B-21的生產廠商諾格公司給出了一個宣傳語:理論上可以探測到,但是一直沒有任何人做到!
美國軍方專家的牛皮是吹噓B21可以穿透世界最嚴密的防禦系統進行精確攻擊,「不管目標在世界的任何地方,它都將可以在捍衛美國國家安全中發揮重要作用」。美國軍方專家宣稱,B-21「突襲者」將可以穿透世界最嚴密的防禦系統進行精確攻擊,「不管目標在世界的任何地方,它都將可以在捍衛美國國家安全中發揮重要作
我們自己的轟20也是類似於b21這類飛翼
俄羅斯pak-da
俄羅斯pak-da

美國b2
B2已經基本上放棄了低空突防,絕大部分時候雷達只能看到機頭、側面和下機腹,這類都是構型十幾米甚至數十米的,超出一般米波雷達的波長
攻擊十一無人機
我們的飛翼無人機已經爛大街了


雷達中有一種是無源雷達。

隱形戰機主要是靠外形隱身的,通過將照射過來的電磁波反射向其他方向,以規避對方雷達探測。

但無源雷達本身並不輻射能量,而是被動地接收目標反射的非協同式輻射源的電磁信號,對目標進行跟蹤和定位(多部無源雷達協作可以實現跟蹤和定位,原理類似三角定位)。

如今的自然界中充斥著電磁波(就是上述「非協同式輻射源」的一種,也可以是其他主動雷達發射的電磁波),隱形戰機也時刻反射著各個方向的電磁波信號,總有一部分能被無源雷達捕捉到。高等級戰備狀態下,還會和第三方前沿雷達基地搞配合,就是發射電磁波和接受電磁波的是兩個雷達基地。

而且無源雷達可以機載,可利用預警機空中部署。由於自身不發射電磁波,所以不存在「一開機就會暴露自己,然後就等著挨導彈 」。但是無源雷達不能引導防控導彈,也不能測定目標坐標,所以需要結合其他防空雷達,這就是個比速度的問題了,但如果在雷達網處於高度戒備狀態下,就是一個比消耗的問題了。

還有一種雷達叫做米波雷達,就是專門為探測隱身戰機量身定做的。

米波雷達波長為1m~10m,雷達波在與自身波長相匹配的導體上,會在導體上產生自發的震蕩並且對回波有很強的加強作用。由於隱身權機的外形尺寸與米波雷達波長恰好相匹配,當米波照射在機翼、垂尾等處時會發生諧振。增加了隱身機的RCS,導致隱身效能下降。

不過米波雷達由於其自身有輻射源,的確容易被對方發現並實施有效打擊,但是現在已經能夠實現大規模機動部署了。據說我國的米波雷達還是很成熟的。

我個人認為最神秘也是最有潛力 的一款雷達是它:

網上出現的成像圖 :

這是它的工作原理:

它就是我國研製的量子雷達,這種雷達利用光子對目標進行成像,由於任何物體在接收到光子信號之後都會改變其量子特性,所以這種雷達能探測到隱形飛機,而且幾乎是不可被干擾的。

這種科幻性十足的東西,我都感覺到很不真實啊,網上資料有限,我查到最振奮人心的數據是,這雷達有效探測距離達1000公里,不知道是真是假。如果是真的,那B2算個**啊!

最後,其實 其他波段的雷達也是可以遠距離發現並定位隱身戰機的(需要情報支持)。如果和平時期能夠搞到B2的頻譜特性信息(就是不掛龍勃透鏡的B2雷達特徵),戰時可能用不上米波雷達。

當然B2這種也可以做到防區外發射,但這樣對腹地的威脅就大大降低了,也就談不上突破防線了。而且我們也是有反導網路的,你防區外發射,也不見得能成功。

當然,在我方雷達網還沒有被破壞前,B2是有可能低空突入中國腹地的,但是要發動攻擊可就要做好有去無回的準備了,因為你開彈倉的時間裡肯定會被雷達網捕獲到,高等級戰備狀態下,這點時間足夠防空導彈升空了,B2速度又慢,還能跑得了?

順便提一句,打B2的關鍵往往就在於它發動攻擊的時間裡,雷達兵真的是分秒必爭的。轟戰機開彈倉要比隱身戰鬥機耗時間的多。B2如果潛入中國防空網路內,開彈倉的瞬間就能被捕捉到,毫秒間就有可能被鎖定,一旦發現,結合雷達網,多部雷達聚焦,你還能跑得過導彈?當然如果B2防區外發射巡航導彈,這打下來就得看情報了,但防區外攻擊,我估計也用不上B2。

所以,如果形勢很緊急, 雷達網處於最高戰備狀態,預警機24小時巡航,對於我們這種軍事大國、強國而言,隱身戰機威脅有限。

現代空戰講究「發現即打擊」,對交戰雙方都是壓力極大的。單算一兩部雷達的成本和一架B2我們也耗得起。


其實對付B2這種戰機,最好的防禦是進攻,打它的基地。而美國部署的對我們有威脅的基地大致有兩個:沖繩嘉手納(沒有部署B2,但能提供空中加油)、關島安德森空軍基。我們能毀掉它們嗎?

美國人仔細瞅了瞅DF26說能,於是前年白宮緊急下令,讓這些b2轟炸機緊急撤離關島,飛往夏威夷。

當然美國也可以從本土發起攻擊,但這個給情報(美國手上就二十一架)、雷達預警的時間就長多了。

真到了開戰的地步,以我國現有的精確打擊能力,亞太地區美國可用的基地也許只有澳大利亞了。

至於毀他本土基地,那就得談談戰爭本身 了,可能得用戰略導彈了。

B2這種貨色,威力是有的,技術含量是高的, 威懾一下中等強國是有餘的。但想藉此突破一個具有完善且成熟的防空網路的國家空中防線,是痴心妄想的。

至於防區外發射導彈,B52也能幹,而且還便宜。B-2造價為24億美元,作為炮灰去踹門(消滅對方防空雷達基地),美帝也玩不起啊,所以美帝也在考慮削減B2的問題。


最後說一句,中美這個級別如果爆發局部戰爭,應該不會在雙方本土開戰,都打倒本土了,還不甩戰略導彈?


核反擊是互相毀滅,所以排除核反擊。美國三叉戟」導彈是「俄亥俄」的主力武器,每艘艇攜帶24枚,每枚理論上能攜帶12個核彈頭。目前整個「三叉戟」導彈群是混裝768枚W76核彈頭和384枚W88核彈頭;總數1152枚核彈頭,平均到288枚三叉戟導彈上,平均每枚攜帶4個彈頭。無論在導彈還是彈道導彈核潛艇方面,美國都領先我們兩代。沒法消滅這類核潛艇,就不要考慮

作為開頭我先引用一篇關於反隱身的系統性的文章:

然後說一下B2和B21的相關隱身改進,目前來看B21在外形上是更多優化了針對長波的隱身設計:

美軍新一代隱身轟炸機B21突襲者距離首飛越來越近,然而它的真實外形始終是個謎。B21到底長啥樣?目前最權威的圖片有3張,首先是B21的研製商諾斯洛普·格魯門公司在前兩年公開的渲染圖,2019年底,美國《空軍》雜誌則披露了一張B21和B2兩種隱身轟炸機同框的電腦渲染圖。而在最近,美國空軍又發布了一張B21停在機庫里的概念圖。

美國空軍發布的B21概念圖

從美國空軍發布的概念圖來看,B21的進氣口相比B2前移了一點,駕駛艙的玻璃也從B-2的4片改成兩片,這樣飛行員的視野會更好。同時,B21的前起落架位置移後了一點,而後起落架則從B-2的雙起落架簡化成現在的單一起落架。除此之外,B21的後方機體有所收縮,體積大概只有B-2的三分之二。

從這個角度看B21相比B2的外形變化有限

不過,無論是諾斯洛普·格魯門公司的渲染圖,還是美國《空軍》雜誌發布的想像圖片,都披露了B21一個重要的外形特徵,那就是機身後緣進行了重新設計,更類似鑽石形,而不是B2的鋸齒狀設計。外國的軍事觀察者一般都認為鑽石形狀的機尾能夠讓B-21比B-2 擁有更高的飛行高度,其最高升限可以從B2的15000米提高到20000米(寫錯了,抱歉啊)。

美國《空軍》雜誌發布的對比圖,除了機翼後緣修改為W型而取消了W型中間凸起的那個內W之外,進氣道和尾噴管的隱身效果更好,這個應該有針對天波雷達做了上機身的優化

實際上,B2的原始設計也是採用鑽石型機尾,但是美國空軍腦補出蘇聯會搞出很厲害的反隱身手段,因此要求轟炸機在具備優秀的隱身性能的同時,也要考慮低空飛行穿透能力,所以在眾多的備選方案中,目前的鋸齒狀設計勝出。但是這個設計卻為機體增加了重量,不但導致B2的航程有所縮水,而且限制了飛行高度,並拉高了製造成本,最終B2隻製造了21架。而B21的出現,首先就是要打破B2的成本魔咒,實現兩三百架的產量,因此捨棄B2的鋸齒尾部,恢復鑽石型機尾,自然也在情理當中。

B2外形的演變過程,這個過程更多的是因為強調低空突防,需要加強飛控,之前的整體W型機翼後緣不足以提供足夠多的控制面

不過,B21並非B2的簡化版本,在許多性能上將遠遠超過B2隱身轟炸機。比如我們前面說的B21尾部從B2的鋸齒形恢復到鑽石形,還有一個重要的考慮,那就是針對長波雷達的隱身性能將會更加出色,外形越複雜的物體越容易被長波雷達抓獲。而目前大量裝備長波反隱身雷達的,只有中國海軍的各型戰艦,特別是剛剛服役的055,四種波段的雷達中,有三種屬於長波雷達,因此B21外形的變化,可謂是有的放矢。

B21的外形有點類似B2的這個早期方案,這個構型即使面對天波雷達也仍然有非常好的隱身效果

除此之外,B21的體型只有B2的三分之二,作戰半徑也大幅縮水到4600公里以內,不加油航程大約是9300公里,和前輩相比,實在是腿短,但這正是為中國量身定製的數據。B21典型的作戰方式是從夏威夷起飛,經過一次空中加油之後,飛到距離大陸一兩千米的地方發射導彈,並且保持三到四個小時的戰區巡航,隨後返回基地,因此4600公里以內的作戰半徑不但完全夠用,而且還大大節省了成本。

半埋式進氣道

B21的作戰半徑在4600公里以內,為中國量身定製

而除了隱身優化之外,B21在航電方面肯定比B2更強,更能適應作戰體系。估計B21會具備和F35類似的光電系統增強態勢感知能力,並配備像MADL一樣先進的編隊組網的數據鏈和EHF頻段衛星通信系統。總體來說,這個叫「突襲者」的傢伙會更狡猾,更難以對付。

B2駕駛艙

近些年,我國反隱身雷達技術得到了迅猛的發展,推出了種類繁多的反隱身雷達產品,並且有過近似實戰的探測經驗,但是值得注意的是,此前我們探測到的隱身目標,絕大部分是F22和F35這樣的不完全隱身戰鬥機,對於B2這種隱身能力高度優化的戰略轟炸機,則非常難以捕捉,而隱身性能比B2更優秀的B21一旦出現,將會給我們帶來更大的挑戰。

隱形轟炸機比隱形戰鬥機更難對付

然後先說一下個人的看法:

結論是目前中國的國土防禦系統不能有效應對B2和B21,即使目前勉強能應對B2也仍然不足以面對B21。即使面對B2都沒有明確的說法。

同時,我們研製的轟20也是b2/B21這種構型的。而無論是長波段雷達,比如UHF波段的E2D雷達APY9、天波雷達、無源雷達之類的反隱身措施,以及雷達組網方面,美國方面甚至遠領先我們,在米波雷達方面我們確實是取得長足的進步。

但哪怕是最先進的米波雷達和無源雷達,仍不足以改變目前乃至可預見的將來,防禦一方被仰仗隱身技術進攻的一方。其中,目前最先進的米波雷達對b2的探測距離不足400公里,無源雷達甚至還要低於這個距離,捷克vera-e的最大對空探測距離才450公里。

另外,b2和b21強調對高強度防空網的突防,因為它們的一項關鍵任務是凌空轟炸和進入防空網尋找類似於洲際彈道導彈移動發射車類高價值目標。就上述提到的幾種反隱身措施:

所謂的的隱身轟炸機不過是憑藉隱身優勢,通過壓縮敵方的防空網,將被探測距離大幅度壓縮到不足以防衛被保護目標的距離。以目前B2類轟炸機的攻擊能力來說,AGM158類導彈已經可以通過雙向數據鏈來實現1000公里範圍內的攻擊與攻擊效果評估。

就b2的探測來說,轟炸南聯盟時,b2都有飛經歐洲上空,據說飛行前會有通報,但那些試圖發現b2的歐洲盟友們從未探測到過飛經他們領空的b2。

首先,米波雷達仍然存在不足。

中電集團米波反隱身雷達總師吳劍旗採訪

https://mil.sina.cn/2018-05-09/detail-ihaichqy8515485.d.html

吳劍旗總師只說探測到F22,而對B2隻是理論上具備探測能力,350公里已經對B2很大的威脅了,但仍然處於被動被壓縮的狀態。

稀布陣雷達作為一個實驗系統,為研製JY-27A對空警戒雷達這樣的新型米波雷達奠定了技術基礎。JY-27A雷達在這一技術支持下,創造性地融合了米波和有源相控陣技術,其對典型隱形飛機最大探測距離大於350公里,同時採用基於地形自適應的測量技術,測高精度顯著提高。此外,JY-27A雷達在彈道導彈預警、報分析、組網信息融合等方面,也克服了傳統米波雷達的缺點,居於世界先進水平。

目前,JY-27A雷達已投入大批量生產,成為對抗第四代隱形飛機的「殺手鐧」,國外雷達廠商目前尚無同類型產品。

現在航空技術非常發達,為了保證飛機對雷達的隱身性能,不僅可以採用隱身外形,使用雷達吸波材料,還能利用特種電子設備施放干擾。雖然不可能研製出雷達絕對探測不到的完全隱身的飛機,卻可以大幅減少有效反射面積,縮小雷達目標顯示感光點。如果說在一定波長範圍的雷達並且在一定視角下,美國第五代殲擊機的反射面積僅為0.01平方米,那麼b2類戰略轟炸機可以任何波段雷達任何視角下都能維持0.01平米的雷達反射截面積。

像特定波長克制特定尺寸隱身飛機一樣,美軍除了F-22, F-35這樣的戰術隱身飛機(也被美軍稱為「窄帶隱身飛機」),也有B-2這樣的大型隱身飛機,翼展52米,光滑沒有垂尾,是翼展13.5米的F-22的好幾倍,米波雷達對其反隱身探測效果就很有限了。也難怪B-2是美軍號稱的「全方向、全頻譜」隱身飛機,戰時踹門的第一波就是它們,雖然數量只有20多架,但航程遠,留空時間長,潛入進來採取「挖眼」、「斷網」、「斬首」等打擊行動,提前打掉數量有限、體積龐大的米波雷達陣地,在防空體系上撕開一個口子,後續的F-22,F-35等戰術飛機依然會如無人之境一樣。

近日中電科技集團反隱身米波雷達的信息讓人振奮,似乎美軍的F-22隱身飛機「無處遁形」(記住,是F22而不是B2),然而敵人也沒睡覺,至少還有6個方面值得重視。

米波破隱身的原理

米波雷達是指波長在1-10米,或者頻率在30-300MHZ的雷達。米波雷達破隱身飛機的基本原理,是基於米波雷達的特性。因為本質上講,隱身飛機的隱身能力,不是絕對的,是針對特定雷達頻率設計的。比如F-22、F-35和更早的F-117等戰術飛機都是針對波長較短的機載火控雷達的微波波段進行設計,包括隱身塗層也是,在微波波段的雷達反射面積只有0.5平米甚至0.01平米。

但是針對米波雷達,飛機一些突出部件,如垂尾的尺寸,將和雷達波長的1/8接近,引起電磁波的諧振效應,使得飛機的雷達反射面積反而大大增加,如米波波段F-117的雷達反射面積將達到10-20平米,大了三個數量級。

但以前不用米波雷達反隱身飛機的原因,是傳統米波雷達尺寸大、精度差,甚至不能測高,無法完成後續的飛機引導和導彈制導,無法構成從「探測、識別、定位、跟蹤、引導、攔截、瞄準」的整個殺傷鏈。俄羅斯以前專門研製了「天空」系列反隱身米波三坐標雷達,最新的「天空-Y」於2016年部署到了歐洲地區。此次中電科集團應該是通過新技術提高了精度,以及小型化,達到了實戰使用的程度吧。

但此類米波雷達對於B-2這樣的大型機作用仍然有限。

然而,就像特定波長克制特定尺寸隱身飛機一樣,美軍除了F-22, F-35這樣的戰術隱身飛機(也被美軍稱為「窄帶隱身飛機」),也有B-2這樣的大型隱身飛機,翼展52米,光滑沒有垂尾,是翼展13.5米的F-22的好幾倍,米波雷達對其反隱身探測效果就很有限了。Y-27A對空警戒雷達對B2的探測距離也就是350公里,而B2的雷達告警器在480公里之外都可以探測到此類輻射源從而進行規避。

也難怪B-2是美軍號稱的「全方向、全頻譜」隱身飛機,戰時踹門的第一波就是它們,雖然數量只有20多架,但航程遠,留空時間長,潛入進來採取「挖眼」、「斷網」、「斬首」等打擊行動,提前打掉數量有限、體積龐大的米波雷達陣地,在防空體系上撕開一個口子,後續的F-22,F-35等戰術飛機依然會如無人之境一樣。

其次,無源雷達也不行(這點尤其操蛋,美國的無源雷達的水平還遠在中國之上,具體見延伸閱讀)

無源雷達( passive radar),是指這種雷達沒有輻射源,它是借用空間已有的電波,照射到目標所形成的回波來探測目標。記住這一點,同樣是反射雷達波,只是借用廣泛的民用電波而已,隱身原理一樣適用於無源雷達。

