有源电子扫描阵列（AESA）雷达：多任务能力 留言
原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）：射频易商城
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雷达技术的快速发展为航空航天和国防做出了前所未有的贡献，在过去的十年中，诺斯罗普-格鲁曼公司和其他厂家研制的有源电子扫描阵列（AESA）雷达使美国空军的F-22 “猛禽”、联合部队的F-35 “闪电II “和美国海军的F/A-18 “超级大黄蜂 “等战斗机的火控系统取得了显著的进步，同时也使机载预警和控制（AEW&C）的监视系统取得了显著的进步，如澳大利亚皇家空军的 “楔尾 “等AEW&C飞机和 “全球鹰 “和E-10等空对地监视平台（通过“多平台雷达技术插入计划”提供相应的技术)。
无论是有人和无人飞机，AESA雷达均可提供优越的通用性、速度以及更大的探测范围和分辨率，可执行多种搜索、测绘和瞄准任务，这种突破性的技术还可用于其他功能，如通信、电磁辐射检测和干扰。
与传统雷达使用一个中央发射器和接收器不同，AESA雷达系统能力的关键是由数百甚至数千个小型发射/接收(T/R)模块组成的天线，其中每个模块的作用就像一个小型的独立雷达；与传统的机械扫描阵列(MSA)不同，AESA的T/R模块阵列是固定的，没有移动部件，这进一步提高了其系统可靠性。
在MSA雷达中，飞机机头的圆形或椭圆形天线板使用万向系统快速转动，以引导雷达波束穿过相应空域或地面区域，而AESA雷达则以电子方式以近乎光速的速度引导其波束，可将其从一个目标瞬间转向另一个目标，另外这些模块既可以共同完成一项任务，也可以分组并行完成多项任务。
AESA也是在电子扫描阵列(ESA)雷达上的进步，例如空军的E-3预警机、B-1B “枪骑兵 “轰炸机和E-8C“联合星”对地监视飞机等。
电子扫描阵列雷达与MSA一样，使用一个中央发射机和接收器为其辐射元件提供辐射功率，但它使用每个辐射元件后面的电子控制移相器来控制波束，虽然这些系统获得了电子控制转向的好处，但相位偏移和线路损耗会导致雷达性能有所下降，而AESA雷达的功率分布在各个模块中，不是从一个高功率发射器中发出，因此不存在这一缺点。
用数百个T/R模块组成一个雷达，并让它们一起行动是革命性的，”诺斯罗普-格鲁曼公司电子系统部门全球营销副总裁斯科特-波特说，”实际上,机载雷达不再包含活动部件也是革命性的。”
AESA雷达系统的另一项技术基础是具有可编程波形的多通道接收机/激励器，基于商用货架的通用高速集成处理器，以及能够控制雷达资源（阵列、接收机、波形发生器）以支持多任务的先进资源管理器。
AESA采用了固态技术，也取消了机械运动部件，这将使系统可靠性远远超过目前的标准，它还采用了 “可更换组件 “的设计，使硬件和软件模块的维修或升级更加快捷、方便，由于这些原因，预计AESA的寿命周期成本将大大低于MSA，比如F-22和F-35上的有源阵列的寿命应该是机体预期寿命的近两倍。
在各种军事活动中，AESA能力带来的优势中，有四项能力特别突出：监视、战斗机火力控制/瞄准、电子战和高数据率通信。
一、监视系统
诺斯罗普-格鲁曼公司设计和制造机载雷达系统的时间比其他任何公司都要长，通过在70年代和80年代为E-3预警机和“联合星”飞机提供雷达系统，该公司成为机载电子扫描监视系统的世界领先者。
该公司目前正在为澳大利亚 “楔尾 “飞机生产6部AESA监视雷达，这将为AEW&C能力树立了新的标准，这种第四代多功能电子扫描阵列(MESA)，具有全向360度电子扫描和远距离探测能力，在态势感知、灵活性和目标更新速度方面达到了全新的水平。
MESA雷达安装在波音公司生产的新一代737-700系列飞机上，这种先进的AEW&C飞机提供了空对空覆盖、空对地覆盖、敌我识别系统（IFF）、特殊的跟踪波束和重点区域操作等能力。MESA雷达硬件目前正在生产，系统正在完成集成和测试，此外，波音公司和诺斯罗普-格鲁曼公司还计划为韩国的E-X预警机提供AEW&C系统。
