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第35章 未来战争武器(5)

这种雷达的发明正好实现了雷达技术人员的梦想。例如,日本航空自卫队用来接替“胜利女神”J型地空导弹的“爱国者”防空导弹所使用的MPQ—53相控阵雷达,只要一部就能担任目标的搜索、捕捉、跟踪、识别,以及“爱国者”导弹的引导;而且只用一部雷达就能控制8坐导弹发射系统。如果是“胜利女神”系统的话,至少需要4种以上的雷达。

此外,相控阵雷达尚具有能够同时测定高度的三坐标功能,以及善于对付电子干扰等多项优点。但是另一方面,天线的设计相当不易,费用比传统型雷达高出4至10倍,这些缺点也是事实。

雷达的新技术还有:脉冲压缩技术、脉冲多卜勒技术等等。

合成孔径雷达

雷达的波束宽度由频率及天线的大小所决定。为提高清晰度,必须加大天线的尺寸。但不必在纵横两个坐标方向加大,只要左右加大就可以了。但是这种天线在飞机机头部分并不妥当,因此装在侧面,能够以高清晰度“看”飞行沿线的地面。这就是“侧视雷达(SLR)”。其代表性的产品有美国摩托罗拉公司所开发而悬挂在·V—1“莫霍克”观测/侦察机之机身下的APS—94。此种雷达使用I/J波段。

另外,固特异公司所开发的UPD—4及UPD—6两种侧视雷达,配置在美国空军的RF—4C“鬼怪”式飞机上,以及西德空军和日本航空自卫队的RF—4E飞机上。雷达所获得的影像可以记录在宽度241毫米的摄影底片上,侧视雷达所使用的频率越高,或是天线的尺寸越大,其清晰度也越好。但是由於天线的尺寸不可能任意加大,因此就转而使用“合成孔径雷达(SAR)”这种方法。

其方法是:将一定时间内侧视雷达所获得的信号加以贮存,并利用电脑处理,则其所获得的效果,等于拥有与该时间内飞机所飞行的长度相当的天线尺寸。清晰度依使用频率而定,在I/J波段中大约是3米左右。使用最低频率——例如合成孔径雷达使用波段为J波段的话,则能够穿过森林或伪装物而“看见”目的物。频率低,也就是波长长的话,电波就能绕射而穿过树叶或小树枝,因而此种雷达称为“穿叶雷达”。在70年代末期已经证实其可行性,但是仍有测定费时的缺点。

毫米波雷达

相反地,将频率变高,使用毫米级的短波长的方法,最近逐渐多见。毫米波雷达由于在杂波环境内的目标捕捉能力甚高,能够减小波束的宽度,而且侧漏电波非常之少,因此几乎不会产生与电视重影现象具有相同原理的多路径电波反射现象。这是它的优点。因此,适合于对贴近海面飞来的反舰导弹的警戒及跟踪之用,目前正使用于英国的“海狼”防空导弹用的911型雷达等数种近程防御系统。

由于短的波长能够精密地捕捉目标的状况,因此地面部队可用来贯穿烟或雾以捕捉目标。

另外,将这种毫米波雷达小型化,而当作导弹的导引装置使用的研究工作,已达到实用化。具有这种引导装置的导弹,与过去的雷达不同,并非将目标当作一个“点”,而是当作“形”来加以捕捉。

三坐标雷达

雷达在基本上是判明目标的距离与方位的二维型,如果用来捕捉海上或陆上的目标,这已足够;但是对于空中的目标,尚需有关高度的情报。由于这个缘故,过去一向将专用于测定高度的雷达与二坐标搜索雷达同时使用。这种测高雷达,将天线上下摆动,亦将波束上下移动,就能从当时天线的角度算出目标高度。

测高雷达与搜索水平方向的雷达保持连动,但是在波束碰到目标再反射回来之前,如果不将天线停住的话,就无法作高度的测定,因此天线须作步进式的移动,由于像是摆头姿态,因此亦称之为“摆头雷达”。