從雷達的基本原理,從經典型式的雷達,來看如今廣受關注的無源雷達,這兩者的區別在於其組成部分。經典雷達都是由發射機產生所需頻段的電波,經天線輻射到空間,照射待測目標。後者卻無發射機,照射目標的電波是藉助空間已有的電波,這稱作雷達以外的輻射源。這種雷達稱作無源雷達,也稱作外輻射源雷達(external sources)。由於雷達自身不輻射電波,這就導致雷達定位方法、信息處理等相關問題也隨之改變。

從雷達本身看,它是無輻射源,實際上是有源,這源是外部輻射源。另外,這種雷達是一種隱形雷達,雷達的剋星反輻射導彈是追蹤雷達輻射波,並對此實施攻擊。無源雷達不向空間輻射電波,也就會讓反輻射導彈找不到雷達所在地,因此無源雷達就是真實意義上的隱形雷達,無須採用隱身材料和減小雷達裝置夲身的散射、反射和繞射波。

除此而外,這種雷達可以看成被動雷達,因為它是不主動發射,是被動接收。

無源雷達還稱作無源隱蔽雷達和無源相干雷達。這是基於它使用機會輻射源或協同輻射源工作,這是將來自輻射源的直達波與由運動目標的反射波相關聯,由已知的收、發位置作為橢圓面的兩個焦點,構成橢面。再通過使用多個輻射源和多個接收機,以確定多個橢面相互交叉點。並確定目標方向。最終獲取目標位置信息。

以捷克的聞名於世的無源雷達為例,維拉(VERA- E)系列無源雷達由捷克研製。「維拉- E」是該系列的最新型號,可探測定位、識別和跟蹤空中、地面和海上目標, 對空探測的最大距離為450千米, 並可識別目標、生成空中目標圖像。「維拉- E」系統由4部分組成:分析處理中心居中,3個信號接收站呈圓弧線狀分布在周圍, 站與站間距離在50千米以上。分析處理中心部署在方艙車內, 有完整的計算機系統以及通信、指揮和控制系統。信號接收站用重型汽車運載,可靈活部署。接收天線支架豎起時高17米,佔地面積9×12米,3個人在1小時內即可豎起天線、進入監視狀態。天線外形為圓柱體結構,功耗低、可靠性極高, 平均無故障間隔時間達2000小時,可抵禦30米/秒的大風。

無源雷達的主要性能(看這個數據就知道牛皮被吹了多大啦)

1、1994 年,英國防禦研究局對 260km內空中目標的探測和跟蹤。

2、1994 年,法國國家航空研究局探測到距離接收站 5 km 的目標。

3、1998 年, 捷克台斯拉公司推出的「維拉(VERA)」系統,可同時跟蹤200 批空中目標。是二戰期間德國研製的「Klein Keidelberg」雷達, 能探測到450 公里外的戰機,精度較差大約為 10km./

4、1994 年,法國國家航空研究局研製的系統跟蹤演算法需要較高的信噪比,只探測到距離接收站 5 km 的目標。

5、美國華盛頓大學研製無源雷達,探測到 240km 處的目標。用 GPS 來完成兩接收站間的時間和頻率同步.

6、美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達,通過測量目標的到達角、多普勒頻移和目標信號與直達波信號到達接收站的時間差,利用無源相干定位(PCL)技術來對目標進行定位與跟蹤。對 RCS 為 10的目標的探測距離可達 220km,

7、近年來,美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達第三代「沉默哨兵」系統,所用的相控陣接收天線,採用仿生學原理,仿照蒼蠅360°「複眼」結構,將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達站基座上,可實現對目標全方位全天候的監視。「沉默哨兵」分為固定站系統和快速部署系統,另外,該雷達還可安裝在飛機和艦船上,能夠實時實現對飛機、導彈等空中目標的高精度探測,能對 200 多個目標實現同時跟蹤,並能區分出間隔 15m 的兩個目標。該系統還曾捕獲 250km 外美國空軍的 B-2 隱身轟炸機。

總之,無源雷達的主要技術指標體現在:探測距離遠、高精度、實時探測多目標(包括飛機、導彈)、全方位、全天候的監視、可以固定式和快速移動式並存、可安裝在地面、飛機和艦船上。

然後是數量的問題:一百架B-21來襲

當然前面也提到了,B-2數量太少,但莫急,美軍也早就發現了「全頻譜、全方位」隱身飛機數量太少的尷尬。於是2009年開始概念設計,2015年即讓諾思羅普格魯曼公司研製B-21戰略轟炸機,預計2025年裝備80-100架。它看上去就像小號的B-2轟炸機,也是「全方位、全頻譜「隱身設計。自然是考慮到了假想敵新一代米波反隱身雷達的威脅吧。

畢竟俄羅斯的反隱身主被動、米波/分米波雷達更早,比如,NNIIRT 1L119 Nebo SVU雷達(一套雷達就涵蓋VHF, X, L三個頻段,相互配合),52E6MU Struna-1MU/Barrier E型反隱身雷達,最新的「天空-Y」機動式三坐標米波雷達,配合S-400進行攔截。

然後是雷達的死穴:NGJ干擾機,戰術飛機也有保護

除了「藏」,美軍依然保留主動「干擾」能力。比如美軍的NGJ下一代機載干擾機2018年已經進入技術演示階段。其分為三種吊艙:高頻吊艙、中頻吊艙和低頻吊艙,後者就是針對低頻/長波雷達,將取代現役的AN/ALQ-99干擾吊艙。原有的ALQ-99的10個工作頻段中就有3個頻段能覆蓋低頻區域,全部是64MHz-40GHz。下一代NGJ干擾機將進行進一步的加強,提高可靠性,採用主動相控陣,360度全覆蓋,干擾功能提升10倍,干擾頻率更精準,信號處理能力更強。

屆時就可以作為外掛吊艙裝備給EA-18G「咆哮者」這樣的電子戰飛機,支援F-22, F-35這樣戰術隱身飛機的作戰。

美軍的設想是,首先由攜帶NGJ干擾機的EA-18G或者無人機,防區外去致盲對方的低頻反隱身雷達,然後由F-35去抵近摧毀敵方的高頻微波雷達威脅。

NGJ的研發始於2004年,按計劃,2020年其中頻吊艙形成出初始作戰能力IOC,2022年低頻部分形成作戰能力,2024年高頻部分形成初始作戰能力。

然後是雷達的死穴之二:被欺騙

當然,美軍新一代的電子戰一直認為:不是「一片雪花」的「失能or破壞」性電子戰,而是製造大量連續可信假目標的「看似正常」的「欺騙」式電子戰。因為在對方看來,一切正常,無非發現了很多的目標,可能好幾倍,都是連續可信的,分不清真假,這樣恐怕更難應對。

這一點美軍可選的東西很多:

—前面提到的NGJ就不是簡單的「干擾機」,而是集信號探測、分析、對抗策略擬定、干擾於一體的,其中就包括製造假目標;

—再就是MALD-X小型空射誘餌,其模塊化的載荷也會增加電子戰套件,模擬隱身飛機,而且本身就是可以留空90分鐘,自主飛行的無人機,其扮演的假目標絕對「連續、可信」;

—然後就是混在假目標裡面的B-2, B-21, F-35,F-22了。

—最後還有執行欺騙任務的無人機。

然後是隱身轟炸機的戰術,作為進攻的一方擁有無限的選擇:

其實隱身飛機絕不是靠「隱身」這一招,更何況以前大行其道的F-22, F-117和後面的F-35都屬於「窄帶」隱身飛機,也不是「全向」。通過隱身能力使對方防空體系出現縫隙,然後配合合理的戰術和航路鑽進去,才是隱身飛機一直以來遊刃有餘的兩條腿。尤其是作為防守一方的雷達,始終處在明處,機動能力有限。更何況在看到隱身戰術飛機之前,已經被隱身戰術飛機的電子偵察設備更早地發現,要麼對方從容規避,要麼已經發射了防區外反輻射武器。

老話說「防空防空,十防九空」,防禦一方始終是被動狀態,戰爭史上大部分情況下都是進攻方更佔優勢,

最後是使用經驗的磨鍊:基礎和陪練

其實原理上對付米波隱身雷達說起來簡單,然後就是硬體到位,最難的就是軟體:隱身與反隱身實際效果分析、信號處理技術、干擾對抗策略、具體的戰術協同等。這方面美軍應該都有準備。

一方面美軍有幾十年的隱身飛機使用經驗,自己也有不少VHF, UHF雷達,對於米波、分米波雷達對隱身目標在不同情況下的反隱身機理、實際探測性能,應該有多年的研究和數據積累,畢竟自己有龐大的隱身飛機機隊作為「陪練」;

另一方面,美軍自己的VHF, UHF雷達也不少,對於這些雷達如何反隱身,如何提高精度、如何干擾和被干擾,應該也有深厚的功底。比如E-2系列預警機裝備的圓盤子預警雷達,無論是早期的APS-138, APS-145,還是最新的APY-9,都是UHF波段雷達,雖然不是米波,但也是分米波。一直就號稱有反隱身能力,早期APS-145號稱能在空中幾百公里外發現塗有隱身塗層的潛艇潛望鏡,現在的APY-9則能夠引導「標準6」導彈攔截低空掠海目標,說明其測高和角度解析度已經達到了一定水平,對付我們的反艦巡航導彈、J20, J31等隱身戰術飛機也是遊刃有餘啊。對VHF/UHF雷達提高精度和解析度,抗干擾能力的機理和局限性應該也是非常熟悉。

所以這個隱藏在矛和盾背後的軟實力,還真的很難說。

因此,不能光有了一個米波反隱身雷達就安枕無憂,攻防的博弈和較量還在繼續,既有單點,也有整個體系。但更重要,還是攻防結合,有自己的遠程隱身戰略轟炸機、機載反隱身雷達、先進電子戰、先進誘餌、先進反輻射作戰,攻勢制空,把敵人消滅在跑道上,更徹底一些。

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F22隱藏的致命鷹眼:ALR-94雷達告警接收器!

ALR-94是迄今為止戰鬥機上裝備的最有效的無源系統,被稱作F-22上技術最複雜的設備。它能在各個頻段提供360°的方位覆蓋,對前方區域還能提供仰角覆蓋。

ALR-94有兩種工作模式,一是在敵機用雷達對F-22進行搜索時,ALR-94可以無源地偵收到460千米外的目標,先於敵機發現對方並進行探測、跟蹤和識別,敵機到220千米附近時,則引導APG-77的探測方向,使雷達以2°2°的波束寬度探測目標。根據目標的威脅等級,雷達可以調整脈衝功率和數量,用最少的能量實現對目標的跟蹤。第二種模式是針對近距離高威脅等級的輻射源。如果敵方雷達開機,則ALR-94就能夠提供導彈攻擊所需的全部信息,引導空空導彈對輻射源實施攻擊,使得該導彈實際起到反輻射導彈的作用。

ALR-94組合了雷達告警、電子支援措施(ESM)、精確測向和窄波束交替搜索與跟蹤功能。其性能比在大多數其它戰鬥機上安裝的簡單雷達告警系統強得多。它除了能探測主瓣信號外,還能探測旁瓣輻射,並且能對任何一個輻射目標進行精確的定位與跟蹤。

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這意味著任何試圖暗算或監視大猛禽的敵機,包括預警機,開機的時刻就會招來殺身之禍!

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AN/ASQ-239

AN/ASQ-239是F-35電子戰系統的核心,它既可協調其他電子設備的工作,也可單獨執行電子戰任務。

AN/ASQ-239天線單元分布(橙色部位)

  AN/ASQ-239的信息接收部件是10個天線單元,它們分布在F-35的機翼、尾翼部位,可探測搜集前方、側方以及後方的信息。負責信息處理的主機則安裝在飛機內部。AN/ASQ-239的加入讓F-35真正擁有了360度態勢感知的能力

F-35的天線單元看不出明顯痕迹

  對於現代戰機來說,機身天線單元數量越多,越不利於隱身。美軍F-22雖名為隱身戰鬥機,但其機身上分布著30個電子戰天線單元,信號強烈,不利於雷達散射截面的縮小。憑藉後發優勢,AN/ASQ-239系統只有10個天線單元,減少了信號強度,增強了隱身性能。同時,這些天線設備鑲嵌在F-35內部,幾乎與機翼融為一體,因此又被稱為共形天線,這樣做為的就是提高隱身性能。

  上期,我們曾經談到戰機躲避攻擊的關鍵設備 -雷達告警器。F-35的雷達告警器,就是根據AN/ASQ-239探測的數據發出警報的。AN/ASQ-239系統對敵機雷達直射波的最遠探測距離超過480公里,在200公里左右的距離上,該系統還可根據敵機雷達波的方位角、俯仰角,對其進行精確定位,並傳送給飛行員,做好更充足的應戰準備。

延伸閱讀:諾格公司獲得美國海軍先進反輻射導彈合同

3月19日,美諾斯羅普公司獲得美國海軍航空系統司令部訂單,為還是研製先進反輻射導彈增程型(AARGM-ER)導彈。

AARGM-ER導彈不僅可以使用F/A-18E/F和EA-18G戰鬥機發射,也可以裝備在F-35A和F-35C的彈艙內發射。諾斯羅普的AARGM-ER導彈具備后座武器系統軍官控制系統,取消了原AARGM(AGM-88)導彈中部的彈翼。以適應F-35戰鬥機彈艙內裝備導彈的需要。

該導彈直徑增加10%,同時採用了新型的發動機,因此其射程從100公里左右增加到約200公里。

AARGM-ER導彈是為F-35戰鬥機研製的增程型反輻射導彈,用於攻擊地面雷達目標,壓制防空系統。其前身AGM-88「哈姆」導彈開始就具備抗關機功能,在於戰鬥機上的精確定位系統共同聯動,能確定敵方雷達的精確位置,在敵方雷達關機後,利用GPS導航系統繼續實施攻擊。AARGM-ER導彈取消彈翼後,將彈體改為升力體構造,因此具備了更強的遠程滑翔能力。

該導彈飛行速度可以達到2馬赫,對於雷達系統具有極強的威脅。

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改進版小型空射誘餌干擾彈(MALD-J),既要干擾還要反輻射? 2017-08-24 07:00

Miniature Air Launched Decoy-Jammer,MALD-J

ADM-160C

2008年美軍啟動了ADM-160B的改進計劃,增加了干擾機和數據鏈的型號被命名為小型空射誘餌彈-干擾機(MALD-J),編號ADM-160C,該彈研製合同也授予了雷神公司。

2009年通過了初步設計評審,並完成了第一次自由飛行試驗。雷神公司為MALD-J換裝了渦扇發動機,改進後基本型質量約136kg。2010年完成了第二次自由飛行試驗,飛行距離925km。2011年MALD-J進入低速生產階段,第一批於2012年交付美國空軍並順利完成作戰測試。

2012年雷神公司將其集成到海軍「超級大黃蜂」戰機上,集成包括一系列風險降低措施和技術驗證,並與通用原子航空系統公司完成了將MALD和MALD-J集成到MQ-9無人機的地面驗證測試,以實現敵方空防壓制的無人作戰能力。

2013年雷神公司與美國空軍簽訂了8170萬美元合同,生產交付202台MALD-J的干擾設備和儲彈箱,並宣布在預算內完成了MALD-J的研發項目。

MALD-J 的多用途

改進的誘餌干擾彈既可以作為飛機誘餌,不僅能干擾敵方雷達,更具有摧毀雷達的能力,可以深入敵防空網並在敵地空導彈的跟蹤範圍內對其雷達設備實施干擾。

MALD-J採取模塊式,這樣它的干擾器就能很容易改換成其他各種能在艙內掛載的有效載荷,包括用於情報、偵查和監視的武器或感測器。

這意味著美國空射誘餌開始多功能化和模塊化發展,在具備誘餌能力之後,開始尋求干擾和反輻射硬殺傷能力。美空軍能掛載該誘餌彈的作戰飛機型號如下:A -10,B-1B,B-2,B-52H,F-15,F-16,F-22和F-35。

小型空射誘餌彈的發展同自身的性能、成本以及對該彈的用途定位相關。

MALD作戰模式分析

MALD按作戰任務特點可分為誘騙型MALD和干擾型MALD-J。MALD通過逼真模擬作戰飛機在敵方地空防禦系統雷達屏幕上顯示「真實」飛機信號,製造虛假空情;MALD-J通過實施逼近式壓制干擾,對敵方地空防禦系統進行壓制。

具體作戰使用

1. 單機掛載、自衛使用

作戰飛機在突入對方防空範圍內時,主要會面臨地面防空武器和空空導彈的攔截。在雷達告警設備發出安全警告後,作戰飛機在威脅來臨前發射空射誘餌,對防空武器制導雷達和機載火控雷達實施誘騙式干擾或壓制式干擾,誘騙來襲武器攻擊空射誘餌,保護作戰飛機安全。

2. 編隊飛行,開闢飛行走廊

作戰飛機到預定區域執行對敵攻擊任務時,可先發射空射誘餌到預定區域,並模擬作戰飛機編隊飛行,在信息層面欺騙、混亂敵方的防空武器系統,誘騙敵防空武器系統攻擊,消耗敵防空武器,或對敵地空防禦武器系統進行壓制干擾,飽和敵防空系統雷達,建立安全空中走廊,掩護有人作戰飛機執行作戰任務。

3. 電子情報偵查

在精確打擊之前,需要獲取敵方雷達系統和防空導彈武器系統的位置、雷達頻率信號特徵等電子情報偵察和反輻射攻擊武器需要的關鍵信息。因此,在戰爭開始之前,發射空射誘餌到危險地區上空巡航,模擬「真實」空情,刺激和誘騙敵防空雷達系統開機,空射誘餌將獲取的雷達信號和通信情報轉發至接收設備,或由電子戰飛機配合截獲相關信號,為電子情報偵察或反輻射攻擊任務的完成創造有利條件。

