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标题: 空警2000预警机全解析 [打印本页]

作者: 忙里偷闲 时间: 2013-3-13 06:16
标题: 空警2000预警机全解析
2006年6月3日，对于中国空军和中国电子工业来说是个灰暗的日子。这一天，一架“空警200”预警机原型机在安徽广德坠毁，机上当时搭载有40名人员，他们中大部分是电子和航空技术专家，空难中没有幸存者。

在本文的开头，我们要首先向这些牺牲的先驱者们致敬，没有他们的牺牲，中国的预警机就不能取得今天的成就。

在获得中国最高科学技术奖后，“空警2000”预警机的主要研制者王小谟院士接受中央电视台采访时说：“什么叫做世界领先？就是我们搞出这个空警2000以后，全世界都看着，你们中国在搞什么？我们跟着搞。”

放眼当今世界，有能力研制大型预警机的国家屈指可数，直至今日只有中国、美国、俄罗斯、印度、瑞典、以色列研制过预警机。这其中，印度因项目难度太大、耗时太长，转为购买俄以联合研制的A-50预警机。瑞典的预警机较小，不具备空中指挥能力。因此只有中、美、俄、以四个国家成功研制过具备完整预警与控制功能的大型预警机。

在世界上现役的大型空中预警机当中，中国空警2000在技术水平和前瞻性方面，完全具备领先的水平。
大国利器

根据公开资料，空警2000的预警雷达为两维相扫的有源相控阵雷达，结合成熟的圆盘形背负式大型天线罩，内置等边三角形排列的三个平面阵列天线，覆盖360度水平扫描空间。这无疑是很高的技术起点，保证了雷达体制上的高度优越性。早在20世纪90年代，瑞典和以色列的预警机就已使用有源相控阵体制，但是空警2000的阵面布置与前两者有很大的区别，体现了我空军对大型预警机的理解。

在瑞典的“平衡木”预警机上狭长型的天线沿载机中线固定，雷达在方位上覆盖机身两侧各120度，头尾无波束覆盖。载机必须机动才能做到360度扫描。但预警机一般使用运输机平台，转弯率低，就造成头尾方向是无法有效扫描的。因此如果要做到全方位扫描，只有再出动一架预警机，两架预警机互相补盲。

瑞典“艾丽眼”预警机的前后方向没有探测能力，只能承担国土防御任务

而以色列和美国的几种预警机为了改善这一情况，在头部和尾部安装了一个尺寸较小的天线阵列，但这个阵列的探测距离只有主阵列的一半，实际上和战斗机的机载火控雷达探测距离相似。它们的作用仅是防止敌机乘虚而入偷袭预警机。

美国的E-3，俄罗斯A-50使用的还是较为老式的机械扫描雷达，其最大的问题是数据更新率低，对于现代的隐身目标也没有较好的应对方案。

俄罗斯A-50预警机的雷达较为老旧，性能一般

中国的空警2000的三面阵可以在天线圆盘不转动的情况下随时做到360度方位角覆盖，堪称天空中的“宙斯盾”，具有划时代的意义。三个阵面各自覆盖120度扫描空间，相互衔接、同时工作，对战斗机类目标的覆盖面积近十万平方千米，一举解决了广阔国土和海洋的空情保障问题。两架空警2000在覆盖区域相互有重叠的情况下，能控制长度约1700千米的海岸线。就是整个东海、黄海均在相控阵雷达的空情监视之下。从韩国的济州岛到菲律宾吕宋岛，无凹口的空域覆盖能力使主要对手的作战飞机无法迂回攻击我纵深目标，空战前线被外推到钓鱼岛、济州岛一线，有效保证了我方纵深安全，沿海一带的机场就可以全力保障出海作战飞机，后顾无忧方能全力以赴。

当预警机需要伴随战斗机群机动或者规避敌人威胁时，三阵面天线依然可以通过无限制的波束指向保持不变的空情监视能力，敌人通过逼迫我方预警机机动而失去持续监视能力的手段无效。这对于预防隐身战斗机的偷袭具有重要意义。空警2000不同于小国的本土防御预警机，能在现代空战条件下无缝控制大面积空域是其突出特点，大国利器决非小国之盾可比。

大型相控阵天线带来的优势

王小谟院士在访谈中提到，空警2000的圆形天线罩是目前世界上预警机中尺寸最大的。通过照片推算，其直径约为14米，厚度2米，阵列长11米，最宽处1.8米，推算天线面积67平方米。
之所以采用如此巨大的天线尺寸，是空警2000雷达的有源相控阵雷达的工作原理决定的，有源相控阵雷达和机械扫描雷达或无源相控阵雷达天线不同，它没有功率放大器。其天线平面上大量的T/R模块（发射、接受模块）发射的波束在空间完成合成，产生波束。其工作功率取决于T/R模块的数量。因此在平台性能允许的前提下，天线尺寸越大容纳的T/R组件越多、空间合成功率越大。据报道，空警2000拥有世界预警机雷达中最大的平均功率，大天线功不可没。

