Smart雷达

大家最近对Smart-L雷达很感兴趣，我来科普下哈

　　荷兰SMART新型三坐标雷达

　　(一)研制背景与计划

　　当考虑到现代飞机和反舰导弹可能从各种不同高度入侵时，就必须进一步提高雷达系统的反导性能。为此，荷兰雷达设计师的出发点是反舰导弹袭来的角度一般在水平线到80°之间。

　　SMART(Signaal Muhibeam Acquisition Radar for Targeting)是荷兰电信设备公司的多波束目标捕获雷达的缩写。该雷达是一部全天候舰载三坐标雷达，它是信息处理和武器控制系统的主要探测器，用来装备小型护卫舰以上的各级舰艇。

　　SMART雷达有三种型号：SMART-S(基本型)，用于对空区域防御；SMART-X(辅助型)，适用于点防御系统；SMART-L(远程型)，用于远程搜索。

　　1981年，开始了SMART-S雷达系统的研制计划。1983年，荷兰电信设备公司(Signaal)和以英国为基地的MEL公司达成了正式协议，共同投标以达到皇家海军23型护卫舰装备新的搜索和目标指示雷达系统所需的要求。至1985年，SMART-S雷达一直处于发展之中。1990年4月至6月间，该雷达装在S级护卫舰上进行海上试验，其中包括一项完整的功能试验和一项在海洋环境中对系统抗多种目标的有效性测试，同年，SMART雷达的派生型MW.08C波段中近程多波束三坐标雷达在葡萄牙投入服役。1991年，荷兰电信设备公司开发一种SMART雷达的远程型SMART-L远程警戒雷达系统。1991年7月24日，与电信设备公司签订了研制SMART-L雷达的合同，合同金额为2500万美元。合同要求8部SMART-L雷达中的第一部在1995年中期交货，装备荷兰皇家海军试验船。电信设备公司计划在1995年至2005年间，平均每年生产两部SMART-L雷达。1991年11月，电信设备公司与FEL-TNO(物理和电子实验室)为ARTIST(改进型监视和跟踪的先进雷达技术)研究计划签订了一项价值580万美元的研制合同。从ARTIST计划产生的防空系统将与SMART-L和SMART-S雷达、“毒刺”(STING)火控雷达、红外传感器和防空导弹相结合。1992年，SMART-S雷达投入服役。1995年2月，将试制完成的SMART-L雷达的天线阵列和各种电子设备和软件组装到雷达视频处理机柜中。从1995年第二季度至年末，对SMART-L雷达进行远场天线测量试验和室外系统性能试验。．

　　其主承包商是荷兰电信设备公司。主管单位是荷兰电信设备公司、荷兰国防部。

　　据1994年报道，SMART-S雷达的单机成本约1000万美元；而MW.08雷达的定价约800万美元，SMART-L雷达的成本大概在1200万美元左右。

　　荷兰海军从1985年开始先后为“赫姆斯科克”改型护卫舰订购2部SMABT-S雷达，为“科顿艾尔”护卫舰订购6部SMART-S雷达，以及为“卡雷尔?多尔曼”护卫舰订购8部SMART-S雷达，还订购了8部SMART-L雷达；西班牙为F-100护卫舰订购了4部SMART-L和4部SMABT-S雷达；1989年，德国为其F-123护卫舰订购4部SMART-S雷达，1998年，又为其F-124护卫舰订购3部SMART-L雷达，荷兰海军订购4部SMART-L雷达装备其护卫舰。该雷达将成为德、荷和西三国护卫舰合作(TFC)计划的防空战系统中远程雷达的组成部分。

　　(二)系统组成及介绍

　　1．SMART-S雷达系统

　　SMART-S雷达系统由液压稳定天线、发射机、接收机、微处理机等组成。图3．3-13示出该雷达组成的方框图。

　　图3．3-13 SMART-S雷达组成方框图

　　SMART-S雷达天线装在桅顶上，采用液压稳定系统，稳定范围为横摇±30°、纵摇土10°。由一个单阵元自由倾斜宽带发射阵列和一个多阵元(16根)带状线接收阵列组成。超低副瓣电平单平面相控阵使该系统能进行精确的三坐标搜索和跟踪。SMART-S雷达天线示于图3.3?14。

　　首先在该雷达天线阵元内自动完成接收信号的预处理，以确保高灵敏度，然后把接收机的输出馈人到数字波束形成器，以产生12个独立的仰角波束，进行多普勒FFT(快速傅里叶变换)处理和自动跟踪。这12个堆积波束覆盖0°-90°的仰角范围。

