引用格式：張江華.對(duì)美軍空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)體制的推測(cè)［J］.航空兵器，2023，30（1）：31-36.

ZhangJianghua.SpeculationsonUSAirforcesAirtoAirMissileRadarSeekerTechnicalScheme［J］.AeroWeaponry，2023，30（1）：31-36.（inChinese）

摘要：近幾十年來(lái)，世界各軍事強(qiáng)國(guó)競(jìng)相發(fā)展隱身技術(shù)，戰(zhàn)機(jī)典型RCS已經(jīng)從0.1～1m2下降到-40dBm2，隱身目標(biāo)探測(cè)成為空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭領(lǐng)域亟待解決的難題，有源相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)被廣泛認(rèn)為是最有可能解決空空導(dǎo)彈對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)的先進(jìn)技術(shù)，但成本高，且對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力提升有限。本文結(jié)合美軍近年來(lái)中距空空導(dǎo)彈改進(jìn)項(xiàng)目以及從平臺(tái)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、體系中心戰(zhàn)的大背景，通過(guò)對(duì)機(jī)載雷達(dá)、TVM（TrackviaMissile）雷達(dá)導(dǎo)引頭以及Ku和Ka波段主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭在晴天和雨天條件下對(duì)典型隱身目標(biāo)探測(cè)距離計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)為美軍可能在發(fā)展TVM雷達(dá)制導(dǎo)與主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)復(fù)合的制導(dǎo)方式。X波段TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)可以充分利用機(jī)載雷達(dá)資源，提升導(dǎo)引頭對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力，相比有源相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)成本大幅度降低。

關(guān)鍵詞：相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭；主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭；TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭；隱身目標(biāo)；空空導(dǎo)彈

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ765.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5048（2023）01-0031-06

DOI：10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0199

0引言

隱身技術(shù)的飛速發(fā)展給空空導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，研究顯示［1］，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)的RCS大約為-25～-39dBm2，不排除最小值低到-50dBm2的可能性，如何解決隱身目標(biāo)探測(cè)已成為空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)領(lǐng)域迫切需要解決的難題。中距空空導(dǎo)彈要求導(dǎo)引頭能夠全天候、全天時(shí)探測(cè)目標(biāo)，并測(cè)量彈目距離信息以優(yōu)化制導(dǎo)律，雷達(dá)導(dǎo)引頭幾乎是唯一的選擇。不斷提高雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射功率是彌補(bǔ)目標(biāo)RCS降低的重要手段，常規(guī)機(jī)械掃描雷達(dá)導(dǎo)引頭功率容量的增加受到電子真空器件的限制，提升空間十分有限，國(guó)內(nèi)外研究人員紛紛把目光投向了相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)，研究利用相控陣天線實(shí)現(xiàn)分布式大功率空間合成，從而提升雷達(dá)導(dǎo)引頭的功率孔徑積，提高作用距離［2］，日本AAM-4B導(dǎo)彈［3］、法國(guó)“麥卡”導(dǎo)彈的改進(jìn)計(jì)劃都采用有源相控陣技術(shù)［4］。毋庸置疑，采用相控陣天線技術(shù)的雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力，相比傳統(tǒng)的機(jī)械掃描體制雷達(dá)導(dǎo)引頭將會(huì)提高，特別是毫米波相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭，更有利于提高空空導(dǎo)彈的作用距離。另一方面，相控陣技術(shù)的應(yīng)用也給導(dǎo)彈帶來(lái)兩個(gè)壓力：（1）成本大增，僅天線動(dòng)輒就需要百萬(wàn)元人民幣；（2）功耗大增，發(fā)射功率高達(dá)數(shù)千瓦，而新一代隱身戰(zhàn)機(jī)內(nèi)埋攜彈又迫切需要導(dǎo)彈進(jìn)一步減小體積。更為致命的是，當(dāng)雷達(dá)導(dǎo)引頭平均功率增大到千瓦量級(jí)以后再往上增加就變得越來(lái)越困難，典型目標(biāo)RCS在過(guò)去幾十年內(nèi)減小了30dB以上，雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射功率需要提高到百千瓦甚至兆瓦級(jí)以上，才能彌補(bǔ)目標(biāo)RCS減小導(dǎo)致的探測(cè)距離下降，工程上很難實(shí)現(xiàn)。在這樣的背景下重新審視美軍空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭技術(shù)的發(fā)展歷程，對(duì)于發(fā)展空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭技術(shù)有著重要參考價(jià)值。美軍AIM-120導(dǎo)彈自裝備以來(lái)不斷進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，最新的AIM-120D導(dǎo)彈相對(duì)于基本型射程增加了50%，導(dǎo)引頭仍然采用機(jī)械掃描體制［5］。

