书城科普读物探究式科普丛书-天空的眼睛:雷达
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第5章 天罗地网——军用雷达(2)

(4)航行雷达

蔚蓝的天空对于飞行员来说远没有看上去那么平静。天有不测风云,在飞行中随时都会遇到险情,雷电、乌云、大气湍流、高耸入云的山峰等,每一个这样的险情都有可能造成机毁人亡,所以飞机需要一种航行雷达才能避开险情。

机载航行雷达密切关注着载机前方的气象状况、空中目标和地形地物,让飞机一路平安地准时航行。有一类专门用来保障各种飞机低空、超低空飞行安全的航行雷达,叫做地形跟随雷达或地物回避雷达,它通常被装在执行低空突防任务的飞机上,好让飞机可以贴地疾飞。地形跟随雷达与计算机和飞行控制系统配合,随时控制飞行高度随地形起伏变化,使飞机始终和地面之间保持一定的安全高度。地物回避雷达可以为飞行员探测出那些在选定高度之上的所有地面障碍物的分布情况,显示在显示屏上,为飞行员提供回避信号,使飞机灵巧地绕过那些障碍物,保证飞行安全。只要利用工作转换开关,上述两种雷达可以根据飞行出现的具体状况交替使用。另外还有一种专门用于测定载机的偏流角和地速的航行雷达,飞机飞行时,哪怕是稍微改变飞行方向和速度都会被这种雷达感测出,它被人们称为多普勒导航雷达。这种雷达可提供导航和轰炸所需的一切数据,通常被装在轰炸机和运输机上。

(5)机载预警雷达

预警机到底靠什么来料敌先机、运筹帷幄?靠的就是机载预警雷达。它是预警机上的主要电子设备,是空中警戒和指挥引导,空中交通管制全都靠它。它已成为现代防空体系的一个灵魂,比地面对空情报雷达优越得多,预警机所到之处,不再有盲区,任何低空、超低空目标在它的巨大视野范围里都无所遁形,它的机动性还很强。前几年美国强行阻止了以色列向中国出售的远程空中预警机,就是怕这种飞机会对美国远东军事基地形成巨大威胁,由此可见预警机的重要性。

我们已经知道,预警机在战争中有如此重要的地位,那么它是怎么诞生的呢?早在1938~1939年,当时德国潜艇威胁着英国的海上运输线,为了突破德国潜艇的封锁,英国首先有针对性地研制出了第一批ASV米Ⅱ型机载对海搜索雷达和AI型机载截击雷达。随后,英国和美国也跟着研制出微波轰炸雷达,并于1942~1943年先后成功投入使用,这大大提高了盟军轰炸的精度。20世纪50年代中期至60年代,机载雷达采用单脉冲角跟踪、脉冲压缩和合成孔径等新技术,它的分辨率和测量精度更高、抗干扰能力更强、作用距离更远、应用范围更广。

控制着机上的火炮或投弹瞄准,制导所有机载空空导弹或空地导弹。

接着出现了气象、地形跟随、地物回避等雷达。70年代,数字电子计算机和脉冲多普勒技术让机载雷达如虎添翼,使雷达的信息处理、抑制地(海)面杂波和自适应等能力有了一个飞跃发展,并又开发出了较完善的机内自检系统和故障隔离装置。

我国也是从20世纪50年代开始在空军中装备机载雷达,60年代进入机载雷达研究领域,自行设计和研制出单脉冲体制机载截击雷达和轰炸雷达。70年代,我们在机载雷达领域里又更上一层楼,研制了多种体制和多功能的机载雷达。

如今,科技发展日新月异,电子技术的发展和战术要求也发生不断变化,机载雷达的作用距离也将更远、目标分辨率和识别能力更强、抗干扰能力和可靠性等方面将进一步发展。同时,能搜索、跟踪多个目标和具有多种功能的机载相控阵雷达也将获得较为广泛的应用。机载雷达的小型化、自动化程度和自适应能力也将进一步提高。

第四节海上神眼——舰载雷达

1.话说舰载雷达

面对无边无际的浩瀚大海,对于人类来说十分庞大的舰队在大海中也会显得微不足道。在早期的海战中,我们经常可以看到了望手站在高高的桅杆上拿着望远镜眺望远方来取得舰艇周围的信息,那时的火炮也只能用肉眼瞄准。自从雷达出现以后,这一切都改变了,海军的“视力”突然增长了几十倍。在第二次世界大战中,美国海军就是靠装备了日本没有的雷达,以高出日本几十倍的火炮命中精度而一举重创日本海军。

