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平板缝隙阵与无源相控阵之争：F14的AWG9对决米格31的“掩体”  小飞帅谈装备 2022-07-31 16:06山东军事领域创作者 关注 AWG9和“掩体”是冷战时期美苏比较典型的两款战斗机火控雷达，前者用于F14舰载机，主要用于保卫航母编队的远程截击任务，后者装备米格31截击机，主要担负苏联的国土防空重任，对低空突防的目标进行远程拦截。AWG9和“掩体”这两种雷达各具特色，在人类雷达研发史上都有重要地位，那它们两个谁更优秀呢？   F14与米格31 先看F14的AWG9雷达 AWG9最初是为F111B研制的，但F111B项目后来被取消，失去装机对象的AWG9转而成为F14重型舰载机的核心传感器。AWG9是一种大型机械扫描雷达，采用直径达0.91米的圆形平板缝隙阵天线，峰值功率有8000瓦，这两个指标在当时是非常可观的，再加上其发射机采用了高效的756H栅控行波管，使得天线增益高达50dB，dB即分贝，反映的是天线对辐射信号的聚焦能力，50分贝指的AWG9天线的辐射功率可达全向天线的316倍。因此AWG9让舰载战斗机获得了前所未有的视距：对于大型目标277公里，对战斗机目标160公里，对巡航导弹也可达112公里。不仅如此，AWG9还能跟踪在地面或海面杂波干扰背景下飞行的低空目标。   AWG9的圆形平板缝隙阵天线 但要说AWG9最大的噱头还是其宣称的“盯24打6”，即它能在跟踪24个目标的同时，以不超过2秒的间隔，制导6枚AIM154远程空空导弹几乎在同一时间攻击6个目标。但受制于天线的机械扫描速度，在实际测试中，6架靶机的飞行高度被限制在6705到7315米之间，间距更是只有600米，所有目标也都要集中在28公里的范围内。因此，尽管AWG9不需要通过连续照射来为AIM154指示目标，但却不具备在实战中同时攻击6个分散目标的能力。 再看米格31的“掩体”雷达 “掩体”又称SBI16，是苏联专为米格31研制的一种大型无源相控阵雷达，它对大型目标的搜索距离为200公里，战斗机目标120公里，可以同时10个目标，引导R-33远程空空导弹攻击其中的4个。“掩体”雷达的显著特征是一个字“大”，其天线直径达1.1米，比AWG9还大了两圈，苏27的N001脉冲多普勒雷达以笨重著称，其直径也不过0.96米。如果说苏27是围绕N001雷达设计的，米格31很大程度上就是围绕“掩体”来设计的，要不然也不会创造46吨起飞重量的纪录了，可见为了装备“掩体”雷达，米格31付出了很大代价。   米格31的“掩体”雷达 “掩体”雷达直径1.1米的无源相控阵天线包括两个独立的阵列，一个由1700个辐射单元组成的X波段天线，另一是由64个辐射单元组成的L波段转发天线，每个辐射元都与一个铁氧体移相器相连接。移相器是相控阵天线发射/接收(T/R)组件的重要组成部分，它通过电的方式控制对应辐射元所发射无线电波的相位，进而改变其指向。因此，只要根据需要改变各移相器的移相相位，就会使各辐射单元叠加形成的波束指向可变。“掩体”这种通过移相器进行的电子扫描无论是速度，还是控制精度都远强于AWG9的机械扫描。   无源相控阵雷达天线工作原理动图 正因为如此，“掩体”的无源相控阵天线克服了苏联战机火控雷达所用倒置卡塞格伦天线旁瓣杂波大，下视能力差的缺点，成为苏联第一种具备下视、下射能力的机载火控雷达。这样一来，米格31就获得了苏军急需的拦截超低空突防战机和巡航导弹的能力。 AWG9与“掩体”的对比 通过以上对两种雷达的分析，可以总结出以下几点结论： 一，AWG9的探测距离明显大于“掩体”。前者对于大型目标277公里，对战斗机目标160公里，后者对大型目标的搜索距离为200公里，战斗机目标120公里。