　　发射机采用脉冲压缩体制的大功率脉间相参行波管放大器(TWT)，输出峰值功率为145kW。它有三种发射方式：固定频率、扫描过程中频率捷变和脉间频率跳变。

　　雷达接收机采用动目标显示(MTl)、多普勒FFT和线性视频输出。噪声系数为3.0dB，带宽为2.2MHz，压缩脉冲宽度为0.6微秒。另外，装备两部微处理机，一部用作目标录取，另一部用作终端计算机。为了降低处理负荷，动目标显示通过FFT仅在有气象杂波影响的区域内使用。万一出现干扰，SMART-S雷达就自动改变脉冲重复频率(PRF)。

　　2．SMART-L雷达系统

　　SMART-L雷达与SMART-S雷达在技术条件方面有较大差异。SMART-L雷达系统综合了尖端的、非常灵活的处理技术，它主要针对隐身目标(飞机和巡航导弹)进行跟踪。

　　SMART-L雷达系统在甲板上方有一根8.2m长的大型电子稳定天线，由两台电动机驱动。垂直极化天线由一组24个水平带状线阵列组成(接收时全用，发射时用16个)。在甲板下方有一部大功率固态发射机及独立的处理舱。新的固态D-SSTX发射机装置由7个并联的固态器件组成，每个器件有多达216个并联的晶体管结。这种排列可产生总共为300W的最大功率。当一个称为PA模块的基本放大器采用“一个驱动四个”(One?driving?four)的结构，并在末端接16个并联的晶体管时，就产生4kW功率。把多达32个PA模块组合后就可使功率猛增到100kW峰值功率。因为这是由16X32二512个晶体管所得到的。如果32个PA模块中的10个出了故障，也只会使功率降低10％左右，一个单独的故障是无关紧要的。该发射装置是由微处理机控制的，并通过一系列数据链提供“遥控状态”(remote status)和控制。通过控制馈人到上述16个阵列的射频(RF)能量的相位，照射方向性图也就得到控制和水平稳定。RF回波由24个接收信道进行处理并馈人波束形成网络，在此网络中形成14个水平线上方的波束。为了提取非模糊的目标多普勒速度，用多普勒处理器进一步处理波束形成器输出的信号，以达到杂波抑制和迅速可靠地跟踪起始与保持的目的。

　　大动态范围接收机包括A／D变换器都装在天线设备中，数字化的雷达视频通过光纤线路馈人到处理机柜中。

　　该雷达还装有一部一体化的X波段(I波段)海面监视雷达(FMCW雷达)，具有低截获概率(LPl)性能(它的最低功率输出低至lmW)。

　　前端处理电子构件是以C-4O数字信号处理机装置为基础，在较小的空间里聚集了16个并行处理信道。

　　图3.3-15示出了荷兰建造中的M级多用途护卫舰所用的SEWACOVⅢ(探测器、武器和指挥)系统中，SMART三坐标雷达与其他传感器、武器及火控系统的对接方框图。

　　荷兰的SEWACOVⅢ系统是新一代系统。该系统包括LW08两坐标对空搜索雷达、SMART三坐标雷达、声呐、导弹和火炮控制系统(包括两部STIR跟踪雷达)、“守门员” 近程武器和电子战设备。它们以三组SMR-4主计算机组成的作战指挥系统为核心，形成一个分布式的作战系统。

　　图3.3-15 SMART雷达与武器、火控系统对接的方框图

　　LW08雷达的功能是远程对空对海搜索和目标指示；SMART三坐标雷达则提供中程搜索和跟踪，它能迅速捕获和跟踪目标，为火控系统提供精确的目标数据，所有功能均自动进行。多用途武器控制系统控制垂直发射的“海麻雀”导弹、76mm炮等。探测器和武器系统是自主式分系统。

　　(三)主要技术性能参数

　　功能

　　搜索、跟踪

　　体制

　　三坐标、多波束

　　工作波段

　　S、X、L

　　跟踪能力

　　160个空中目标，40个海上目标；(SMART-L：1000个空中目标，40个海上目标)

　　跟踪精度

　　方位：0.25°，距离：40m，仰角：6°

　　峰值功率(kW)

　　145

　　功率管

　　脉间相参行波管

　　作用距离(km)

　　105(对战斗机) (SMART-L：可探测到50km外的“隐身型” 目标及100km外的常规飞机和400km外的其他空中目标)

　　分辨力

　　距离：90m，方位：1°，仰角：3°

　　脉冲宽度(μs)

　　0.6(压缩)

　　脉冲重复频率(Hz)

