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发信人: dxmxqe (在等待●李登辉同志永垂不朽), 信区: Aero
标  题: 军用雷达杂谈之机载军用雷达(请注意最后一段)zt(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年12月02日20:38:08 星期二), 站内信件

【 以下文字转载自 Green 讨论区 】
【 原文由 dxmxqe 所发表 】
60多年来，机载雷达已发展出8大类，数百个型号。其中军用机载雷达占了大多数。尽管现
代战机有红外，电视，电子支援(ESM)等光电感应器，但是雷达仍是全天候侦测能力最强、
精确测距能力最远的观瞄手段。本文着重介绍大家比较感兴趣的机载火控雷达。军用机载
雷达的出现，完全出于30年代英、德海上交战急需机载雷达在反潜战中帮助搜寻潜艇，随
后在二战中又出现了多种型号的10厘米和3厘米波段的机载雷达，其使用范围也扩展到了对
地轰炸，空中拦截，敌我识别等领域，但它们的技术水平都十分接近且原始，笨重的米波
振子阵列天线还是被装在机头和机翼的外侧，所采用的信号也不外乎脉冲调制和调频连续
波两种。 

二战后，机载雷达成为了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径以及脉冲压缩
的组合系统。同地面雷达不同，机载雷达所要处理的地面杂讯和噪讯都很复杂，这主要是
因为相对于地面雷达位置的固定，地面对飞机而言有了相对速度，地面杂讯的多普勒频移
不再为零，而同空中目标一样有了相对速度和矢量，简单的目标动态指示(MTI)已经不再使
用，这就引进了杂讯可见度(SCV)的概念，我们希望SCV值尽量高，也就是雷达在多普勒频
移原点附近的曲线尽量陡峭，滤去更多的地面杂讯。另外，为了一起滤去摇摆的树枝，海
上的波浪和云雾等慢速反射物杂讯，雷达靠增加延迟线，也就是每隔几道脉冲作相减，延
迟线越多，原点的放大率就越小，滤除的范围也越大，SCV的值也就越高。然而类比式(an
alogue)雷达的延迟线跟所用材料有关，不能无限增加，而材料又受本身特性和外界的影响
容易产生不确定性，解决的方法就是将雷达回波转为数字讯号，当代的机载雷达几乎都采
用数字式雷达就是这个原因。 

在雷达对延迟线作进一步计算前，其强度可以乘上不同的权重(weighting)，使整个滤波频
谱的特性改变，增加对固定杂讯、慢速杂讯的滤除效果。当雷达以数字方式设计时，不同
的权重只是软件中的不同系数而已，因此，依战术需求、杂讯的分布情况，适时改变权重
系数，制造出不同的滤波曲线，就可以对杂讯的处理产生最佳的效果。预警机如E-2C和双
座战机都有专人依战术环境调控不同权重的雷达模式，以求产生最佳滤波效果。当权重取
特殊值时，多重延迟线的数学公式会近似于离散傅立叶转换(DiscreteFourierTransform)
(例如，当延迟线值为2的整数次方时，所需计算时间最短，被称为快速傅立叶，FFT)此时
不同的延迟线不仅可滤掉原点附近的杂讯，实际上，N条延迟线能将多普勒频移讯号分成N
等分，使从零到脉冲重复频率(PRF，PulseRepeatFrenquency)内每一等分的杂讯处理都可
以得到控制。F-16A/B型使用的APG-66火控雷达FFT为64条，台湾IDF上的金龙53雷达最高可
达256条，其滤波的差异可想而知。 

随着微电子技术的进步，人们已经弃用延迟线而直接以窄频滤波器模拟出所需的滤波曲线
，但同时为防止回波在窄波器处理中将大部分频率滤掉，产生测距失真，必须加上距闸(R
angeGate)，根据雷达的距离解析度将时间等分，以体现回波的时间性。 