美軍中距空空導(dǎo)彈的升級(jí)改進(jìn)中是否考慮過(guò)發(fā)展有源相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)？新一代主流戰(zhàn)機(jī)F-35采用單引擎，機(jī)動(dòng)能力已不是戰(zhàn)機(jī)首要追求，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)隱身性和遠(yuǎn)程交戰(zhàn)能力，雷達(dá)導(dǎo)引頭是中距空空導(dǎo)彈的主流制導(dǎo)技術(shù)，不發(fā)展有源相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)還有其他選擇嗎？

1美軍空空彈雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)改進(jìn)情況

1.1AIM-120系列導(dǎo)彈導(dǎo)引頭技術(shù)

美國(guó)先進(jìn)中距空空導(dǎo)彈（AIM-120）是當(dāng)今世界上最先進(jìn)、生產(chǎn)數(shù)量最多的現(xiàn)役雷達(dá)型中距空空導(dǎo)彈［6］，自裝備以來(lái)就不斷進(jìn)行改進(jìn)。該導(dǎo)彈最早是由休斯公司與雷神公司競(jìng)標(biāo)研制，后期休斯被并購(gòu)，由雷神公司負(fù)責(zé)后續(xù)的改型和保障。

導(dǎo)彈采用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭制導(dǎo)體制，工作在I波段，行波管發(fā)射機(jī)，具有中高重頻設(shè)計(jì)，高重頻用于盡早發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離目標(biāo)，中重頻用于下視探測(cè)低飛目標(biāo)，雷達(dá)導(dǎo)引頭的作用距離約為10km，掃描視場(chǎng)角范圍為±25°，波束寬度為10°，天線增益約25dB。改進(jìn)里程碑如下：

AIM-120A，1976年研制，1991年服役；

AIM-120B，1989年啟動(dòng)，1994年服役，制導(dǎo)控制系統(tǒng)由A型的WGU-16升級(jí)到WGU-41B，使導(dǎo)彈可以實(shí)現(xiàn)在線軟件升級(jí)；

AIM-120C-3，1996年主要進(jìn)行內(nèi)埋升級(jí)，減小了翼展尺寸；

AIM-120C-4，1998年改進(jìn)軟件，減小戰(zhàn)斗部；

AIM-120C-5，2000年減小了控制系統(tǒng)尺寸，升級(jí)抗干擾模塊，增大發(fā)動(dòng)機(jī)；

AIM-120C-6，2002年升級(jí)了象限目標(biāo)檢測(cè)設(shè)備（QuadrantTargetDetectionDevice）及軟件；

AIM-120C-7，2005年改進(jìn)導(dǎo)引頭抗干擾軟件和飛行控制系統(tǒng)，增加射程；

AIM-120D，2007年改進(jìn)導(dǎo)引頭，提高了抗干擾能力。重大升級(jí)包括使用雙向數(shù)據(jù)鏈，增大離軸角，最大射程增大50%，達(dá)到180km。

2021年，AIM-120C-7首次完成實(shí)彈飛行試驗(yàn)，值得注意的是在文獻(xiàn)［7］中同時(shí)披露：增程AMRAAM是一個(gè)復(fù)合攔截系統(tǒng)，把AIM-120C-7的前端（包括雷達(dá)導(dǎo)引頭與戰(zhàn)斗部）與RIM-162改進(jìn)型“海麻雀”導(dǎo)彈的后端（火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與控制艙段）相結(jié)合實(shí)現(xiàn)，并于2016年8月完成驗(yàn)證試驗(yàn)。RIM-162采用半主動(dòng)制導(dǎo)模式，導(dǎo)彈后端應(yīng)該包含尾部直波接收機(jī)。

