【AESA】雷声公司推出世界已知首款无人机载火控雷达系统

云脑智库 2022-03-01 00:00


来源 | 电科防务

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近日,美国雷声公司推出了一款紧凑型机载有源相控阵(AESA)雷达系统,具备重量轻、尺寸小、价格低的特点,旨在为以无人机为代表的低成本作战平台提供火力控制能力。该装备是目前已知的首款无人机载火控雷达系统,可为无人机提供获取空中目标火控级别数据的能力,很可能将真正意义上为无人战斗机装上“空战锐眼”,全面赋能有人机-无人机协同空战能力,将对未来空战样式产生巨大影响。




一、装备概况

雷声公司于9月21日正式公布了该紧凑型雷达系统,采用有源相控阵体制,拥有900个T/R组件。该雷达最大特点在于其有效控制了系统的重量和尺寸,其全重约为59千克,尺寸约为71×37厘米(28×14.5英寸),重量仅为当前主流机载AESA火控雷达的三分之一,同时其成本也仅为后者的二分之一。雷声公司称,该雷达探测性能已达到并超过诺斯罗普·格鲁曼公司的APG-83雷达水平(装备美军F-16、F-18等主力战机)。

这种具备经济可承受、轻量化特点的雷达可广泛配置于教练机、无人机和直升机系统,具备广大的潜在市场。雷声公司认为,该雷达“低成本、高性能、高适装性”的特点非常契合美军当前重点发展的可消耗型无人机系统的装备需求,“天空博格人”项目所使用的低成本、可消耗性“无人僚机”是该型雷达的重点市场目标。


图1  装备紧凑型雷达的无人僚机想象图


二、关键技术

1.

 开放式系统架构

从技术上看,雷声公司推出的这款雷达系统采用开放式系统架构,可实现快速能力升级,根据不同作战平台、不同作战功能的需求,可将其T/R组件数量从900个增加至2400个,大幅提升探测效能。

林肯实验室于上世纪90年中期就提出了雷达开放系统架构(ROSA),并在雷声公司早期承担的新型三坐标远程雷达3DELRR(后项目中止)中进行了应用,可以推断,雷声公司紧凑型雷达项目很可能应用了此前该公司在ROSA上的技术积累。在这种开放式架构下,通过对硬件设备重组和软件系统重构,将显著改进雷达功率、孔径及处理运算能力,并可对雷达功能进行再定义,添加更多功能,实现雷达资源利用最大化。


2.

 氮化镓宽禁带半导体技术

此外,该雷达应用氮化镓(GaN)宽禁带半导体技术,并通过先进封装方法将数字化T/R组件及其处理器实现高效整合,能够在控制重量、尺寸的同时,实现对远距离目标的精确探测、识别和跟踪。

GaN宽禁带半导体技术是目前美国雷达设计的主流,其它采用GaN技术的雷达装备还包括E-2D预警机、AMDR防空反导雷达等。宽禁带半导体技术可显著提高雷达发射功率,在节能的同时增强探测效能,具备良好的线性工作能力,能够满足多功能雷达在侦察、电子对抗、通信、导航等不同状态的要求。


3.

散热采用风冷设计

值得注意的是,出于减轻雷达重量的需要,该雷达摒弃了散热性能更优的液冷技术,而是采用了独特的风冷设计,这是针对雷达性能和重量指标的一种权衡取舍,对雷达发射功率造成了一定的限制。


三、几点认识

(一)从作战角度看,该装备是目前国外曝出的首款无人机机载火控雷达,将有效拓展无人机作战任务池,很可能将改变未来空战形态

现役无人机机载雷达多为合成孔径雷达,其主要功能为对地/对海成像和地面动目标指示,主要用于执行战场实时侦察任务。而雷声公司开发的紧凑型雷达,首次为无人机提供了获取空中目标火控级别数据的能力,这将使“无人机空战”成为可能,拓展了无人机任务域。

该雷达一旦装备美军全力推动的“无人僚机”系统,无人机在实战中可进行突前部署,在诱使敌方目标暴露的同时,利用其机载火控雷达实施对空探测,将获取的目标火控信息回传后方有人机,有助于有人机在安全距离外做出决策、发射武器,并可对己方其他平台发射的导弹进行“接力制导”,大幅拓展了战场杀伤链攻击范围,有效提升有人/无人协同的战场效能,真正做到“先敌发现,先敌决策,先敌打击”

此外,随着智能自主技术的不断发展,装备火控雷达的无人机系统很可能将具备“自主空战”能力,对未来空战产生颠覆性影响。


(二)从装备特征角度看,“低成本、高性能、高适装性”将成为无人机机载火控雷达的关键考虑因素

通过美军“马赛克战”等作战概念内涵可以看出,各种类型的低成本、可消耗无人系统,将作为构建物理/功能高度分散、灵活机动、动态协同“杀伤网”的重要组成单元,是获取高作战效费比的重要抓手。

因此,作为无人机载火控雷达,其应具备“低成本”,以实现无人机整机价格可控;应具备“高性能”,尽可能提升探测距离和精度,满足现代战场对先进态势感知能力的需要;应具备“高适装性”,通过开放式架构实现“孔径可大可小,能力可强可弱”以满足不同类型无人机的作战配置需求。


(三)从技术发展角度看,共形化设计、综合射频、分布式信号协同很可能将是未来无人机载火控雷达的关键赋能技术。

尽管该型雷达有诸多创新点,但仍没有脱离传统机载火控雷达设计框架。虽然雷声公司宣称此紧凑型雷达已达到了APG-83雷达的技术水准,但考虑到无人机平台对雷达重量/尺寸、T/R组件数目、散热能力的限制,其真实性能尚未可知。

从技术发展角度看,雷达共形、综合射频、分布式信号协同很可能是能够让无人机机载雷达发生“质变”的重要手段:

通过共形化设计,将雷达孔径集成在无人机机身上,可在大幅度减小无人机的重量、体积、阻力和目标识别特性的同时,将天线单元部署于无人机平台表面的任意位置,摆脱了传统阵列天线单元集中于机鼻或顶部特定区域的限制,可从根本上改变天线的形状和尺寸,有效提高高频段AESA的作用距离和探测精度;

通过多功能综合射频技术,可使无人机系统具备对威胁目标(包括电磁静默目标)预警探测、侦察识别、敌我判断、电子干扰等多种作战能力,通过统一的资源管理和调度,实现各种功能协调工作,并且利用有无源信息融合实现精确目标识别,通过有无源相互引导,实现先敌发现、先敌干扰、先敌摧毁;

通过分布式信号协同技术,可基于广域网络连接,通过对共用功能单元的参数和信号的联合设置,实现包括无人机在内的多平台雷达信号级协同,将不同作战单元孔径的发射和接收信号分别进行空间功率合成,获得N3倍合成增益(N为雷达单元数),并可根据作战需要,随时调整探测单元的部署数量,具备探测威力可控、鲁棒性强、机动性佳的特点,可作为无人机未来分布式态势感知能力的重要技术支撑。


四、结语

无人机系统将在未来战争中起到愈发重要的作用,发展可装备的无人机载火控雷达是赋能无人空战的关键。虽然雷声公司推出的这款紧凑型火控雷达很可能是世界上第一款正式推出的无人机载火控雷达系统,但也可能存在着类似的尚未公布的项目,如DARPA已开展多年的“协奏曲”项目,就计划为无人机设计具备雷达、电子战、通信能力的综合射频系统,很可能也将具备空战火控能力,需持续跟踪关注外军相关能力的发展演进。

作者:中国电科14所 张昊

中国电科发展战略研究中心 李硕

- The End

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