当目标相对速度造成的多普勒频移为PRF的整数倍时会被意外滤除，此时的速度称为盲速，
此种现象称为速度不确定性(VelocityAmbitious)。当目标距离太远时，回波反射回来，下
一道波已经发出，使雷达搞不清这道波是哪道发射波发回来的，而计算不出目标的距离，
这就叫距离不确定性。当PRF值高到使盲速高于任何可能目标的速度时，不存在速度不确定
，称为高PRF；而当PRF低到使脉冲间隔周期比脉冲来回可能最远距离的时间还长时，距离
不确定性不成立，称为低PRF；两者之间，也就是既有距离不确定，又有速度不确定的PRF
称之为中PRF。为了大家不打瞌睡，从这里开始我就长话短说了，高PRF雷达对迎面而来的
高速目标(相对速度最大)侦测效果最佳，对地面杂讯的过滤能力最强，因此俯视能力好，
而对尾追目标的搜索能力差，在引导雷达制导的空空导弹时，一定是用高PRF，因为高PRF
的脉冲间隔短，资料更新率较高，缺失是为克服距离不确定性而使用的调频(FM)手段不可
以捷变，因此抗电子干扰能力较弱。低PRF测距既准又远，只可惜处理的多普勒频移范围窄
，滤波效果欠佳。中RPF则兼具二者的优缺点，可视情形巧用它们的特性，变换PRF值，消
除速度和距离的不确定性，但是，鱼和熊掌不可兼得，中PRF雷达俯视的搜索范围不如高P
RF，侦测逃逸目标能力不如低PRF。同时，在时间或频率轴上，目标回波都有速度或距离的
不确定性，也就是说无法完全将杂讯分离，只有在目标强度足够时才可侦知，所以其搜索
距离受到限制，F-16早期的APG-66就是纯中PRF雷达，它的性能也属中庸。另一种解决高、
低PRF之道就是同时使用两者，实现俯视和测距能力的统一，E-3预警机的APY-1雷达就在高
PRF操作中搀加了长脉冲(低PRF)，再以压缩脉冲的方式得到较高的测距精度。 

70年代，F-4E的AWG-10雷达首度使用高PRF雷达，将机载雷达带入俯视/俯射的新纪元；F-
14的AWG-9则增加了低PRF能力，能够侦测非迎向目标；80年代，F-15的APG-63雷达，首次
将中PRF实用化，借由数字技术的发展和计算机的程式化能力，使其可以弹性变化及分析P
RF值；在长程搜索时使用高PRF，及早获得来犯之敌，进入攻击前的中程追踪时切换到中P
RF得到精确的距离，得以在第一时间发射导弹先敌发起攻击。早期英国“旋风”ADV的“猎
狐人”雷达使用一种调频中断连续波的独特操作方式，名字听起来挺吓人，其实就是前面
提到过的高PRF操作的FM测距雷达，只是以极高的速率发射脉冲时，就等于是连续波，并运
用了数字式脉冲压缩，频率捷变(FrequencyAgile)及FFT，俯视及电子反对抗能力已非早期
高PRF雷达所能比拟！但搜索尾向目标就不甚理想了，所以到了F-14D的APG-71便没有跟进
，而是学F-15引入中PRF，由此可见，X、Ku波段的中PRF才是80年代机载火控雷达的主流。
 

到了90年代，更新一代的“旋风”ADV已经改用了同时具有高、中、低PRF的全波形多普勒
体制的“蓝狐”雷达。美军目前最强悍的APG-70(注：供F-15E)雷达首创应用高PRF的距闸
脉冲多普勒雷达，号称解决了高PRF不能精确测距的问题，并用新的软件控制FM测距，增加
了最大追踪测距，俯视滤波性能更是十分优越，其具体操作细节在这里就不多谈了，只说
一个数据供大家参考，APG-70操作在200kHz的高PRF，脉冲间隔为5微秒，竟在这狭小的空
间内分出40个距闸，各500只滤波器！ 

在远程搜索时，通常使用高PRF，这是因为低空高速目标最具威胁性。越战时，北越的战机
就常常埋伏在低空待命，一旦美军轰炸机编队由上方通过时，就在地面管制(GCI)的引导下
，爬升至敌机12点处，利用速度和位能的优势俯冲攻击，往往杀得没有俯视能力的美机措
手不及，亦或抛下炸弹仓惶而逃，亦或仓促应战(不少美军王牌就硬是这样被干掉了)。然
而，偷袭者此时早已迅速窜回低空遁逃了。我们又讲说高PRF测距不准，也就是说不能够分
离出多个目标的远近关系，只有速度，高度和大概距离，故称为脉波多普勒搜索(PDSearc
h)。海湾战争时，F-15C的雷达屏上时常出现多达五六十个光点，而每一笔的资料都缺少精
确的距离数据，这时，雷达不能够识别、跟踪每一个目标，甚至不清楚雷达上光点的移动
是否为飞机还是云朵，飞鸟之类的什么东东，那么我们平时强调谁的雷达最大搜索距离有
多长多长还有什么意义呢？如果是搜索中高空目标，也就是仰视时，可用低PRF，以得到目
标的精准距离资料，称之为距离同时搜索(RWS，RangeWhileScan)，缺点是测不到低空高速
逼近的目标，需要调至中PRF得到目标的详细资料。 

转动扫描：雷达只绕一个小空间的中心轴来回搜索，该中心轴由飞行员通过作舱内的按钮
来控制。不同于地面雷达的360°垂直扇形波束，战机的雷达靠点射累计成面，通常有一面
2行、4行、8行之分。因此，战机的雷达搜索到目标后，接下来就进入目标标定(TargetAc
quisition)的模式了，也就是跟踪每笔光点的走势，把真正的目标同杂讯、噪讯中分离出
来，用距闸锁定。距闸就像个小框框，只保留框内的讯号，如果框内的讯号前面较强，表
示目标移向前方，在处理下一道回波时，距闸就移向前，反之亦然，速度闸也是用类似原
理跟踪目标的速度。如此一来，目标的速度和距离就可以实现自动跟踪了。 