4. 與反輻射武器配合,完成反輻射攻擊

發射空射誘餌,迫使敵方地面雷達在我方作戰飛機到達之前提前開機,或通過逼近敏感目標誘使敵方後備或隱蔽雷達開機,暴露敵防空資源位置、特徵信號等重要信息,配合作戰飛機和反輻射武器完成目標確認、鎖定、攻擊任務。在海灣戰爭期間,美海軍曾用引進以色列技術的戰術空中發射誘餌定位了伊拉克地空導彈陣地,由多國部隊實施了防空壓製作戰。

5. 巡邏待機、區域干擾

設定空射誘餌預先飛行航線,發射多個裝有電子干擾機的空射誘餌到戰區上空,使其在預定區域巡邏待機,發現敵方雷達信號後,對威脅雷達實施逼近式干擾壓制,通過高強度的靈巧式壓制干擾技術,飽和雷達的信號處理和數據處理系統,使敵方雷達暫時致盲、通信中斷或飽和,壓制敵方防空系統。

6. 實施反輻射攻擊

空射誘餌可加裝雷達導引頭和小型戰鬥部,在飛行前期實施誘騙和壓制干擾,在其生命的最後時刻可對地面防空雷達系統實施打擊,發揮反輻射的作用。

延伸閱讀:

詳細分析新的電子對抗方式:小型空射誘餌-誘騙型MALD和干擾型MALD-J 2019-03-25 20:00

視頻來源:Raytheon

空射誘餌的裝備為美國航空兵提供了除電子干擾機、干擾吊艙和機載干擾彈之外的新的電子對抗方式,將會對航空兵攻防作戰、地面防空作戰的技術、戰術造成不小的影響。

Miniature Air Launched Decoy,MALD

小型空射誘餌

1996年11月,美國國防高級研究計劃局授予特里達因·瑞安航空公司一項金額為2440萬美元的合同,用於研製和演示破壞敵防空火力的小型空射誘餌(MALD)。這種誘餌可能由攻擊機編隊部署,以便用多個假目標使敵防空監視雷達達到飽和。

在為期30個月的合同結束時,該公司必須向美國空軍提交MALD的生產建議。每枚MALD的出廠價必須低於3萬美元。

1997年前後,美國空軍和國防高級研究計劃著(DARPA)選定諾斯羅普·格魯曼電子與系統綜合分部,為MALD計劃提供雷達截面有效載荷。這種有效載荷被稱為特徵加強子系統,它能複製各種飛機的雷達回波特徵,從而幫助MALD欺騙敵方雷達。

其「調控信號」增強功能工作在雷達使用的VHF,UHF和微波頻段,並可在發射前或飛行中設定。從三個一組的投射武器架上投放離機後,該誘餌將自動模擬飛機的飛行路線飛行,並能作出高性能的轉彎、爬升和俯衝動作。它將與MALD的其它子來統協同工作,從而具備完整的雷達欺編能力。

ADM-160A

1999年2月MALD進行了首飛。F-16戰鬥機在6000m高空將其發射後,MALD的巡航速度達到了0.75馬赫。這標誌著MALD計劃已進入了一個重要的里程碑,即由DARPA負責通過其設計公司特里達因瑞安航空公司進行的先期概念技術論證階段,編號ADM-160A。

MALD的首飛中沒有裝備信號特徵增強分系統,該系統當時正在進行地面試驗。當時,美國公開了MALD的主要參數:重約45.4千克,長約2.38米,翼展0.645米,要求飛行距離超過463公里,飛行速度為高亞音速,飛行高度為9000米,必須使用GPS導航。2002年美國空軍認為該型號的射程和續航時間難以滿足其任務需求,加上成本問題,終止了該項目。

ADM-160B

2003年美國空軍將新的MALD合同授予雷神公司,編號ADM-160B。2006年原型彈從F-16戰機上共進行了9次自由投放試驗,2007年進行了首次動力飛行試驗。2008年完成了全部飛行試驗,2010年3月美國空軍接收了第一批MALD,美國軍方的正式編號為ADM-160B。

此時公布的參數與之前有所不同,誘餌彈的重量改為115公斤,只要飛機具有掛載227千克航彈的能力就能使用該誘餌,裝備有數字武器資料庫的作戰飛機還具備發射前誘餌航跡重新規劃能力。

2011年3月雷神公司完成了從C-130「大力神」運輸機的尾部發射「小型空射誘餌」的試驗。試驗中使用了雷神公司新研製的「MALD運輸機空射系統」,從運輸機上投放微型誘餌是一種創新的作戰能力,可以滿足當今高威脅環境中的任務需要。

藉助「MALD運輸機空射系統」,一架運輸機單波次可投放數百個MALD誘餌。該系統擁有一個鋼製鳥籠狀結構體,可裝載8個MALD誘餌,能在設定的高度快速將誘餌射出。MALD主要通過模擬美國及其盟國戰鬥機的信號特徵保護飛機。

Miniature Air Launched Decoy-Jammer,MALD-J

小型空射干擾彈

2008年美軍啟動了ADM-160B的改進計劃,增加了干擾機和數據鏈的型號被命名為小型空射誘餌彈-干擾機(MALD-J),編號ADM-160C,該彈研製合同也授予了雷神公司。

ADM-160C

2009年通過了初步設計評審,並完成了第一次自由飛行試驗。雷神公司為MALD-J換裝了渦扇發動機,改進後基本型質量約136kg。2010年完成了第二次自由飛行試驗,飛行距離925km。2011年MALD-J進入低速生產階段,第一批於2012年交付美國空軍並順利完成作戰測試。

2012年雷神公司將其集成到海軍「超級大黃蜂」戰機上,集成包括一系列風險降低措施和技術驗證,並與通用原子航空系統公司完成了將MALD和MALD-J集成到MQ-9無人機的地面驗證測試,以實現敵方空防壓制的無人作戰能力。

2013年雷神公司與美國空軍簽訂了8170萬美元合同,生產交付202台MALD-J的干擾設備和儲彈箱,並宣布在預算內完成了MALD-J的研發項目。

改進的誘餌干擾彈既可以作為飛機誘餌,不僅能干擾敵方雷達,更具有摧毀雷達的能力,可以深入敵防空網並在敵地空導彈的跟蹤範圍內對其雷達設備實施干擾。

MALD-J採取模塊式,這樣它的干擾器就能很容易改換成其他各種能在艙內掛載的有效載荷,包括用於情報、偵查和監視的武器或感測器。

這意味著美國空射誘餌開始多功能化和模塊化發展,在具備誘餌能力之後,開始尋求干擾和反輻射硬殺傷能力。美空軍能掛載該誘餌彈的作戰飛機型號如下:A -10,B-1B,B-2,B-52H,F-15,F-16,F-22和F-35。小型空射誘餌彈的發展同自身的性能、成本以及對該彈的用途定位相關。

MALD作戰模式分析

MALD按作戰任務特點可分為誘騙型MALD和干擾型MALD-J。MALD通過逼真模擬作戰飛機在敵方地空防禦系統雷達屏幕上顯示「真實」飛機信號,製造虛假空情;MALD-J通過實施逼近式壓制干擾,對敵方地空防禦系統進行壓制。

1. 單機掛載、自衛使用

作戰飛機在突入對方防空範圍內時,主要會面臨地面防空武器和空空導彈的攔截。在雷達告警設備發出安全警告後,作戰飛機在威脅來臨前發射空射誘餌,對防空武器制導雷達和機載火控雷達實施誘騙式干擾或壓制式干擾,誘騙來襲武器攻擊空射誘餌,保護作戰飛機安全。

2. 編隊飛行,開闢飛行走廊

作戰飛機到預定區域執行對敵攻擊任務時,可先發射空射誘餌到預定區域,並模擬作戰飛機編隊飛行,在信息層面欺騙、混亂敵方的防空武器系統,誘騙敵防空武器系統攻擊,消耗敵防空武器,或對敵地空防禦武器系統進行壓制干擾,飽和敵防空系統雷達,建立安全空中走廊,掩護有人作戰飛機執行作戰任務。

3. 電子情報偵查

在精確打擊之前,需要獲取敵方雷達系統和防空導彈武器系統的位置、雷達頻率信號特徵等電子情報偵察和反輻射攻擊武器需要的關鍵信息。因此,在戰爭開始之前,發射空射誘餌到危險地區上空巡航,模擬「真實」空情,刺激和誘騙敵防空雷達系統開機,空射誘餌將獲取的雷達信號和通信情報轉發至接收設備,或由電子戰飛機配合截獲相關信號,為電子情報偵察或反輻射攻擊任務的完成創造有利條件。

4. 與反輻射武器配合

發射空射誘餌,迫使敵方地面雷達在我方作戰飛機到達之前提前開機,或通過逼近敏感目標誘使敵方後備或隱蔽雷達開機,暴露敵防空資源位置、特徵信號等重要信息,配合作戰飛機和反輻射武器完成目標確認、鎖定、攻擊任務。在海灣戰爭期間,美海軍曾用引進以色列技術的戰術空中發射誘餌定位了伊拉克地空導彈陣地,由多國部隊實施了防空壓製作戰。

5. 巡邏待機、區域干擾

設定空射誘餌預先飛行航線,發射多個裝有電子干擾機的空射誘餌到戰區上空,使其在預定區域巡邏待機,發現敵方雷達信號後,對威脅雷達實施逼近式干擾壓制,通過高強度的靈巧式壓制干擾技術,飽和雷達的信號處理和數據處理系統,使敵方雷達暫時致盲、通信中斷或飽和,壓制敵方防空系統。

6. 實施反輻射攻擊

空射誘餌可加裝雷達導引頭和小型戰鬥部,在飛行前期實施誘騙和壓制干擾,在其生命的最後時刻可對地面防空雷達系統實施打擊,發揮反輻射的作用。

如何識別與反干擾

應對潛在對手利用新技術、新理念研製的武器裝備,總是有一個相對固定的策略,那就是如果該裝備同樣適合本國作戰體系,就跟蹤其研製進展和性能指標,參照其成熟經驗,研製自己的同類型號。

發展自己的空射誘餌

在美國裝備MALD和MALD-J這個問題上也一樣,既然美空軍的研製過程和測試經驗表明空射誘餌是具有較高效費比的欺騙、干擾以及硬殺傷武器系統,那麼我國也同樣可以研製類似型號。

早日裝備我國自研的空射誘餌可以大大提升航空兵和防空導彈部隊作戰能力,並將MALD對我國造成的防空壓力和反制代價原樣轉移。

根據自研空射誘餌的技術和性能特性,我國防空武器系統研製和使用可以進行借鑒和進行對抗性演練,以在技術和戰術層面應對美空軍裝備MALD帶來的壓力。

分析弱點並探索方案

由於天線尺寸與波長相關,根據MALD的主尺寸來看,其欺騙和干擾的覆蓋波長不可能達到米波量級,而是集中在分米波和厘米波。因而用米波預警雷達進行先期探測和識別就是一種應對方式。不過米波雷達波束寬度大、分辨力低、天線尺寸龐大、不便於機動。

目前尚不清楚單枚MALD是否可以全部覆蓋VHF,UHF和微波頻段,還是需要改變有效載荷來實現多枚MALD覆蓋以上波段。如果不能,那採用多個波段雷達組網探測,對於每個目標進行多波段雷達驗證則是一個有效的識別方式。

在MALD彈體上,也沒有看到複雜的接收天線系統,也就是說,MALD的目標回波模擬將很難隨著來射雷達波頻率和波形的改變進行精確的調整。那麼,單台雷達採用多波形多次照射的方式也可以起到一定程度的效果,一旦發現目標回波參數沒有隨著發射波的參數而改變,即可判斷為假目標。

我國需要謹慎地應對MALD對防空作戰帶來的挑戰,找到對其進行識別和反干擾的有效方式,提升防空作戰部隊在複雜電磁環境下綜合對抗的能力,將MALD的威脅降低至最低。

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無源定位雷達系統的工作原理和發展趨勢胡薇 發表於 2018-08-01 16:43:34

微波射頻網+關注

一.無源雷達的名稱討論

無源雷達( passive radar),是指這種雷達沒有輻射源,它是借用空間已有的電波,照射到目標所形成的回波來探測目標。 從雷達的基本原理,從經典型式的雷達,來看如今廣受關注的無源雷達,這兩者的區別在於其組成部分。經典雷達都是由發射機產生所需頻段的電波,經天線輻射到空間,照射待測目標。後者卻無發射機,照射目標的電波是藉助空間已有的電波,這稱作雷達以外的輻射源。這種雷達稱作無源雷達,也稱作外輻射源雷達(external sources)。由於雷達自身不輻射電波,這就導致雷達定位方法、信息處理等相關問題也隨之改變。

相控陣雷達

無源定位雷達系統的工作原理從雷達本身看,它是無輻射源,實際上是有源,這源是外部輻射源。另外,這種雷達是一種隱形雷達,雷達的剋星反輻射導彈是追蹤雷達輻射波,並對此實施攻擊。無源雷達不向空間輻射電波,也就會讓反輻射導彈找不到雷達所在地,因此無源雷達就是真實意義上的隱形雷達,無須採用隱身材料和減小雷達裝置夲身的散射、反射和繞射波。除此而外,這種雷達可以看成被動雷達,因為它是不主動發射,是被動接收。無源雷達還稱作無源隱蔽雷達和無源相干雷達。這是基於它使用機會輻射源或協同輻射源工作,這是將來自輻射源的直達波與由運動目標的反射波相關聯,由已知的收、發位置作為橢圓面的兩個焦點,構成橢面。再通過使用多個輻射源和多個接收機,以確定多個橢面相互交叉點。並確定目標方向。最終獲取目標位置信息。總之,以無源雷達冠名較確切,好與有源雷達相區別。而其它名稱沒有唯一性。外輻射源可以多個,不像早先僅利用唯一外輻射源。

