中美兩家相控陣雷達實力伯仲之間 中國後發制人 潛力巨大！
我國052C驅逐艦率先使用了多功能AESA雷達，成為名副其實的「中華神盾」。但是自其問世以來，很多朋友都喜歡把它和美製「宙斯盾」系統的spy1 PESA雷達進行對比。諸如「前者雖然體制更先進但功率不足」「前者探測距離不如後者」的說法充斥網路。關於海之星346雷達，小編今天利用網路上能夠查到資料與數據，簡單比較下兩款雷達的性能。
因為雷達系統的特殊性，這裡我僅對能找到資料的地方進行對比，比如天線部分。後端信號處理部分沒有任何資料能詳細說明，也就不說了。
下面先簡單談談spy1的特點。spy1也分很多版本，提康的A/B，伯克的D型，出口挪威的F（該型我們這裡可忽略不計）。再細分還有各種升級後的版本，這也取決於用的是哪個基線版本的「宙斯盾」系統。為了簡化討論，我們這裡針對spy1D進行簡單分析。不在乎哪個基線版本，因為實際上基線的升級，雖然也包括了軟體和硬體，軟體部分是針對海雜波的抑制，雙波束同時掃描，提高信噪比等等，硬體上對天線的升級其實不大，這個也很好理解，硬體一旦決定，要想升級換整個天線，可是個大動靜，所以一般就對移相器升個級。因而我們看到對硬體的升級也主要是在發射、接收機對零部件的使用上進行的。總而言之，如果有朋友較真要考慮不同基線帶來的差異情況，也是可以的，但這都不影響天線的大體性能估算。下面的數據來源基本是14所出的那本《海用雷達手冊》，其實很多數據都是引用的簡式，絕對百分百靠譜那不可能，但是作為參考足夠了。
spy1d的幾個顯著特點：
1. PESA體制。不使用tr組件，使用單個的移相器，集中式發射機，這裡由多部並聯式發射機組構成，總功率5MW（5MW是spy1b的數據，spy1d發射機組數量更少，應該是更低的）。天線總發射峰值功率4MW左右，（有說3-6MW的），平均功率58kw，升級後的數據我沒看到。但是77kw是spy1B的值。58還是77，這些都不打緊。spy1b和d在發射機上最大區別是，b是每兩個陣面共用發射機，而d是4面陣用同一個發射機。就是說對於提康而言，兩面陣列共用發射機，而伯克則是同時使用發射機，毫無疑問前者的功率是更加充沛的，這也是前者無論峰值還是平均功率更高的主要原因之一。那麼這裡注意一個問題，這裡的功率，是說的發射機總功率，還是說的單面天線的功率呢？首先，對於pesa體制，確實可以把發射機所有功率送到單面陣上，這種功率max的模式下，單面最大58kw就沒啥爭議，可是如果是為了保證無死角搜索，則是四面同時工作時加起來的平均功率是58kw。其次，也沒看到任何資料里提及這是四面工作時的單面最大平均功率。我今天還回去特意翻了下，證實了這一點。我們來稍微驗證一下，如果我們使用CMANO這款遊戲里的值，prf為267，那麼單個脈衝周期為267的倒數，即3745微秒左右，脈衝寬度選擇最寬的模式為51微秒（峰值功率恆定情況下脈寬越寬平均功率越大），那麼占空比約為1.4%，峰值功率4MW計算，平均功率得到了約為56kw，和參考資料里的值58kw吻合很好。這就是總的峰值功率。可別說這4MW是單面的峰值功率啊，畢竟總發射機功率才5MW，4面加起來16MW了，這可不合適。通過計算可以驗證，平均功率58kw是對總體所有發射機而言的。
1. 單面天線是一個八邊形陣列。尺寸在3.65m左右，工作在s波段（3GHz附近），天線增益42dB。假設天線陣面面積是12平米，口徑效率按100%計算，增益為42dB是個比較信得過的數值。如果按照最高口徑效率進行計算，此時陣面增益將達到最大，主瓣波束變得最窄，可以有1.3度，第一副瓣也將抬升至13dB左右，為最高值。在當今雷達系統中，實現-55dB甚至更低的副瓣，已經不是什麼新鮮的事情了。但這裡要注意，任何對副瓣的降低都是以犧牲主瓣增益和主波束寬度為代價的。
2. 信號處理能力。和後端的處理直接相關，比如硬體：處理器、內存等等，軟體：各種花式演算法，MTI，海雜波抑制，多目標跟蹤等等。這些東西的細節過於保密與專業，這裡不予討論，總之spy1在這方面很強就是了。雖然在90年代海灣戰爭期間暴露過對燃燒的油井等過於敏感，對海雜波抑制不太理想等問題，但隨著基線的升級已經得到逐步解決。
有了spy1d，我們來看看346。
346的幾個顯著特點：
