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AN/APY-1/2机载预警和控制雷达 来源：互联网 责编： 作者： 时间：2004-03-29 【大 中 小】 名　　称　机载预警和控制雷达 体　　制　高PRF脉冲多普勒 波　　段　E/F 研制单位　Westinghouse Electric 研制时间　1969～1976年 装备时间　1977年 装备机种　E-3A/3B/3C Sentry AWACS 价　　格　约3千万美元 现　　状　现已生产AN/APY-1和AN/APY-2两种型号。并在生产中不断改进技术性能 技术特点 　　AN/APY-1是Westinghouse公司专门为E-3A Sentry AWACS设计的预警雷达。它安装在B707-320B飞机上，协同工作的共有八大组成系统：载机、监视雷达功能组、敌我识别功能组、导航与制导功能组、数据处理功能组、计算机程序功能组、通信功能组、数据显示和控制功能组。此外还包括维护和监控、发电和动力、环境控制、自卫和后勤保障等。设备复杂，要求严格，是一个完善而昂贵的空中警戒和控制系统。作为AWACS核心设备的AN/APY-1雷达经历了科研、竞选、改进，目前已成为具有80年代水平的代产品。 　　1977年3月24日投入运行的AN/APY-1(核心型)，在增加海上工作方式后改称AN/APY-2。目前已装备了E-3 Sentry AWACS的有美国空军34部，NATO 18部，沙特阿拉伯5部。另外即将供应英国6部，法国3部。 　　AN/APY-1/2雷达有多种工作方式，且在进行方位扫描时，可把监视空间分成24个扇形区，各扇形区根据情况自选工作方式，且可随时更换，因而操作人员可集中监视重要目标。 　　雷达的七种工作方式： 　　a. PDNES (仰角静止、脉冲多普勒) 　　这种工作方式是利用递归滤波器实现动目标提取。雷达发射三种PRF脉冲串序列以解模糊。该工作方式不测高。 　　b. PDES (仰扫、脉冲多普勒) 　　仰角电扫测高，其它同PDNES。仰角扫描时其发射功率在波束打地时按仰角函数变化。 　　c. BTH (超视界) 　　高仰角工作方式，采用低PRF线性调频宽脉冲、声表面波器件实现脉压。 　　BTH工作方式可与脉冲多普勒方式同时工作，由各自的接收机分别处理回波。 　　d. 无源工作方式 　　e. MM (海上工作方式) 　　采用极窄脉冲观测水面船舰或潜望镜。 　　f. 交替工作方式 　　PDES和BTH两种工作方式可同时或单独使用，或者用有源/无源工作方式。PDNES则只能单独使用或与MM方式联用。 性能数据 工作波段　E/F (10厘米) 监视范围　125000 m2区域 　　　　　方位360°(机械扫描) 　　　　　仰角±15°，±30°(电扫描) 作用距离　载机飞行高度为29000ft时 　　　　　667km (大型高空目标) 　　　　　445km (中型目标) 　　　　　324km (小型低空目标) 测速范围　＞80kn的高速目标 处理目标 能　　力　可同时处理600个目标，引导100个目标 测距方式　用三种PRF解距离模糊实现测距 测速方式　由多普勒滤波器组提取。 　　　　　高速目标解速度模糊采用三种PRF参差 测高方式　仰角电扫描，用最大幅度法测高 跟踪方式　边扫描边跟踪。顺次获得目标的7次回波，即可在显示器上形成目标矢量，实现跟踪 发 射 机　稳定本振(MTBF=700小时)，激励级为行波管，输出级为高功率宽带速调管。液态冷却 脉冲重复 频　　率　30～300kHz 峰值功率　兆瓦级 天线型式　裂缝波导平面阵列，由28根主波导、2根辅助波导组成。最长波导为7.315m，有160多个裂缝 副瓣电平　-50dB 移 相 器　铁氧体移相器 扫描方式　方位：机械扫描6r/min 　　　　　仰角：电扫描 天 线 罩 尺　　寸　直径：9m 　　　　　厚度：1.8m 接 收 机　包括脉冲多普勒接收机和脉冲压缩接收机，两者通过频率分割方式工作 噪声系数　1.1dB(标称值)；1.3dB(最大值) 信号处理　A/D变换，递归杂波对消，FFT，CFAR 抗 干 扰 措　　施　甚低副瓣天线，频率捷变，多种PRF，先进滤波处理，无源干扰定位，飞机机动飞行 电　　源　AC：400Hz、180kVA (90kV、2A) MTBF　　　500h 雷达寿命　6000h 总 重 量　3400kg 分机概况 　　AN/APY-1是美国空军E-3A Sentry AWACS专用机载下视雷达，它主要对付低空目标，如高速轰炸机，巡航导弹等。