AEW&C飞机是一种高价值的防区外系统，它通常在距离战斗前沿足够远的后方航线上飞行，使自身保持在低威胁或友好地区，未来先进的地对空导弹将迫使AEW&C在离战线更远的地方作战，为了支持进攻性制空任务，AEW&C必须有能力探测和跟踪那些远离战线处于高威胁区域的目标，因此，对于机载预警雷达系统有效地辨别敌方战斗机、巡航导弹和未来的低截面威胁目标来说，雷达的探测距离是非常必要的。
737 AEW&C飞机可以为MESA雷达提供360kw的电力，此外，该飞机还可以携带非常大的雷达天线，侧视天线约为6×18英尺（约1.83×5.49米），前视和后视天线约为5×25英尺（约1.52×7.62米），这种天线尺寸加上雷达功率使AEW&C飞机能够进行远距离探测。
MESA雷达天线安装在机身顶部的背部结构中，有两个背对背的侧视阵列和一个被称为 “顶帽 “的天线，位于背鳍的高处，可前后观察，这些全覆盖的阵列及其T/R模块，使MESA系统操作员能够将雷达时间和能量集中在更有可能包括敌对目标的区域，同时用较少的雷达能量监测低威胁区域。
诺斯罗普-格鲁曼公司正在设计和开发的另一个重要的AESA监视系统是为 “全球鹰 “和E-10飞机设计的下一代雷达，这些监视平台的雷达设计采用了该公司以往战斗机雷达开发工作中的技术进步，全球鹰的阵列长度为5英尺（约1.52米），而E-10的阵列长度超过20英尺（约6.1米），这两架飞机的监视雷达系统将同时具备合成孔径雷达和地面移动目标指示工作模式，这将大大提高空对地能力，还将增加空对空监视功能，E-10将具有在战术距离上探测巡航导弹的能力。
二、瞄准
AESA系统的远距离和超强的灵活性非常适合于预警任务，这也是其作为战斗机火控雷达的重要原因，另一个提高战斗机作战能力的优势是能够实现用于空对地目标的高分辨率成像，AESA战斗机雷达由于使用X波段频率和进行合成孔径处理，因此能够达到 “瞄准质量 “的分辨率；而AEW&C MESA雷达则不然，它使用较低的L波段频率，分辨率较低，在恶劣天气下干扰更小，可以实现远距离探测。
在役的的战斗机AESA火控雷达包括诺斯罗普-格鲁曼公司为F-22制造的AN/APG-77、为F-35制造的AN/APG-81和为F-16E/F Block 60 “猎鹰 “制造的AN/APG-80，诺斯罗普-格鲁曼公司正在将其第四代AESA技术用于F-22的第5批生产中，届时该机将拥有与F-35高度通用的雷达。
美国战斗机的四种AESA雷达正处于生产、集成或测试的不同阶段，F-16 Block 60和F-22的雷达都已投入使用，正在进行批产，而F-35和F/A-18E/F的AESA则仍处于部署前的建造或升级阶段。
欧洲三款最新的战斗机–瑞典的JAS-39 “狮鹫”、欧洲 “台风 “战斗机和法国的 “阵风 “的AESA雷达也在研制，然而，它们预计要到下一个十年才能准备好。
AESA火控雷达为战斗机飞行员提供了一些新的或大大改进的能力。首先，飞行员在空空作战中的功能将大大增强，能够跟踪和对付多种威胁飞机，传统机械雷达的扫描运动限制了飞行员能够收到的目标更新频率,为了获得足够稳定的图像来射击武器，面对多个威胁目标的飞行员不得不只选择其中一个目标，并将雷达的所有能量集中在它身上。
然而，AESA雷达完全改变了这种情况，由于其波束移动速度非常快，它可以支持射手对多个目标保持高质量的跟踪，此外，雷达系统还能自动为每个探测到的目标建立跟踪文件，减少飞行员的工作量。AESA雷达还增加了跳频和其他处理技术，形成 “低截获概率”，因此，AESA雷达可以在敌方的电子预警系统无预警情况下探测到敌机。
AESA的电子波束每秒可在不同方向观察一千多次，除了跟踪多个空中目标外，还可以执行一系列的任务，例如，该雷达可以同时进行空对空搜索和跟踪、空对地瞄准和地形跟踪等任务。
