美海軍下一代艦載雷達：雙波段雷達

2009年4月，雷聲公司與美國海軍在弗吉尼亞州瓦勒普斯(WaUops)島的海軍工程測試中心成功完成了對雙波段雷達的初始啟動測試，並開始轉入持續時間更長的作戰性能測試。此舉標誌著雙波段雷達的研製取得了巨大的成功，美海軍新一代艦載雷達已呼之欲出。

雙波段雷達是美海軍繼AN/SPY-I多功能相控陣雷達、AN/SPS-49遠程對空警戒雷達、AN/SPS-67對海搜索雷達等雷達之後研製的又一型全新的艦載雷達。該型雷達由X波段的AN/SPY-3多功能雷達(MFR)和S波段的AN/SPY-4體搜索雷達(VSR)組成，故稱雙波段雷達。主承包商為雷聲公司，由其承製多功能雷達，體搜索雷達則由洛克希德·馬丁公司承製，最後由雷聲公司將兩種雷達集成，組成先進的雙波段雷達。

AN/SPY-3多功能雷達是一種基於X波段的固體有源相控陣雷達。美海軍的設計要求是該雷達能執行低空，超低空搜索、火控跟蹤與照射任務，目的是能探測到絕大多數最先進的、特徵信號值低的反艦巡航導彈。因此，該雷達最突出的特點是能自動探測與跟蹤淺水水域的低空來襲導彈，並能為改進型「海麻雀」導彈(ESSM)、「標準」導彈(SM-2/SM-3)以及未來發展的反巡航導彈提供目標照射。其核心技術是內置式合成孔徑技術，其內置式的相控陣列可融入綜合集成的上層建築中。

AN/SPY-4體搜索雷達是一種三維警戒雷達，可搜索、探測、跟蹤極遠距離低空飛行的飛機、導彈、無人機和直升機。該雷達是S波段固體有源相控陣雷達，使用了全數字化的發射／接收模塊，採用了全新的天線陣結構。其實，體搜索雷達在研發之初並沒有採用S波段，而是計劃採用波長較長、衰減較小的L波段，以提高遠距離傳播性能。但是，L波段波長太長，若想獲得與S波段相當的波束寬度，就需要更大的天線孔徑，從而會對艦艇的系統配置造成困擾。再加上美海軍SPY-I相控陣雷達的使用由來已久，積累了豐富的S波段雷達的操作和信號處理經驗。而且，若選用S波段，也能為日後改進SPY-I提供參考。因此，美海軍決定將SPY-4體搜索雷達改為S波段。

雙波段雷達項目自1999年啟動，到目前已歷時10年。雷聲公司干1 999年底獲得一份1.4億美元合同，開始研製AN/SPY-3雷達。2002年3月，該公司開始在瓦勒普斯島建造一座模擬DDGlOOO驅逐艦上層結構的陸基實驗設施，用於對SPY-3雷達樣機進行測試。樣機於2003年6月26日交付，隨即在該設施上進行了為期2年的測試。2004年5月，該雷達在測試中精確跟蹤了混跡於多架低空飛機中的BQM-74試驗靶機，成功地通過了重大功能節點測試。2006年5月，第2套SPY-3樣機在海上成功探測並跟蹤了低空快速機動的飛機，完成了一系列海上測試。

洛·馬公司的SPY-4體搜索雷達於2000年開始研製，並於2002年12月展開樣機測試，12月18日，就成功追蹤到第一個測試目標。2003年7月，該雷達被改為S波段。2006年8月，雷達天線的工作狀態在新澤西州試驗場內成功演示。

2007年10月，雙波段雷達的研製取得重大進展。雷聲公司將SPY-3多功能雷達和SPY-4體搜索雷達進行集成，組成了先進的高性能雙波段雷達，並展開測試。2009年4月，雷聲公司從美海軍獲得了一份2.17億美元合同，分別為DDGIOOO驅逐艦和福特級航母提供l套SPY-4體搜索雷達。目前，正在對雙波段雷達進行作戰性能測試

美兩型宙斯盾艦配備的AN/SPY-I相控陣雷達已經發展為AN/SPY-IA、AN/SPY-1B、AN/SPY-ID、AN/SPY-lD (V)和AN/SPY-IF等5種型號

從20世紀研製的AN/SPY-I、AN/SPS-49、AN/SPS-67等雷達，到目前正在研製的雙波段雷達，時間跨度已達30年之久，期間美海軍雖然沒有研製新型的艦載雷達，但是始終不斷利用數字技術、中大規模集成電路技術、微電子技術等先進電子技術，對現役艦載雷達進行改進。例如，AN，SPY-I相控陣雷達已經發展為AN/SPY-IA、AN/SPY-1B、AN/SPY-ID、AN/SPY-lD (V)和AN/SPY-IF等5種型號，從中積累了豐富的雷達技術和經驗。因此，美海軍在雙波段雷達的研製過程中，應用了大量的先進技術，並在信號控制與處理技術方面實現了以下重大突破：

雙波段雷達能同時在X波段和更低頻率的S波段上工作。雙波段雷達實現了同時在X波段和S波段上工作，相當於多部雷達同時工作，而且無論是X波段多功能雷達還是S波段體搜索雷達，均能與艦艇上的艦空導彈系統進行無縫連接，實現數據的上行和下行傳輸。雙波段雷達的誕生標誌著美軍首次開創了由一部資源管理器同時對兩個雷達波段進行控制的先河，該雷達的性能和靈活性是此前的陸基、海基、空基雷達系統所無法比擬的。