　　3700(平均)

　　天线型式

　　发射：单喇叭形阵列 接收：带状线阵列

　　天线稳定

　　液压稳定系统(SMART-L：大型电子稳定天线)

　　天线尺寸(m)

　　3.6X2.5(辅助型：4X3.2；SMART-L：8.2)

　　天线重量(kg)

　　800(辅助型：850；SMART-L：1200)

　　天线转速(r／min)

　　27(SMART-L：12)

　　波束数

　　12个(SMART-S)；6个(MW.08)；16个

　　波束宽度(°)

　　水平：2，垂直；9(接收)(SMART-L：水平：2.2，垂直:8(压缩))

　　仰角覆盖

　　0°~90°(SMART-L：0°-70°)

　　天线增益(dB)

　　23(发射天线)

　　极化形式

　　水平极化

　　噪声系数(dB)

　　(SMART-L)

　　(四)主要特点分析及述评

　　SMART雷达是荷兰海军80年代开始研制的新型舰载三坐标雷达，其主要任务是完成全天候搜索。该雷达采用合成多波束体制，发射单波束，接收多波束，并通过堆积多波束来完成高度测定。SMART-L雷达是SMART系列三坐标雷达中作用距离最远的一种，设计这种雷达的目的是要在远距离上检测飞机和在中距离段上检测雷达反射截面积为0.1平方米、速度为3Ma的反舰导弹。SMART系列雷达的主要性能是：

　　①SMART雷达系统提供自水平至方位的无隙仰角覆盖，可实现“无漏检”，并能提高低空探测性能。

　　②自动目标探测跟随自动起始和三坐标目标跟踪。

　　③能以高恢复率即时提供精确的目标轨迹，从而使相关的武器控制跟踪系统能自动跟踪目标。

　　④可直接控制与半主动寻的导弹相组合的连续波照射器，以及直接控制火炮以对付海上目标。

　　⑤具有自动目标探测、自动起始和跟踪以及诸如数字式快速傅里叶变换、FFT多普勒处理的先进处理技术。

　　⑥机内测试设备(BITE)保证了自动检测和故障报告，提高了雷达系统的可靠性。

　　⑦SMART-S雷达工作于S(F)波段，在此波段上保证了探测距离、精度和低空性能、杂波抑制以及天线尺寸、重量之间的最佳平衡。

　　⑧SMART-L雷达通过对提示搜索起始的快速反应方式，可以使防空战火控系统做出“最快速”锁定。

　　⑨SMART-L雷达采用相干多普勒滤波技术，可以确定目标的径向速度并进行杂波抑制。

　　⑩SMART-L雷达具有依据任务可选择的照射方向性图，包括局部区域和远程化搜索方向性图以及几种不同的烧穿模式，例如将能量集中在某个仰角上。

　　除上述这些特点外，还应特别指出，SMART-S雷达具有优越的抗杂波和电子干扰的性能。在抗杂波和ECCM方面，该雷达采取了一系列先进的技术措施。其中包括完全的相参链，具有可捷变频的宽波段工作，高的射频能量输出，自动选择射频和脉冲重复频率，带有笔形波束的三坐标雷达体制，多普勒FFT处理，自动对杂波和干扰进行门限处理，脉冲压缩，自动灵敏度时间控制(STC)和可能的扇形发射和控制等。

　　另外，SMART-L雷达还具有一整套先进的综合电子线(EW)设施和完整的海上目标检测性能，由于采用了频谱扩展技术，所以能检测到雷达视距以外的护卫舰规模的舰船。

　　研究表明，用单部SMART-L雷达就可替代两种类型的雷达：一种是用于对空监视和威胁预警的超远程D(L)波段雷达；另一种是用于目标采取和武器射击的F(S)或G(C)波段三坐标目标检测和跟踪雷达。该雷达波束以快的扫描速率可提供近乎半球状的空间覆盖，并能探测到50km外的“隐身型”目标和100km外的常规飞机。

　　由于这些雷达具有许多优良的技术性能，因此，受到各国海军的青睐。这些雷达的问世，不仅大大增强了荷兰皇家海军的舰艇防空能力，而且在国际市场上也具有很大的出口潜力。目前，这些雷达已经或将要出售给德国、希腊、阿曼、葡萄牙、西班牙、加拿大、南朝鲜、土耳其、荷兰等国。

　　最后应该指出，L波段的SMART-L雷达不会取代S波段的SMART-S雷达，因为前者缺乏SMART-S雷达功能所要求的精度，这两种雷达是互补的，而不是互相竞争的。