二十九、目標截獲和識別雷達
在寬廣的搜索空域內對來襲目標進行截獲、跟蹤和識別的雷達。它通常是早期預警雷達網的一個組成部分。它接受早期預警雷達的引導數據,在指定的空域內搜索並截獲目標。通過對目標的自動跟蹤過程,完成對各種可疑目標的篩選、分類和識別。然後將真實的攻擊性目標(彈道導彈的彈頭、轟炸機和空地導彈等)分配給反彈道導彈防禦係統和防空係統的引導雷達。目標截獲和識別雷達是從20世紀60年代初發展起來的,采用相控陣體製,工作於P頻段(400~500兆赫),作用距離為3000~4500千米。其特點是搜索周期短、截獲概率高、反應快、發射波形多變和識別能力強。截獲概率等於目標存在於搜索空域內的概率乘以被發現的概率,後一概率完全由雷達的能力和檢測裝置性能所決定。目標截獲和識別雷達根據早期預警雷達的引導數據,在指定的兩維角度和徑向距離上同時進行快速搜索。針狀天線波束有螺旋、扇形和光柵狀等多種掃描方式。距離搜索波門一般作勻速運動。目標被截獲後,雷達立即轉入自動跟蹤狀態。雷達轉入自動跟蹤狀態後,能夠對多個目標進行測距、測速和測角,計算它們的位置和運動參數,同時進行極化狀態變換、發射波形變換,並計算目標特征信號,以供識別判斷。被截獲的目標雖然經過早期預警雷達的初選,但由於電子對抗的發展,真實目標還會伴有許多假目標(如彈體碎塊、箔條誘餌和熱誘餌等)。目標截獲和識別雷達能夠識別可疑目標,排除假目標,隻留下真目標。
三十、相控陣雷達
采用陣列天線實現波束在空間電掃描的雷達。高速飛機、導彈和人造地球衛星的出現,要求雷達具有更高的探測能力、更大的覆蓋空域、更高的數據率和適應多目標環境。機械掃描雷達慣性大,目標容量有限,無法滿足這樣的要求。相控陣雷達的波束在幾個微秒時間內便可在全空域內跳躍,波束形狀靈活多變,並可由計算機直接對信號進行處理和對雷達進行控製,與傳統的機械掃描雷達相比發生了根本性的變化。
(一)特點相控陣雷達的主要特點是:1.多功能、大空域、多目標:一部相控陣雷達不但能對空域中多個目標完成搜索、截獲、識別、跟蹤和提供半主動尋的製導係統所需的射頻輻射能量,而且可對多枚導彈進行跟蹤並發送相應的製導指令。平麵型的陣列電掃描空域可達120°,球麵或柱麵陣列可覆蓋半球空域。相控陣雷達在空域內監視和跟蹤目標的數量可達數百個。2.大的功率-孔徑積:采用多部發射機在空間進行功率合成(每一個天線陣列單元可用一部發射機),增大輻射功率。同時固定不動的電掃描陣列可采用很大的孔徑,以形成極高的功率-孔徑積,使雷達具有更大的作用距離。3.高數據率:波束的掃描是無慣性的,對空域中若幹個重點目標可有相當高的數據率,而對空域中的其他目標保持監視所必需的最低數據率。4.完善的自適應能力:它能適應複雜的外界目標環境。5.較強的抗幹擾能力:它能在空間形成若幹波束零點,自動對準空間的幹擾方向,能有效地抑製有源幹擾。
(二)組成和工作原理相控陣雷達由發射係統、天線陣列和波控機、接收和信號處理係統、中心計算機、數據處理和顯示係統等組成。與普通雷達相比,最根本的差別在於它靠控製陣列天線各輻射單元的相位來改變相位波前的傾角,以改變波束方向。發射係統產生一定發射波形的高功率射頻信號,饋送到所有天線單元,以便向空中輻射。中心計算機計算出規定波束指向的相鄰單元的相位差,然後由波控機算出每個輻射單元的移相器應有的相位並控製驅動器使移相器達到該相位,從而使天線波束準確地指向規定的方向。波束跳躍的最大速度由計算機-波控機所需的計算時間和移相器-驅動器轉換所需要的最少時間決定。形成波束的天線陣元數可以改變,因此波束形狀可以控製。每個天線單元接收來自目標的回波信號,經過相幹相加、放大、檢波後送給數據處理和顯示係統。收發天線可以是分陣的,也可以是合陣的。