2021年，AMRAAM的另一次試驗(yàn)中，美國(guó)空軍宣稱成功進(jìn)行了世界上最遠(yuǎn)射程空空導(dǎo)彈飛行靶試?！暗?8試驗(yàn)與評(píng)估中隊(duì)在第83戰(zhàn)機(jī)武器中隊(duì)的配合下進(jìn)行了這次最遠(yuǎn)距離空空導(dǎo)彈靶試，F(xiàn)-15C戰(zhàn)機(jī)發(fā)射AIM-120導(dǎo)彈命中BQM167靶機(jī)?！钡?8中隊(duì)少校AaronOsborne說(shuō)，53聯(lián)隊(duì)內(nèi)部之間的關(guān)鍵協(xié)作使在役裝備系統(tǒng)能力得到擴(kuò)展，進(jìn)而使戰(zhàn)機(jī)獲得更好的武器系統(tǒng)運(yùn)用包線［8］。

直到AIM-120D型產(chǎn)品之前，導(dǎo)引頭大致保持一致，最大作用距離約10km，工作在I波段，行波管發(fā)射機(jī)，具有中高重頻設(shè)計(jì)，功能與A型類(lèi)似［9］。有消息稱，AIM-120D企圖采用雙模導(dǎo)引頭，同時(shí)具有被動(dòng)射頻尋的和主動(dòng)尋的兩種模式，但項(xiàng)目辦官員予以了否認(rèn)［10］。

1.2AIM-260導(dǎo)引頭技術(shù)

AIM-260導(dǎo)彈由洛克希德·馬丁公司研制。相比AIM-120導(dǎo)彈，這款導(dǎo)彈的彈徑、長(zhǎng)度基本保持不變，射程約150km，導(dǎo)引頭有可能采用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭或雙模復(fù)合導(dǎo)引頭［11］。

1.3Peregrine/CUDA導(dǎo)彈導(dǎo)引頭技術(shù)

Peregrine由雷神公司負(fù)責(zé)研制，CUDA由洛克希德·馬丁公司負(fù)責(zé)研制。相比AIM-120導(dǎo)彈，這兩款導(dǎo)彈尺寸減小了一半，并強(qiáng)調(diào)了低成本特性［12-13］，由此可以推測(cè)導(dǎo)引頭多半沒(méi)有采用有源相控陣技術(shù)。

迄今為止的報(bào)道中，還看不到在AIM-120導(dǎo)彈及其后續(xù)新研產(chǎn)品中有使用相控陣導(dǎo)引頭的跡象。

2探測(cè)距離分析

在AIM-120D的改進(jìn)中首次引入了雙向數(shù)據(jù)鏈，對(duì)于雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)，雙向數(shù)據(jù)鏈意味著什么？有沒(méi)有可能引入了TVM制導(dǎo)呢？

TVM導(dǎo)彈不僅需要接收目標(biāo)指示信息，還需要把導(dǎo)引頭接收到的目標(biāo)信息回傳到載機(jī)，不僅有利于提高導(dǎo)引頭的探測(cè)距離，還能提高機(jī)載雷達(dá)跟蹤距離。TVM制導(dǎo)與主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)復(fù)合，遠(yuǎn)距離采用TVM制導(dǎo)，近距離采用主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)。該技術(shù)已在美國(guó)PAC-3反導(dǎo)系統(tǒng)中使用。F-35的機(jī)載雷達(dá)APG-81工作在I波段（8～12.5GHz），具有一個(gè)激光波束（LaserBeam）模式用于對(duì)特定的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)照射，該模式的照射功率比EA-6B“咆哮者”電子戰(zhàn)飛機(jī)的照射功率還要大10倍！這樣的大功率照射波束對(duì)于有源相控陣?yán)走_(dá)來(lái)說(shuō)不存在任何困難，這也是美軍在AIM-120導(dǎo)彈改進(jìn)項(xiàng)目中可能采用TVM制導(dǎo)模式的前提和基礎(chǔ)。APG-81雷達(dá)有1200個(gè)輻射單元［14］，每個(gè)GaAS單元按美國(guó)20年前的技術(shù)水平，完全可以保證10W峰值的發(fā)射功率，因此預(yù)計(jì)APG-81雷達(dá)的峰值發(fā)射功率至少可達(dá)12kW。根據(jù)上述參數(shù)還可以進(jìn)一步估計(jì)出天線增益約37dB，波束寬度約2.5°。

AIM-120導(dǎo)彈的最近發(fā)射距離為2km，這意味著，最小轉(zhuǎn)比距離為2km，雷達(dá)導(dǎo)引頭最大探測(cè)距離必須大于2km，導(dǎo)彈才有可能完成閉環(huán)飛行?？紤]到必要的設(shè)計(jì)余量，要求導(dǎo)引頭探測(cè)距離在3km以上才能保證導(dǎo)彈閉環(huán)飛行。