但是,由于必须使用两种雷达,占地广而且耗费多,最好是只用一种就能解决问题。因此,便着手开发能够测定三个坐标的雷达。

测高的方法有三:第一是一种称为堆积波束的方式。顾名思义,是将数条波束上下“重叠”而加以发射,水平方向则与二坐标雷达相同,使天线面作机械式的旋转而进行搜索。因此重叠的波束随着天线的旋转而移动。这些波束在空间内各自以固定的角度发射出去。所以,飞过来的飞机首先穿过由下面所射出的波束,然后逐一穿过上面的波束,从时间与波束的位置关系,就可以算出飞机的高度。

第二种称为频率扫描方式。这种方式是从直线型阵列的间隙放出雷达的能量,并经反射器反射而形成的波束,然后在阵列的一端到另一端之间使频率变化,从而转动波束的方向。在某一频率时如果能获得目标的反射波,由于已经知道其波束所面向的角度,因此也就能够得知目标的高度。

最后一种称为相位扫描方式,利用与频率扫描相同的原理,使相位发生变化而移动波束。频率扫描与相位扫描两种方式,其波束都能指向360度的任何一个方向。但是使用反射器方式的雷达,位于目标与反射器之间的阵列,有时会对波束产生干扰。另外,由于雷达能量会成为侧漏电波而从反射器的两端逃逸出去,因而产生错误信号,影响目标位置的测定,也容易被敌方钻空子干扰欺骗。由于这个缘故,没有这种缺点的相控阵雷达开始受到欢迎,成为一种被大量使用的三坐标雷达。

军舰为实施水平搜索与高度测定,必须配置两种雷达,可是舰艇容积有限难以安排装置的场所。三坐标雷达的出现,正好解决了这个问题,因而开始普及起来,并且逐渐作为地面防空用的雷达。

目前,三坐标雷达在远程弹道导弹的早期警戒、弹道导弹测试监视、战术防空警戒等方面,均被广泛地使用。

超视距雷达

上述种种雷达,无论如何努力,依然有一个最大缺点,就是无法看到地平线下的另一边。这是由于电波直线传播所造成的结果。但是如果利用无线电短波可以到达极远处的特性,或许可以看到地平线下的另一边,因此有人开始进行研究。

短波(2至30兆赫)之所以能达到远处,是由于被电离层反射的缘故。这个事实在20年代的初期就已经为人们所知了。利用这个波段,使电波在地球表面与电离层之间一面反射一面飞达远方,飞机等目标一旦穿过波束,就会造成波束的混乱。利用这个原理以进行侦测工作的就叫“超视距雷达”,在20世纪60年代至70年代初期,各国都纷纷开展研究开发工作。例如英国在本土东岸的欧福德尼斯设置发射台,而在数十公里外的地中海塞浦路斯岛设置接收台,进行试验。美国超视距雷达在日本也设置了接收台,但是由于信号处理技术未臻成熟,而在20世纪70年代初期停止使用并拆除了。另一方面,这也是由于早期预警卫星已相当发展所造成的结果。

进入20世纪80年代之后,由于计算机技术的飞跃性发展,使得信号处理技术相当稳定可靠,超视距雷达也因而再度受到瞩目。只是20世纪60年代的超视距雷达是使电波射向前方的“前向散射”型,而新型的设计则是捕捉从电离层反射到地面后再次循相反的路线反射回来的电波,称为“后向散射”型。

在双基或多基雷达面前,隐行飞机就会显露原形发射台与接收台相距150至200公里。前者将高度14至30米的偶级天线配置在1106米宽的地面,使用12部发射机,发射功率最高达100兆瓦。接收台的天线则用140余个高15米的扇型单极天线排列在1594米宽的地面上。雷达的发射天线波束宽度是75度,接收天线的波束宽度是27度。雷达的工作频率是5—28兆赫内的6个频段。

超视距雷达根据这个原理,在电波碰到电离层再回到地球表面之前的这一段距离内,是无法“看到”目标的,这段距离大致从发射台算起,前方约740—800公里。因此,雷达的有效搜索范围是800—3000公里。

这种后向散射的超视距雷达,除了作为美国本土的早期警戒之用的设置在三个地点之外,还设置在阿留申群岛及关岛。日本也打算在西南各岛或小笠原安装这种雷达。

无源雷达“塔玛拉”