二.無源雷達的源頭1.無源雷達的概念是怎樣形成的呢?早在1922年,美國海軍研究實驗室(NRI)有兩位研究人員:Taylor和Young在進行電波傳播試驗時,用兩部電子裝置,發射60MHz連續波信號,在無意中發現了河中正在航行的木製船,這一收穫成了他們試驗的副產品。1930年,美國海軍研究室Hyndland等人,在利用測向儀試驗時,偶然間捕捉到3.2公里外的一架飛行的飛機,使用頻率為33MHz。1932年,Taylor、Young和Hyndland一同用兩部電子設備,如同現在的雙基地雷達的簡單配置,探測到80公里外的飛機。2.無源雷達的誕生在這些工作的基礎上,1933年6月,他們申報了題為「通過無線電波探測運動物體的系統」的專利。該專利的要點是:利用一部無線電發射台,發射連續波信號,另外配置兩部接收裝置,分別置於兩地,來測量運動物體的回波信號的多普勒頻移,從而確定該物體位置。應當指出的是,學術界認為雷達的創始人是1917年,羅伯特·沃特森·瓦特(Robert Watson-Watt)成功設計雷暴定位裝置,宣告雷達的誕生。而1922年,英國馬可尼(M.G.Marconi)在無線電工程師學會(IRE)領獎時,提出船用防撞雷達測角的建議。發表演說的題目是可防止船隻相撞的平面測角雷達。他提岀的船用雷達的時間也是1922年,與美國海軍研究實驗室的工作,有一定的相關性,但他們都是獨立工作的。1935 年,英國的 Arnold Wilkins 首次藉助外部輻射源進行了雷達探測研究,這就是著名的 Daventry 試驗。這是無源雷達的真正意義上的試驗。這次試驗在英格蘭中部的北安普敦郡 Daventry 鎮,採用的輻射源是 Daventry和BBC(1.8-30MHz)發射台,頻段為短波,接收裝置分別設置在兩部運輸車上,探測距離12公里外,目標是英國皇家空軍(RAF)Heyford重型轟炸機。收、發間距10公里。在此試驗完成後,於次年成立新型雷達研究所,命名為Bawdsey,所長由羅伯特.沃森擔任。此後,英國在東南海岸部署一系列雷達,其中沿Channe1海岸部署的就是無源雷達。3.無源雷達的實用化在二戰期間,雷達得到快速發展,無源雷達走向實用化。1943年,首次用於戰爭環境的雙基地外輻射源雷達是德國研製的「Klein Keidelberg」雷達,以英國海岸警戒雷達 Chain Home 的發射機為輻射源,通過安裝在丹麥的接收機來搜尋目標的反射信號,這種接收機抗干擾性能較好。對從英國起飛的戰機進行探測和定位,能探測到450 公里外的戰機,精度較差大約為 10km,但在當時很好的完成了對盟軍轟炸機的預警任務。三.無源雷達的「休眠」期二戰後,全球大規模戰爭已經全面結束,後來美蘇處於冷戰。我國自建國至改革開放以前,經歷了抗美援朝戰爭,到六十年代,經歷文革,在這一段時間,全國主要圍繞「兩彈一星」的研製,就是文革期間也沒有停止。改革開放以後,國內各行業協會相繼恢復工作,國內外學術交流全面展開。從這方面看,我國雷達學界對無源雷達關注很少。但從國際環境看,戰爭推動武器發展力量減弱,各主要國家轉向空間開發。20世紀50年代中期,研製出實用型艦載相控陣雷達。20世紀50年代末期,美國研製了有源相控陣雷達。1964年,美國安裝了第一部空間軌道監視雷達,用於監視人造地球衛星或空間飛行器。70年代,英、法、日、意、德、瑞典等也都裝備了相控陣雷達。衛星上天,導彈射程不斷更新,花樣愈來愈多,而雷達的發展也伴隨著這些研製工作開展和創新。有源雷達是發展的總趨勢。另外,雷達夲身沒有感受到威脅。自身安全問題不突出。但到八十年代以後,有伊拉克戰爭、科索沃戰爭、阿富汗戰爭等,隱身飛機、電子干擾、反輻射導彈的出現,雷達倍受威脅,雷達隱身問題愈加突出,雷達機動、多站布防、雷達開機受限等推出,加上數字技術、成像技術、網路技術、計算機技術、電子器件小型化和集成化及模塊化飛速發展,給無源雷達的發展奠定了基礎,提供了重要條件。四.為什麼無源雷達倍受關注自二戰以來,德國、美國、前蘇聯、英國、法國、日本、瑞典、加拿大等國都在研製和發展自己的隱身技術。就美國而言已有的隱身飛機和隱身無人機就超過20種,典型的隱身飛機有F-117A、B-2A、F-22、F-35等。還有隱身導彈、隱身艦艇等。在以往的巴拿馬戰爭、海灣戰爭、科索沃戰爭中,F-117A和B-2A顯示出很強的隱身能力,像幽靈一般,神出鬼沒,創下了輝煌戰績。它顯示岀隱身戰機具有以往沒有的突防能力、攻擊能力,效費比大大提高,也標示著高科技大大增強了戰鬥力,給未來的空防系統提出了新的更高要求。2014年2月,英國國防部和BEA系統集團聯合對外宣布首架隱形無人戰機「雷神」。該機可與美X-47B和法國研製的「神經元」無人機相提並論。這一研製動向表明:無人機以隱身技術武裝,再加上飛行速度的提升,使其突防能力大增,將成為未來戰場的主力軍。無人機系統有可能成為全球打擊的有效工具。另外,高超音速飛行器的加速研製,這些變化給空防系統提出了新的巨大挑戰。現代有源雷達面臨如下威脅:隱身飛行器、電子干擾、超低空突防、反輻射導彈、臨近空間的高超音速飛行器。實際上是隱身技術、高超音速技術、電子干擾組合使用於各種飛行器身上,再在戰略和戰術上靈活機動,例如導彈變軌,子母彈,高超音速飛行器的自主飛行,無人機的「感知化」,無人機低空突防等,這給地面防空系統,特別是雷達,帶來的衝擊和挑戰是巨大的,其應對策略必須有大的變革。過去的局部戰爭的警示和現代的導彈、無人戰機、高超音速飛行器等突防能力的巨大威脅,迫使雷達變革,適應未來戰爭的需要。應對這些威脅無源雷達應運而生,勢在必然。雖然它不是現在才有的雷達,但它卻富含了現代科技的新元素、新成果,也是多學科融合的產物。五.無源雷達的發展1974 年,美國的 Marko 等人利用調頻廣播台作為外部輻射源,雙基地接收設置的無源雷達來測定目標的位置。該系統利用互相關技術測量目標反射信號相對於外輻射源直達波信號的延遲時間,得到目標所在的等距離橢圓,再結合反射信號的到達角測量,即可對目標進行定位。七十年代,捷克台斯拉公司進行了無源被動探測系統的研究,於 1987 年推出了「塔瑪拉(TAMARA)」系統,據稱在 1995 年的波黑戰爭中,塞族利用該系統發現美國的 F-16 戰機,並將其擊落;另據報道,1999 年參加科索沃戰爭的一架 F-117 隱形戰機,被南聯軍用薩姆-3 導彈擊落,而發現該隱形戰機的正是「塔瑪拉」雷達。該系統的外輻射源是探測目標自身的輻射。它更新後的移動型,就是 1998 年推出的「維拉(VERA)」系統,可同時跟蹤200 批空中目標。1986 年,英國倫敦學院大學(UCL)的 Griffiths 等人,首次利用電視台信號作為外輻射源,接收為雙基地設置的無源雷達進行了研究,對信號檢測中的若干問題進行了分析,並指出外輻射源波形的模糊函數是研究的關鍵,它決定著距離解析度、距離模糊間隔、距離旁瓣水平及多普勒的解析度。1989年,IEEE國際雷達會議文獻透露,E.Gaig.Thompson的文章指出:利用預警機E-3A的AWACS系統和聯合監視目標攻擊雷達系統作非合作式輻射源,並利用無源探測方式,探測飛行目標。1992 年,Griffiths 等人提出將衛星轉播的電視信號作為無源雷達的輻射源,接收端由接收衛星電視信號的直達波信道和接收目標反射波的回波信道組成,對兩路信號做相關處理,之後利用非相干積累來提高處理增益。研究表明對於 100km 外 RCS=20的目標,要達到虛警率和90%檢測概率,需要 80dB 的處理增益,然而由於相干積累和非相干積累的時間間隔分別受目標多普勒頻移和運動目標距離偏移的限制,對於速度為 200m/s 的民航飛機卻只能達到 45dB 的處理增益。該項試驗未能實現在可能的距離上檢測到真實目標。1994 年,在法國召開的國際雷達學術會議上,三篇基於電視信號作為外部輻射源的無源雷達論文的發表,標誌著無源雷達的研究進入了一個全新的階段。之後,隨著信號處理方法和器件的更新,以及成熟信號處理技術的引入,世界上出現了幾套典型的外輻射源雷達系統。1994 年,法國國家航空研究局 研製了以電視台作為外部輻射源的多基地雷達試驗系統。輻射源是位於巴黎附近的電視台,接收站位於帕萊素,採用兩副八木定向天線。該系統採用 5 個發射台,僅利用多普勒信息進行定位和跟蹤,由於系統跟蹤演算法需要較高的信噪比,只探測到距離接收站 5 km 的目標。1994 年,英國防禦研究局的 Howland 研製了一套以電視台作為外部輻射源的無源雷達系統。該系統把法國雷恩的電視音頻調幅載波作為輻射源,接收設備包括一對八木天線和一套數字接收機,通過測量多普勒頻移和到達角(DOA)信息對目標進行定位。試驗結果表明運用現代信號處理技術和跟蹤演算法,該系統可實現對 260km內空中目標的探測和跟蹤。德國研製的無源雷達系統,則把美國的全球定位衛星和俄羅斯的全球導航衛星作為外輻射源。由於導航系統由多個衛星組成,可提供多個外輻射源,因此該系統可使用靈活的相控陣接收天線。研究結果表明,要探測到距離接收站 1 公里遠 RCS=10的目標,接收機需要70dB 的信號處理增益。美國華盛頓大學研製的 Manastash Ridge 雷達是一部用於對大氣層和電離層進行氣象探測和成像的無源探測雷達。該雷達以西雅圖的調頻廣播電台為輻射源,採用兩個接收站:位於華盛頓大學內的參考接收站,用來接收電台的直達信號,此接收站採用指向增益為 5dB 的對數周期天線;位於 115km 外 Manastash 山的接收站則捕獲目標散射信號,此接收站採用簡單的重疊偶極子天線。該系統用 GPS 來完成兩接收站間的時間和頻率同步,曾成功的探測到 240km 處的目標。1998 年美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製成功的「沉默哨兵」(Silent Sentry),是一種達到實用化的無源探測雷達。以商業調頻電台和電視信號作為外輻射源。該系統的接收站由相控陣天線、大動態範圍的數字接收機、每秒千兆次浮點運算的高性能並行處理器和三維戰術顯示器組成,通過測量目標的到達角、多普勒頻移和目標信號與直達波信號到達接收站的時間差,利用無源相干定位(PCL)技術來對目標進行定位與跟蹤。「沉默哨兵」系統的信號源資料庫存貯了全球 5.5 萬個商用電台、電視台的位置與頻率信息,因此該系統可在世界大多數區域使用。該系統對 RCS 為 10的目標的探測距離可達 220km,定位精度達到警戒雷達的要求,但還不能滿足跟蹤雷達的要求。近年來,美國又研製出了第三代「沉默哨兵」系統,新系統的相控陣天線採用仿生學原理,仿照蒼蠅360°「複眼」結構,將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達站基座上,可實現對目標全方位全天候的監視。「沉默哨兵」分為固定站系統和快速部署系統,另外,該雷達還可安裝在飛機和艦船上,能夠實時實現對飛機、導彈等空中目標的高精度探測,能對 200 多個目標實現同時跟蹤,並能區分出間隔 15m 的兩個目標。該系統還曾捕獲 250km 外美國空軍的 B-2 隱身轟炸機。此外,1999 年美國伊力諾依大學通過感測器陣列測量調頻廣播和電視信號經目標反射的回波,利用貝葉斯方法實現對目標的聯合跟蹤和識別。另外,該大學還研究了無源雙(多)基地雷達的成像演算法,採用直接傅立葉重構(DFT)和基於 wigner-ville 分布(WVD)演算法對運動目標成像,選用 22 個電視台和調頻電台作為輻射源,利用模擬數據研究了成像演算法以及發射台的位置和系統配置的選擇對成像質量的影響。進入二十一世紀,外輻射源雷達發展迅速,許多國家的科研機構紛紛把外輻射源雷達作為研究的重點,所利用的外輻射源信號形式也日益廣泛。2001 年Poullin提出將 COFDM 調製的 DAB 和 DVB 電視信號作為外輻射信號,隨後他證實該無源雷達對目標具有可檢測性;Saini 等對數字電視信號的模糊函數進行了研究,提出一種失配濾波方法來消除模糊函數中的干擾旁瓣。Capria 等利用基於 DVB 電視信號的無源雷達對靠近海岸的移動船隻進行了探測試驗,進一步證實基於DVB-T 的無源雷達的可行性。Conti 等提出一種改善 DVB-T 無源雷達距離解析度的方法,使 DVB-T 無源雷達對目標的成像和識別變的可行。2001 年德國西門子公司研製了利用 GSM 蜂窩基站發射信號的無源雷達系統,該系統能對飛機和汽車進行成功探測,還可安裝在預警機上,對大型空中目標探測距離超過100km。另外新加坡、義大利等國也正在研究基於 GSM 的無源雷達。由於 GSM信號帶寬的限制,該無源雷達的距離解析度較差約為 1.8km,而第三代(3G)蜂窩移動通信標準 CDMA 的帶寬約為 1.2MHz,相應的距離解析度可達 122m,因此,基於CDMA信號的無源雷達的研究也相繼出現。2007年Guo 等提出基於 WiFi信標信號的無源雷達,利用 WiFi 信號探測到室外低噪環境下的目標,隨後他們又對室內強雜訊環境下的目標探測進行了研究。Mojarrabi 等研究了以 GPS 為照射源的無源雷達,並在理論上計算出該雷達的最大探測距離約為 214km。另外NAVSYS 公司利用含 109 個單元的相控陣接收天線和數字波束控制,通過提高信號增益來檢測微弱的 GPS 信號,該天線相對於單個天線的增益提高了 20dB,可檢測到單個天線檢測不到的信號。除了對多種外輻射信號進行研究之外,有學者還在外輻射源雷達的基礎上提出了新概念,譬如南非的 Inggs 提出無源相干認知雷達的概念,該雷達由多個接收站多種輻射源(包括 FM, 手機蜂窩基站,WiFi,其他雷達等)組成,可在干擾、複雜地形環境下達到提高雷達性能的目的。各種利用不同外輻射信號的無源雷達可利用感知的方法,檢查頻譜的佔用情況及感知外輻射源所處的位置信息,以改善系統的覆蓋性能;波蘭的 Kulpa 提出 MIMO 無源相干定位雷達的概念,把 MIMO的概念及信號處理技術引入無源雷達,可增大雷達的監視範圍和減少無源雷達的探測盲區。國內在上世紀七十年代末,曾進行過利用調幅廣播能量探測目標的研究,受限於當時軟硬體的發展水平,僅做了一些相關試驗,未能形成實用的系統。從 2000年起,西安電子科技大學、北京理工大學、國防科技大學、電子科技大學、南京理工大學以及中電科技集團38研究所等單位陸續對基於調頻廣播、電視和 GSM手機信號的外輻射源雷達進行了研究,並取得了階段性進展,其中西安電子科技大學利用調頻廣播信號首次在國內實現 240km 以上目標實時航跡觀測和跟蹤。六. 無源雷達的發展趨勢綜上所述,無源雷達的技術發展可以歸納為以下幾方面,以探討其發展趨勢:(1)無源雷達的外輻射源無源雷達外輻射源信號有兩類和三種,即探測目標如飛機和導彈自身攜帶的雷達、通信、導航、應答機等輻射源;另一類是自由空間己有的、長期使用的電波輻射源,如電視、調頻廣播等,後者又包含已方的輻射源,也包含敵方非合作式的輻射源。無源雷達常用外輻射源信號主要有:調頻廣播信號(FM)和電視信號(TV);早年廣播是模擬信號,如今是數字廣播信號。同樣電視信號也是如此,如今是數字電視地面廣播信號。目前,基於地面電視、數字調頻廣播作為外輻射源的無源雷達已引起世界一些國家的廣泛重視。在外輻射源類型上的更新主要是移動通信、導航定位衛星、衛星通信的信號。例如,手機蜂窩基站,WiFi, GSM 蜂窩基站。新加坡、義大利等國正在研究基於 GSM 的無源雷達。基於CDMA信號的無源雷達的研究也相繼出現。2001 年,Poullin提出將 COFDM 調製的 DAB 和 DVB 電視信號作為外輻射源信號,隨後他證實該無源雷達對目標具有可檢測性。Saini 等對數字電視信號的模糊函數進行了研究,提出一種失配濾波方法來消除模糊函數中的干擾旁瓣。模糊函數是信號研究的關鍵,它決定著距離解析度、距離模糊間隔、距離旁瓣水平及多普勒的解析度。2007年,Guo 等提出基於 WiFi信標信號的無源雷達,利用 WiFi 信號探測到室外低噪環境下的目標,隨後他們又對室內強雜訊環境下的目標探測進行了研究。導航衛星信號;Mojarrabi 等研究了以 GPS 信號為外輻射源的無源雷達,無線通信信號(包括低軌衛星信號和高軌衛星信號)等。應當指出的是,外輻射源類型己擴展為多種型式,這些源能照射的空間,己由低空向中空和高空發展,或許不久的將來朝臨近空間發展。另外,無源雷達使用地點己由固定式擴展為移動式,而移動式已包括車載、艦船載和機載。這就意味著無源雷達系統要考慮建立外輻射源的資料庫,將己有的外在輻射源的主要參數、波形特徵存入資料庫,以備急需。例如美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達「沉默哨兵」系統,外輻射源資料庫存貯了全球 5.5 萬個商用電台、電視台的位置與頻率信息,因此該系統可在世界大多數區域使用。(2)無源雷達的工作頻段;主要有以下幾種:1.無源雷達的工作頻段在30MHz到3GHz,這類輻射源包括2.數字音頻廣播(DAB,174~240MHZ);3.調頻廣播(FM,88~108MHz);美國華盛頓大學研製的無源探測雷達,調頻電台為外輻射源;4.數字視頻地面廣播(DVB一T,30~300MHz和300~3GHz);5.衛星通信;6.衛星電視DBS;7.全球定位導航GPS,GPS信號具有較高的安全性和全天候工作等優勢,GPS信號的無源雷達尚處於探索階段。(3)無源雷達的接收天線型式;無源雷達的接收天線型式與外輻射源類別、工作頻段、探測距離、目標特性緊密相關。1994 年,法國國家航空研究局;英國防禦研究局釆用八木定向接收天線。1994 年,英國防禦研究局釆用八木定向接收天線,這對於電視信號作為外輻射源的接收天線是較好的選擇。德國研製的無源雷達系統採用相控陣接收天線。美國華盛頓大學研製無源雷達的對數周期接收天線和重疊偶極子天線。美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達採用相控陣接收天線。美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達第三代「沉默哨兵」系統,所用的相控陣接收天線,採用仿生學原理,仿照蒼蠅360°「複眼」結構,將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達站基座上,可實現對目標全方位全天候的監視。(4)無源雷達的信息處理及其演算法美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達採用每秒千兆次浮點運算的高性能並行處理器。美國伊力諾依大學利用貝葉斯方法,實現對目標的聯合跟蹤和識別。另外,該大學還研究了無源雙(多)基地雷達的成像演算法,採用直接傅立葉重構(DFT)和基於 wigner-ville 分布(WVD)演算法對運動目標成像。應當指出的是,採用現代信號處理技術和跟蹤演算法,關係到對空中目標的探測和跟蹤距離。還關係到對目標的顯示和成像。(5)無源雷達的顯示與成像;美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達採用大動態範圍的數字接收機和三維戰術顯示器.美國伊力諾依大學利用模擬數據研究了成像演算法以及發射台的位置和系統配置的選擇對成像質量的影響。(6)無源雷達的主要探測對象(包括飛機、導彈)應當指出的是,無源雷達探測目標要包含無人機,而無人機的發展和應用,使其具有大、中、小型;高速和超高速,甚至要考慮探測高超音速飛行器;低空、高空和臨近空間,還有艦船等。(7)無源雷達的主要性能1994 年,英國防禦研究局對 260km內空中目標的探測和跟蹤。1994 年,法國國家航空研究局探測到距離接收站 5 km 的目標。1998 年, 捷克台斯拉公司推出的「維拉(VERA)」系統,可同時跟蹤200 批空中目標。是二戰期間德國研製的「Klein Keidelberg」雷達, 能探測到450 公里外的戰機,精度較差大約為 10km.1994 年,法國國家航空研究局研製的系統跟蹤演算法需要較高的信噪比,只探測到距離接收站 5 km 的目標。美國華盛頓大學研製無源雷達,探測到 240km 處的目標。用 GPS 來完成兩接收站間的時間和頻率同步.美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達,通過測量目標的到達角、多普勒頻移和目標信號與直達波信號到達接收站的時間差,利用無源相干定位(PCL)技術來對目標進行定位與跟蹤。對 RCS 為 10的目標的探測距離可達 220km,近年來,美國洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)公司 研製的無源雷達第三代「沉默哨兵」系統,所用的相控陣接收天線,採用仿生學原理,仿照蒼蠅360°「複眼」結構,將四面尺寸為 2.5m×2.5m 左右的天線安裝在固定雷達站基座上,可實現對目標全方位全天候的監視。「沉默哨兵」分為固定站系統和快速部署系統,另外,該雷達還可安裝在飛機和艦船上,能夠實時實現對飛機、導彈等空中目標的高精度探測,能對 200 多個目標實現同時跟蹤,並能區分出間隔 15m 的兩個目標。該系統還曾捕獲 250km 外美國空軍的 B-2 隱身轟炸機。總之,無源雷達的主要技術指標體現在:探測距離遠、高精度、實時探測多目標(包括飛機、導彈)、全方位、全天候的監視、可以固定式和快速移動式並存、可安裝在地面、飛機和艦船上。(8)無源雷達的研究熱點無源雷達無法準確控制外輻射信號的波形和發射方向,目標回波信號受到較強的地雜波和多路徑干擾,無源雷達系統進行微弱目標檢測時存在一定的困難。有效的干擾抑制技術成為無源雷達微弱目標檢測過程中急待解決的關鍵課題.目前抑制這些干擾的方法是合理配置系統、優化天線設計、接收站的地形選擇和信號處理方法等。電磁干擾的抑制是電磁兼容學科的研究範疇,可採用接地、濾波、屏蔽等多種方法綜合處理。多平台和單平台情況下,利用到達方向、到達時間差、多普勒頻率差、相位變化率 等多個參數對目標進行無源定位的方法、定位演算法、定位精度和性能的研究,也已成為當今研究熱點。多站數據融合、多感測器檢測的多參數數據融合、多頻段同時輻照目標,實現探測優化和數據融合、超寬頻接收數據融合等技術更新,以提高無源雷達的探測和跟蹤精度和分辡率。雷達系統的電子掃描速度和數據採集速率己成為諸多領域應用的瓶頸,尚難攻克這一難題。(9)無源雷達的應用無源雷達的應用既可用于軍事,也可作民用。它主要包括:監視港口、機場、發電廠、水廠和其它要害部門;空中交通管制;軍事上可以反隱身飛機;反隱身巡航導彈;抗反輻射導彈;抗敵方偵察;反干擾;反低空突防;總之,無源雷達具有隱蔽性好、機動性強、造價低廉、抗敵方偵察和反隱身等特點。無源雷達具有反偵察、反干擾、反隱形飛機和巡航導彈、抗反輻射導彈、反低空突防方面等諸多優勢,是現代雷達研究的一個重要領域。因而受到了各國的重視。能夠在極為惡劣的戰爭環境中生存,因而引起了業內專家和軍事專家的廣泛關注。對輻射源目標的無源定位在航海、航空、航天、電子戰等領域都具有十分重要的地位和作用。

