐大、重不說(shuō)，另一個(gè)麻煩是干擾，常常是，一種雷達(dá)工作時(shí)，另一種雷達(dá)就會(huì)受到干擾，嚴(yán)重的甚至不能同時(shí)工作。

由于相控陣?yán)走_(dá)由電腦控制，所以它的方位指向和波段切換速度極快，能夠同時(shí)完成對(duì)空、對(duì)地、對(duì)海不同目標(biāo)的探測(cè)，如此的話，它可以把原來(lái)需要多種不同種類雷達(dá)才能完成的任務(wù)一下子接過(guò)來(lái)，實(shí)現(xiàn)火控雷達(dá)、搜索雷達(dá)、預(yù)警雷達(dá)等合而為一。另外，相控陣?yán)走_(dá)還可以進(jìn)行戰(zhàn)機(jī)間通信，如果集中波速，可以對(duì)敵實(shí)施電磁干擾戰(zhàn)。

相控陣?yán)走_(dá)可以在1秒內(nèi)關(guān)機(jī)，1秒內(nèi)開(kāi)機(jī)，好處是，當(dāng)軍艦遇到依靠雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行引導(dǎo)的“反雷達(dá)導(dǎo)彈”時(shí)，可以迅速地把朝向來(lái)襲導(dǎo)彈方向的雷達(dá)關(guān)機(jī)，同時(shí)，其他方向的雷達(dá)保持開(kāi)啟。

智能蒙皮

相控陣?yán)走_(dá)由多個(gè)獨(dú)立的收發(fā)陣元組成，未來(lái)技術(shù)成熟后，這些陣元可以分散到機(jī)身各處，與機(jī)身徹底融為一體，這就是戰(zhàn)機(jī)的智能蒙皮，它能讓飛機(jī)的機(jī)身更緊湊，進(jìn)一步減少風(fēng)阻。

預(yù)警機(jī)背著一個(gè)“大圓盤”，這是不得已而為之。未來(lái)智能蒙皮成熟后，大圓盤或許不再存在。

以上，人們把相控陣?yán)走_(dá)說(shuō)成是21世紀(jì)的雷達(dá)，并把它作為第四代戰(zhàn)機(jī)最重要的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一，實(shí)在是一點(diǎn)不為過(guò)。

審核編輯 ：李倩