凡是装备在军舰上的雷达都叫舰载雷达。在它的探测和跟踪下,海面和空中只要出现目标,就会被舰艇上的武器系统精确打击摧毁。

有了舰载雷达,战斗机就可以在舰艇上顺利地飞行和着舰;有了它,舰艇安全航行和战术机动等都有了巨大的保障。

2.舰载雷达的分类

相对于飞机而言,舰艇有更为宽裕的空间来装备更专业的雷达设备,所以舰载雷达一般专业性比较强。舰载雷达按战术用途不同,可以分为七大类:

(1)警戒雷达。有对空警戒雷达和对海警戒雷达,用于发现和监视海面、空中目标,与敌我识别系统相配合判定目标的敌我属性,给导弹制导雷达和提供目标指示等。对海警戒雷达通常还具有抑制海浪杂波的能力,可用于探测低空、超低空飞机和掠海飞行的反舰导弹。

(2)导弹制导雷达。有舰舰导弹制导雷达和舰空导弹制导雷达,用于跟踪海面和空中目标,为导弹武器系统的计算机或射击指挥仪提供目标的坐标和运动数据,并配合导弹武器系统控制导弹飞行。

(3)炮瞄雷达。用于跟踪海面和空中目标,为火炮射击指挥仪或火控计算机提供目标的坐标数据和炸点偏差数据,以控制射击。

(4)鱼雷攻击雷达。用于搜索、跟踪海面目标,为鱼雷攻击指挥仪提供目标的坐标和运动数据,以控制攻击。

(5)航海雷达。用于观测岛岸目标,以确定舰位,并根据航路情况,利用计算机进行避碰解算和显示,引导舰船安全航行。有些航海雷达还配有询问器,能与直升机上的应答器协同工作,以指挥引导舰载直升机的飞行。

(6)舰载机引导雷达。用于对舰载机进行指挥引导。

(7)着舰雷达。一般装在航空母舰上,用于在复杂气象条件下引导舰载机安全着舰。

各种舰艇上装备的雷达种类和数量是很不一样的,这完全取决于各个舰艇不同的战斗使命、武器装备和吨位大小。通常在小型战斗舰艇上一般装有1~2部雷达;而在大、中型战斗舰艇上装备的雷达数量会多达10多部,有的竟多达20余部。雷达是一种电子设备,为减小舰艇上各个雷达之间和雷达与舰上其他电子设备之间的相互消极的干扰,必须给各个不同的雷达条理地制定一个合理分配频率、统筹每个雷达天线布局以及采取有效的屏蔽、滤波等电磁兼容性措施。这种舰载雷达通常被安装在高高的桅杆上或一个专设的平台之上。比如担任对海、对低空警戒任务的雷达天线,就是安装在桅杆的最顶部,以最大限度地增大探测触角能延伸的距离。舰载雷达天线多采取了一种纵横摇机械稳定或波束指向校准的方法,以减少舰艇在水面摇摆对雷达性能产生的不利影响。为适应海洋环境,舰载雷达还具有良好的防潮、防霉、防烟雾等一系列性能。

第五节战地“望远镜”——炮瞄雷达

1.什么是炮瞄雷达?

每当空袭来临时,地面防御系统就会启动高射炮火,精准地打击来犯敌机。高射炮之所以能打击来犯之敌机,全靠它有炮瞄雷达,这是地面上的防御力量,用来自动跟踪空中目标、测定目标坐标,并通过指挥仪控制高射炮瞄准射击的一种雷达,它又称作火炮控制雷达,是高射炮系统的重要组成部分。

炮瞄雷达一般都具备强大的搜索和跟踪目标的能力。

由于射击距离近,雷达波束窄,炮瞄雷达不能搜索目标,通常先要根据目标指示雷达提供的情报来锁定搜索目标,在必要的时候,也要求它有自行搜索目标能力。它用一种方向性很强的特殊天线,向着空中目标定向发射针状波束和接收目标回波信号。在发现目标后,它将立即转入自动跟踪,使天线轴对准目标。如果运动目标偏离天线轴方向后,它又会产生准确的方位角和高低角误差信号。误差信号立刻作用于天线控制装置,使天线轴又迅速转向瞄准目标。