它有三个突出特点：良好的下视能力；远探测距离；良好的抗干扰性能。为此，雷达系统采用以下技术措施：甚低副瓣天线；超高稳定性信号产生和处理技术；先进数字式数据处理技术。该雷达数字化程度高达90%。先进的软件设计使系统具有很高的灵活性和可靠性。有七种不同的工作状态。 　　AN/APY-1雷达主要由三个部分组成：天线罩和天线及其传动部分；发射机部分；接收机及信号处理部分。 　　1．天线罩和天线及其传动部分 　　a. 天线罩 　　该雷达天线罩除保护天线外，还具有进一步改善雷达性能的作用。 　　天线罩用双层玻璃纤维增强树脂材料的蜂窝结构制成。为了减少损耗，天线罩内侧嵌装有低损耗、低介电常数材料作成的透镜，另外天线罩内还装有副瓣抑制装置，从而天线罩起到改善波束功能的作用。 　　天线罩为椭圆截面的盘状体，直径为9米，厚1.8米，重5352公斤，安装在3.6米高的支架上。 　　天线罩内有雷达(主)天线、IFF天线、移相器及其控制设备、接收机保护装置、参放、馈电冷却设备等，天线和波导均充气密封。  　　b. 天线及转台 　　由28根主波导、2根辅助波导组成的椭圆形平面阵列，长24英尺，宽5英尺，总重1250磅(见图2)。 　　整个阵面有数千个裂缝。裂缝的角度、深度、宽度和缝的间距都有严格的公差要求，因此由恒温车间经计算机控制精密加工而成。每条波导终端连接的小型吸收负载，预定功率为100瓦。天线为非谐振式，具有低副瓣、宽带特性。 　　馈电系统为WR-229型波导组成的分支结构，成对的裂缝波导用3分贝电桥连接，整个分支馈电结构有28个定向耦合器向28条波导馈电，28个千瓦量级的互易式铁氧体移相器接连发射通道。接收支路中有28个低功率非互易式铁氧体移相器提供相位补偿。天线转台由液压马达驱动，转速为6转/分，0.25转/分(待用状态)。 　　转动关节为8路，中心传送射频能量的同轴结构，另外为7路电缆。汇流环则有127条传送通道。 　　2．发射机 　　雷达发射机安放在机舱后部，由八个充气密封容器组成，除激励级和功率输出级外都采用固态组件。输出平均功率约为10千瓦。发射信号通过转动关节馈送到射频功率分配器，按幅度加权信号要求分成28路经移相器送经天线。 　　当波束扫描时，为了充分利用发射功率，每当波束扫描时，按仰角的函数关系控制发射功率，使雷达具有最佳探测性能。 　　3．接收机与信号处理 　　脉冲多普勒和普通脉压接收以频率分割方式工作。脉冲多普勒接收处理包括二次混频，I和Q正交通道，A/D变换，递归杂波对消。FFT滤波器组对回波进行频谱分析，并有自适应电路自动调整门限电平，从而实现CFAR。 　　雷达数据相关处理器(RDC)为一高速程序控制计算机，完成整个雷达系统的管理，处理检测数据，形成数字式目标报告。因为相关处理器实际上是雷达和中央处理机之间的接口，机内设有两个处理器(并另有一备份)。处理器采用49 152位易失固态存储器来存储数据，存储器由6对9 182位的印刷电路板组成(另有一对备份)，另有一个49 152位非易失磁芯存储器用于存储雷达工作程序。相关器输出目标的距离、速度、方位和信杂比，送往显示器和中央处理计算机。 　　相关处理器通过内部数据通信设备对发射机、接收机等进行控制管理，并接收和处理来自其它各种传感设备的数据。根据指令设置雷达工作状态。由于信号处理各功能皆由软件控制实现，所以极为灵活。 　　4．显示控制台 　　E-3A Sentry AWACS机上的全部显示和控制功能都集中在9个多功能控制台上。每个控制台上都有一个19英寸的矩形主显示器，由中央计算机送来的飞行情况被编排显示，为操作人员提供监视、武器发射和战斗指挥所需要的全部显示和控制，显示方式为式符号显示。另外还有五个12英寸的辅助显示器，采用文字显示。多用途控制台和辅助显示器上都配有音响和灯光报警装置，由中央计算机统一控制。 