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1、雷達有效探測距離和RCS的四次方根呈正比關係。

例如,探測距離縮短一半,RCS就需要減少為原來的1/16,比如某型雷達對3平米RCS戰鬥機目標的探測距離是200公里,那麼對0.065平米RCS探測距離為76.7公里

四次方率是個理想公式,是僅有很低白雜訊干擾情況下使用功率門限過濾時的探測距離。實際上在戰場ECM環境下四次方率用於描述對RCS&<0.1M^2的目標不是很合適,探測距離隨目標RCS減小而縮短的速度比理論上要快。

四次方關係是由基本雷達距離公式得出的,是雷達制定距離性能的重要參照之一。局限性是僅考慮了雷達機內平均雜訊電平,實際使用中要加入具體的修正,以及虛警率等必須注意的問題。

專用的連續波發射器可以用到占空比100%,因為發射器不考慮接收,不需要作1/2時間收,1/2時間發。機載雷達用的准連續波實際是高脈衝重複頻率波型,占空比只能接近50%,如狂風ADV用的AI24,其遠距探測即使用高占空比的准連續波。

E=[P*G*RCS*L*T]/(4*pi^3*R^4)]E:接收能量P:發射機功率G:雷達天線增益RCS:目標雷達截面積L:信號波長T:目標被照射時間R:到目標的距離

相控陣指的是雷達的天線形式,以相位或頻率掃描的電掃描天線代替傳統的機械掃描天線。連續波、單脈衝等則代表雷達的工作體制,代表雷達以何種方式工作,和天線形式無直接聯繫。

占空比一般由雷達類型決定,收發共用同一天線的脈衝雷達占空比在50%以下,收、發天線分置的連續波雷達占空比就是100%。戰鬥機雷達和大部分搜索雷達為收發共用的脈衝工作方式,不論採用機械掃描天線還是無、有源天線,占空比均小於50%,大的接近50%,小的只有千分之幾。

美國F-22隱身戰鬥機進駐日本沖繩,隱身轟炸機B-2也可駐紮關島。對隱身飛機作戰問題的熱烈討論,帶熱了一個詞——飛機雷達截面積。

雷達截面積是一個人為的參數,牽涉因素很多,而且因為它關係到飛機作戰效能,因此所有國家都不會公開自己飛機的精確數值,或發表一些模糊的誤導宣傳值,所以人們從報刊或正式文獻上看到的數據差別很大。本文將粗略地談一談有關這個參數的問題。

雷達截面積(RCS)是什麼參數?

隱身飛機要盡量減少其向外輻射並能為外界感知的特徵信息,所以隱身技術應包括雷達隱身、光學隱身(可見光、激光和紅外線等)和聲學隱身等方面。最被重視的是雷達隱身,因為雷達是目前遠距離發現飛機的主要設備。雷達對不同飛機的發現距離不同,除雷達本身及環境因素外,與飛機關係很大。而飛機外形十分複雜,大小不一。為便於對比,所以建立了一個人為的參數,稱為「雷達截面積」(Radar Cross Section簡稱RCS),也可稱為雷達切面。本來測量或計算出的飛機對雷達波的反射強弱是用電磁學單位,即分貝平方米(dbsm)表示,有時只用分貝(db)表示。為了讓人更好理解,很多資料改用平方米表示。有人通俗解釋為,它表示飛機對雷達波的反射能力相當於多少平方米面積的垂直金屬平板。這個解釋是否精確存在爭議。至於分貝平方米與平方米的關係,有一個通用的數學公式:分貝平方米=10×log平方米。

外界雷達可以從飛機四面八方照射,方位有360°,俯仰照射也是360°。不同角度照射時,飛機的RCS都不同。如果每1°測量一次,飛機的RCS就應該有360×360即129600個數值。但到目前為止,似乎還沒有人進行過這樣精密的測試或計算,一般只有平面的(俯仰照射角可限制在0~30°之內)數值。不同俯仰角照射數據更少,往往只限于飛機正上方或正下方。

平面的RCS值一般又分前方(或稱迎頭)、側方和後方(或稱後向)三大類。而前方的RCS可以是真正0°的數值或前方±30°、±45°的平均值。同一架飛機這三種演算法所得結果差別很大。一般資料往往不給出是什麼計算條件下的數值,但多指後兩種。側方和後方RCS值也是同樣情況。有些資料出於宣傳目的,只用某一方向1°的RCS值。從本文後面給出的實測數據就可以看出其中奧妙。

飛機RCS與雷達波長有一定關係。同一架飛機,對於波長較長的雷達,其RCS值就會稍大一些,但兩者並不一定是線性關係。例如某型飛機對X波段雷達(波長3.2厘米)水平極化,前方±45°平均RCS是0.4平方米,而對L波段雷達(波長23厘米),RCS增大到0.8平方米。 更為複雜的是,在試驗室內或室外,一部雷達對同一種飛機測量RCS值時重複性差,這表明RCS是一個隨機變數,需要測量很多次再用統計方式表達。當然,實際上測量次數也不可能太多,否則科研費承受不了。所以飛機的RCS值並非一個十分精確的參數,變化幅度有可能達到0.5甚至1平方米。而對於計算機模擬作戰來說,有雙方飛機的較全面的RCS數值是很必要的。

與RCS有關的主要因素

飛機的RCS值是由飛機上許多散射中心或稱局部散射源決定的。這些散射源分布在飛機機體的各部分,是一個三維的分布。如要減少RCS,必須將各散射源弄清楚,先著手改進最強的反射源。

飛機主要散射源有五種。

鏡面反射——如機身側面、外掛架、垂直尾翼等產生的反射; 邊緣散射——飛機表面不連續處引起的散射,如機身機翼及尾翼的連接處以及翼面前後緣等; 尖頂散射——如機頭前端、空速管、副油箱前端等處引起的散射; 凹腔體散射——主要為座艙、進氣道、尾噴管等處產生的很強的散射; 蠕動波散射——入射波經過物體後部又傳播到前面來形成的散射,各種外掛物可能對一定波長的雷達產生這種散射。 此外還有飛機表面各種不連續處,例如飛機上各檢查口蓋邊緣。即使其表面對氣流來說是光滑過渡,但由於介質不同,導電性能不同或有縫隙,都會產生散射。 當然飛機的幾何尺寸大小是一個基本的決定因素,尺寸越大RCS也越大。如果飛機外露的物體尺寸與雷達波波長相近或者是雷達波長的倍數,都可能會形成一個強散射源。所以隱身飛機外面一般都沒有什麼外露物體,更沒有現役飛機那些貓耳朵式的小進氣口。 根據測試,現代新式戰鬥機各散射源對前方RCS的「貢獻」比例約為:各種平面10%~20%;進氣道15%~25%;翼面前緣35%~45%;座艙10%~25%。當然,這種影響大小與各部分的位置、尺寸、設計考慮以及是否採用隱身技術有關。一般來說,翼面前緣、進氣口(含進氣道)和座艙是需要特別關注的部位。

RCS的測試及表達方法

飛機RCS的測定可以用直接測量方法,也可以用理論計算方法。前者還可分為兩種:直接用飛機進行室外測量和電磁波暗室測量。關鍵在於是否有合適的測試設備和手段。 當然,也可用幾何外形相似的模型來進行測試,但最好是和飛機一樣大小的1:1比例模型,否則要考慮「比例效應」。例如擬測試10厘米波長雷達的飛機RCS,模型只有原飛機一半大小,則測試要用5厘米波長雷達。所以當模型太小時,例如1:10,如模擬3厘米波長雷達,試驗時要用0.3厘米波長雷達。這種雷達不好找,就不好進行測試。當然,實在沒有合適的雷達,將測試結果作理論修正也是可以的。

與此同時,模型表面反射雷達波的特性要與飛機相同或很相近。所以木製模型外表要貼金屬片。另外測試所用模型可分用和不用雷達吸波塗料兩種,這就可以知道用或不用塗料的效果。如果要模擬的飛機除使用吸波材料外還用雷達吸波結構(RAS),則模型的製造就更複雜了。例如B-2飛機的機翼前緣除表面有吸波材料外,內部為吸波鋸齒形結構。一般遇到這情況只好不模擬雷達吸波結構的作用,所得數值還要進行這方面的人工修正。

沒有條件測試RCS時,也可用計算方法求得。根據目標尺寸與雷達波長的關係,通常分為三個區:低頻區、諧振區和高頻區。目標在各區的雷達波反射特性不同。現代飛機受到的主要威脅是厘米波雷達,因此應關注飛機在高頻區的RCS數值。目標在高頻區的雷達散射特點是散射的獨立性和局部性,即可以忽略各部分散射的相互作用。這一特點為飛行器等複雜目標RCS的計算提供了方便,即可以先進行各部分單獨計算,再求其總值。目前,幾何光學法(GO)、物理光學法(PO)、幾何繞射理論(GTD)、物理繞射理論(PTD)和等效電磁流法(MEC)等高頻分析方法已發展得比較成熟。其中幾何光學法和物理光學法是最常用的方法,計算結果與實測結果相當一致。

美國在研製F-117前即已發展出一套計算方法,到設計B-2時更為完善。蘇聯也有自己的計演算法。近年俄羅斯研發出一種計算複雜形狀物體電磁波散射的數學工具。例如對具有全部外掛導彈武器的蘇-35,將其分解為局部的小型反射體,同時考慮電磁波的邊緣繞射和表面電流,即可求出蘇-35全機的RCS值。

測出飛機的RCS後表示方法有三種,即極坐標法、直角坐標法和表格法。如果把飛機作為一個點來考慮,它的RCS值只用前方、側方和後方各一個數字表達即可。但實際上該方式不夠全面。較科學的表示方法是用飛機作中心的極坐標圖。在俯仰角變化不大的條件下,不同照射方位角的RCS值可以清晰地表示出來。如果俯仰角改變不大,這種極坐標圖隨俯仰角改變而引起的變化很小。但很多時候,為簡便起見用普通直角坐標表示,橫坐標表示照射方位角,縱坐標表示RCS。此外也可以用表格的方法來表示。

實際上常見的資料只給一個數字,也不附加其它說明。一般理解,這是飛機前方RCS值。但到底是前方一定角度的平均值或某一點的特定值,就只好靠猜想了。

RCS值對作戰效能的影響

隱身機遂行對地攻擊任務效果很好,因為對方雷達發現距離大大縮短,往往可達到突襲的功效。但雷達發現飛機的距離與RCS的1/4次方成比例。即將飛機的RCS降低90%後,雷達對它的發現距離只降低44%。即使將RCS降低99%,例如RCS原為10平方米的飛機,通過隱身技術減少到0.1平方米,雷達發現距離也只減少68%,即原來發現距離是100千米,現在則是32千米。所以隱身技術只能減少飛機一半或3/4的被雷達發現距離,其作用也不宜估計過高。 不過在設計飛機時貫徹隱身概念,儘可能結合隱身要求來考慮則是可行和值得的。目前各國對現役飛機進行「准隱身」的改進很普遍,一般不需要改動飛機結構,主要是在座艙蓋、翼面前緣、進氣口、進氣道等處下功夫。

另一方面,現代防空系統中用光學、聲學探測目標的設備正在發展,雷達的組網和雙基雷達的使用已脫離理論階段,被動式雷達已在不少國家服役。所以為對抗隱身飛機,各國技術部門都在暗暗使勁。

在空戰方面,隱身性能只對超視距作戰起作用,雙方接近到目視距離就不靈了。所以隱身飛機RCS的降低必須達到一定值,使得對方飛機雷達的發現距離減少到飛行員對空中戰鬥機平均有效格鬥範圍以內(低於70千米),這樣才能充分發揮隱身的威力。 目前紅外成像探測設備的探測邊緣也就是在70千米左右。目前美國的做法是將AIM9X BLOCK2的射程延伸到中距彈的水平,並且增加雙向彈載數據鏈。

在實際作戰中,隱身飛機也要考慮很多具體戰術問題。例如美國已決定將F-117全部退役,說明該機對波長較長的地面警戒雷達效果還不太好。飛機的RCS在垂直機翼前緣方向有一個強峰值,即約前方±60°處峰值RCS高達20dbsm(100平方米)。即使在峰值附近約±10°處,平均值也達到約0dbsm(1平方米)。因此它必須在出/返航過程中通過航線安排來避免將此峰值對準敵防空雷達。在對南斯拉夫作戰時,F-117是通過一種地面任務規劃系統來實現這一要求的,因此它的飛行路線比較呆板,並且要確保飛行環境周圍的雷達位置已知(在沒有電子干擾機伴隨支援的情況下),而且還寄希望於對方雷達沒有新的變化。B-2則通過機載電子偵察系統和威脅規避系統實現這點。F-22和F-35都具有機載實時任務規劃能力。因此避開地面雷達的關鍵技術是機上具有能計算對方起威脅作用的雷達探測包絡的機載軟體,並能用其確定飛機的規避航線。這種軟體高度敏感,因為從中可分析出怎樣才能探測到隱身飛機。這是美國堅持不向外國提供飛機作戰軟體源代碼的重要原因之一。

延伸閱讀:

附註:中國已有類似 系統,並且已經出口伊朗。美國海軍的CEC以及更高級別的發展NIFCA-CA系統,此類系統重在反導,但和反隱身的系統是相通甚至相同的。

美軍「一體化防空反導作戰指揮系統」成型,未來將有三大發展方向

近年來,隨著以彈道導彈為代表的傳統空襲裝備的升級和擴散以及以無人機蜂群為代表的新型空襲裝備的湧現,國土安全形勢日益嚴峻、複雜,傳統分工明確的防空和反導系統難以應對複雜多變的戰場目標。因此,實現防空反導系統的一體化作戰能力已成為一種趨勢。美國陸軍充分運用網路中心戰概念,大力發展陸軍一體化防空反導系統(AIAMD),而一體化防空反導作戰指揮系統(IBCS)就是其核心組成。1.IBCS研發目的及組成2003年,美軍在總結伊拉克戰爭中防空反導系統在支持旅級、營級、連級等不同級別的任務需求時靈活性和協調性嚴重不足的問題的基礎上首次提出防空反導一體化(AIAMD)計劃並開始著手研發能配置靈活、動態管理的防空反導一體化指揮控制系統,即IBCS系統。

伊拉克戰爭中美軍曾多次發生防空反導系統誤傷事件IBCS的研發目標主要有二點:一是克服原有防空反導武器系統在感測器互聯互通方面受到的限制,能夠動態集成現有的和未來的感測器系統,形成戰區防空反導統一態勢,實現防空反導作戰資源一體化管理和分配,縮短指揮決策時間,防止出現誤傷事件;二是打破傳統成建制採辦防空反導武器系統的限制,能夠根據作戰任務靈活採辦或者動態調整防空反導作戰資源,並且能夠任意使用感測器和武器來完成防空反導攔截目標的任務。

IBCS系統研製成功後將取代之前的7種遺留繼承的煙囪式防空反導指揮控制系統

整合各平台感測器和武器資源,形成體系作戰態勢

IBCS系統組成圖IBCS項目的關鍵技術途徑包括:在系統架構方面採用模塊化開放式系統架構方法;在系統集成策略方面採用企業綜合匯流排技術;在介面設計上採用標準化的介面技術等。IBCS主要優點和特色如下圖所示。

IBCS主要優點和特色2.發展歷程2006年,美國陸軍IBCS項目辦公室成立。2008年9月,諾斯羅普.格魯曼公司(簡稱諾格公司)和雷神公司分別獲得價值1500萬美元的第一階段研發合同。經過方案競爭,諾格公司方案贏得美軍青睞,並於2010年獲得了價值5.77億美元的第二階段研發合同,真正開始了IBCS項目的研發。IBCS項目發展歷程較為波折,總結其發展歷程,可將項目發展分為三階段,分別是:1)原型設計和樣機研發階段(2010-2013)、2)系統調試階段(2014-2016)、3)總體調試及一體化實彈攔截試驗階段(2017年至今)。