对付单一目标，雷达天线可以用角锥扫描或单脉冲扫描作角度跟踪。如果是多目标跟踪，
则雷达就要有跟踪同时扫描的功能了，也就是我们常说的TWS，TrackWhileScan了。此时，
雷达并不限于对准哪一个特定目标扫描，而是在扫描过程中记录下每个光点的方位角，加
上速度闸和距闸测定的速度、距离资料，形成追踪档案，再结合自身导航资料和之前的目
标运动资料，取得目标的绝对路径。目标只有进入追踪模式后方可得到完整资料，进行威
胁评估、敌我识别及火控资料解算。美、苏两国对其重型战机的大功率、大面积的雷达天
线骄傲不已，其实是进入了盲目竞争的误区，F-14的雷达宣称有213公里的最大搜索距离，
但是真正有意义的TWS距离就只有167公里而已。 

在了解了雷达的中远程扫描模式后，明白雷达的几种近程扫描模式和局限性也是很有意义
的。雷达的近程(AGM)扫描模式通常有四种： 

超级扫描：雷达的扫描范围仅局限于抬头显示器(HUD)的视野，锁住第一个看到的目标，或
是最接近的目标。 

瞄准线扫描：雷达对准机首方向，飞行员按住追踪钮将机首指向某一目标，松开按钮，目
标锁定完成，适合在近战中咬住敌机。 

垂直扫描：雷达在垂直方向上下大幅扫描，左右仅作窄波扫描，适合进入高G动作中的战机
锁定垂直方向的敌机。扫描速度很慢，F-14做一次完整的130°/8行需时13秒，而一般的T
WS则以80°/2行或40°/4行换取每1秒一次的较高资料更新率。而长距离搜索时会更慢，因
为天线要等上一道回波反射回来后方可转动向下一行扫描。 

针对目前战机雷达低PRF俯视性能差，高PRF尾追能力欠佳的问题，空中和地面预警、指挥
机制的建立都成了一个完整防空网所应具备的基本要素了。 

尽管合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)赋予了传统雷达新的生命，Typhoon(原E
F-2000)战机的ECR-90机械转动雷达更号称使用高速控制马达，可驱使天线在3/1000秒仰俯
跳跃10度，但新一代的机载雷达走向电子扫描的大趋势已是不可避免了。由于电扫雷达的
高速指向和特定性，使雷达对目标的资料更新率和解析度大大提高，同时，反电子压制的
能力也大增，更由于电扫天线为固态扫描，其天线阵列也就不会四围转动，反射电波了，
无形中增强了飞机的隐匿性。 

前苏联的MiG-31是世界上第一种使用电扫雷达的战机。它的NO-07型雷达可以搜索飞机中线
左右各70°的空域，俯视达到了机鼻以下60°，可同时跟踪10个目标并接战其中4个。法国
“飓风”战机上RBE-2也是使用类似原理的被动相控阵雷达，但是功能更强劲，可同时执行
TWS和地形追踪(TerrainFollowing)的对空、对地功能。目前，第一批海军型“飓风”将不
具备对地能力，空军的双座型则拥有完整的对空和对地的攻击能力。俄罗斯利用卖给中国
苏-27赚得的资金开发出MiG-31雷达的改良型，用在苏-37(Su-37)上，一样具有同时空对空
和空对地的操作模式，可在140~160公里内跟踪20个目标，并同时攻击其中8个，且搜索范
围也有所扩大，分别达到水平线正负90°，垂直方向55°的广角空域。后视雷达系数为30
~50公里，水平和垂直角度正负60°。美国下一代隐形战机F-22的APG-77主动相控阵雷达采
用X波段有源二维相控阵天线，1000个主动阵列元件每具都可发射和接收波束，免去了复杂
的导波管，探测性能更加先进，且具有“整机性能柔性下降”的能力，也就是雷达的功能
不会因为某些阵列组件的破损而突然全部失效。 

1998年，中国的专业刊物指出中国已经研制出了主动电扫相控阵雷达，很可能是供陆基反
导系统使用，说明中国已继美国、俄罗斯、法国和以色列后成为第四个掌握该项技术的国
家。美国同类的GBR雷达目前配置THAAD战区防导系统，其操作频率为当代机载雷达通常使
用的X波段，因此具有极高的解析度，而TWS距离却是采用较长S波段SPY-1雷达的3倍以上！
有此宝物，中国版的THAAD系统应不远矣！ 


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