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6章 天罗地网——军用雷达(3)

4.引导雷达

这种雷达主要是用于引导歼击机截击敌方航空器,它的探测范围一般低于警戒雷达,但是它的精度、分辨率、数据率却都比较高。

两坐标引导雷达是不能测定目标的高度的,它所需高度参数要由另外的测高雷达来提供。而测高雷达则是用具有水平方向宽、垂直方向窄的天线波束,在它的仰角上进行来回扫描,以测定目标具体高度。

而“V型波束”引导雷达是早期出现的一种三坐标雷达,能在一次圆周扫描中同时测定出目标的全部坐标-距离、方位和高度。现在的新型三坐标雷达通常都具有多路发射接收通道和相应的多个天线波束,并且还应用电子计算机来处理繁多的目标信息,它的功能远比一部两坐标雷达和多部测高雷达配合工作先进,但是它的结构复杂,造价比较高,如美国的AN/TPS-43型引导雷达。三坐标雷达一般采用平板阵天线,在外形上会明显不同于其他雷达。

5.目标指示雷达

这种雷达能够为高炮和地空导弹部队提供防区内的全部空情,并提供目标的精确坐标,使各武器系统的瞄准雷达或其他瞄准装置能迅速地捕获到空中目标。它一般为中近程雷达,具有较高的数据率和精度。为了便于转移,地面目标指示雷达一般还都具有较强的机动能力,如瑞典的“长颈鹿”目标指示雷达。

6.对空情报雷达的发展之路

前文说过,1936年英国首次将“本土链”的20部警戒雷达全部部署在本国面向英吉利海峡的沿海地区,在第二次世界大战中一战成名。在20世纪40年代初期,美国和英国又生产了精度更高的微波雷达,它就是早期的引导雷达和目标指示雷达。第二次世界大战结束后,随着电子技术的日新月异,对空情报雷达的性能也在不断改进。其探测距离和精度成倍提高,并且发展出了反干扰技术,如当时人们研制了动目标显示雷达和采用机械跳变频技术等。60年代,人们又陆续开始研制出脉冲压缩、频率捷变、电扫描等新体制雷达,进一步提高了雷达的探测性能和抗干扰能力。70年代以来,对空情报雷达和电子计算机相结合,这时的雷达已经能够自动探测目标并记录、传递数据,自动地检查与指示雷达部件可能出现的故障,自动改变雷达的技术参数,以适应目标特性和干扰环境的瞬息万变。

未来,对空情报雷达的发展趋势将会是:进一步提高它的反干扰能力和操作自动化程度;提高它探测“隐身”飞机和其他小目标的能力;三坐标体制和相控阵技术将进一步获得广泛应用。那种抗干扰性能优越的多基地雷达,和可探测超远距离低空航空器的超视距雷达等新型的雷达,也将在未来的时间里取得难以想象的进展。

第七节决胜千里——弹道导弹预警

雷达和弹道导弹跟踪雷达

1.决胜千里——弹道导弹预警雷达

弹道导弹射程极远,威力极大,而且大部分时间在外太空飞行,它的速度可以达到10马赫以上,即使它在攻击目标的时候突然被发现了,敌人也不可能在短时间内进行有效的拦截,所以人们就研制出了远程雷达,争取对弹道导弹早发现、早防御。

弹道导弹预警雷达是一种远距离搜索雷达,用于发现那些正在发射的洲际、中程和潜地弹道导弹,快速测定出它们的瞬时位置、速度、发射点和弹着点等参数等,为国家军事指挥机关及时提供弹道导弹来袭的紧急情报。当然,在和平年代也用于担负空间监视和人造地球卫星等飞行器编目的任务。

弹道导弹预警雷达一定配有高性能的计算机数据处理系统,用它探测来袭目标的可信度很高,虚警率极低。平时,它的任务是将空间运行的航天器和空间杂物编成星历表,不断预测其报废期,避免在这些外太空的航天器和杂物再次进入大气层陨毁时被误判为是导弹攻击。

在执行预警任务的时候,在它的责任方位区内形成1~2个低仰角搜索扇面,进行严密警戒。当它发现目标后,就立即测定出目标的位置,它的数据处理系统将快速计算出弹道轨迹,并与星历表中的卫星轨道、极光及流星余迹进行认真的比较识别。如判定真的是导弹来攻击,则会接着对目标进行跟踪,或把跟踪任务移交给弹道导弹跟踪雷达,作进一步的精确判断,计算出来袭导弹的发射点、弹着点、再入时间和落地时间,并将上述情报即时发往预警中心。

