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在雷达当中,火控雷达和相控阵雷达是什么意思?自E-3之后,美国为什么没有继续研发的新的预警

 

2023/7/7 10:36:52 ('互联网')

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在雷达当中,火控雷达和相控阵雷达是什么意思

我是雷达工程师,我来解释火控雷达和相控阵雷达!

火控雷达

目前很多武器已经不是由人来控制了,比如说已经不用人来控制武器的瞄准、跟踪和开火等等操作,而是用计算机来控制了,但是计算机是无法自己完成对目标的发现、跟踪和锁定的,这个时候就需要一种先进的辅助设备了,那就是雷达。

雷达的工作原理非常的简单,就和我们日常生活中常见的蝙蝠一样,雷达发射电磁波,电磁波遇到了目标,就会发生反射,理论上只要和空气的介质不一样,都会发生反射,云层也会发生反射。

反射的信号会被雷达再次接收,这个时候返回的信号里面就有了目标的各种信息。简单的来解释下比如目标的距离,雷达波的速度就是光速,记录下发射信号的时间和接收到信号时间的时间差,乘以光速,得到的数据的一半就是雷达距离目标的距离,相信这个大家很容易理解。不过这个时候假设目标是不动的,因为就算目标再快,在光速面前根本就不算什么。

其它的信息比如目标的移动速度和方向等信息,也能通过其它计算方式或者理论来获取的。再举例说明一下目标的移动速度吧,还是和前面说的距离有关,雷达连续发射两次信号,取两次发射信号的间隔时间,然后在分别计算出两次接收到的目标的距离,再除以两次信号的间隔时间,就基本是目标的速度了。至于运动方向,使用的多普勒效应,这个也很简单,当目标远离雷达,返回的信号频率变小,当目标靠近雷达时候,返回的频率变大。

当然真正的雷达工作原理比这个复杂的多,算法也很复杂,但是基本原理是这样的。通过雷达,已经可以得到目标的运动速度、方向和距离等信息了,这个时候如果再把信息传输到武器的计算机内,计算机就可以根据雷达提供的信息对着目标开火了,而且因为雷达是不断的工作,信息也一直在更新,所以武器能够自动的跟踪目标射击,这个雷达就是火控雷达。

前面说的还是普通的火炮武器,比如军舰的近防炮,就非常需要火控雷达的支持,因为反舰导弹的速度极快,人是根本没有反应的时间,只能依靠计算机和火控雷达来完成射击。

同样很多导弹也是需要火控雷达的支持,因为一些导弹本身没有雷达的发射机,只有接收机,需要火控雷达不断的照射目标,获取目标的各种信息然后传输给导弹,所以导弹才能够跟踪目标,这样的制导方式也叫做半主动雷达制导。比如下面的动图就是半主动制导原理。

有半主动制导当然就有主动制导,具备这种制导方式的导弹本身安装了雷达发射机,相当于把火控雷达装在了弹头里面了,就是俗称的发射后不用管导弹。但是这种导弹在发射之前,还是需要其它火控雷达的辅助,毕竟它装备的雷达探测搜索能力有限,需要机载或者舰载火控雷达的辅助。

相控阵雷达

相控阵雷达是一种新式的雷达,简单的说,就是不需要天线转动,依靠控制相位就可以实现雷达波束指向不同方向,当然这里大家不理解什么是相位是没有关系的,我下面做个简单的比喻给大家解释一下。

传统的雷达,就相当于一个非常大的探照灯,这个相信大家都是可以理解的,想要看哪里,就必须要照射到那个方向才行,而且只能照射一定的固定的方向。如果想要实现水平的360度覆盖,那就是需要不停的转动探照灯,这样的雷达探照角度有限,跟踪的目标也有限。

而相控阵雷达呢,就是等于很多个小探照灯组成在一起的一个阵列,就比如说排列成10X10,一共一百个小探照灯(小雷达),每个雷达独立的工作,能够独立进行发和收,这个时候,整个探照灯系统既可以同时照射同一个方向或者同一个目标,也可以通过转动小探照灯照射其它方向(实际雷达是不动的,这里比喻有些不恰当)。这样就可以实现整个大探照灯不动,也能照射其它方向。

