練學(xué)輝，郭琳琳，莊　雷

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室；南京 210003；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

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美國(guó)“宙斯盾”系統(tǒng)及主要傳感器進(jìn)展分析

練學(xué)輝1，郭琳琳2，莊雷2

(1.海軍駐南京地區(qū)雷達(dá)系統(tǒng)軍事代表室；南京 210003；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

介紹了美國(guó)“宙斯盾”系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和作戰(zhàn)過(guò)程，列表分析其防空系統(tǒng)和彈道導(dǎo)彈防御(BMD)能力的升級(jí)演進(jìn)過(guò)程及其現(xiàn)代化進(jìn)程的技術(shù)路線，最后介紹了其主要傳感器AN/SPY-1和AMDR雷達(dá)的最新進(jìn)展。

“宙斯盾”系統(tǒng)；防空反導(dǎo)；AN/SPY-1雷達(dá)；AMDR

0　引　言

“宙斯盾”(AEGIS: Airborne Early-warning Ground Integrated System)作戰(zhàn)系統(tǒng)是空中預(yù)警與地面整合系統(tǒng)，是一種全天候、全空域艦載防空系統(tǒng)，用來(lái)保衛(wèi)航母編隊(duì)或驅(qū)護(hù)編隊(duì)。該系統(tǒng)從1969年12月起正式開(kāi)始研制，1973年完成樣機(jī)，于1981年正式裝艦，1983年在“提康德羅加” 巡洋艦正式服役。該系統(tǒng)體現(xiàn)了美國(guó)80年代的科技水平，并在此后經(jīng)歷了30多年的升級(jí)改進(jìn)現(xiàn)代化過(guò)程,使得系統(tǒng)將來(lái)能夠進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)升級(jí)以及未來(lái)供應(yīng)商產(chǎn)品即插即用?，F(xiàn)已衍生出10個(gè)版本(基線0～9)，目前最新版本基線9實(shí)現(xiàn)防空能力和彈道導(dǎo)彈防御能力的整合，成為美國(guó)海軍巡洋艦和驅(qū)逐艦防空反導(dǎo)一體化作戰(zhàn)的核心系統(tǒng)，其BMD能力從版本3.6發(fā)展到5.0/5.1/5.2版本。到2014年年中，“宙斯盾”已被部署在84艘艦船上，包括22艘“提康德羅加”巡洋艦(CG)和62艘“阿利·伯克”驅(qū)逐艦(DDG)(其中21艘Ⅰ型，7艘Ⅱ型，34艘ⅡA)。2015年，美國(guó)部署于羅馬尼亞的陸基“宙斯盾”反導(dǎo)系統(tǒng)“上線”，另一個(gè)在波蘭的陸基“宙斯盾”導(dǎo)彈防御系統(tǒng)有望于2018年開(kāi)始運(yùn)行。

1　系統(tǒng)介紹

1.1系統(tǒng)基本組成

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)主要由6個(gè)分系統(tǒng)組成，分別是MK1指揮和決策分系統(tǒng)、MK1武器控制分系統(tǒng)、AN / SPY-1系列多功能相控陣?yán)走_(dá)或AMDR分系統(tǒng)、MK99火控分系統(tǒng)、MK41或MK26導(dǎo)彈發(fā)射分系統(tǒng)、MK1戰(zhàn)備狀態(tài)測(cè)試分系統(tǒng)和作戰(zhàn)訓(xùn)練分系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)特點(diǎn)和作戰(zhàn)過(guò)程

(1) 反應(yīng)速度快

相控陣?yán)走_(dá)從搜索方式轉(zhuǎn)為跟蹤方式僅需50 μs, 能夠攔截高性能飛機(jī)和超音速反艦導(dǎo)彈。

(2) 威力強(qiáng)

相控陣?yán)走_(dá)具有360°全方位全空域內(nèi)自動(dòng)跟蹤200批目標(biāo)的能力，以及能同時(shí)攔截空中12～16批目標(biāo)。

(3) 抗干擾能力強(qiáng)