2001年6月15日,美国ABC电台发表了一条重要新闻,报导一些国家正在加紧研制一种新型的雷达系统——“塔玛拉”。这种系统将使隐形飞机难以隐形。如果“塔玛拉”研制成功,美国花400亿美元研制的天空“独行侠”——B-2隐形轰炸机,将面临空前的劫难。因此对美军来说,这则消息无疑是一个惊天霹雳。而作为旁观者的我们却更想知道,“塔玛拉”究竟有何种神奇。

F-117A坠落未解之谜

1999年3月27日,科索沃战争还在继续。美军的一架F-117A“夜鹰”隐形战斗轰炸机,在贝尔格莱德西北面的一个小村庄附近被击落,从此结束了“夜鹰”不可战胜的神话。

“夜鹰”是被谁击落的呢?这个问题似乎比坠落本身更有吸引力。有人猜测是故障坠毁,有人说是被炮火击落,有人不同意这种观点,认为是被导弹击落的。当种种说法都被否决之后,有人想起了“塔玛拉”。真的是“塔玛拉”吗?为了消除心中的疑惑,北约派人赶到捷克,找到了“塔玛拉”技术的发明者——弗·佩赫。

佩赫告诉他们,“塔玛拉”确实能够发现隐形战机。他解释说:“我可以打个比方来说明。隐形飞机就像是要在夜间偷东西、而又担心被人发现的小偷,他穿着深色衣服,并把脸涂得黑黑的。但为了找路,小偷偶尔要用手电筒照一下。这时他就可能被发现。同样,隐形飞机反射的雷达信号本来几乎是捕捉不到的。但是,如果飞行员自以为很安全,就会放松戒备,经常使用机载雷达进行观察和校正航线。而在这一瞬间,‘塔玛拉’就有可能发现它们。”

“塔玛拉”有何神奇

物理学家告诉我们:雷达并不神奇,它实际上就是借助电磁波来达到捕获目标的目的。传统雷达自身会产生辐射,形成定向的电磁波。形象地说,传统雷达就像是举着一个超亮的“探照灯”,在空中搜寻目标。由于这种特性,人们又把传统雷达叫做有源雷达。

而“塔玛拉”是一种无源雷达,它自身不辐射电磁波,主要借助外部辐射源的电磁波,进行探测和定位。

由于无源雷达没有明显的辐射症状,与传统雷达很不同,因而又被称作“沉默的哨兵”或“空防暗哨”。

无源雷达利用的外部辐射源,具体说来有两大类:一是被观测目标自身携带的辐射源,如雷达、通信、应答机、有源干扰机、导航等电子设备;二是被观测地区已有的辐射源,包括地面广播电台、电视台、通信台站、直播电视卫星(DBS)、导航与定位卫星(GPS),以及各种平台上的有源雷达等。

正因为无源雷达有很多暗中的“助手”,当飞行员粗心大意,启动了其中任意一种外部辐射源时,就会露出尾巴,被“塔玛拉”探测到。

“塔玛拉”的发展历程

无源雷达作为一种隐秘又有效的侦察武器,早已引起了各国军方的注意。

美国从1983年开始研制无源雷达系统。1998年10月12日,代号为“沉默哨兵”的无源雷达系统,第一次在华盛顿公开亮相,并造成了很大的轰动效应。

这个“哨兵”利用的外部辐射源,包括商用无线电台、调频广播台和地面电视台三种。它能精确掌握这些辐射源的位置、频率范围和信号特征。不仅如此,这个系统还具有很强的实战性,并能在很短的时间内部署完毕。由于具有如此优良的性能,“沉默哨兵”马上得到了实际应用。

俄罗斯对无源雷达系统的关注也由来已久。现已实用化的“卡尔秋塔”就是一个成功的典范。它可以接受到机载、舰载和陆基电子设备的辐射信号,并加以分析与识别。“爱国者”等地空导弹系统,E-2和E-3预警机上的雷达,远程预警雷达,多功能火控雷达等,都能被“卡尔秋塔”监测到。

一些欧洲国家,如英国、法国、德国、芬兰、捷克等,都在加紧研制无源雷达的实用化系统,并利用这种技术对以前的系统加以改进。中国也对无源雷达技术进行了研究,并取得了一些进展。

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