結合IBCS項目時間表可知,此階段項目進展較為順利。

美國陸軍AIAMD項目計劃表系統調試階段按照原計劃,IBCS應在2016年底具備初始作戰能力,因此諾格公司從2014年開始進行系統調試,開展了多項技術測試,例如針對複雜彈道的彈道導彈和巡航導彈多次攔截試驗。2014-2016期間重大調試事件如下表所示:

2015年11月諾格公司IBCS成功測試攔截巡航導彈雖然在系統調試階段,美國多次利用IBCS系統成功攔截來襲目標,但首次有限用戶測試(LUT)中發現IBCS軟體系統存在較大缺陷,該系統平均每6到8個小時就會出現故障並不得不中止運行。為此,IBCS受到五角大樓獨立運營測試與評估總監(DOT&E)的嚴厲審查。2017年,美國陸軍決定將整個綜合防空與導彈防禦系統(IAMDS)的部署推遲四年,初始作戰能力(IOC)時間從2018年降推遲至2022年。總體調試及一體化實彈攔截試驗在2016年的LUT失敗之後,諾格公司對IBCS系統進行了進一步升級改造,已經解決了美國防部獨立測試人員—運行測試與評估總監所報告的軟體問題。2017年至今,諾格公司進行了多次一體化實彈攔截試驗,其基本情況如下表所示:

2019年6月美國首次將F-35的真實跟蹤數據通過F-35地面站和F-35—IBCS適配套件發送給IBCS

諾格公司和薩博(Saab)公司演示驗證將不同的導彈和雷達系統集成到綜合防空反導作戰指揮系統中目前的大量測試和演習結果已經證明了IBCS在現實和日益複雜的作戰環境中的良好性能,並消除了對此前存在的技術風險的擔憂。正如諾格公司導彈防禦和防護系統副總裁兼總經理丹·韋維爾(Dan Verwiel)表示的,IBCS已經近乎成熟。下一步,美國陸軍將朝著有限用戶測試的方向前進,預計測試將在2020年春末或夏初開始。之後,陸軍將在2020夏末或秋初就IBCS未來的道路作出決定。3.未來發展1)進一步增強對前沿部隊保護應對多種空襲威脅目標能力。隨著IBCS的實戰部署,美國陸軍前沿機動部隊應對戰術彈道導彈、無人機系統和巡航導彈威脅時的綜合作戰效能將得到極大的提升。同時,藉助IBCS,防空反導力量的部署也將更加靈活機動,部署配置更小規模的機動防空反導力量成為了可能。2)進一步提升美國陸軍防空反導一體化作戰能力。IBCS一旦實戰部署,將使美國陸軍防空與反導系統充分融合,形成防空反導的一體化作戰能力,美國未來的戰區防空反導任務將主要由部署了薩德和「愛國者」系統的特遣部隊完成。利用IBCS項目成果,薩德與「愛國者」將實現完全協同交戰,並最終形成戰區的陸軍防空反導一體化立體多層攔截能力。3)進一步為未來發展引入新概念新技術做好準備。將同時著眼於當前和未來的開放式體系架構技術和核心發展思路應用於一體化防空反導系統,不僅能將目前的感測器和武器系統集成在一起到更高層級的聯合指揮控制系統中,未來還將能同美國的彈道導彈防禦系統(BMDS)實現協同工作。更重要的是未來發展的新概念、新技術、新系統的網路化接入作戰也將變得異常容易。小結目前,隨著新型空天武器的湧現,一體化防空反導趨勢及必要性日益加強,傳統防空及反導系統越來越難以應對未來挑戰。美國「一體化防空反導作戰指揮系統」(IBCS)發展較早,經過多年發展已經較為成熟,性能較為優異。因此,本文對其性能及發展進行了簡單梳理,冀望達到他山之石,可以攻玉之效。

延伸閱讀:此類系統重點在反導,當然反隱身的原理是相同的

美國「海軍一體化防空火控」NIFC-CA與亞太地區海陸一體化反導網路

【內容提要】THAAD並不僅是一個獨立作戰的反導裝置,而是美軍體系化反導能力中重要的前置感測器節點。將高性能的目標識別雷達前置,儘可能延長導彈防禦的攔截窗口期,並利用海陸廣泛分布的感測器節點進行數據融合,形成協同交戰能力,最大限度的提升反導系統的效能是理解美國近期一系列導彈防禦開發和部署行為的一個關鍵。本文梳理了美國「海軍一體化防空火控」(NIFC-CA)理念的緣起和最新發展現狀,重點分析了當前NIFC-CA系統的主要打擊鏈組成和作戰原理。NIFC-CA是美國海軍防空反導能力的重要升級,隨著亞太地區的NIFC-CA系統的不斷完善,配合THAAD等前沿部署,美軍意圖形成跨越海陸的一體化防空反導(IAMD)能力。除了提升防禦能力,新近美國海軍又提出了進攻性的分散式殺傷理念,用戰略性的先進軍備部署再造地區介入支點,繼續強化美軍的攻防優勢,「抵消」中國軍備現代化對其區域存在的「威脅」。此舉終將嚴重影響亞太地緣戰略平衡。【關鍵詞】 海軍一體化防空火控一體化防空反導薩德系統美日同盟【Keyword】 NIFC-CAIAMDTHAAD Us-Japan alliance

2017年4月26日,在美國眾議院軍事委員會舉行的「評估印度洋-亞太區域安全挑戰」聽證會中,美國太平洋司令哈里斯(Harry Harris)大肆渲染中國軍力威脅:「中國堅持發展高超音速飛翔器和先進的網路和反衛星能力,對美國本土構成威脅。中國近期的戰略是專註於提高戰鬥力和地理優勢,這樣在有爭議的海空領域實施主權主張時,能夠限制(他國的)自由航行與飛行」。而為了反制中國挑戰,「太平洋司令部正在加強美軍姿態、存在和彈性,確保美軍準備好今晚開戰,並在任何緊急事態中都能獲勝。」對於美軍應對威脅的部署之策,哈里斯表示,美國太平洋司令部要不斷推進一體化防空反導(IAMD)能力建設,通過優先前置部署最先進的技術,建立「持久、可靠、可持續」的彈道導彈防禦存在,包括在日本部署TPY-2雷達,在關島部署THAAD,在夏威夷部署海基X波段雷達,今後幾個月內在韓國部署THAAD等。

哈里斯所呼籲「應對中國挑戰」的IAMD技術,簡單說就是美國陸軍和海軍互相對接各自導彈防禦網路,將原來各自獨立運行的武器系統(System)合併,形成廣域的「巨系統(System of System SOS)」。這樣陸軍的雷達發現目標後,海軍發射導彈進行攔截,反之亦然,在網路中心戰下,實現海陸一體的防空反導能力。比如美軍很早就實現了用路基THAAD雷達支持海基的反導攔截,其中在2011年4月15日,THAAD系統的AN/TPY-2雷達,支持海基宙斯盾導彈防禦系統(ABMD)的標準-3 BlockIA攔截彈成功攔截了射程超過3000公里的中程彈道導彈靶標,驗證了基於外界感測器發射能力(Launch on Remote),此次試驗被視為美國破解中段反導難題的里程碑。在2015年11月1日,THAAD和海基宙斯盾系統進行聯合反導試驗,試驗中首先發射了一枚短程彈道導彈靶標,AN/TPY-2雷達發現目標後,引導THAAD攔截彈擊毀目標。在THAAD攔截短程導彈時,一枚中程彈道導彈靶標發射,AN/TPY-2雷達和宙斯盾艦的SPY-1雷達都發現了目標,同時進行了目標跟蹤,稍後,又發射了一枚巡航導彈靶標,AN/SPY-1發現目標並進行跟蹤。為了檢驗分層攔截能力,宙斯盾和THAAD各自發射攔截彈攔截中導目標,其中宙斯盾發射的標準-3 BlockIB在中段攔截失敗,靶標最後由THAAD攔截彈在末段成功攔截。巡航導彈目標則由宙斯盾發射的標準-2 IIIA成功攔截。此次試驗是海陸聯動的多任務作戰(MMW)試驗,如此高強度反導試驗的成功再次證明了相關技術的可靠性。

在路基的THAAD系統、獨立的AN/TPY-2雷達的前沿部署的同時,美國海軍也在不斷強化其自身的防空反導配置,就其防空系統中的薄弱板塊進行技術驗證,其中「海軍一體化防空火控」(NIFC-CA)就是美軍補齊艦隊防空反導能力短板的最重要嘗試。2016年9月12日,在新墨西哥州白沙靶場,美國海軍陸戰隊一架未經改裝的F-35B戰鬥機作為感測器節點發現了地平線外的反艦導彈靶標,將數據通過多功能數據鏈(MFADL)分享給地面站的模擬戰艦LLS-1系統,後者最新的宙斯盾基線9.C1系統引導標準-6導彈成功對靶標進行了遠程攔截,此舉標誌著F-35作為感測器節點,首次融入了NIFC-CA系統,並進行了實彈的協同驗證。2016年9月22日,美國海軍普林斯頓號(USS CG-59)巡洋艦利用協同交戰能力(Cooperative Engagement Capability CEC)系統,與遠距離之外的E-2D預警機合作,引導標準-6導彈在接近導彈最大射程的距離(標準-6的最大射程接近400千米)擊落了一個遠距離飛行目標,此舉創下世界海軍史上射程最遠的面空交戰記錄,而此前在2016年1月和2014年6月的兩次試驗中,標準-6已經先後兩次打破自己創下的遠程攔截記錄。2016年1月,美軍一艘阿利·伯克級驅逐艦發射一枚標準-6導彈擊沉了一艘退役的佩里級護衛艦,作為實戰中遭受打擊次數最多的現役護衛艦,佩里級艦艇具有較好的抗沉性,沒有在實戰中擊沉過,而在實驗中卻被標準-6防空導彈直接擊沉,此舉被視為驗證了海軍的分散式殺傷(Distributed Lethality)概念。上述的一系列事件表明,美國海軍具備超視距(OTH)防空攔截能力、反導能力、反水面作戰(ASUW)能力的海上一體化防空火控系統(NIFC-CA)已初步形成實戰能力,正在引發美國海軍編隊遠程防空作戰模式的重大變革。

本文即從美國海軍「海軍一體化防空火控」(NIFC-CA)能力入手,指出美國在亞太地區正構建分散式系統集成的防空反導網路,「抵消」中國不斷增長的軍事實力對美軍存在的「威脅」。而從技術路徑上可以看到,美軍體系化能力的形成,並非依託於大量新研發的武器硬體,而是在現有武器裝備的基礎上,通過前沿部署和軟體升級,最大程度上挖掘硬體能力的潛質,在體系中提升整體效能。比如韓國正在部署的THAAD、日本已經部署的AN/TPY-2雷達、乃至美國及其盟友加速列裝的,具備隱身性能和先進電子技術的F-35戰鬥機,除了其原有戰術功能外,實際上也都可以成為彈道導彈防禦系統(BMDS)的子系統,美軍只需要通過「指揮控制交戰管理與通信」(Command and Control, Battle Management, and Communications C2BMC)的系統升級,將前沿的各類BMDS硬體聯為一體,就能組建成完整的導彈防禦體系。

本文意在說明,THAAD並不僅是一個獨立作戰的反導裝置,而是美軍體系化反導能力中重要的前置感測器節點。將高性能的目標識別雷達前置,儘可能延長導彈防禦的攔截窗口期,並利用海陸廣泛分布的感測器節點進行數據融合,形成協同交戰能力,最大限度的提升反導系統的效能是理解美國近期一系列導彈防禦開發和部署行為的一個關鍵。美軍意圖在任何地區、任何導彈飛行階段,把任意感測器和任意武器連接起來,以應付任何規模、任何類型的攻擊。繼續強化地區攻防優勢,服務於全球霸權。

一、NIFC-CA的緣起不同於傳統的,以大艦巨炮主義為代表的艦對艦的平面作戰模式,現代海戰主要表現為爭奪相關海域或海區制空權的戰鬥。以美軍的空海一體戰(ASB)模式為代表,誰能奪取海區制空權,就能憑藉空中偵測實現對戰場的充分態勢感知,進而憑藉航空兵(包括艦載航空兵、海軍岸基航空兵和空軍力量的綜合運用)對艦船的巨大航程優勢發動多樣、飽和打擊,在海空優勢的情況下實現以海制陸的武力介入,把握戰爭主動權,贏得勝利。因此,現代海軍在海區制空權爭奪中的作用,特別是防空體系化的能力建設,就變得無比重要。

任何一種艦艇的武器裝備,比如遠程艦對艦導彈和防空導彈,受限於通訊和偵查手段,其作戰效能都難以超過於超越地平線的艦載機空中打擊,其對制空權的影響也不會優於艦載機,這也就是為什麼一個海洋大國必須要擁有航母的原因,因為航母才是海區制空權的堅固保障。而除了依靠艦載和岸基航空兵實現海上遠程制空/防空之外,利用水面艦艇展開有效的防空/反導作戰,建立由遠及近的多層次防空火力網,不但能夠保護自身的安全,也能夠削弱和威脅敵方航空兵力量,為己方航空兵奪取制空權提供更充分的保障。隨著解放軍艦艇裝備不斷完善,海軍艦隊防空體系也開始逐步建立,特別是第一艘航空母艦「遼寧」號入役和殲十五艦載戰鬥機上艦,已經在2016年下半年開始穿越第一島鏈奔赴西太平洋進行訓練,形成了遠洋作戰能力。而第二艘航空母艦001A又在2017年4月26日下水,將在近期服役實現戰鬥力。中國航母艦隊的不斷發展,使得海上防禦作戰的縱深得以大大拓展。

從海軍軍備技術的發展來看,隨著電子技術的日益進步,以及衝壓發動機技術的擴散,新一代反艦導彈正不斷朝著超遠程、超音速、掠海、隱身、末端機動等方向發展,而攻艦戰術也向著智能驅動的多方向、多批次、飽和向心突擊方向發展,而據美國國防部出台的2016年中國軍力報告指出,除了YJ-83、YJ-62、YJ-18等數種型號的先進反艦導彈之外,中國火箭軍更是列裝了射程達1500km,帶有機動彈頭的「航母殺手」DF-21D反艦彈道導彈(ASBM),該型導彈可以使中國有能力攻擊包括航母在內的西太平洋上的艦隻,對美軍航母、兩棲攻擊艦、前線機場等高價值目標造成巨大威脅。

從實際的對抗場景來看,以美軍在上世紀70年代研製MK41垂直發射系統時,針對蘇聯的反艦導彈所做的防禦估算為例,一艘大型水面艦艇在不到30秒的時間內,就可能遭到來自各個方向的至少6枚反艦導彈的攻擊。而由於地球曲率和海面雜波,艦艇的對海平面目標的探測距離很難超過30km,對於掠海反艦導彈的最遠發現距離則更短,在實踐中發現,艦艇攔截30km之外的低空目標極為困難。而新一代的反艦導彈,比如著名的俄羅斯、印度裝備的俱樂部反艦導彈(3M-54AE),都是普遍在距離目標的20km以下進入超低空掠海飛行,飛行高度只有5-10米,並加速到超音速進行突防,配合末端機動飛行,在嚴重影響艦載防空雷達效能的情況下,又大大降低艦載防空導彈的攔截成功概率。從雷達發現掠海的超音速導彈,到導彈擊中目標,可能只有短時的幾十秒時間,跟蹤和交戰時間非常短促,攔截點十分靠前,一旦防空導彈攔截失敗,留給末端近防炮的時間可能只有幾秒,擊毀導彈已經近乎不可能。在這種嚴峻的局面下,單艦的艦載防空系統將難以有效發揮作戰效能。

作為全世界最為強大的海上力量,美國海軍擁有11艘核動力重型航空母艦,其艦載機為其帶來了強大的艦隊防空能力,當數艘航母進行作戰部署時,其制空實力已經遠超過絕大多數國家空軍。而在擁有強大打擊能力的同時,美軍也在不斷優化自身的防空/反導的軟硬體配置,以應對更加複雜的威脅環境。20世紀70年代,約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)提出了協同作戰進行跨地平線導彈攔截的設想,經過反覆論證後,最終形成了協同交戰能力(cooperative Engagement Capability CEC)的設計。20世紀90年代中期,隨著冷戰結束後,美海軍由海向陸開始濱海戰鬥環境轉型,縱深防空能力需求被提上日程。其中美國海軍提出了進行巡航導彈防禦的空中探測艦空導彈系統(ADSAM)概念,並在1995年委託APL實驗室對ADSAM進行研究。最終研究結論是,引進協同交戰能力系統即可有效解決地平線攔截的問題。在理論上,CEC平台的其他艦艇和具有導彈指導能力的飛機可以完成對目標的照射和制導,這樣地球曲率對雷達的探測難題就得到解決,根據APL的研究,基於CEC框架的一系列先進軍備概念開始進入研究立項。

2002年10月,《美國海軍學會會刊》公布了時任美國海軍作戰部部長、海軍上將馮·克拉克(Vem Clark)題為「21世紀海上力量(Sea power 21)」的演講全文?,提出21世紀海上力量由8個要素組成,其中提出了一個海上盾牌的全新概念。海上盾牌意旨在於,改變傳統的防禦概念,從海上提供分層的全球防禦保障,承擔戰區防禦乃至戰略防禦的使命,使海軍成為聯合作戰戰區和國家的一面「盾牌」?。落實到技術要求上,海上盾牌要求將升級過的感測器、高速網路和增程、超視距可攔截彈道導彈的導彈技術整合使用,形成被稱為海軍一體化防空火控(Naval Intergrated Fire Control-counter Air NIFC-CA)的系統,提供完全聯網的、分布的遠程防禦性火力,以保證美海軍的防禦能力走在遠程威脅前,並實現高效的攻防態勢轉換。