虽然“掩体”采用了相控阵天线，但别的分系统却并不先进，甚至落后，它同AWG9一样，也只有一部发射机，而且所用元器件比AWG9的756H栅控行波管还要落后，结果就是功耗散热都不理想。 另外，“掩体”的馈电损耗大于AWG9。无源相控阵雷达发射机产生的射频能量要由计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，在这其间要经过环行器等一系列波导元件，因此无源相控阵雷达的馈电损耗要大于机械扫描雷达。   无源相控阵雷达的馈电损耗较大 “掩体”雷达未能真正实现空间功率合成。“掩体”的相控阵天线理论上可实现1700个辐射单元的波相叠加，进而实现总波束在某一方向的功率叠加，这便是相控阵雷达的空间功率合成技术，前提是要对各个移相器的相位进行快速精确的控制，但“掩体”的火控计算机太过落后，后来的“雪豹E”雷达具备空间功率合成能力后，探测距离达到了400公里，是“掩体”的一倍以上。 另外，火控计算机落后导致的处理水平低下还直接拉低了“掩体”的信噪比，这也是其探测距离远逊于AWG9的重量原因。 二，“掩体”对多目标的跟踪和打击能力也逊于AWG9。掩体只能盯10打4，而AWG9能盯24打6。主要原因就是前者的计算机的性能非常落后，信号处理水平低下，只能做到盯10打4。实际上，“掩体”连盯10打4的目标在很长时间内都没有达到(我国90年代进口的苏27就只能攻击一个目标)，原因就是算法和计算机不够出色，苏联本来打算通过80年代末的米格31M项目改进这个缺点，但由于众所周知的原因未能实现。   “掩体”雷达的后台处理设备非常落后 而AWG9火控计算机的总算力达到80万次每秒，再加上栅控行波管赋予的大带宽，AWG9雷达可在 19个传输通道上发射脉冲多普勒信号，也就是说理论上它可以同时对19枚导弹进行制导，这是“掩体”雷达所望尘莫及的。 三，AWG9的整个系统要比“掩体”小巧玲珑得多。AWG9应用了60年代末期电子元件和封装技术新成果，集成度较高，其整个系统的体积重量由原F-111B的1.3立方米、907千克降为0.85立方米和612千克。而“掩体”雷达尽管研制时间要晚得多，却更为庞大笨重，其天线的铁氧体移相器尤其如此。尽管铁氧体移相器有承受功率高、带宽较宽的优点，但缺点是所需激励功率大、开关时间长，且较为笨重，这是“掩体”天线直径达1.1米的重要原因。就整个系统而言，“掩体”的体积和重量相比AWG9估计都能翻倍。  从左到右分别是“掩体”、N001、苏30的“熊猫”和苏35的“雪豹” 实际上，就算是“掩体”的无源相控阵天线也并不比AWG9的平板缝隙阵天线精密，后者以加工难度大、价格昂贵著称，我国也是直到90年代中后期才真正攻克平板缝隙阵天线的量产难题。但平板缝隙阵天线却可以显著降低天线减低旁瓣，提高效率，正因为如此，AWG9才达到了50dB的天线增益。美国不是造不出“掩体”那样的天线，而是不愿为此付出体积和重量上的巨大代价。   F14的AWG9雷达非常小巧 四，“掩体”雷达具备真正的多目标攻击能力。但“掩体”雷达相比AWG9却也并非一无是处，尽管米格31所用R33导弹需要雷达全程提供连续制导波束，属纯半主动雷达制导空空导弹，而AIM-54“不死鸟”采用的却是惯导+半主动雷达+主动雷达组成的复合制导模式。但得益于“掩体”雷达毫秒级的无惯性电子扫描能力，米格31发射的R33反而获得了真正的多目标攻击能力。   AIM-54与R33 结语 总而言之，通过AWG9与“掩体”的深入对比，我们可以发现，先进的工作体制要让雷达实现预期的性能大幅提升，有赖于核心元器件、火控计算机、终端显控设备这些基础的支撑，否则，只能像“掩体”那样徒有先进之名，而无先进之实。对我国而言，即使未来率先装备了量子雷达，如若没有坚实的基础软硬件支撑，比“掩体”也强不了多少 |
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