雷达大平均功率对于提高探测距离、增强抗电子干扰能力有着巨大的好处。大功率雷达可以在一定距离上“烧穿”对方的干扰。

独特的L波段体制带来的优势

空警2000的雷达工作在L波段，频率1400兆赫兹左右，波长约20厘米。这也是世界上预警机雷达首次使用这一波段。

美国E-3“望楼”预警机的雷达工作在S波段，对隐身目标探测能力较差

与传统的S波段雷达相比，L波段雷达首先有利于提高输出功率，大天线加上L波段体制，让空警2000的单面阵列输出功率可达12-24千瓦，而美国E-3预警机雷达的末级放大器最大平均功率仅10千瓦，在空警2000问世前已属预警机雷达中最大功率。大功率让空警2000在广域搜索中占据了很大的优势。

此外，L波段还有另一个非常重要的优势，它的波长可以和隐身飞机上的突出部分产生谐振，增强对隐身目标的搜索能力。虽然相比之下，波长更大的米波雷达谐振效果更明显，但米波雷达测角精度差，只能探测到有隐身目标存在，而无法精确定位。
同时L波段雷达波对隐身目标还有一个重要的优势在于它不在一般的雷达波吸收材料最佳吸收波长范围之内，不会因为目标使用了吸波材料而大幅降低雷达探测能力。
现代空战中的预警雷达，最基本的要求是能在强地面杂波背景下可靠地检测远距离小RCS目标。我国研制的第一代预警机空警-1，无杂波背景下探测距离达到大型地面雷达的水平，在青海湖测试时在水面背景下尚有一定的下视探测能力，但陆地背景下则连低飞的轰炸机都无法发现了，直接导致该机在一系列测试后背放弃。巍巍太行、长河日落，我国多样化的地形地貌对预警机的下视能力有特别严格的要求。

在保证杂波背景下探测飞行目标的能力，预警雷达要采用脉冲多普勒体制（简称PD），这种雷达采用相参发射和处理的方法来分辨地面杂波和运动目标信号。

此外，L波段的另一优势是它在空气中能量衰减慢，因此常被用于大型地面雷达。如果采用一些特殊的扫描技术和信号处理技术，空警2000甚至可以具备探测上千千米远目标的能力，可以用于预警中程弹道导弹。
至关重要的雷达波形

空警2000的天线、波段等的精心选择和组合是空警2000独特优势的基础。其雷达的工作波形也有特别之处，增强了这种优势。

现代空战中的预警雷达，最基本的要求是能在强地面杂波背景下可靠地检测远距离小RCS目标。我国研制的第一代预警机空警-1，无杂波背景下探测距离达到大型地面雷达的水平，在青海湖测试时在水面背景下尚有一定的下视探测能力，但陆地背景下则连低飞的轰炸机都无法发现了，直接导致该机在一系列测试后背放弃。巍巍太行、长河日落，我国多样化的地形地貌对预警机的下视能力有特别严格的要求。

在保证杂波背景下探测飞行目标的能力，预警雷达要采用脉冲多普勒体制（简称PD），这种雷达采用相参发射和处理的方法来分辨地面杂波和运动目标信号。

澳大利亚“楔尾”预警机天线尺寸较小，探测能力有限

E-3的雷达是世界上第一部全相参机载预警雷达，空警2000更上一层楼，能采用多种相参波形，从而可以在针对各种目标和在各种环境下采用最佳的波形方案。在对海、对空、对近地轨道目标都可以采用相应的最优波形进行探测。

数字化设计赋予了空警2000灵活、多变的波形生成能力，随着雷达理论的进步、各种新的应用波形的开发，空警2000将具备更广泛的用途和更好的性能。

灵活的大脑

20世纪70年代以前的雷达在接收机线路上均使用模拟电路，雷达信号的检测、目标的跟踪等就用模拟电路完成，这部分电路是雷达系统中最复杂的部分，可靠性差且无法根据实际需求调整。90年代初开始设计的俄空警2000正赶上计算机技术飞速发展的年代，在信号处理、数据处理上后发先至，原始设计中就能应用高速并行计算系统。

空警-2000的雷天线罩不必转动，采用电子扫描方式实现360度扫描

空警2000需同时跟踪数百个目标，随时改变雷达工作方式应对各种情况，因此数据处理机要求很高的计算速度和大容量存储设备及快速总线，采用基本计算单元引进、总体架构自主研制的可能性较大。当然，近年来国产CPU发展很快，也不能排除该机使用纯国产核心的可能性。

相比硬件设备的搭建，雷达的软件设计是雷达系统的最关键的技术。雷达的探测、跟踪乃至自检全靠功能各异的软件控制，当需要实现某个功能时从存储器上加载相应的程序模块，现代雷达功能繁多、算法复杂，往往又数十种不同的程序模块。空警2000采用有源相控阵体制，为发挥雷达的体制优势，软件的编制比传统雷达提出了更高的要求。功能多、系统复杂决定空警2000的雷达软件规模可能高达上百万条代码，保证上百万规模代码的可靠性是个极其艰巨的任务。而且雷达软件要实现最佳的雷达性能匹配，最大限度发挥雷达潜力，前期的高水平设计和编制、后期的大规模仿真及试飞是提高雷达软件匹配性的必要措施，国外机载雷达在软件上一般会经历多个版本，功能不断增加，性能不断提高。中国的雷达软件也不例外。因此预警机研制和试飞的任务是非常繁重的，需要在全国各种使用环境下进行测试，本文开头提到的空警200的坠毁事件就是在进行这种试飞任务的时候发生的。