AESA雷达还能够为战斗机飞行员提供比以前的雷达更大的探测范围，由于雷达功率通过天线来辐射，AESA的输出功率是传统机械扫描雷达的三到四倍，这将使其具备可以提供完全支持远距离武器（如先进中程空对空导弹）的火控能力–为这些武器提供在其自身最大范围内攻击目标所需的制导。此外，AESA较远的探测距离使其能够发现和跟踪小型隐身巡航导弹，其距离足以使飞机的防御导弹在他们到达目标之前就击中它们。
AESA雷达的合成孔径模式带来了另一个重要的优势，其空对地分辨率将是原先雷达的5倍，因此，战斗机雷达将首次能够为空射GPS制导武器（如联合直接攻击弹药和联合防区外武器）进行非常精确的全天候瞄准。
事实上，战斗机飞行员现在仅靠他们的机载雷达就可以自给自足地攻击目标，以前，如果没有装备辅助红外瞄准吊舱，飞行员必须在起飞前进行目标规划，或者在途中将目标及其坐标传给他们，机载火控雷达不够精确，无法在地面上指定一个命中点，但现在，装备AESA的飞机不需要任何外部帮助就可以确定目标的坐标、将数据传给自己的武器并摧毁目标。
正如诺斯罗普-格鲁曼分析中心最近的一项研究指出的那样，在以网络为中心的作战行动中，通过战斗管理将传感器、指挥员和射手等要素整合在一起的各种方式中，这种由单一平台同时拥有授权和能力来处理所有三种功能的方式是最简单、最快速的，对于时间敏感的目标来说，往往是最好的。
最后，装备AESA的飞机可以利用其雷达的敏捷性和敏锐性为未装备AESA的飞机快速制定目标，比如在冲突开始时与多架战机合作，识别、瞄准和摧毁敌方的综合防空系统；通过计划中的未来战机目标瞄准改进系统（改进的合成孔径雷达、自动目标探测、诺斯罗普-格鲁曼公司的“暴风雨”等地理定位工具），当然还有更高带宽数据链路，可以使这种协同作战更加快速和准确。
在未来以网络为中心的行动中，AESA提供的这种力量倍增的能力将可以扩展到不断发展的全球信息网络的任何平台。
三、电子战
由于AESA雷达具有高功率、高速度和高灵敏度，也成为了电子战的理想工具，威胁干扰、防护和反制措施可以作为AESA任务套件的一个组成部分，而不是由主机平台的独立系统单独提供，由于AESA的高带宽、快速扫描和响应时间，电子战模式自然而然成为诺斯罗普-格鲁曼公司多功能架构的一个方面。
四、通信
多任务AESA还可以在另一个领域做出关键贡献，2005年9月，由诺斯罗普-格鲁曼公司、L-3通信公司和洛克希德-马丁公司组成的一个小组经过两年的内部研究和开发，成功地演示了AESA雷达在宽带通信方面的创新用途。
该小组使用AN/APG-77雷达和L-3公司在为U-2侦察机研制的通用数据链路调制解调器，实现了在空中发送和接收高数据率通信信号，试验证明，配备调制解调器的AESA可以提供空对空和地对地远距离视距通信。
研究人员演示了以每秒274兆字节(mbps)的数据速率在3.5秒内传输了72兆字节大小的合成孔径雷达图像，相比之下，在标准Link 16上传输相同的内容需要48分钟，公司研究人员最终使用F-22雷达阵列演示了548 mbps的实验室传输速率和每秒高达1千兆字节的数据接收速率。
诺斯罗普-格鲁曼公司电子系统部门战斗机航电系统副总裁乔-恩索尔说：“通常情况下，你会在一个平台上装备一个定向天线，使你能够快速下载数据，但在这里，有了F-22 AESA，我们就有了一个很好的机载天线波束，因此，可以尝试利用它来获得极高性能通信。”
这项工作已经取得了足够的成功，吸引了美国空军空中作战司令部的兴趣，该公司希望最终能将其研发成果转化为空军或海军的合同，也许不久之后，新一代战斗机AESA雷达不仅能收集到数量可观的情报和目标数据，而且还能在几秒钟内将这些庞大的信息包发送到整个战场，而不是目前数据链路所需的几十分钟。
虽然AESA雷达具有许多非凡的能力，但最引人注目的也许是与其T/R模块阵列最直接相关的能力，即同时执行多种任务的能力，以及几乎以光速在任务模式之间转换的能力。这种几乎可同时指向不同方向或在不同模式之间快速切换的能力，使AESA比其他传感器更匹配目前正在开发的高速防御系统（如定向能攻击系统或指挥和控制系统），这将使部队，甚至是那些在移动中的部队，在整个战区都能即时获得有用的情报。