系統(tǒng)可以在嚴(yán)重的電子干擾(包括無(wú)源和有源干擾)、海雜波以及惡劣氣象環(huán)境下正常工作。

(4) 可靠性高

系統(tǒng)能夠在無(wú)后勤保障的情況下在海上可靠地持續(xù)工作40～60天，并且采用模塊化結(jié)構(gòu)，配置靈活[1]。

“宙斯盾”系統(tǒng)防空作戰(zhàn)時(shí)，AN/SPY-1A雷達(dá)首先對(duì)全空域進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后自動(dòng)轉(zhuǎn)入跟蹤，并將目標(biāo)探測(cè)與跟蹤數(shù)據(jù)送給MK-1指揮決策系統(tǒng)和武器控制系統(tǒng)。MK-1指揮決策系統(tǒng)進(jìn)行敵我識(shí)別、威脅估算，制定作戰(zhàn)方案，并傳遞給MK-1武器控制系統(tǒng)。武器控制系統(tǒng)根據(jù)己艦的武器狀態(tài)進(jìn)行武器分配，并決定攔截方式和導(dǎo)彈發(fā)射。武器控制系統(tǒng)通過(guò)多功能相控陣?yán)走_(dá)天線向SM-2導(dǎo)彈發(fā)出修正指令。導(dǎo)彈接收后形成控制量控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。該系統(tǒng)共擁有4個(gè)作戰(zhàn)模式：自動(dòng)模式、自動(dòng)專屬模式、半自動(dòng)模式和事故模式。

2　防空系統(tǒng)升級(jí)演進(jìn)

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和作戰(zhàn)需求的變化不斷地升級(jí)發(fā)展，現(xiàn)已擁有基線(Baseline)0～9共10個(gè)版本，其中基線0和基線2現(xiàn)已不用，基線9正在進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。各基線采用技術(shù)和設(shè)備變化的詳細(xì)情況如表1所示?；€7之前是作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)升級(jí)的循序漸進(jìn)的過(guò)程?；€8使用可升級(jí)的商用現(xiàn)貨計(jì)算機(jī)和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)來(lái)替換原有UYK43為基礎(chǔ)的軍事標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算環(huán)境?；€9是“宙斯盾”系統(tǒng)的最新版本，將提供3個(gè)主要作戰(zhàn)能力的改進(jìn)，包括“海軍防空反導(dǎo)一體化(NIFC-CA)”作戰(zhàn)能力、一體化防空反導(dǎo)(IAMD)、增強(qiáng)彈道導(dǎo)彈防御。

表1　“宙斯盾”系統(tǒng)基線演變發(fā)展

3　彈道導(dǎo)彈防御(BMD)升級(jí)演進(jìn)

與“宙斯盾”防空系統(tǒng)升級(jí)相對(duì)應(yīng)的是BMD系統(tǒng)升級(jí)。2002年，美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局(MAD)立項(xiàng)在“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制具備反導(dǎo)能力的作戰(zhàn)系統(tǒng)，其BMD系統(tǒng)剛開(kāi)始和基線版本同步發(fā)展。但是，由于美國(guó)“反介入/區(qū)域禁止”的擴(kuò)散，BMD開(kāi)始單線發(fā)展。

目前，大部分 “宙斯盾”艦配備的BMD版本是3.6.1和4.0.1。美國(guó)導(dǎo)彈防御局和海軍計(jì)劃在未來(lái)數(shù)年將其升級(jí)到更高性能的版本：5.0版本、5.1版本和5.2 版本。表2給出了其詳細(xì)的版本性能情況，表3給出了其升級(jí)的主要方面[2]。