美軍認為,在崛起大國都側重於反介入與區域拒止(A2/AD)軍力建設,競相發展航母等遠海平台、強化導彈打擊能力抵消美國的區域介入,強化自身區域封鎖能力時,美軍以航母艦隊為代表的區域存在就會遭遇巨大風險。特別如DF-21D這樣的反艦彈道導彈讓中國具備了在美國海軍艦載機攻擊範圍外實施打擊的能力。即使不發生實際戰鬥,為了減小損傷風險,美軍艦隊也會在遠程導彈的威脅下將航母戰位後撤,並在地區盟友的前沿基地周圍大量增加主被動防禦投入(比如為重要目標部署THAAD系統,為前線機場修築更多的加固機庫),而航母編隊中的「阿利·伯克」級宙斯盾驅逐艦和「提康德羅加」級導彈巡洋艦上的MK41垂直發射系統中就要用更多的倉位放置防空/反導導彈,每增加一發防空/反導導彈的倉位,就意味著減少了相應的「戰斧」遠程攻擊巡航導彈的倉位。這樣,崛起國家A2/AD軍力的提高,就能迫使美國將更多軍備資源用於防禦,打破美軍的攻防平衡,懾止美軍介入,最終將介入力量拒斥於區域之外。

面對日益嚴峻的海空威脅環境,美軍現有的海軍防空系統將難以應對,為了確保在衝突區域下美軍絕對的空海優勢,美軍一方面推出了空海一體戰(ASB)、聯合軍事介入概念(JOAC)和全球公共水域聯合進入與機動概念(JAM-GC)等戰術理念,為武器研發和部署設定相應目標。另一方面,在網路中心戰範式下,結合美軍成熟的協同交戰能力(CEC),通過開放體系的軟體升級,美軍將各類感測器、指揮/控制系統以及武器連接在一起,通過在各個武器平台上都安裝協同控制功能模塊,形成編隊防空領域內的高效的協同實體,最終構建由偵查監視網、信息網和交戰網組成的「巨系統」,故名為海軍一體化防空火控系統(NIFC-CA)。

當前NIFC-CA的作戰流程遵循了美國國防部體系結構框架(DODAF)?,並被分成海上、空中和濱海陸地三種「殺傷鏈」,組成一個滿足不同環境下防空需求的完整體系,在此對當前美軍大力推進的空中(FTA)和海上(FTS)兩條殺傷鏈做簡要梳理。在海上(FTS)殺傷鏈上,各個協同作戰平台(E-2D、F-35C、EA-18G、UCLASS等無人機、陸軍JLENS浮空器系統)進行獨立搜索,當確認為威脅目標後,使用探測/跟蹤感測器對目標進行跟蹤,依靠高速戰術數據分發系統(CEC系統中的DDS系統),在協同控制平台上(CEC系統中的CEP處理器和宙斯盾基線9.0作戰系統)將戰術網路上各平台上的跟蹤、探測感測器的數據進行信息融合和威脅評估,生成融合的戰術態勢圖像,提取打擊目標,自動生成最優協同的防空交戰指示,通過綜合防空火力控制組織火力通道(標準-6、標準-2),完成協同防空交戰任務(比如最典型的E-2D預警機使用CEC引導宙斯盾艦發射標準-6導彈攔截超地平線目標)。在空中(FTA)殺傷鏈上,協同平台(E-2D、F-35C、EA-18G、F-18E/F)搜索到目標後,利用Link-16數據鏈,將使用探測/跟蹤感測器的信息回傳到F-18E/F和F-35C的火力平台上去,為火控提供實時通信能力,使用AIM-120D空空導彈進行打擊,即A射B導。

美海軍的一體化防空火控系統,綜合運用了艦艇自身和其他平台的探測信息,實現超出發射平台所屬雷達作用距離的超視距(OTH)作戰能力,特別是能幫助美軍形成單一的集成空景圖,最大程度上外推攔截武器對目標的首次攔截距離?(交戰距離的擴大意味著防空交戰機會的增加),這樣就能極大降低分層次反導防空時的火力轉換的反應時間,在不同防空武器進行分層防空時就可以做到無縫銜接,也就發揮了防空導彈的最大硬體效能。NIFC-CA通過軟體系更新,實現了突破以往防空作戰能力極限的效能「倍增」,讓美軍領先於各國海軍,開啟了海軍艦隊作戰模式的新革命。

二、NIFC-CA的組成在美軍2016年6月9日發布的最新版《2016-2025年海軍航空兵願景》(Naval Aviation Vision 2016-2015)中提出,將F-35C、EA-18G、無人機等前出戰鬥節點納入,與水面艦艇協同、集成後,首先形成航母編隊的一體化防空火控能力,並最終形成整個海軍的一體化防空火控能力。

現階段,美軍把CEC協同交戰能力系統、E-2D預警機、宙斯盾系統和標準-6主動雷達制導防空導彈作為一體化防空火控的關鍵系統,即四大「關鍵能力支柱」,其中具備NIFC-CA能力的並非是所有宙斯盾系統版本,而是基線9.C1版本及基線9.C2版本。這些版本不僅支持同時進行防空和反導能力,還包括了最新的反導能力5.0升級,這一升級可以使宙斯盾同時攔截大氣層外和大氣層內的彈道導彈目標。

因為宙斯盾系統的材料和分析已經較多,在此不做重複,而對一體化防空火控的其他三個基本能力組成部分做簡要的介紹:(一) E-2D先進鷹眼預警機

諾斯洛普·格魯曼(Northrop Grumman)公司研製的先進艦載預警機,E-2D是NIFC-CA系統的中心節點及主要的空中感測器和偵查平台,負責協調航母戰鬥群的其他空中裝備,被視為航母艦隊的「編隊之眼」。

E-2D裝備有AN/APY-9型超短波(300MHz-3GHz)偵查雷達,採用大功率、固態碳化硅發射機單元。AN/APY-9雷達採用了機械掃描和電子掃描兩種掃描方式。方位(瞬時扇區超過120度)和俯仰方向為電子掃描,方位上還可以進行機械掃描,掃描範圍為360度,探測距離超過556km。雷達採用空時自適應處理(STAP)技術,使地面回波和干擾最低,消除雷達盲速。同時提高了對陸地上空和濱海目標的探測容量、靈活性和精度,具備超強的陸上和濱海態勢感知能力。

E-2D的通訊設備包括協同交戰能力(CEC)和衛星通信軟體包,以及Link11、Link16數據鏈,Link16數據鏈是雙向語音和數據通信系統,而協同交戰能力是E-2D擴展防空任務的關鍵,通過數據鏈將來自各種平台的雷達跟蹤測量數據融合成跟蹤圖像,實時發送給網路中的戰艦和飛機。

E-2D還承擔了向航母編隊提供有關導彈監視與跟蹤信息的新任務,其加裝了紅外搜索與跟蹤監視系統(SIRST),增強在戰區導彈預警與指揮控制方面的作用。SIRST系統僅具有角度跟蹤能力,無法測距,但其可以利用雷達同步數據,實時計算導彈的發射點和攻擊點,最終通過與之相聯的數據鏈路,為航母戰鬥群提供非常準確的三維位置圖像和跟蹤信息。

相比E-2C艦載預警機,E-2D探測距離提高了50%,探測精度更高,E-2D在NIFC-CA系統中,可以協助宙斯盾艦艇打擊艦艇雷達探測不到的超視距海面和空中目標,並承擔戰場管理、態勢感知能力和多感測器數據融合的功能。當探測到威脅目標時,可將目標要素傳遞給宙斯盾艦艇,經過CEC系統的複合跟蹤處理,給宙斯盾艦艇上裝備的標準-6導彈提供火控精度數據(需要說明的是,並非是E-2D直接引導標準-6導彈,S波段的機載預警雷達無法直接提供火控解算,而是經過CEC系統處理,由宙斯盾艦進行引導),這樣就能使宙斯盾艦在自身雷達沒有發現目標時發射標準-6導彈,依託E-2D提供的更強的早期空中預警信息,實現超視距空戰。

美國海軍計劃採購75架E-2D,用於替換現有的75架E-2C預警機,同時,原有E-2C的4機中隊也將變為E-2D的5機中隊,足見先進鷹眼在作戰網路的重要作用。當前E-2D是NIFC-CA空中部分的核心,但是並非唯一的感測器,美軍計劃利用F-35聯合攻擊戰鬥機、EA-18G電子戰飛機和UCLASS無人機、陸軍JLENS浮空器系統作為NIFC-CA的更廣泛的空中感測器選擇?。

(二) CEC協同交戰系統

雷神(Raytheon)公司研製CEC的具體技術還屬於機密,現在可以知道CEC系統由協同作戰處理器(CEP)和數據分發系統(DDS)組成,其中CEP是一種高容量分發處理器,負責處理大量威脅目標信息。而DDS能夠編碼和分發本艦的感測器和交戰數據,具有精確定向、高容量、抗干擾的特點。艦艇可以共享CEC系統處理的數據,利用這些這些數據提示艦載感測器進行態勢指示,支持火控級精度的複合跟蹤,這樣火力平台就可以直接使用這些數據在沒有跟蹤到目標的情況下進行協同的目標打擊。(三) 標準-6導彈

雷神(Raytheon)公司研製標準-6導彈是NIFC-CA的主要武器,射程最遠可達400千米,最大射高可達33千米,目前可以用於防空、海基末段反導和反水面作戰,因其突出的多用途打擊功能,也被稱為防空/反導的雙任務能力導彈(Dual I)。目前美軍試驗的標準-6導彈都與宙斯盾基線9.C配合使用,在導彈上使用保留半主動制導模式的同時採用了主動雷達導引頭。導引頭由AIM-120D(AMRAAM)的主動導引頭基礎上改進而成,精度和抗干擾能力極高。標準-6讓美國海軍獲得了更強大的跨地平線攻擊能力,其防禦包線在低空部分得以大範圍延伸,增加防空通道的同時,進一步強化了美國海軍對於高速掠海反艦導彈的抗飽和攻擊能力。

標準-6射速高達3馬赫,使用高速高拋彈道,導彈發射後先向上爬升至彈道制高點,增加勢能後再改變姿勢向下俯衝,由於高空大氣的阻力較小,所以實現了顯著的增程效果,在標準-6飛向彈道高端時,宙斯盾系統可以使用E-2D或其他艦外感測器在CEC系統上共享的目標數據來進行中段指令修正(因為是高彈拋道,所以徹底解決了彈艦通信的問題),而在飛行末端時,利用主動導引雷達進行制導來打擊超低空的掠海目標。在相同原理下,標準-6能打擊高速掠海導彈,則打擊海面上的大型機動目標也輕而易舉,這也就是標準-6通用反空反導反艦的原理。

美國陸軍具備完成的多層反導能力,THAAD和著名的PAC-3愛國者導彈分別可以在大氣層高層(包括大氣層外)和低層攔截中程彈道導彈,而美國海軍的末端低空防禦則一直是重大短板,原定位於末段低空反導的標準-2 BlockIVA導彈,在2002年因為研製難度大(很可能是美軍希望實現的,預警機雷達直接制導導彈的技術目標難以實現)和經費超值問題而被迫取消,美國海軍只能使用標準-2Block IV導彈應對末段低空反導,標準-2Block IV專為防空設計,在性能和改進潛力上都有較大缺陷。而標準-6的服役為美國海基末端防禦帶來了重大突破,在2015年7月底到8月初進行的一系列多任務(MMW)試驗中,標準-6和標準-2Block IV導彈首先各自在大氣層內成功攔截了短程彈道導彈靶標,之後標準-6導彈又攔截了一枚巡航導彈靶標和一枚超音速反艦導彈靶標,標準-6的防空反導能力得到驗證。

2016年5月17日,美國導彈防禦局(MDA)和太平洋艦隊成功進行了在大氣層內探測跟蹤中程彈道導彈能力的FTX-21演習,演習中發射了中程彈道導彈靶標,宙斯盾艦的AN/SPY-1雷達探測到了這枚靶標並進行跟蹤操作,沒有發射標準-6進行實際攔截。2016年12月14日,美軍進行了實彈攔截的FTM-27測試,宙斯盾艦發射2枚標準-6攔截了中程彈道導彈靶標,這也是標準-6首次攔截中程彈道靶標,值得說明的是,此次攔截的靶標(Type-3)經過特定改裝,大幅增加了靶標能力和複雜性,模擬的是類似於反艦彈道導彈這樣的高度複雜目標。

現有的標準-6已經讓美軍擁有了海基末端低層的反導能力,特別是對中程彈道導彈攔截的試驗,證明美國海基力量已經可以實現多層反導攔截。而根據規劃,美國海軍還將使用現有標準-6Dual I基礎上的增量改進型號來承擔未來大氣層內低空反導攔截任務,繼續提升海基反導能力。

三、亞太地區海陸一體的反導網路現代戰爭是體系化攻防,而攻防態勢轉換的要點不在於攻防雙方的最強大的一端,而在於最薄弱的一端。評析體系化的作戰能力,不能只盯著其最優勢,而要看到其最劣勢。比如艦隊防空攔截的成功與否,取決於防空體系中的最薄弱部分,即木桶效應的最短板。當前超視域目標和掠海飛行目標就是艦隊防空的最短板,如果這兩項難題無法被解決,則再先進的雷達和反空導彈都沒有對艦隊防空能力本質改進(如果沒有空中感測器平台,艦艇的防空能力已經基本發展到一個瓶頸)。而綜上,在NIFC-CA系統內,在武器發射平台的感測器尚未發現來襲目標時,就可根據跟蹤平台提供的相關數據來引導防空導彈發射,實現了超視域打擊,而E-2D和標準-6則解決對超低空掠海目標的打擊難題。這樣在擴大的交戰距離內,在第一發導彈攔截失敗時,就有再發射第二枚第三枚的多次交戰機會,也就實現了整體的作戰效能提升。

2015年3月11日,首個E-2D「先進鷹眼」預警機中隊?(VAW-125預警機中隊)部署在西奧多·羅斯福號航空母艦上,並在中東執行作戰任務,這標誌著美國一體化防空火控系統已經進入實戰檢驗。2017年2月3日,VAW-125預警機中隊的5架E-2D抵達日本岩國的美國海軍陸戰隊基地?,岩國基地在此之前已經部署了美海軍陸戰隊的F-35B隱形戰機,而E-2D和F-35B實際都是NIFC-CA的感測器平台。作為當前最先進的艦空導彈,標準-6導彈正處於批量加速生產的階段,因標準-6導彈大量使用了通用技術,將單價控制在了200萬美元左右雷神公司已經為美軍交付超過330枚,而經美國國會批准後,亞太地區的澳大利亞、韓國、日本都準備向美國採購標準-6導彈,並將本國的宙斯盾驅逐艦升級為基線9狀態來適應標準-6導彈。其中澳大利亞為3艘霍巴特(Hobart)級驅逐艦,日本為2艘新建的27DDG驅逐艦和2艘升級的「愛宕」級驅逐艦,以及4艘「金剛」級驅逐艦。韓國為3艘「世宗大王」級驅逐艦,而美軍第七艦隊升級過NIFC-CA能力的宙斯盾驅逐艦也已經部署在駐日橫須賀基地。這樣隨著東亞地區的NIFC-CA系統組件的廣泛組網,美軍及其盟友正逐漸形成具有極強濱海環境態勢感知能力,對新一代巡航導彈/反艦導彈的具有較強防禦能力的一體化海軍防空體系。

2017年2月3日,美日共同研製的標準-3BlockIIA攔截彈進行首次攔截試驗,成功擊落了一枚中程彈道導彈靶標,這也是宙斯盾基線9.C2(BMD 5.1)系統的首次實彈試驗。此次試驗正值美國國防部長馬蒂斯訪問韓國和日本期間,因此也有被認為是回應朝鮮核導試驗和中韓之間的THAAD爭議。標準-3BlockIIA導彈預計於2018年底開始列裝美國海軍和日本自衛隊,先前美軍已經列裝標準-3 IA導彈和標準-3 IB導彈,具備了有限的遠程導彈防禦能力。而美日共同研發的標準-3BlockIIA,根據美國科學家聯盟2011年的報道,其燃儘速度可能達到了4千米-4.5千米每秒,是原有兩款標準-3導彈的1.5倍,可以攔截中段飛行的中程和中遠程彈道導彈,甚至是部分洲際彈道導彈。射高為70-500千米,而如此高的射高,讓標準-3BlockIIA進行反衛星作戰也遊刃有餘。為了提高導彈的飛行速度,BlockIIA將標準-3導彈的彈徑從343毫米擴大到533毫米,擴大了防禦區域,使導彈的飛行速度提高了45%-50%,並用輕型外大氣層射彈(LEAP)的動能攔截器代替了標準系列的高爆彈頭,增強了識別誘餌的能力,提高導彈的攔截效能。

奧巴馬上台後,對小布希政府的歐洲反導部署計划進行了評估,原定部署的GBI攔截彈因預算、技術和外交因素被拋棄,而鑒於標準-3導彈潛力、以及宙斯盾反導系統和路基TPY-2雷達的協同攔截能力,奧巴馬政府啟動了歐洲分階段適應性導彈防禦計劃(EPAA),此舉最大的好處在於宙斯盾驅逐艦和TPY-2雷達部署靈活,外交爭議較小,而攔截能力不減。標準-3BlockIIA最初是EPAA反導計劃的第三階段的重要組成部分,由於原定第四階段部署的標準-3BlockIIB項目在2013年取消,第四階段被終止,標準-3BlockIIA也就成為美軍近期的最後一款在研反導攔截彈,並是未來一段時間內宙斯盾反導系統(包括衍生的陸上宙斯盾系統)上配備的攔截能力最強的攔截彈。

相比歐洲,美國在亞太地區至今沒有宣布正式的導彈防禦,而是通過一系列的部署行為構建亞太版的適應性分階段部署計劃(APPAA),美日在聯合進行標準-3BlockIIA研發時,就考慮標準-3BlockIIA要能拓展反導系統對日本列島的覆蓋範圍,從而實現一套系統保護整個日本的目的。標準-3BlockIIA配備三級火箭發動機,同路基反導攔截彈GBI作用相近,是一款戰略攔截彈。吳日強認為,如果把標準-3BlockIIA部署在美國沿海,只需要在東西海岸各部署一套,就可以攔截所有從中國大陸和沿海發射的打擊美國本土的戰略導彈,如果部署在日本北部,這一系統也可以攔截從中國周邊海域發射的打擊美國的潛射導彈。