参考资料 1． Westinghouse Engineer, July 1973, P.98～104. 2． A.W./S.T., 1973.7.16, P.37～53. 3． Flight International, 1975.4.17, P.644～645. 4． Electronic Design, 1974.9.13, P.68. 5． Interavia, 1975.10, P.1104～1107. 6． “PIEEE”, Vol.73, No.2, 1985, P.312～324. 7． Flight International, 1987.6.13. 8． “JANE’S Weapon Systems”, 1986～87. 名　　称　机载预警、跟踪、引导雷达 体　　制　低PRF，动目标检测 波　　段　B/C (UHF) 研制单位　General Electric 研制时间　1968～1971年(AN/APS-120)，1974～1977年(AN/APS-125)，1978～1982年(AN/APS-138) 装备时间　1973年(AN/APS-120)，1977年(AN/APS-125)，1981年(AN/APS-138) 装备机种　E-2C Hawkeye；P-3 AEW&C 价　　格　7～8百万美元(AN/APS-138，1987年价) 现　　状　目前已将早期各型雷达全部改进为AN/APS-138，并继续生产。 技术特点 　　AN/APS-125雷达是美国海军E-2C Hawkeye AEW系统专用雷达，其前身可追溯到早期的E-2A和E-2B预警机装备的AN/APS-96雷达。 　　AN/APS-96雷达是1964年专为E-2A设计的机载预警雷达，这是世界上最早的一部AMTI雷达，它采用UHF波段，低PRF，线性调频脉冲压缩信号，全机都采用分立元组件，模拟处理，计算机存储器为磁鼓。杂波改善系数仅有20分贝。1969年对雷达数据处理系统改用了Litton公司的L-304通用计算机。部分电路也改用数字电路。 　　1965年美国海军着手进行数字反杂波技术研究，研制了试验性雷达AN/APS-111，采用了DMTI，并改进了发射机的稳定性。 　　1971年在试验雷达AN/APS-111基础上，美国GE公司制成了AN/APS-120雷达，载机改称E-2C Hawkeye，1973年正式投入运行。AN/APS-120具有自动反海上杂波能力，和手动反陆地杂波能力。 　　1974年美国GE公司采用先进的雷达处理系统(ARPS)改造AN/APS-120。采用数字电路和大规模集成电路组装雷达，用动目标检测(MTD)取代MTI，使杂波改善系数提高20分贝。另外采用副瓣对消技术改进天线性能。这时的雷达能自动检测海面和陆地低空目标。 　　1981年又改造为AN/APS-138。主要为改善副瓣电平。用全口径相位和幅度控制(Trac-A)阵列，以提高天线性能。发射机备选频率增至10个。工作方式多样化。MTD中的FFT改用32路。到1984年全部已生产的E-2C雷达都改进为AN/APS-138。另外该雷达还被美国Lockheed公司购买安装在P-3 Orion(猎户座)反潜机上，改装成P-3 AEW&C(雷达售价750万美元)。 　　预计1988年新型AN/APS-139将取代-138。APS-139改用新型滤波器，改善边瓣对消技术，增加自动监控/选择器以改善检测性能。安装Goodyear航空公司生产的组合处理器(ASPRO)可使跟踪能力提高4倍，并改用彩色显示。1988年可全部完成系统硬件和软件的改进工作。 　　到1990年投入运行的将是AN/APS-145。其改进的目标是：扩大检测范围；改进自动检测/跟踪能力；提高反杂波性能。改进后预计雷达反杂波能力接近E-3A Sentry雷达。 　　90年代雷达改进的主要方面之一是采用共形天线。美国海军已于1986年开展这一研究，预计三年可取得成果。 