弹道导弹预警雷达按照不同的性能和工作体制,可以分为机电扫描和电扫描两种:(1)机电扫描预警雷达。其采用的是一种固定的天线阵面,利用天线的馈源位置的变化形成波束扫描。根据目标通过两个波束的时间、位置和速度差,计算出近似的弹道轨迹,但这种方法预测出的弹着点的精度十分差,有时还需配置一个远程跟踪雷达对它进行跟踪探测,来提高测定轨道的精度。如美国的AN/FPS-50型弹道导弹预警雷达,它的天线高达50米,宽有122米,方位覆盖范围38度,作用距离达4800千米之远。(2)电扫描预警雷达。这是一种多功能雷达,它共有频相扫阵和相控阵两种不同类型。它在较宽的责任方位区形成搜索扇面,发现目标后,在搜索的同时还能跟踪近100~200个目标,这种雷达对多弹头目标有较高的识别能力和测量精度。如美国的全固态相控阵的“AN/FPS-115”型潜地导弹预警雷达,就采用了一种双阵面结构,它的方位覆盖范围竟达240度,作用距离超过4000千米。

弹道导弹预警雷达全部被架设在国土边缘地区,为了扩大探测范围,人们就用若干部雷达组成预警网,每一部雷达都负责有一片指定的责任方位区,再用完善的数据传输通信系统与预警指挥中心联系在一起,最后完成全方位预警。弹道导弹预警雷达所提供的预警时间,对洲际导弹为15~20分钟,而对潜地导弹为2.5~20分钟。

先有矛后有盾,20世纪50年代后期,在出现了洲际弹道导弹之后,人们才开始着手研制弹道导弹预警雷达。到了60年代初期,美国研制的“AN/FPS-5”型雷达首先投入使用。60年代后期,美苏两国先后各自在自己国家的国土边缘区域装备了大量电扫描预警雷达。70年代末,美国又增设了大批全固态相控阵潜地导弹预警雷达,前苏联则架设了先进的频相扫预警雷达。弹道导弹预警雷达的在未来的发展趋势,主要是进一步提高雷达对来袭导弹的判定能力和改进计算机数据处理系统,以适应对那些多弹头和远程潜地弹道导弹的预警任务。

2.如影随行——弹道导弹跟踪雷达

这是一种远距离跟踪雷达,用于跟踪洲际导弹、中程导弹和潜地弹道导弹,连续测定其坐标和速度,识别真假弹头,并精确预测其未来位置,测定其轨道,制导己方导弹攻击目标。也用于弹道导弹试验的靶场测量和鉴定,它是反导弹武器系统和靶场测量系统不可缺少的组成部分。跟踪雷达是在预警雷达发现目标之后,接管对目标的跟踪和测定。

弹道导弹跟踪雷达按用途分为:

(1)导弹截获雷达。这是一种多功能电扫描雷达,它依据预警雷达提示的信息搜索、截获来袭导弹,跟踪和识别目标,计算出来袭导弹的轨道和己方反弹道导弹导弹的拦截弹道,对远程反弹道导弹导弹进行初制导,并给导弹阵地雷达指示目标。如前苏联的生产的一种导弹截获雷达,天线阵面高120米,宽150米,外形为A形结构,有前后两个阵面。收发阵结构相似且分开设置,可双向发射或接收,作用距离为2800千米。

(2)导弹阵地雷达。

有单脉冲和相控阵两种体制,主要用于跟踪和识别来袭导弹,并制导己方反弹道导弹导弹攻击目标。

它采用灵活的信号波形和数字信号处理机,根据目标群再入大气层的减速特性、目标大小、速度和尾流特性等从假目标中识别出真弹头。一个四阵面的相控阵导弹阵地雷达,可全向搜索、跟踪和处理上百个目标,制导多个反弹道导弹导弹拦截多个来袭弹头。

(3)导弹目标特性测量雷达。是远程相参单脉冲雷达,主要用于测量、记录目标轨迹和回波特点,并从中推算出目标的动力学特性和物理特性。它采用灵活的信号波形,多种极化形式的天馈线,能进行速度分辨和跟踪,有较高的分辨率,常用多频段进行目标特征测量,给出目标尺寸大小、尾流特性和进行形体分析。如美国的“ALCOR”型雷达,工作频率为5665兆赫,信号带宽为500兆赫,距离分辨率为0.5米,可独立分辨出目标上各个散射中心,推算出近似的目标外形。