也可以把这100个探照灯分成不动的小组,比如每组十个探照灯,这样就可以分成十个小组了,每组都可以照射不同的目标或者方向,这个时候就可以实现多个方向,多个目标的探测、跟踪和锁定了。

其实相控阵雷达,基本上就是上面的原理,只不过相控阵雷达的天线是不转动的,是通过控制模拟信号的相位,来实现雷达波束的不同发射方向和分组的等等操作。一般情况下,三面或者四面相控阵天线,就可以实现水平方向360度的覆盖和一定俯仰角度的覆盖,就比如我们熟知的舰载相控阵雷达天线,一般有四部相控阵雷达天线。

这里还说一下什么是有源相控阵和无源相控阵。其实上面介绍的,就是有源相控阵雷达,每个小雷达都有自己的发射和接收组件(T/R),每部小雷达就是可以独立工作,这样即使坏了一部分,整个相控阵还是可以正常工作,可靠性高,不过技术含量最大。

无源相控阵,整个雷达只有一个雷达的中央发射机和接收机,技术要求不高,但是一旦中央发射和接收系统坏了,这个雷达就不能工作了,可靠性不高。目前机载或者舰载的主流相控阵雷达,一般都是有源相控阵雷达。

目前很多相控阵雷达,也是具有火控雷达的作用,比如机载的相控阵雷达,就能为空空导弹提供火控服务。

以上就是所长个人的解释,或许解释的不那么专业和准确,您有更好的解释,欢迎评论。如果大家想了解更多关于雷达的知识,比如什么是合成孔径雷达、什么是交通测速雷达和什么是汽车防撞雷达等等雷达,欢迎关注所长。

自E-3之后,美国为什么没有继续研发的新的预警机

不断改进的E-3仍然是世界上最先进的预警机之一,仍在美国空军强大的作战体系中发挥重要作用。

E-3“望楼”是大型预警机的代表作,自上个世纪70年代末服役以来一直就是美国及其盟国空军的主力预警机,在海湾战争、空袭南联盟等多场战争发挥了巨大的、不可替代的作用,E-3也就成为预警机的典范。

E-3总共生产了愈70架,其中美国空军装备了34,其他用户还有北约、英国、法国、沙特阿拉伯等,日本的4架E767实际上就是把E-3的任务系统安装到了波音767的机体上,本质上也是E-3预警机。E-3预警机是美国及其盟国空军最核心的机种,堪称空中力量的基石。E-3的作用有多重要相比军迷们都心里有数,自E-3服役后,美国及其盟友的空军在空战中就再也没有损失过一架战机。

与E-3同级别的预警机还有俄罗斯的A-50/100、以色列的费尔康以及中国的空警-2000,尤其是是空警-2000,作为大型预警机的后起之秀,综合性能非常强悍。

无论从哪个角度衡量,空警-2000都是国之重器,它标志这中国空中力量正式迈进了现代化,而空警2000的技术水平也对得起它的地位,空警2000是目前世界上雷达体制、技术路径最先进的大型预警机。它首次在预警机上使用了3面固定安装的电子扫描相控阵列雷达天线,天线无须转动。而E-3采用2面机械扫描的脉冲多普勒雷达,技术水平差了一代。

中国很多军迷认定空警2000是世界上最强的预警机,综合性能完胜E-3,主要理由就是E-3是老旧的PD雷达,而空警2000是先进的AESA雷达。对于这种在军迷圈广泛流行的“体制决定论”,笔者持保留意见。雷达体制上的差距固然会极大的影响综合性能,但是将雷达体制与性能进行简单的固化,认为AESA肯定比PESA好、PESA一定比PD好,那就可能错了,毕竟雷达的综合性能除了工作体制,还有功率、后端的信号处理水平、抗干扰能力等其他因素,对于预警机来说还有信息处理和分发能力、敌我识别性能等,甚至留空时间也非常重要,评价预警机的综合性能不能只看雷达工作体制。举个简单的例子,美国海军目前的”宙斯盾“系统还是使用无源相控阵雷达(PESA),中国、欧洲甚至以色列则都是有源相控阵雷达(AESA),但是这不妨碍”宙斯盾“系统仍然是世界上最强的综合防空反导系统,原因就是其背后的体系整合非常强。

即便如此,不可否认的是,



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