表2　“宙斯盾”BMD系統(tǒng)版本性能詳情

表3　“宙斯盾”BMD系統(tǒng)版本升級(jí)主要方面

4　“宙斯盾”升級(jí)改造現(xiàn)代化進(jìn)程技術(shù)路線

為了使“宙斯盾”系統(tǒng)滿足未來(lái)作戰(zhàn)需求,在未來(lái)發(fā)展中具有更強(qiáng)的兼容性和適應(yīng)性, 美國(guó)海軍進(jìn)行了不斷的升級(jí)改造現(xiàn)代化進(jìn)程。基線7之前都是循序漸進(jìn)的升級(jí)改造,之后就是進(jìn)行現(xiàn)代化進(jìn)程,采用商用現(xiàn)貨技術(shù)對(duì)軟件和硬件分別升級(jí)，平均每?jī)赡晟?jí)一次軟件、每4年升級(jí)一次硬件，并且采用了海軍第3方企業(yè)的軟硬件解決方案。用于“宙斯盾”系統(tǒng)現(xiàn)代化改進(jìn)的主要技術(shù)包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用商用現(xiàn)貨(COTS)技術(shù)，聯(lián)合航跡管理對(duì)準(zhǔn)技術(shù)將NIFC-CA與“標(biāo)準(zhǔn)-6”用于“宙斯盾”系統(tǒng)，將導(dǎo)彈防御局開(kāi)發(fā)的“宙斯盾”BMD與“標(biāo)準(zhǔn)-3”用于“宙斯盾”系統(tǒng)。其現(xiàn)代化升級(jí)的詳細(xì)技術(shù)路線如圖1所示[3]。

圖1　“宙斯盾”系統(tǒng)現(xiàn)代化升級(jí)路線圖

為提升“宙斯盾”系統(tǒng)的海軍一體化火控防空(NIFC-CA)能力，美國(guó)海軍在海軍“綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)”(IWS)計(jì)劃指導(dǎo)下通過(guò)3個(gè)階段實(shí)施“先進(jìn)能力構(gòu)建”(ACB)計(jì)劃(包括正在進(jìn)行的ACB 12，即基線9，以及未來(lái)將要實(shí)施的ACB 16和ACB 20)，以提升部隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。這使“宙斯盾”系統(tǒng)具備“遠(yuǎn)程交戰(zhàn)”(EOR)能力、“?；┒巍?SBT)攔截能力，最終具備武器與傳感器聯(lián)合協(xié)同能力，以及先進(jìn)的防空與導(dǎo)彈防御任務(wù)規(guī)劃能力。

ACB 12計(jì)劃中針對(duì)“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展項(xiàng)目包括：(1)采用“宙斯盾”開(kāi)放式體系架構(gòu)，(2)引入“宙斯盾” BMD5.0和NIFC-CA，(3)采用“技術(shù)嵌入-12”(TI-12)相關(guān)技術(shù)，(4)采用“改進(jìn)型海麻雀”(ESSM)、“標(biāo)準(zhǔn)-2”、“標(biāo)準(zhǔn)-3”Block1A/1B和“標(biāo)準(zhǔn)-6”導(dǎo)彈，(5)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)使用“宙斯盾”BMD5.0的任務(wù)規(guī)劃編制器。

ACB 16主要應(yīng)對(duì)中期威脅，提升部隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力。其實(shí)現(xiàn)途徑為使用多傳感器協(xié)同、擴(kuò)大BMD交戰(zhàn)距離、多艦協(xié)同交戰(zhàn)、聯(lián)合傳感器組網(wǎng)、應(yīng)用先進(jìn)電子戰(zhàn)系統(tǒng)及協(xié)同跟蹤。此階段的“宙斯盾”系統(tǒng)將加裝SPQ-9B雷達(dá)，改進(jìn)作戰(zhàn)身份識(shí)別，采用具備“遠(yuǎn)程交戰(zhàn)”(EOR)能力和“?；┒巍?SBT)攔截能力的“宙斯盾”BMD5.1版本，采用“標(biāo)準(zhǔn)-3”2A導(dǎo)彈。

ACB 20主要應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)期威脅，提升武器與傳感器協(xié)同能力，依靠先進(jìn)的作戰(zhàn)資源管理(雷達(dá)/電子戰(zhàn))、綜合電子與主動(dòng)防御、一體化防空反導(dǎo)任務(wù)規(guī)劃及聯(lián)合的一體化火力控制。系統(tǒng)采用新型防空反導(dǎo)雙波段雷達(dá)AMDR、BMD6.X系統(tǒng)、多傳感器集成、傳感器協(xié)同和“技術(shù)嵌入-20”設(shè)備，具備先進(jìn)的防空與導(dǎo)彈防御任務(wù)規(guī)劃能力。

5　“宙斯盾”系統(tǒng)之主要傳感器——AN/SPY-1雷達(dá)和AMDR

5.1AN/SPY-1 雷達(dá)

“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)主傳感器是洛克希德·馬丁公司研制的S波段AN/SPY-1三坐標(biāo)多功能相控陣?yán)走_(dá)。該雷達(dá)可執(zhí)行水平搜索和半球搜索、多目標(biāo)跟蹤與指示、導(dǎo)彈制導(dǎo)等任務(wù)。每一部SPY-1雷達(dá)包含了4部直徑3.7 m、共4350個(gè)單元的天線。該天線呈45°傾斜安裝在艦船的上層結(jié)構(gòu)。