依據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)雷達(dá)方程［15］：

R4m=PavtfGtGrλ2σF2pF2tF2rF2rdr（4π）3kTsDx（n′）LtLα（1）

為了兼顧TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭探測(cè)距離的計(jì)算，式（1）可改寫(xiě)為

SN=PavtfGtGrλ2σF2pF2tF2rF2rdr（4π）3kTsLtLα（RtRr）2（2）

式中：SN為目標(biāo)回波信噪比；Pav為平均發(fā)射功率，機(jī)載雷達(dá)的Pav設(shè)定為3kW，主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的Pav統(tǒng)一設(shè)定為1kW；tf為相參積累時(shí)間，統(tǒng)一為10ms；Gt為發(fā)射天線增益，對(duì)于TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭來(lái)說(shuō)，發(fā)射天線增益即為機(jī)載雷達(dá)天線增益，對(duì)于機(jī)載雷達(dá)和主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭來(lái)說(shuō)，收發(fā)共用天線可以近似認(rèn)為收發(fā)增益一樣（實(shí)際上接收天線一般需要進(jìn)行加權(quán)處理增益較低，由于差異不大，可以忽略）；Gr為接收天線增益；λ為波長(zhǎng)；σ為目標(biāo)RCS，設(shè)定為-40dBm2；Fp為極化匹配因子，本算例中忽略此項(xiàng)影響；Ft，F(xiàn)r分別為天線發(fā)射和接收方向圖因子，對(duì)機(jī)載彈載雷達(dá)也可以忽略此兩項(xiàng)影響；Frdr為距離相關(guān)影響因子，F(xiàn)rdr=FeclFstcFbdFlens2，由遮擋因子、STC控制因子（在中高重頻雷達(dá)系統(tǒng)中一般沒(méi)有STC控制，可不予考慮）、天線方向圖損失（與雷達(dá)工作模式相關(guān)，搜索模式下?lián)p失較大，一般空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭可不考慮搜索模式，截獲模式損失相對(duì)較小）、雙程透鏡效應(yīng)因子（機(jī)載、彈載平臺(tái)可不考慮此項(xiàng)影響）的乘積確定，此項(xiàng)因子隨彈目相對(duì)距離變化而變化；k為玻爾茲曼常數(shù)；Ts為系統(tǒng)噪聲溫度，為289K；Rt為發(fā)射機(jī)與目標(biāo)的距離；Rr為接收機(jī)與目標(biāo)距離；Lt為系統(tǒng)損耗，包括傳輸線損耗0.5dB、信號(hào)處理失配損失3.5dB、天線罩損耗1dB等；Lα為大氣傳輸損耗。

Lα按如下公式計(jì)算：

Lα=10－0.2αR/1000（3）

式中：α為大氣傳輸衰減因子；R為距離。

考慮以下幾種體制：

（1）主動(dòng)雷達(dá)體制：包括機(jī)載雷達(dá)和雷達(dá)導(dǎo)引頭；

（2）半主動(dòng)雷達(dá)體制：TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭。

工作波段和典型氣象條件下大氣衰減考慮見(jiàn)表1。

對(duì)于16GHz與34GHz工作頻段，只考慮主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的作用距離計(jì)算。

根據(jù)ITU統(tǒng)計(jì)，全球絕大部分地區(qū)一年中降雨量大于3mm/h（中雨）的時(shí)長(zhǎng)約175h，降雨量10mm/h（大雨）以上的時(shí)長(zhǎng)為45h，概率低于0.5%。

根據(jù)AIM-120導(dǎo)彈天線波束寬度和增益，可以推算出天線口徑約150mm，該尺寸將用于計(jì)算Ku和Ka波段導(dǎo)引頭天線增益。

首先利用式（2）計(jì)算X波段機(jī)載雷達(dá)作用距離，如圖1所示。

圖1中機(jī)載雷達(dá)在0mm/h、3mm/h降雨量下的探測(cè)距離約為13km，10mm/h作用距離下降到約11km。圖中發(fā)射平均功率按3kW，方向圖損失設(shè)定為4dB，其余計(jì)算參數(shù)同上文及表1。圖1的計(jì)算表明，如果載機(jī)僅利用APG-81機(jī)載雷達(dá)，即使0mm/h的降雨量對(duì)F-35的攔截距離也將小于13km。