由於波束運動無慣性,它在計算機控製下可以實現能量在空間與時間上的最佳分配。計算機在相控陣雷達中起關鍵作用,它控製整個雷達的工作並參與信號處理、數據處理、信息顯示和雷達的自動化監測。因此要求計算機靈活、運算速度高和容量大。相控陣雷達的饋電方式通常分為空間饋電和分支強迫饋電兩種形式。
三十一、超視距雷達
利用電磁波在電離層與地麵之間的反射或電磁波在地球表麵的繞射探測地平線以下目標的雷達,又稱超地平線雷達。超視距雷達主要用於早期預警和戰術警戒,是對地地導彈(特別是低彈道的洲際導彈和潛地導彈)、部分軌道武器(包括低軌道衛星)和戰略轟炸機的早期預警手段。它能在導彈發射後1分鍾發現目標,3分鍾提供預警信息,預警時間可長達30分鍾。超視距雷達在警戒低空入侵的飛機、巡航導彈和海麵艦艇時,可以在200~400千米的距離內發現目標。與微波雷達相比,超視距雷達對飛機目標的預警時間約可增加10倍;對艦艇目標的預警時間可增加30~50倍。它還能探測4000千米以內的核爆炸,通過測量電離層的擾動情況估計核爆炸的當量和高度。
超視距雷達有兩種基本類型:利用電離層對短波的反射效應使電波傳播到遠方的雷達,稱為天波超視距雷達;利用長波、中波和短波在地球表麵的繞射效應使電波沿曲線傳播的雷達,稱為地波超視距雷達。
這兩種雷達各有兩種工作方式,一種是利用目標的前向散射特性或目標穿越電離層時引起的電離層擾動特性探測目標,稱為前向散射超視距雷達,其收發係統分設在遙遠的兩地;一種是利用目標的後向散射特性探測目標,稱為後向散射超視距雷達,其收發係統設在一處。超視距雷達超視距雷達的主要優點是能克服地球曲率的限製,探測地平線以下的目標。天波超視距雷達的作用距離為1000~4000千米。地波超視距雷達的作用距離較短,但它能監視天波超視距雷達不能覆蓋的區域。超視距雷達的工作波長接近或大於目標尺寸,因此它的目標散射截麵比微波雷達大1~2個數量級。超視距雷達在使用上也存在不少問題,例如隻能探測電離層以下即300~400千米以下的目標;隻能獲得目標的方位和距離信息,很難獲得仰角信息;測量精度低、分辨率差;電波通道不穩定,幹擾因素多,氣候變化、北極光和太陽黑子直接影響天波超視距雷達的性能,甚至使它不能正常工作;在中波、短波波段,頻譜擁擠,帶寬窄,互相幹擾嚴重。此外,超視距雷達係統龐大,雷達站內還配建諸如電離層監測站和氣象站等支援設施。為了提高超視距雷達的效能,需要進一步增強係統對環境的自適應能力和抗幹擾能力。
三十二、計算機
計算機是現代航空工程中最重要的技術工具之一。從民用航空的訂座係統到載人飛船的地麵指揮中心,從比較簡單的機載大氣數據計算機到高度複雜而可靠的航天飛機導航控製係統,無不依賴於計算機。計算機已經滲透到現代航空工程的各個領域。按照應用的場合,用於航空工程的計算機可以分為兩大類:地麵計算機和飛行器計算機。地麵計算機多采用通用計算機,它又可分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機。