為滿足從大型軍艦到小型艦艇的各種作戰(zhàn)需要，SPY-1雷達(dá)家族已有多種型號(hào)，詳情如表4所示。其中SPY-1B/D型雷達(dá)的主要特點(diǎn)是采用分布式微處理器系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的多任務(wù)處理能力，以實(shí)現(xiàn)快速信號(hào)處理。與SPY-1B相比，SPY-1D具有更高的平均功率和更低的噪聲，以及更多的脈間、相位和幅度穩(wěn)定性。動(dòng)目標(biāo)顯示器的雜波對(duì)消系統(tǒng)可讓計(jì)算機(jī)選擇2～7個(gè)脈沖以減輕雜波。更寬的凹口濾波器可拒絕鳥(niǎo)類等的航跡。使用不同相對(duì)航速增強(qiáng)雜波(陸地雜波和雨)對(duì)消能力。自動(dòng)自適應(yīng)模式允許系統(tǒng)自動(dòng)選擇優(yōu)化的MTI搜索波形。在高雜波和箔條環(huán)境下，脈沖多普勒捕獲和跟蹤12～16個(gè)脈沖波形，比MTI提供更高的敏感性和雜波抑制能力，可補(bǔ)償瀕海雜波環(huán)境中敏感接收機(jī)產(chǎn)生的虛警概率。SPY-1D(V)型雷達(dá)采用新型行波管、目標(biāo)篩選及雜波抑制算法，雷達(dá)探測(cè)跟蹤彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈的能力獲得了較大程度的提高。雙波束搜索能力使得雷達(dá)在雜波和嚴(yán)重干擾條件下依然擁有很高的數(shù)據(jù)率，增強(qiáng)了沿海作戰(zhàn)能力，同時(shí)針對(duì)海岸水域任務(wù)進(jìn)行了優(yōu)化，提高了抗干擾能力[4]。

表4　SPY-1各型號(hào)對(duì)比

5.2AMDR

2015年年初，3艘現(xiàn)役“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦完成里程碑式升級(jí)改造，成功安裝和測(cè)試了最新的“宙斯盾”基線9作戰(zhàn)系統(tǒng)?！鞍⒗げ恕雹蟆爸嫠苟堋毕到y(tǒng)將采用防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)代替 AN/SPY-1D(V)雷達(dá)。

AMDR采用雙波段雷達(dá)體制，由升級(jí)的X波段水平搜索雷達(dá)SPQ-9B和新研制的S波段綜合防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR-S)構(gòu)成。兩部雷達(dá)通過(guò)雷達(dá)套件控制器(RSC)進(jìn)行集成和系統(tǒng)管理，使AMDR作為一個(gè)整體有機(jī)工作，從而保證AMDR雷達(dá)在導(dǎo)彈防御、空中防御以及海面戰(zhàn)的不同角色中快速轉(zhuǎn)換。AMDR雷達(dá)共7個(gè)陣面，其中AMDR-S 4個(gè)陣面，SPQ-9B 3個(gè)陣面[5]。

AMDR-S是AMDR的核心。它是一種全固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)，具有良好的抗干擾、濾雜波能力，能在惡劣海態(tài)、天氣下追蹤新一代低RCS空中目標(biāo)。

每個(gè)AMDR天線陣列高4.298m、寬4.145m、深1.524m，外形依舊為類似AN/SPY-1的八角形，其結(jié)構(gòu)和外形如圖2所示[6]。每個(gè)陣列由37個(gè)雷達(dá)模塊裝配件(Radar Module Assemblies，RMA)構(gòu)成，每個(gè)RMA長(zhǎng)寬均為60.96 cm，包含了多通道收/發(fā)模塊(TRIMM)第四代數(shù)字接收機(jī)激勵(lì)器及相關(guān)單元。每面天線擁有超過(guò)5000個(gè)T/R模塊。若干個(gè)T/R模塊構(gòu)成一個(gè)可快速抽換的TRIMM模塊，且內(nèi)部有液冷系統(tǒng)，能在不關(guān)閉液冷回路的情況下直接更換天線陣列上的TRIMM。雷達(dá)輻射組件與外罩(radiator/radome)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于維修。AMDR每面天線的直徑比AN/SPY-1D(V)略高(后者3.66 m)，但質(zhì)量與深度比AN/SPY-1D(V)增加不少。 AMDR后端系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)稱為冷卻設(shè)備單元(Cooling Equipment Unit，CEUs)。由于AMDR的T/R模塊都集中在天線上，因此需要更強(qiáng)的天線冷卻能力。為此，新型“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦擴(kuò)大了原本為SPY-1D雷達(dá)供應(yīng)風(fēng)冷的風(fēng)扇室。