圖2中，Ku波段雷達(dá)導(dǎo)引頭平均發(fā)射功率按1kW，在目標(biāo)指示精度足夠的情況下，雷達(dá)導(dǎo)引頭的作用距離計(jì)算中方向圖損失約2dB。從圖中可以看出，導(dǎo)引頭作用距離只有大約2.5km。

Ka波段主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭目標(biāo)信噪比隨距離變化曲線如圖3所示。可以看出，這時(shí)探測(cè)距離受天氣影響嚴(yán)重，即使3mm/h的降雨量也會(huì)顯著影響導(dǎo)引頭探測(cè)距離。

如果采用TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭，雷達(dá)導(dǎo)引頭目標(biāo)回波信噪比隨機(jī)載雷達(dá)與目標(biāo)距離變化曲線如圖4所示。圖中，導(dǎo)彈與目標(biāo)距離恒為3km。這時(shí)導(dǎo)彈在3mm/h以下降雨量情況下可以在距離載機(jī)16km處截獲目標(biāo)，在10mm/h降雨量時(shí)截獲距離下降到12km。

如果要求TVM導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的捕獲距離提高到5km，目標(biāo)回波信噪比隨導(dǎo)彈與載機(jī)之間距離變化曲線如圖5所示。在降雨量為3mm/h或晴天，導(dǎo)彈可以在距載機(jī)約11km捕獲目標(biāo)，降雨量10mm/h時(shí)下降到約8.5km，但導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的捕獲距離提高到5km。相比之下，主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的捕獲距離卻沒(méi)有增加的潛力。

從以上算例可以看出，Ka波段易受天氣影響，即使降雨量?jī)H為3mm/h也足以顯著影響導(dǎo)引頭的作用距離；Ku和X波段雷達(dá)導(dǎo)引頭受天氣影響相對(duì)較小。

3波段和技術(shù)體制選擇

空空導(dǎo)彈采用TVM制導(dǎo)技術(shù)時(shí)，需要依靠機(jī)載雷達(dá)大功率、高增益波束照射目標(biāo)，因此，采用這種體制要求導(dǎo)引頭工作波段與機(jī)載雷達(dá)保持一致。目前國(guó)外中距空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭大多工作在Ku波段，如“流星”、“麥卡”、R-77導(dǎo)彈等。在這個(gè)波段很難實(shí)現(xiàn)TVM制導(dǎo)，畢竟大部分機(jī)載雷達(dá)需要工作在X波段。單純采用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)，即使采用有源相控陣天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式大功率發(fā)射，當(dāng)平均功率提升到千瓦級(jí)以后，功率進(jìn)一步提升的空間也很小。但是，如果利用機(jī)載雷達(dá)照射，充分發(fā)揮機(jī)載雷達(dá)發(fā)射功率大、天線增益高的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)一步提高導(dǎo)引頭探測(cè)距離，同時(shí)還可以提升機(jī)載雷達(dá)對(duì)隱身目標(biāo)的跟蹤距離。

美軍AIM-120導(dǎo)彈導(dǎo)引頭工作在I（X）波段存在顯著優(yōu)勢(shì)：

（1）即使大雨天氣，美軍空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)所受影響也很小；

（2）戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載雷達(dá)幾乎全是工作在X波段，如F-15，F(xiàn)-16，F(xiàn)-35平臺(tái)使用的APG-63，APG-81，APG-82均為X波段，雷達(dá)導(dǎo)引頭工作在X波段有利于共享機(jī)載雷達(dá)資源。

可能會(huì)有人質(zhì)疑導(dǎo)引頭工作在頻率較低的X波段是否存在以下缺點(diǎn)：

（1）抗多路徑能力較差

抗多路徑能力主要發(fā)生在攔截低空目標(biāo)時(shí)。實(shí)際上即使采用毫米波導(dǎo)引頭也難以避免多路徑效應(yīng)，都需要通過(guò)對(duì)彈道約束予以回避［16］。