2017年4月28日,以應對朝鮮核與導彈開發為名義,日本決定優先部署陸基宙斯盾彈道導彈防禦系統(ABMD)。陸基ABMD有3座MK41導彈垂直發射系統,每座發射系統有8座MK41發射筒,一共可裝載24枚攔截彈,當前在羅馬尼亞的陸基ABMD裝備的是標準-3BlockIB攔截彈。相比日本部署THAAD系統可能引起的爭議,日本部署路基ABMD,不僅配置了一台高性能SPY-1雷達,而且還有可能裝備標準-3BlockIIA攔截彈,從而大大增強其中段攔截實力,乃至成為應對周邊國家彈道導彈威懾力的「利器」。

無論是海基還是陸基,美軍各類型的反導裝置並不是獨立的反導平台,而是美國全球反導體系的有機部分。美軍所建設的「指揮控制交戰管理與通信」(C2BMC),就是將點對點、相互獨立作戰的全球指揮控制、作戰管理和通信節點整合進一個一體化的反導指揮控制體系中來,形成一體化防空反導(IAMD)能力。聯繫美軍當前力推的海基宙斯盾NIFC-CA,美軍在全球感測器網路和攔截火力資源的整合上正在意圖實現兩項能力:基於外部遠端感測器的發射能力(LOR)和攔截能力(EOR)。發射能力在當前的NIFC-CA框架下已經實現,基於外部端信息,發射端可以提早發現目標,儘早將導彈發射出去,大大擴展了不同層次防空反導的防禦範圍。而攔截能力還有很多的技術難度,設想中的EOR能力是發射平台可以不使用自身的火力通道對攔截目標進行照射,攔截彈發射後可交由全球反導感測器網路的其他節點對目標進行攔截,比如陸上部署的TPY-2雷達直接引導標準-3BlockIIA攔截。

以部署在韓國的THAAD系統的AN/TPY-2雷達為例,國內對THAAD雷達的研究多隻注意到了其探測距離和探測精度,但實際上AN/TPY-2陸基雷達在美軍海陸聯動的反導配置中,很早就實現了體系化的延伸反導能力,特別是對中程彈道導彈的攔截具有顯著增益,因為AN/TPY-2陸基雷達可以同天基、海基反導系統進行體系間協調,其作戰效能並不僅限於末端高程反導。其一次完整的多系統模擬攔截即,由美軍STSS天基紅外戰略預警衛星首先發現導彈點火和升空,進行飛行中段跟蹤(STSS也有一定識別彈頭和誘餌的能力),並將信息傳導給陸/海基預警雷達繼續進行跟蹤。陸地上部署的THAAD X波段雷達第一時間探測到目標,發送到C2BMC的一體化指揮控制系統,C2BMC將導彈軌跡信息進行處理,再將數據傳送到具有反導能力的宙斯盾驅逐艦,驅逐艦本身裝備S波段相控陣雷達,繼續對導彈進行截獲和追蹤。通過C2BMC傳來的各種平台的感測器數據和本艦的所獲數據,海基的宙斯盾進行最終的目標識別,並制定出攔截作戰方案,發射標準系列攔截彈,各型標準導彈攔截來襲導彈。如果海基的攔截失敗,THAAD還可以繼續進行末端高程攔截任務,打擊漏網之魚。

如此情況下,THAAD的前置部署就能更早發現來襲導彈,而提前發現就為海上攔截彈的發射提供了更多的發射機會,並有助於建立完整的戰場態勢感知體系。隨著美軍海陸感測器的廣泛部署,就有能力對敵方處在整個飛行階段內的彈道導彈、巡航導彈實施高效攔截,保護海外聯合部隊作戰區域和美國本土。也就是在前文中提到的,美軍21世紀海上力量中具備完善防禦能力的「海上之盾」。

美國宙斯盾系統擁有龐大的海外用戶群,經過不斷的升級,這些艦隻的指揮控制與發射系統可以完全兼容到一個一體化的體系之內,這樣,美軍能與盟軍共同完成海上聯合防禦,盟軍的各型感測器也能為美軍提供相關信息。2015年6月29日,時任日本國防部長中谷園在眾議院的答辯環節中透露,日本正在研究採用海軍一體化防空火控系統對抗日益增長的導彈威脅?。在此之前,6月26日,首相安倍晉三在國會例行答辯會上表示,日本的宙斯盾艦隊雖然規模不大,但還在增長,必須實現互聯網化的互聯互通,包括與美國海軍實現網路化互聯互通。當前美日正在探索美日艦艇之間的分散式權衡交戰體制(Distributed Weighted Engagement Scheme DWES),這樣通過共享戰術信息網路,可以在多搜宙斯盾驅逐艦間制定自動作戰協調計劃,從而避免針對同一目標重複發射攔截導彈,提高協同攔截效率。

除了艦隊一級的NIFC-CA能力,美日彈道導彈防禦合作也已成為提升雙方聯合作戰的關鍵驅動因素,日美每年舉行一次代號為「利刃」的指揮演習,用以檢驗日本可能與周邊發生衝突的應對能力,特別是模擬彈道導彈的防禦作戰。這樣美日兩軍可以利用多種感測器提供的信息,在日本橫田空軍基地的聯合作戰指揮中心以及夏威夷的美國太平洋司令部(PACOM)總指揮部形成共同的作戰場景,建立實質性的聯合指揮關係。

隨著NIFC-CA能力的增強,美日在西太平洋的防空體系進入到一體化火控和超視距攔截階段,對來襲的巡航導彈和反艦導彈擁有了更強防禦能力,而且也豐富了對中短程彈道導彈在大氣層內的末端攔截層次手段(比如THAAD在韓國的前沿部署、標準-6導彈對原有標準-2導彈的替代),並通過現有的海軍中段反導能力繼續升級,用海基能力彌補本土陸基戰略防禦能力的不足。還通過大量部署(到21世紀30年代,美國可以擁有數百枚用於本土導彈防禦的攔截彈),增強其防禦力量。簡言之,面對中國的航母艦載機和超音速反艦導彈、反艦彈道導彈到洲際彈道導彈,美日的海上力量都尋求在IAMD網路中建立相應的應對手段,意圖「抵消」中國的軍備現代化。四、結論

2014年6月20日,美國海軍項目辦公室標準-6項目負責人科琳·歐·洛克(Colleen O』Rourke)表示,海軍計劃通過螺旋式發展的路徑逐步提升導彈的能力,改進後的標準-6將為指揮官多提供一個打擊海面或地面目標的選項,其他還包括戰斧式巡航導彈和正在研製中的遠程反艦導彈。2014年,在經過美軍的軍事演習推演和戰術評估後,以亞太海上戰略博弈下的制海權戰爭為基礎,根據海軍艦隊傳統火力不足以應對先進威脅環境的新情況,美國海軍提出了分散式殺傷(Distributed Lethality)理念。所謂分散式殺傷,就是採用分散的結構部署船隻來增強水面攻擊性力量,為海上聯合部隊指揮官提供更多的火力選擇。分散式殺傷儘管只是一個戰術層面的作戰概念,但已經被列為美國國防部支持的第三次抵消戰略的重點建設作戰能力中。

作為NIFC-CA系統的核心,標準-6導彈具備防空、海基末段反導和反水面作戰能力。而美軍在分散式殺傷的戰術思想指導下,正在加速列裝一款LRASM(Long Rang Anti-Ship Missile)的超遠程重型隱形反艦導彈。LRASM是一種亞音速、隱形且在末端掠海飛行,具有智能(AI)攻艦能力,旨在攻擊航母和大型水面艦艇的重型反艦導彈,被視為是美軍彌補海上打擊能力不足的王牌武器。LRASM當前可以由宙斯盾驅逐艦的MK41垂直發射系統發射,也可以空射。當美軍宙斯盾艦和艦載機、空軍的B-1B轟炸機大量配備LRASM時,美軍為自身軍力目標所假設的「反介入/區域拒止」的導彈威脅就會被一定程度上抵消,因為宙斯盾艦可以用通用任務能力的標準-6來完成更多任務,即在不增加防空攔截彈的情況下還增加了進攻能力,而LRASM的逐漸列裝又彌補了美國海軍艦艇反艦的短板,更可實現全維度的立體飽和攻擊(比如當前美軍演練非常成熟的4架B-1B編隊可以一次向航母戰鬥群投射96枚LRASM,這對沒有NIFC-CA能力的別國航母艦隊的威脅極大?),依靠先進的C4ISR體系,美軍意圖在戰時區域的制海權和制空權爭奪中獲得多樣化且高效的軍事選擇。

從戰術層面上看,美軍推進防禦上的NIFC-CA能力,進攻上的分散式殺傷理念建設,都是為了增強美國海軍應對「反介入/區域拒止」威脅的能力,即為美軍所謂全球公共水域的任意介入提供有力支撐。由此,NIFC-CA被美軍認為是能改變攻防態勢的能力,是被優先重視的技術手段。如美軍太平洋戰區司令哈里斯所言「NIFC-CA是遊戲規則改變者?」(同時LRASM也被美國海軍視為遊戲規則改變者?)。當NIFC-CA系統在亞太地區不斷強化其作戰能力時,其勢必會嚴重打破亞太地區的戰略平衡,特別當前美國正用THAAD、標準-6、基線9的宙斯盾系統等戰略武器作為重要的地區介入支點,一方面以戰術信息和情報交換誘餌,將其盟友捆綁到美軍戰車上,另一方面又發揮其實際的防禦能力,為美軍在區域存在提供更有利保護。某種角度來說,美軍的此類高價值武器成為了一種政策工具,一方面能通過對戰略性武器的軍備壟斷來控制盟友的軍事能力,另一方面又以體系化的作戰能力引誘盟友進入作戰體系中,甘當美軍的馬前卒。比如以日本為例,當前日本海上自衛隊具備防空與導彈防禦的宙斯盾艦數量有限,如果關鍵艦艇承擔日本本土的導彈防禦任務,那麼海上自衛隊的如出雲、加賀這樣的大型直升機載艦就會面臨防空作戰力量不足的窘境,而把日本具備CEC能力的宙斯盾艦集成到美國的作戰網路,海上自衛隊的宙斯盾艦就可以成為美軍作戰任務的節點,分擔防空反導防禦任務。由此我們才可以理解美日推動解禁集體自衛權的野心,即一方面能彌補海上自衛隊在「周邊事態」中能力不足、美軍在亞太地區兵力分配壓力較大的現狀,美國又可藉此限制日本的行動自由,將其牢牢置於美軍的指揮控制下。

而從戰略層面上看,美軍在亞太地區的反導部署有著清晰連貫的技術路徑,即不斷提高戰區層面感測器網路和火力資源的使用效能。或是部署更多的感測器平台、將雷達儘可能前置,或是形成協同交戰能力、整合各類資源,這些是理解美軍近期的一系列部署行為的關鍵。隨著宙斯盾反導系統的持續升級(NIFC-CA)、更廣泛部署,以及如AN/TPY-2這樣的高性能目標識別雷達不斷前置,日美聯合研發的標準-3BlockIIA的服役和部署,亞太版的反導適應性分階段部署計劃正在不斷浮出水面。而針對亞太地區的一體化防空反導(IAMD)能力,一定程度上正在彌補美國本土路基中段反導在數量上和防禦方向的缺陷,又因其路基快速部署雷達+海基宙斯盾艦的靈活部署方式,TPY-2雷達的末端工作模式/前沿工作模式的自如轉換,因而能在很大程度上掩飾其真正的戰略意圖。


隱形飛機是一個騙人的東西,現在的雷達能發現隱形飛機。當我這麼說的時候請注意我的身份,我是真名實姓陳必紅在知乎上發表文章,這就和不知道他是哪兒來的網友,也許是美國中情局假冒中國人在網路上嚇唬中國人民的人區分開。我在清華大學無線電繫上博士研究生時,導師是茅于海教授,他的哥哥茅於軾大家可能知道。我國第一個科學技術發明一等獎是發給茅于海教授發明的"捷變頻雷達",人類首創,世界首創,中國首創。我本科畢業於西北電訊工程學院,也就是現在的西安電子科技大學,雷達系。我的許多本科同學現在都在搞雷達,有許多是國內著名雷達專家。我的碩士是在國防科技大學電子技術繫上的,導師是孫仲康教授和沈振康教授。發現隱形飛機有多種手段,早就可以發現了。其中一種技術是米波雷達。米波雷達早幾年前就可以發現隱形飛機了。2020年西安電子科技大學的突破是,研製成功直接制導的米波雷達了。為什麼不大張旗鼓的宣傳?因為,根據實踐出真知的原則,在沒有具體地打下一架B2之前,都不算最後的定論。我還是欣賞我提出的東風17導彈雨打法。怎麼就沒有人問"美國的防空系統能防得住東風17導彈雨嗎?"答案是:防不住。


沒有任何飛行器能做到全頻段隱形,B-2 與 B-21 也不例外。參見:

剪水鸌:天波超視距雷達?

zhuanlan.zhihu.com圖標

隱形技術的根本價值是大幅度增加了對抗每架飛機需要投入的感測器資源。在攻防雙方投入等量資源的情況下,隱形加持並先天擁有強大機動性優勢的空中進攻方必勝。

然而前提是雙方投入等量資源,這在西太平洋戰區內壓根就不成立。帝國軍無法集結足夠的戰術飛機來壓迫土鱉的空中作戰體系 (島鏈基地戰時生存時間最多以小時計算,靠近到艦載機有效作戰距離內的航母也活不了多久)。戰備機勉強超過 10 架,單次出動規模僅可達到個位數的 B-2,面對遠未被飽和的土鱉防空作戰體系,會有好下場才怪。

研製 B-21 正是為了解決隱轟數量太少的問題。假設現在帝國軍手裡就有其計劃購買的全部 B-21,那麼土鱉的對空作戰體系是擋不住的。

假設帝國軍擁有數百架艦載高性能隱形機而非 F-35 這樣的半瓶子醋,土鱉當前的對空作戰體系同樣會不堪重負,使得數量稀少的 B-2 得以乘虛而入。

問題是這兩個假設都不是現實。等到 B-21 採購批量完成之日,解放軍也早就不是今天的解放軍了。

說不定到時候你會問:

解放軍在關島周邊海域殲滅美國海軍機動編隊的把握有多大?

或者:

美澳聯軍的 A2/AD 體系能夠將解放軍指向澳洲的兵鋒阻擋幾天?


可以,參見以下報道:


據環球時報報道中國一位雷達高級設計師在最近的一次採訪中表示,中國的米波反隱身雷達不僅能探測到先進的隱形飛機如F-22、F-35、B-2等,還能引導防空導彈摧毀它們。中國軍事專家稱,米波雷達可以部署在車輛、陸地和軍艦上,形成一個密集的網路,讓敵方隱形飛機無處藏身。在接受《艦船知識》雜誌採訪時,從事反隱身雷達研究和設計的中國電子科技集團公司(CETC)高級科學家吳劍旗在被詢問米波雷達能否引導導彈擊落隱形飛機時表示,只要米波反隱身雷達的設計就是為了達到這一目的,米波反隱身雷達就可以滿足這一要求。軍事專家指出,米波雷達能夠探測到隱形飛機,是因為現代隱形飛機的設計主要是為了躲避微波雷達的探測,而對米波雷達的隱身能力較低。不過普通的米波雷達有三個致命缺陷,低仰角盲區大、不能準確測高、空域覆蓋不連續。90年美國國防部曾進行評估,判定米波雷達不足以對隱身飛機構成威脅。即使採用微波雷達彌補了米波雷達的缺點,也不能完全克服這些缺點。而吳劍旗通過設計出世界上第一台實用的米波稀布陣綜合脈衝孔徑雷達解決了這個問題。吳說,他的雷達有多個數十米高的發射和接收天線,分散在數十至數百米的範圍內。當雷達接收到來自四面八方的回波時,它們可以連續覆蓋天空。稀布陣綜合脈衝孔徑雷達(SIAR)是指採用米波波長大孔徑稀疏布陣,寬脈衝發射,用數字方法綜合形成天線陣波束和窄脈衝。既有米波雷達在反隱身和抗反輻射導彈等方面的優點,有克服了普通米波雷達解析度差、測角精度低和抗干擾能力弱的缺點,綜合性能較好。吳劍旗將其稱為先進米波雷達,先進米波雷達2016年顯身珠海航展就引起了轟動。英國《簡氏防務》周刊稱中國已經成為反隱身雷達的全球引領者。2017年美國海軍在制定2018年預算的時候,專門撥出一筆經費20億美元用於在它的新型干擾機當中增加反先進米波雷達的對抗能力。吳說,這大大提高了雷達跟蹤空中目標的能力,通過綜合雷達收集的參數和數據,在先進演算法的支持下,精確定位隱形飛機的精確坐標。吳說,由於該雷達現在可以清楚地看到隱形飛機,並持續準確地跟蹤它們,所以它能夠引導遠程防空導彈並對它們進行精確打擊。儘管俄羅斯等其他國家也在研製米波雷達,但吳似乎對中國的米波雷達是最好的充滿信心。吳說:「就目前而言,我還沒有看到來自國外的米波防空雷達能夠達到(像中國的)先進米波雷達的水準。」

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ps:上文中關於「引導遠程防空導彈進行精確打擊」的說法,我懷疑是外行記者沒聽懂後的腦補。「引導一詞」應該是「地面引導」的簡稱。

「地面引導,航空兵作戰指揮方法之一。引導人員使用地面引導設備將飛機引領到指定目標或空域的活動。通過對飛機進行地面引導,可使飛行人員發現目標,佔據戰鬥的有利位置,實施截擊等。按所用引導設備的不同可分為自動化引導和人工引導。自動化引導,是在雷達測得空中目標信息後, 自動錄取並傳輸給計算機,計算機根據引導人員確定的目標和預定的飛機飛行目標算出引導數據,引導人員據以對空中飛機實施指揮引導。」

涉及導彈的用詞是「導引」,而米波雷達是不可能使用在導彈的導引頭上的。

但就算是只能實現引導航空兵截擊,也能輕鬆發現並打掉b2/b21(這裡暫不考慮電子對抗的勝負問題)。


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