性能数据 工作波段　UHF(四点跳频) 作用距离　当载机飞行高度为9150ft时 　　　　　741km (高空轰炸机) 　　　　　463km (低空轰炸机) 　　　　　408km (低空战斗机) 　　　　　360km (海面舰船) 　　　　　269km (低空巡航导弹) 　　　　　受干扰时作用距离下降50% 　　　　　无源检测距离可达900km 处理目标 能　　力　同时处理300～600个雷达/IFF目标，并对其中30个进行空中截击。 测角精度　方位0.5°(利用波束分裂技术) 测速范围　6～200kn (无模糊测速) 发 射 机　主振放大链，脉间频率稳定度10-9。末级为7648型束射四极管 峰值功率　约1MW 重复频率　约300Hz 天线型式　APA-171天线，为双层背靠背八木阵列。 　　　　　IFF天线亦为小八木阵列 天 线 罩 尺　　寸　直径7.3m，厚度0.79m 天线副瓣　-34dB (平均副瓣) 电　　平　积分主/副瓣比-60dB 脉冲宽度　方位4° 平台运动 补　　偿　径向速度补偿用TACCAR 　　　　　切向速度补偿用DPCA 检测处理　双延迟对消DMTI加16点FFT合成的动目标检测(MTD) 杂波改善 系　　数　50～55dB 测高方式　直射与反射波时差计算高度 反 干 扰 措　　施　低副瓣天线，MTD，四点跳频，无源定位等 分机概况 　　AN/APS-125的前身是1971年制成的AN/APS-120。它是在后者基础上增加了先进的雷达数据处理系统(ARPS)改装而成的。到1982年又改装为AN/APS-138。由于几次改进都是技术改善，雷达体制未变，因此这里综合介绍AN/APS-125雷达。 　　雷达选用UHF波段，低PRF。由于广泛采用了数字技术和固态集成组件，雷达结构紧凑，重量较轻，可靠性高，维修方便，且设有机内自动检测设备。 　　1．天线 　　Rand公司生产的APA-171天线，安装在机背的旋转天线罩内。天线为双层背靠背八木端射阵列，由7800个组件构成。主天线一侧的前方还装有Hazeltine公司制造的RT-988IFF天线(小型八木阵列)。主天线为水平极化，IFF天线为垂直极化。雷达天线(主天线)具有较低副瓣。采用偏置相位中心天线(DPCA)技术以补偿平台运动，改善杂波影响。 　　天线罩由玻璃钢材料制成，直径为7.32米，厚0.76米，呈圆盘形。天线罩支撑在机背上，支撑架可伸缩。总重2吨(天线、天线罩、支撑架总重)。液压马达驱动转速为6转/分。 　　2．发射机 　　主振放大式，发射低PRF线性调频宽脉冲信号，有四个备选频率，末级为束射四极管7648。 　　3．接收机和信号处理机 　　完成信息处理，A/D变换，MTD和恒虚警处理。脉冲压缩在中频段用色散延迟线实现。 　　单脉冲“和”、“差”回波信号，利用偏置相位中心技术进行处理。AMTI双延迟对消后经16点(或32点)FFT组成的MTD，最后经自适应门限CFAR检测处理。 　　4．数据处理 　　包括两个L-304数字计算机，双密度(16K)存储器，用以处理雷达、IFF、和ESM等系统送来的信号，控制海军战术数据系统/机载战术数据系统(NTDS/ATDS)、通信等。检测处理器为OL-77/ASQ。 　　中心处理系统，能自动保持对600个独立目标的跟踪。目标的航迹、速度、高度和识别信息连续保持在计算机文件中，以便在飞行时进行显示，和实时向地面传送。处理系统可提供40多个突袭任务和不同形式的截击。 　　5．显示控制系统 　　三个AN/APA-172显示控制台，每台有一个直径为25厘米的战术状态显示器，可显示186种不同符号，用计算机局部刷新存储器送来的信息。目标和其它重要信息可用光笔进行勾画。也可直接显示原始雷达视频信息。战术显示器下方还有一12厘米的矩形字母显示器，供读出特定目标信息。 参考资料 1．A.W./S.T., 1973.11.5, P.57; 1976.7.12, P.57. 2．Flight Inter., 1975.3.6, P.361; 1986.5.31, P.34～37. 3．Interavia, 10/1975, P.1104. 4．Aerospace Inter., 1976.5/6, P.31. 5．AD、A040055. 6．Journal of Electronic Defense, 1985.10, P.57～62. 7．“Jane’s Weapon Systems”, 1976～1987