在这个自动跟踪过程中,炮瞄雷达会连续不断地测出目标的精确方位角、高低角和距离,并将这些坐标数据迅速传给指挥仪,从而控制高射炮瞄准来犯目标进行射击。

炮瞄雷达的电波在厘米波段或更高的波段上工作,测定目标坐标的精度非常高,跟踪速度十分快,反应时间也非常短,它的机动性能颇佳。按角度跟踪的不同方式,可以把它分为圆锥扫描雷达、隐蔽圆锥扫描雷达和单脉冲雷达等。比较原始的圆锥扫描雷达是需要先接收到一系列的回波脉冲才能实现对目标的自动跟踪,它有个严重的缺点,就是受回波信号幅度起伏影响较大,这严重限制了它的跟踪精度,现在它们已经都被淘汰。单脉冲雷达则只需要天线发射出一个回波脉冲,就可给出目标角度坐标的信息,它和圆锥扫描雷达相比,有不受回波信号的幅度起伏影响的优点,这极大地提高了跟踪精度。若是按照作用距离的不同,可以分为大中口径和小口径高射炮炮瞄雷达。其中大中口径高射炮炮瞄雷达的搜索和跟踪距离就比较远,一般都在35千米以上,但是它有个小缺点,就是角跟踪速度比较小,因为它的体积较大,显得比较笨重。小口径高射炮炮瞄雷达虽然搜索和跟踪距离较近,一般只在10~40千米范围之内,可它有个优点,就是角跟踪速度大,达140度/秒,这是因为它的体积小、重量轻,转动起来十分灵活,测定目标坐标的精度就显得十分高,它多与计算机、高射炮结合成为一个有机的整体。

2.历史回眸——炮瞄雷达的发展

战争是武器装备最有效的催化剂,雷达作为一种武器,也不例外地受到战争的催化。

1938年,美国制成了最早的炮瞄雷达“SCR-268”,它可以灵活地控制着探照灯在夜间照射目标,引导高射炮对目标精确射击。1943年,美国已经研制成功第一部圆锥扫描自动跟踪的微波炮瞄雷达“SCR-584”,用于控制陆军的高射炮瞄准射击。20世纪50年代中期,炮瞄雷达多用于控制那些大中口径高射炮。而到了50年代中期以后,由于地空导弹取代高射炮接管了高空,炮瞄雷达由控制大中口径的高炮转向于发展控制小口径高射炮。70年代以来,发展出了许多类型的单脉冲小口径高射炮炮瞄雷达,如瑞士“空中卫士”系统中的“Var1021”型炮瞄雷达(它是一种单脉冲小口径高射炮炮瞄雷达)。

随着电子技术的发展,炮瞄雷达将一直沿着电扫描和边搜索边跟踪的道路上不断前进,最终实现多目标跟踪;与激光、红外、电视等制导方式相结合,大大地扩大了雷达拥有的功能;提高了低仰角跟踪和抗干扰、抗反雷达导弹摧毁的能力。

第六节天空“巡狩者”——对空情报雷达

1.对空情报雷达的速写

对制空权的争夺与扞卫已经成为现代战争的一对主要矛盾。要掌握制空权,就要靠对空情报雷达。对空情报雷达是用来搜索、监视与识别空中目标并确定目标坐标和运动参数的一种雷达,它也被称为对空搜索雷达。

它获取情报之后,立即向己方发布防空警报,引导歼击机起飞前去截击敌方航空器和为所有防空武器系统指示出敌方目标。它也用于平时的保障飞行训练和飞行管制,是一种现代战争中获取空中目标情报的举足轻重的技术装备。

2.对空情报雷达的分类

对空情报雷达的性能和担负的任务主要包括:探测目标的最大距离和高度,测定目标的精度和分辨率,数据率,情报容量,反干扰能力,机动性,可靠性和维修性。情报容量是衡量对空情报雷达在单位时间内空情处理能力的重要指标。原始的手工操作的雷达每分钟最多只能处理十多批空情;而现代雷达具有独特的自动录取设备,它的天线每搜索一周就可处理数十至数百批空情。反干扰能力是对空情报雷达的一个关键性能,通常人们都同时采用多种反干扰技术来提高雷达抑制和抵抗有源和无源干扰的能力,还可同时采用多部不同频率的雷达交错配置和对干扰源交叉定位等措施来对抗各种敌电子干扰。

在激烈的战斗使用中,对空情报雷达常采用不同性能的多部雷达组成一个有机的雷达网,各雷达的在探测范围上互相衔接构成一种没有任何死角的对空警戒和引导空域。雷达站一旦测得目标情报,就立即上报到各级雷达情报中心。现代化雷达网一般都采用了数字通信设备和高速军用电子计算机,可以自动传递和处理各种情报,这极大地提高了雷达网的工作效能。

对空情报雷达按用途不同,可以分为警戒雷达、引导雷达和目标指示雷达三种;按同时测定目标坐标的数目不同,可以分为三坐标雷达、两坐标雷达和测高雷达三种;按照探测距离的远近不同,又可以分为远程(400千米以上)雷达、中程(200~400千米)雷达和近程(200千米以内)雷达三种。

那种在对空情报雷达中专门用于搜索各种低空和超低空飞行目标的雷达,又被人们称为低空雷达。这种雷达具有强大的抑制地面杂波干扰的能力,能够发现低空飞行的所有目标,探测距离一般不太远,当然它的自动化程度也比较高。

3.警戒雷达

这种雷达用于对空监视,能及早报知目标的出现。它一般具有超大的探测距离和高度,但是它的精度和分辨率不会太高,数据率也较低。通常是两坐标雷达,如我国的“514”警戒雷达,能够提供目标的方位和距离两种坐标。