空警2000雷达的工作原理、功能体制都和过去的预警机雷达不同，其研制中会遇到大量开创性问题，因此在其服役之初可能还不能达到最佳性能，需要在使用中逐步提高，可能在2020年前后才能完全实现其雷达系统的全部潜力。

真正的优势

空警2000具有诸多有别于其他雷达或者世界领先的技术。下面我们就分析一下它与世界其他国家预警机相比最独特和明显的优势。

人们往往关注相控阵雷达的高度灵活的波束控制能力，然而有源相控阵雷达最重要的革命性变化恰恰是被谈论较少的探测距离。空警2000的电扫雷达可以对某个重点空域进行重点监控时采取“凝视”策略，利用特殊的工作模式“积累”小雷达反射面积目标的反射能量，从而在更远的距离上发现隐身目标。对普通3代、3.5代战斗机的探测距离可以超过500公里，对重点空域特别监视时探测距离可以进一步提高，远超普通雷达。最重要的是充分具备对抗隐身目标的能力，点面结合、分区搜索的特性决定雷达随时可以重点“照顾”隐身目标，空警2000在隐身目标的较量中占了先机。
在对抗隐身战机方面，前面已经提过，空警2000采用的L波段具有很好的反隐身效果，比普通的雷达发现距离可以提高1.5倍以上，足够的预警距离能给我方一线战斗机部队提供极为宝贵的目标指引，大大降低与敌方隐形战斗机空战的难度。而对意图侧翼包抄的隐身战斗机则正好可发挥三面阵雷达的优势，侧向飞行的隐身飞机的隐身效果不如迎面飞来的目标，实际上将丧失隐身特性，意味着对方很难利用这种方式偷袭我预警机。综合来看，空警2000很可能是我军对抗新时代隐身目标的核心装备，结合自身卓越的反隐身能力和指挥控制能力，帮助我空军和防空部队构筑强力的反隐身作战体系。
先进的空警2000在电子对抗领域也有其独特的优势。现代战场上的电子干扰分无源和有源两种模式。其中针对预警机的无源干扰一般是在空中大规模撒布箔条，目的是掩护箔条云后面的编队不被雷达持续跟踪和制造成片假目标。然而由于空警2000优异的动目标分辨能力，箔条对于它的干扰效果基本为0。而有源干扰传统来说主要方式是噪声干扰，即在我雷达工作频率范围内发射强大的无线电噪声，掩盖敌机的雷达反射回波。然而空警2000的雷达可以随时改变自身的工作频率，避免被地方电子战支援设备测频，较高的雷达总带宽又能充分稀释干扰机的发射功率，令敌方的大功率干扰机不能完全发力。特别是空警2000的巨大功率，令它容易对敌人的干扰进行“烧穿”。综合上述手段，空警2000拥有了一套完整、有效的抗压制干扰方案，处于世界前沿水平。

近年来随着高速计算机和灵活发射机的应用，类似美国EA-18G“电子战大黄蜂”这类先进电子战飞机已经具备了一些特殊的工作模式，例如测量并精确复制雷达波形，对波形做各种修改后再发送回雷达，中招后的雷达或者难以对真实目标测距测速，或者产生大量无法分辨的假目标，而且隐蔽性强，不易察觉，防不胜防。然而空警2000的雷达工作波形复杂，频率变化频繁，很难欺骗和复制。由于EA-18G还需几年才能服役，其技术还将可能有新的变化出现，攻防双方在电子技术方面的对抗将继续下去。

此外，空警2000的有源相控阵雷达还具备在进行探测扫描的同时，插入各种用途的波束的能力，甚至可以进行火控照射，为远程空空、空海武器提供中继制导。也可以分出一个定向性极强的波束，与我方隐身战斗机、先进常规潜艇等作战单位进行隐蔽性极强的定向通信，三阵面天线能同时覆盖所有方向的我方作战单位，瞬时波束指向特性又能在极短的时间内完成和数百个作战单位的联系，在先进的C4I体系支持下空警2000可以成为我军最重要、最有价值的通信中继平台。

有源相控阵雷达的独特优势还体现在其高可靠性和耐用性方面，在进行空中加油的情况下，少数空警2000就可以实现长期不间断的战区空情预警，而不用担心雷达故障的问题。

空警2000是我国先进科技方面的重要突破，2012年荣获国家最高科学技术进步奖。这是我国几代电子和航空工业战线工作者的荣誉，没有他们踏踏实实的工作，默默地牺牲和奉献，这样具有世界先进水平的技术装备是不可想象的。中国将成为世界的重要一极，正是因为中华民族的优秀子女们为实现心中的中国梦而做出的不断努力。

（原文刊载于《舰载武器》杂志2013.02B刊14页，原名《空警2000预警机全解析》。席亚洲改写）

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