圖2　天線結(jié)構(gòu)和外形圖

總之，AMDR具有以下特點(diǎn):采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì);系統(tǒng)可升級(jí)；采用新型氮化鎵材料，體積小功率高；采用數(shù)字波束形成技術(shù)，靈敏度更高。其先進(jìn)的設(shè)計(jì)克服了SPY-1雷達(dá)的諸多限制，信噪比是SPY-1 的32 倍，探測(cè)威力是SPY-1 的2.4 倍，同時(shí)處理目標(biāo)數(shù)是SPY-1 的30 倍, 具備對(duì)空中目標(biāo)和彈道導(dǎo)彈目標(biāo)遠(yuǎn)程探測(cè)與跟蹤能力，其強(qiáng)大的功能將進(jìn)一步提高“宙斯盾”系統(tǒng)的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)效能。

6　結(jié)束語(yǔ)

“宙斯盾”系統(tǒng)是當(dāng)今世界上性能最為先進(jìn)的攻防兼?zhèn)?、軟硬兼施的全天候、全方位、全空域防空及反?dǎo)系統(tǒng)。它集雷達(dá)、導(dǎo)彈、武器控制、電子對(duì)抗及發(fā)射裝置于一體，擔(dān)負(fù)著全面而綜合性的防御任務(wù)。隨著協(xié)同作戰(zhàn)(CEC)、海軍一體化火控防空 (NIFC-CA)作戰(zhàn)能力、一體化防空反導(dǎo)(IAMD)能力的具備、AMDR雷達(dá)的加盟，以及未來(lái)持續(xù)的升級(jí)改造，“宙斯盾”系統(tǒng)必將發(fā)揮更為強(qiáng)大的作用。

[1]方有培. 美?；爸嫠苟堋奔夹g(shù)發(fā)展分析[J].航天電子對(duì)抗, 2015, 31(5).

[2]石雯君. 橫跨海陸的堡壘——盤(pán)點(diǎn)“宙斯盾”一體化防空反導(dǎo)系統(tǒng)[J].裝備/技術(shù)，2015(1).

[3]Jamie Durbin, Richard W Scharadin. The Modernization of AEGIS Fleet with open architecture. http:// www.dtic.mil>cgi-bin>GetTRDoc>ADA557871.

[4]趙登平.世界海用雷達(dá)手冊(cè)[M]. 2版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2012.12: 284-291.

[5]李源. 美國(guó)海軍下一代防空反導(dǎo)雷達(dá)(AMDR)介紹[J].技術(shù)研發(fā)，2015(9).

[6]TadDickenson.Air&MissileDefenseRadar(AMDR).http://www.Raytheonretirees.org>201507>AMDR.

Analysis on progress of American Aegis system and its main sensors

LIAN Xue-hui1, GUO Lin-lin2，ZHUANG Lei2

(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003;2. No.724 Research Institute of CSIC, Nanjing 211153)

The composition, features and combat process of the Aegis system are firstly introduced, and then the evolution of its air-defense system and the BMD capability is analyzed in lists. Moreover, the technical roadmap of its modernization is presented. Finally, the new progress of its main sensors, namely AN/SPY-1 radar and AMDR, is introduced.

Aegis system; air and missile defense; AN/SPY-1 radar; AMDR

2016-04-16；

2016-04-28

練學(xué)輝(1965-)，男，高級(jí)工程師，研究方向：雷達(dá)總體技術(shù)；郭琳琳(1983-)，女，工程師，研究方向：翻譯及科技情報(bào)研究；莊雷(1984-)，男，工程師，研究方向：雷達(dá)總體。

TN95

A

1009-0401(2016)03-0014-05