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整理人: only(1999-11-18 05:56:34), 站内信件
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【军用雷达杂谈之机载军用雷达】
作者 will
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。本文著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来的复杂，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
负使用，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，也就是每隔几道脉波作相
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(analogue)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富利耶转换(Discrete Fourier
Transform)(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
快速富利耶，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，使从零到脉波重复频率 (PRF，Pulse Repeat
Frenquency)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。
随著微电子技术的进步，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调，产生测距失真，必须加上距闸
(Range Gate)，根据雷达的距离解析度将时间等分，以体现回波的时间性。在比较分析
当代机载雷达时，内行人都会念着高PRF这个，低PRF那个的字眼，往下看几分钟，你也可
以出去蒙小孩儿了。
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(Velocity Ambitious)。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波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。为了大家不打磕睡，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的脉波间隔短，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PRF，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
足够时在可侦知，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)，再以压缩脉波
的方式得到较高的测距精度。
1970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；1980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PRF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PRF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波时，
就等于是连续波，并运用了数字式脉冲压缩，频率捷变 (Frequency Agile)及FFT，俯
视及电子反反制能力已非早期高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，脉波间隔为5微秒，竟在
这狭小的空间内分出40个距闸，各500只滤波器！
小孩儿被您蒙完，是不是对您特崇拜，觉得您特有学问？那我们下面再讲一段跟空战有密
切关系的机载火控雷达的扫描模式。上回讲到，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 (PD Search)。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，Range While Scan)，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。
雷达搜索到目标后，接下来就进入目标标定(Target Acquisition)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，Track While Scan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。
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度垂直扇形波束，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，战机的扫描速度很慢，F-14做一次完整的130度/8行需时13秒
，而一般的TWS则以80度/2行或40度/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 EF-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度的空域，俯视达到了机鼻以下60度，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(Terrain Following)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-3
7(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度，垂
直方向55度的广角空域。后视雷达系数为30~50公里，水平和垂直角度正负60度。美国
下一代隐形战机F-22的APG-77主动相控阵雷达采X波段有源二维相控天线，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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信言不美,美言不信;善者不辩,辩者不善
知者不博,博者不知;圣人不积,既以为人
己愈有,既以与人,己愈多
天之道,利而不害;圣人之道,为而不争
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