1. AESA體制。AESA和PESA兩者在功能上甚至可以說有代差。在這裡主要體現在：A在實現多波束掃描時容易的的多，不需要像P一樣提前在硬體上布置好波束成形網路或者使用其他額外措施輔助；信噪比更高，高多少呢？少了移相器的插入損耗以及功分網路的插入損耗，機載雷達系統中，一個典型值是6dB。艦載系統可以同理估算下；因為使用了TR組件，相當於有空間功率合成，更容易實現高功率....其他諸如可靠性更好，功能性更強，更容易升級等等就不消說了。從理論上講，A就是比P體制更先進，就是更強，當然也意味著更高昂的成本。但是我之前也說過，具體情況具體分析，346和spy1d相比，孰強孰弱還得看具體情況。先說說大家最感興趣的功率問題。就從前年的一篇網傳文章開始。網文里說經過改進，單個陣面的單元數達到了5000個以上，每4個單元對應一套4單元TR，（改進前這個4單元TR總的最大功率為100w）。我的理解是峰值功率單個為25w。那麼單面按5000單元算，峰值功率是125kw，是不是比spy1d單面陣高達1mw級的能量差遠了？別急，首先搞清楚幾個問題。大家為啥喜歡抓功率來比，比功率的意義是什麼，雷達威力範圍與功率是什麼關係。實際上，雷達的探測距離是和發射脈衝的能量相關。能量和功率什麼關係，如果346的脈衝寬度比spy1d寬，能量上還是佔劣勢么？我們來看一看。單個脈衝的能量等於峰值功率*脈衝寬度。平均功率等於單個脈衝能量/單個脈衝周期。發現了什麼問題沒有，假設兩者脈衝重複周期相當，誰的平均功率高，誰的脈衝能量就大。346的占空比目前無權威數據拿得出來，但是可以注意一點，346使用的是固態器件，天生在占空比上佔優，spy1是電真空器件，出了名的「短跑王」。用固態器件的機載雷達占空比普遍在20%甚至25%以上。比如apg77峰值功率約20kw，品均功率就是4kw左右。如果占空比我們按20%算346的平均功率在25kw。注意，這是單面陣的情況，比spy1d開四面時單面的14.5kw高（即便是spy1b，也僅19.25kw）。除非spy1d犧牲掃描範圍，只開一部天線，那麼平均功率才超過346。而346卻可以始終保證4面天線同時最大功率工作。曾經很多朋友糾結一個問題，問346的tr到底是雙極性晶體管還是基於砷化鉀的組件。何必糾結這兩者呢，只要都是固態器件，在功率上都能達到指標要求，並不會把aesa拖累到不如pesa的水平。
不慌，還沒結束。剛那個問題還沒說完，雷達威力範圍僅和功率有關么？再給個提示，與雷達本身因素相關的，除了功率，還有信噪比，系統損耗。聰明的讀者，可以判斷下這幾個指標里spy1可能會有多大優勢。所以最後這個威力範圍么，為什麼不看看兩者的宣稱值呢。都說最大作用距離是400km級別的，雖然沒提目標rcs，但是相信大家都不是傻子。所以一些傳346因為功率不如spy1因而探測距離不如的說法可以歇歇了。
2、天線形式。346和spy1大體類似，有些細節差別。天線尺寸也是3.5m這個級別左右，二者大體相當，波束寬度和主瓣增益等等也不會有大差別。因而測角精度等等也不會有太大差別。但是因為AESA體制，可以更容易實現多目標跟蹤和多波束掃描，抗干擾能力更好，功能適應性也更強（每一個陣面可形成不同波形）。
3、信號處理水平。和spy1類似的原因，無法多言。但可以看看一些八股，比如這篇里提到的「解決海雜波，美國用了2年，俄羅斯用了6年，而周萬幸和他的團隊只用了6個月」性能肯定是很優秀的。346雖然預研是在80年代，很多技術其實是90年代搞定的，但是修修補補改進改進，直到2000年後才最終定型。其性能也讓海軍頗為滿意。
分析完上面，孰強孰弱，大家心裡應該有點數了吧。
關於346，要啰嗦兩句。它的誕生與成長頗為不易，但是它的性能大家要有信心。別信有的人說什麼對於艦載相控陣而言，PESA比AESA更好，因為前者功率更足云云。打個比方，這就有點像以前有的人說ak47威力比m16大，因為前者口徑更大。具體情況啊，咱們還得具體分析分析。這還不是最氣的，最氣的是有的人先前口口聲聲說艦載相控陣雷達還是PESA的好，然後吧後來又拚命吹spy6。。。有的童鞋可能不服氣，要搬出spy6和346比。你看，我都沒把346A搬出來和spy1d比不是。既然說到了spy6，那就簡單說說看法。spy6的特色就是使用了氮化鎵組件的AESA，優點之前重複了太多。相比346的主要優勢就是因為使用了新一代TR，效率更高，可以在同樣輸入功率的情況下得到更高的發射功率，能量損耗也更低，引領了一波潮流。從技術特點上講spy6無疑是超過346的。不過嘛，新一代的相控陣雷達可不僅僅是在硬體上的升級，氮化鎵的tr固然是一個發展方向，但是有聽說數字陣么。。。美帝在spy4上就使用了數字化tr技術，spy6上應該也是用了。tg在數字陣上也是很有兩把刷子的，一些陸基反隱身雷達就使用了數字陣技術。氮化鎵組件，數字陣、射頻綜合、多波段等等技術都將是未來相控陣雷達系統的發展特點。tg和美帝在艦載相控陣領域的較量還將繼續下去，新一代艦載相控陣誰強誰弱還得打個問號。
TAG:浩漢防務 |