(4)精密跟踪测量雷达。

是弹道导弹外弹道的测量雷达,担负靶场航区安全、火箭推力评定、火箭级间分离、多弹头相对位置及再入落点测量等任务。有时多部精密跟踪雷达组成雷达链,用跟踪信标的方法来测量远程导弹的弹道。如美国的“AN/FPS-16”型雷达,工作在5厘米波段,测角精度0.1密位,测距误差1.5米,测速(径向速度)误差仅有0.05米/秒。信标跟踪距离大于10万千米,这个距离可以绕地球赤道两圈了。

弹道导弹跟踪雷达在20世纪40年代后期便开始使用,最初这种雷达采用圆锥扫描体制。到了50年代中期,人们又研制出一种更高级的单脉冲精密跟踪测量雷达。在60年代中期,在靶场已经开始使用了反导弹试验性相控阵雷达。60年代后期,接着又出现了宽带波形的目标特性测量雷达。70年代以后,则加强了对导弹阵地雷达识别技术的研究。

未来弹道导弹跟踪雷达的发展趋势将会是:采用一流的自适应环境变化的信号波形,大幅度提高对小目标检测和在杂波干扰中顽强地检测目标的能力;采用新型宽带波形获得距离、速度坐标上的高分辨率,进行目标所有物理特性的细致分析;采用多站雷达联合体制,以提高测定目标坐标的精度;进一步改进雷达的信号处理系统;加强对目标的识别技术和识别算法的研究等。

第八节另辟蹊径——无源雷达

1.什么是无源雷达?

无源雷达是一种不用发射机发射能量就能监测到目标的雷达,它主要靠接受温热物体发出的或他源反射的微波能量就能精确地探测出目标,它有如此本领,依靠的是它有一个灵敏度极高的接受装置。

无源雷达鉴别目标的能力是超一流的,它可以根据目标之间的表面温差和目标的反射系数、天线波束与目标之间的入射余角、无线极化和波束宽度与接受机的最小可检测电子等来判别目标。

人们在一般情况下提到的雷达指的都是有源雷达,谁也不会去想到无源雷达。有源雷达是一种自身定向辐射出一定功率的电磁脉冲照射目标,对目标进行多角度地探测、定位和跟踪,这是一种传统雷达。它有个缺点,就是它向目标发射电磁信号时,只要敌方装备有感应设备,绝对会发现有一个雷达正在探测它,这样传统雷达想要对目标进行定位,却反而暴露了自己,引来“杀身之祸”。于是人们开始研究一种自身不辐射电磁波的新体制雷达来克服这个缺点,这种雷达是被动式雷达,也就是人们所说的无源雷达。

我们已经知道,无源雷达本身并不向外界发射任何能量,只是在地上安静地守着,被动地接收目标散发和反射出的非协同式辐射源的电磁波信号,对目标进行紧紧地跟踪和定位。这里所谓的“非协同式外部辐射源”,就是指这种“辐射源”和雷达根本“不搭界”,扯不上任何关系,并没有直接的协同作战关系。这样就使得那些寻找协同信号的探测设备和反辐射导弹找不到攻击目标,从而对无源雷达无从下手,无法进行捕捉、跟踪和攻击。

无源雷达系统看起来十分简单,它的尺寸小,体积不大,占地不多,甚至可以把它安装在一个机动平台上,易于部署,价格低廉,易于维护,订购与维护成本都很低。无源雷达不用发射任何照射目标的信号就能感知到目标,而又不被对方感知,它不存在任何被干扰的问题。它可以全天候在任何环境下工作,可连续不间歇地检测目标,一般为每秒一次对目标的信息进行一次刷新,信号源发出或反射的电波频率只要是在40~400兆赫的低频电磁波都能被它的天线所感知,这样的特点十分有利于它探测隐身目标和低空目标:不需进行什么频率分配,因此可以把它部署在那些常规雷达无法胜任的地区。

我们已经知道,无源雷达自身是根本不用发射任何信号的,这既有很多优点,但同时也存在不少缺点:由于强烈依赖于第三方发射机发出电磁波,而操作员对第三方照射器又无法主动控制,所以在被探测目标开始保持无线电静默、照射器又不工作的情况下,无源雷达无疑是无源之水,成了不能发挥任何作用的一块废铁。另外,一些发射机的有效辐射功率还很低,发出的信号容易受到干扰和空射诱饵的影响,而且要求发射机与目标、目标与接收机以及接收机与发射机之间信号畅通无阻,一旦条件不成熟,就会限制无源雷达的使用。

2.无源雷达的分类

依据各种探测对象或不同的配置方式无源雷达系统有各种分类。

如果依据配置方式的不同,无源雷达分为固定式(地基)雷达和机动式(安装在潜艇、舰船、飞机、地面车辆等平台上)雷达两大类。