（2）制導(dǎo)精度差

根據(jù)雷達(dá)理論，導(dǎo)引頭的測(cè)角精度與波束寬度線性相關(guān)，波束越寬，測(cè)角精度越差，X波段導(dǎo)引頭波束寬度比Ku波段大，測(cè)角精度也相對(duì)較差，進(jìn)而影響視線角速度精度。實(shí)際上，引起導(dǎo)引頭的測(cè)角精度變差的主要因素并不是波束寬度，而是末端角閃爍影響，無(wú)論是X、Ku波段，抑或是Ka波段，只要解決了末端角閃爍都可以實(shí)現(xiàn)直接撞擊殺傷的制導(dǎo)精度。

（3）不利于提升作用距離

在式（2）中，由于天線的收發(fā)增益均和雷達(dá)工作波長(zhǎng)的平方成反比，即

Gt≈4πAeλ2，Gr≈4πAeλ2（4）

式中：Ae是天線等效面積。

把式（4）代入式（2），可以發(fā)現(xiàn)回波信噪比與波長(zhǎng)的平方成反比，即波長(zhǎng)越短，導(dǎo)引頭探測(cè)距離越遠(yuǎn)。這一關(guān)系式成立的前提是雷達(dá)導(dǎo)引頭有準(zhǔn)確的目標(biāo)指示信息，不需要進(jìn)行搜索。實(shí)際上，空空導(dǎo)彈多數(shù)工作在這種情況下，即導(dǎo)引頭不需要進(jìn)行波束掃描即可發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

據(jù)此，有人可能認(rèn)為空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭工作波長(zhǎng)越短，作用距離越遠(yuǎn)。這是一種誤解：導(dǎo)引頭工作波長(zhǎng)越短，波束越窄，指示精度影響也就越大。例如，3dB波束寬度5°的導(dǎo)引頭在指示誤差2.5°時(shí)，天線收發(fā)增益損失就高達(dá)6dB，而對(duì)于3dB波束寬度10°的導(dǎo)引頭同樣的指示精度可能只會(huì)引起3～4dB的方向圖損失。因此，提高導(dǎo)引頭工作波段對(duì)提高作用距離意義不大，特別是當(dāng)工作頻段提高到毫米波以后還會(huì)有相反的效果：易受天氣影響，很小的降雨也可能導(dǎo)致探測(cè)距離大幅度降低。

AIM-120導(dǎo)彈在實(shí)戰(zhàn)中發(fā)射13枚導(dǎo)彈擊落10架戰(zhàn)機(jī)的紀(jì)錄，已經(jīng)很好地證明了X波段研制空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的可行性。

TVM制導(dǎo)與半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)方式類(lèi)似，最受詬病的是需要機(jī)載雷達(dá)持續(xù)照射目標(biāo)。在早期機(jī)載雷達(dá)以機(jī)械掃描為主。平臺(tái)中心戰(zhàn)模式下，機(jī)載雷達(dá)是飛機(jī)上最重要的傳感器，機(jī)械掃描雷達(dá)的多目標(biāo)處理能力十分有限，TVM/半主動(dòng)制導(dǎo)需要長(zhǎng)時(shí)間占用寶貴的機(jī)載雷達(dá)資源，這種制導(dǎo)模式對(duì)于平臺(tái)中心作戰(zhàn)模式以及使用機(jī)械掃描雷達(dá)的飛機(jī)來(lái)說(shuō)，都是不可接受的。

機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的應(yīng)用，特別是美軍提出網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)概念后，戰(zhàn)機(jī)對(duì)機(jī)載雷達(dá)的依賴有所降低，有源相控陣?yán)走_(dá)的應(yīng)用大幅度提升了機(jī)載雷達(dá)多目標(biāo)處理能力，TVM制導(dǎo)的缺陷就顯得不那么突出了，同時(shí)，TVM制導(dǎo)也有利于提升機(jī)載雷達(dá)的探測(cè)距離。

根據(jù)以上算例分析，結(jié)合AIM-120改進(jìn)計(jì)劃的公開(kāi)報(bào)道情況，美軍采用TVM制導(dǎo)結(jié)合載機(jī)有源相控陣?yán)走_(dá)或其他平臺(tái)目標(biāo)指示、照射，是一種可能的選擇。這樣的導(dǎo)引頭方案回避了昂貴的相控陣天線，仍然可以繼續(xù)沿用機(jī)械掃描天線，TVM雷達(dá)制導(dǎo)與主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)相結(jié)合，對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭成本的增加也很少。

TVM雷達(dá)制導(dǎo)也是防空導(dǎo)彈領(lǐng)域最重要的制導(dǎo)方式之一，俄羅斯的S-300，S-400，S-500系列防空導(dǎo)彈一直沿用TVM雷達(dá)制導(dǎo)體制［17-20］，而且特別強(qiáng)調(diào)突出其隱身目標(biāo)攔截能力，這與地面雷達(dá)等效輻射功率有很大的關(guān)系。

與主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭相比，TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）抗干擾能力更強(qiáng)

由于導(dǎo)引頭自身不輻射信號(hào)，敵方偵察干擾設(shè)備釋放的干擾信號(hào)一般都是針對(duì)輻射來(lái)波方向，難以對(duì)導(dǎo)引頭發(fā)揮作用；而機(jī)載雷達(dá)可以綜合利用空-時(shí)-頻-極化等資源綜合提高抗干擾能力，這些技術(shù)的使用在空間受到極大限制的空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭上是難以想象的。

（2）目標(biāo)雙基地RCS增大

常規(guī)隱身設(shè)計(jì)多是針對(duì)單基地雷達(dá)系統(tǒng)，旨在減少后向RCS，TVM雷達(dá)導(dǎo)引頭回波信號(hào)與雙基地RCS相關(guān)，研究顯示照電尺寸較大時(shí)，雙基地RCS的極大值和均值更大，若其工作在前向散射區(qū)，更利于目標(biāo)探測(cè)［21］。

（3）易于和主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭復(fù)合

從已公開(kāi)的AIM-260和Peregrine等可能采用雙模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的導(dǎo)彈圖片來(lái)看，都是采用尖錐頭罩，這種頭罩很大程度上排除了光學(xué)導(dǎo)引頭的可能性；與單純被動(dòng)（反輻射制導(dǎo)）復(fù)合有效性受到敵方戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)關(guān)機(jī)影響，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)兩種模式的復(fù)合難度也很大。TVM雷達(dá)制導(dǎo)模式的工作頻段與主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭工作頻段一致，易于實(shí)現(xiàn)雙模復(fù)合。

TVM制導(dǎo)的主要不足之處在于：

（1）多目標(biāo)攔截時(shí)，目標(biāo)容量受到機(jī)載雷達(dá)發(fā)射功率的限制，但這個(gè)限制在很多情況下并不致命；

（2）對(duì)追尾目標(biāo)的探測(cè)能力

理論上，采用TVM制導(dǎo)是難以探測(cè)追尾目標(biāo)的，這可能也是美軍在AIM-120導(dǎo)彈的改進(jìn)中仍然保留主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)的原因。

TVM雷達(dá)制導(dǎo)屬于半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)的一種，早期空空導(dǎo)彈如美軍的AIM-7F和AIM-9C等就采用半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)。與傳統(tǒng)的半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)相比，TVM雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)有助于提升照射雷達(dá)跟蹤能力，在防空導(dǎo)彈上有廣泛應(yīng)用，移植到空空導(dǎo)彈上使用不存在技術(shù)上的障礙。

文獻(xiàn)［8］則進(jìn)一步暗示，美軍TVM制導(dǎo)空空導(dǎo)彈可能在利用第三方機(jī)載雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)指示與照射，實(shí)施遠(yuǎn)程打擊。利用他機(jī)照射代替本機(jī)照射是對(duì)文獻(xiàn)中使在役裝備獲得更好武器運(yùn)用包線的一種可能解釋。如果不是利用他機(jī)目標(biāo)指示與照射取得靶試成功，美國(guó)空軍或許也沒(méi)有那么自豪宣稱是世界上最遠(yuǎn)距離空空導(dǎo)彈飛行靶試，畢竟文中明確提到了試驗(yàn)是兩個(gè)中隊(duì)協(xié)作的結(jié)果。

早在20世紀(jì)70年代，美軍F-16戰(zhàn)機(jī)上即已裝備半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)的AIM-7F“麻雀”空空導(dǎo)彈，當(dāng)時(shí)的機(jī)載雷達(dá)APG-66為機(jī)械掃描體制。因此，TVM制導(dǎo)應(yīng)用于空空導(dǎo)彈技術(shù)上是完全可行的。但是，采用TVM/半主動(dòng)制導(dǎo)以后，機(jī)載雷達(dá)需要大功率長(zhǎng)時(shí)間照射目標(biāo)，機(jī)械掃描雷達(dá)體制在發(fā)射空空導(dǎo)彈期間難以同時(shí)保證對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的有效監(jiān)測(cè)，而現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)普遍采用有源相控陣?yán)走_(dá)體制，同時(shí)多任務(wù)能力大大提升，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)比早期機(jī)械掃描雷達(dá)更加適合實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)/TVM復(fù)合制導(dǎo)。為了充分發(fā)揮TVM制導(dǎo)體制遠(yuǎn)距離攔截的優(yōu)越性，需要采用他機(jī)（或者星載）雷達(dá)照射，要求載機(jī)武器系統(tǒng)和他機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)能夠通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)共享戰(zhàn)場(chǎng)信息，這或許也正是美軍孜孜追求網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的一貫?zāi)康闹弧?/p>

4結(jié)論

Ku波段雷達(dá)導(dǎo)引頭天氣適應(yīng)性與X波段大體相當(dāng)，但是卻難以利用機(jī)載雷達(dá)的照射資源。美軍中距空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭工作在X波段，利用TVM雷達(dá)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)是一件很自然的事情：機(jī)載雷達(dá)和空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭本來(lái)都是工作在X波段，導(dǎo)引頭只需要進(jìn)行很少的改動(dòng)就可以利用機(jī)載雷達(dá)提升對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)距離，與相控陣導(dǎo)引頭技術(shù)相比有明顯成本優(yōu)勢(shì)。盡管短期內(nèi)甚至相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都難以證實(shí)美軍是否采用這一技術(shù)，但根據(jù)本文的典型算例推測(cè)，空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭，尤其在配備了有源相控陣機(jī)載雷達(dá)的戰(zhàn)斗機(jī)上，利用TVM制導(dǎo)可以顯著提高雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)隱身目標(biāo)捕獲距離，有什么理由放棄嘗試這種導(dǎo)引頭與機(jī)載雷達(dá)協(xié)同工作帶來(lái)的顯著優(yōu)勢(shì)呢？

分析給出以下啟示：

（1）在波段選擇上要重視X波段。機(jī)載雷達(dá)基本都是工作在X波段，空空導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭如果希望利用機(jī)載雷達(dá)資源，就需要工作在這個(gè)X波段；

（2）發(fā)展TVM制導(dǎo)與主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)復(fù)合可以提升導(dǎo)引頭對(duì)隱身目標(biāo)探測(cè)能力，且成本增加很少；也可以考慮取消主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)，以進(jìn)一步降低導(dǎo)引頭成本，減小體積、重量。

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SpeculationsonUSAirforcesAir-to-AirMissile

RadarSeekerTechnicalScheme

ZhangJianghua*

（XianElectronicEngineeringResearchInstitute，Xian710100，China）

Abstract：Inrecentseveraldecades，stealthtechnologyhasbeendevelopedquicklyamongthemilitarycountries，thetypicalRCSoffighterplanehasdroppedfrom0.1～1m2toaround-40dBm2，andthedetectionofstealthytargetisaurgentproblemneedstosolve.Activephasedarray（APA）radarseekertechnologyiswidelyconsideredasthemostlikelysolutiontothedetectionofstealthytargetsformediumrangeairtoairmissile（AAM），butthecostofAPAradarseekerishigh，andtheimprovementofstealthytargetsdetectionrangeisstilllimited.InordertofindawaytoimprovethestealthytargetscapturecapabilityofAAMradarseeker，theimprovementprojectofUSairforcesmediumrangeAAMaswellasthebackgroundoftransformationsfromplatform-centricwarfaretonetwork-centricwarfareandSoS-centricwarfare（SCW）arebothconsideredinthispaper，basedonthedetectionrangecalculationofairborneradar，track-via-missile（TVM）radarseekerandtheKu，Kabandradarseekertotypicalstealthytargetsinclearatmosphereorrainconditions，itisspeculatedthattheUSairforcearelikelynowdevelopingthecompositeguidancemodeofTVMandactiveradarseekertechnologyindealingwithstealthytargets.TVMradarseekertechnologyinXbandcanmakefulluseofairborneradarresources，andcanimprovethedetectioncapabilityofstealthytargets，alsothecostisgreatlyreducedcomparedwithactivephasedarrayseeker.

Keywords：phasedarrayradarseeker;activeradarseeker;TVMradarseeker;stealthytarget;air-to-airmissile

收稿日期：2022-09-22

*作者簡(jiǎn)介：張江華（1973-），男，安徽阜陽(yáng)人，博士，研究員。