X波段多功能雷達和S波段體搜索雷達分別採用三陣面相控陣天線構型。目前，SPY-1等相控陣雷達均採用四陣面天線結構。雖然單面天線的波束掃瞄範圍在偏離中心軸±60。之內，覆蓋120。的方位角，採用三個陣面的天線在理論上能夠涵蓋3606方位角。但由於平板數組電子掃瞄天線的波束，在偏離軸心到一定角度之後，就會產生等效孔徑降低、波束變寬、解析度與增益降低等問題，所以現有相控陣雷達多將單面天線的掃瞄方位角限制在90。，採用四陣面天線完成360。覆蓋。由此可見，採用三陣面相控陣天線構型的雙波段雷達，其單面天線的波束覆蓋範圍已經達到了理論上限，各陣面天線掃描區域實現了無縫連接，標誌著美國在信號控制與處理技術上獲得了飛躍性的發展。減少一面天線就意味著減少25%的體積重量，系統成本亦可降低。 雙波段雷達本身能對兩種天線陣的數據信息進行綜合處理。通常，水面艦艇採用不同的雷達進行體搜索和提供精確目標信息，各雷達分別將數據信息送至作戰系統，進行綜合處理。如DDG51阿利·伯克級驅逐規就使用SPY-lD、SPS-67(3、SPG-62等雷達進行信息搜集，再分別傳輸到「宙斯盾」作戰系統，統一進行處理，形成完整的通用戰術圖像。而雙波段雷達可對X波段和S波段天線陣的數據進行處理和集成，並根據態勢需求調整天線陣，最後為作戰系統提供單一的數據流。因此，採用雙波段雷達可使全艦的系統反應時間更快，更能適應外界態勢的變化。

DDGIOOO驅逐艦將配備雙波段雷達

雙波段雷達作為美海軍的下一代艦載雷達，不僅功能強大，具備水平搜索、體監視、火控跟蹤、導彈制導等多種能力，而且在可靠性、可維性、可操作性、通用性方面等方面也技高一籌，引領著未來艦載雷達的發展方向。

功能強大，可替代現役多部雷達。X波段具有非常出色的電磁波低空傳播性能，而且波束寬度窄，跟蹤精度高。此外，該波段的頻帶寬度很大，有利於進行目標識別。而S波段則具有大功率孔徑，有利於進行體搜索。而且，S波段在各種不同的氣象條件下，其傳輸損耗均在可接受的範圍內。此外，其波束寬度也不寬，可對目標實現精確跟蹤。更值得一提的是，當一個波段工作量過大時（如支持多個導彈飛行），另一個波段可以有效地分擔任務。因此，雙波段雷達同時採用兩種不同頻率工作，能夠實現優勢互補、資源共享，從而大大提高雷達的整體性能。

美在建的「福特」級航母即將採用SPY-4體搜索雷達

鑒於雙波段雷達無與倫比的性能，它可替代現役水面艦艇上的多部雷達。其中，l部SPY-3多功能雷達即可替代AN/SPQ-9火控雷達、AN/SPN-41/46飛機進場控制雷達、AN/SPS-67對海搜索雷達等。艦載雷達數量的減少，給水面艦艇帶來了諸多好處，包括減少天線布設，提高隱身性能；降低電磁干擾發生的概率；系統反應時間更快；更能合理有效地利用艦艇上的電能和帶寬等。

可靠性大為提高，維護保養更加方便。雙波段雷達為有源相控陣雷達，不僅繼承了SPY-I相控陣雷達的高可靠性（因為沒有移動天線），而且在可靠性方面更進了一步。因為雙波段雷達採用主動式電子控制轉向陣列，具備故障弱化能力，因而可在最大程度上降低系統失效概率或單點失效概率。此外，雙波段雷達採用內置式冗餘設計，當雷達某個部件失效時，整個系統仍能正常工作。據說，雙波段雷達可在相當長的時間內全時間運轉，其作戰可用性大於95%。

雙波段雷達除了具備高可靠性外，還具有很強的可維修性。根據設計指標，該雷達在一個任務年內，預防性維護保養和校正的時間應小於100小時，平均修理時間小於30分鐘。這主要得益於雙波段雷達先進的設計：雙波段雷達具有很強的故障檢測／故障隔離系統，並能在檢查維護時向本艦系統通報雷達故障情況；雙波段雷達的天線陣列、子系統、計算機以及其它外部設備的部件替換，通常可通過更換電路板、固態發射，接收綜合多通道模塊和其他模塊化部件琮進行。而且該雷達所有的天線設備均從後部開設通道，因此，能方便地從艦艇內部進入雷達天線進行維護和維修。

無人化操控真正變為現實，反應時間更短。雙波段雷達不需要專門的操作人員，也沒有設置人為操縱的顯控台。整個雷達系統能夠自動感知複雜的人工環境和自然環境，並據此自動調整自身的處理方式。雷達的特殊戰術動作通過指令進行控制。這些指令的來源通常有兩個渠道：一是「全艦計算環境(TSCE)」中的戰術行動指揮官或感測器管理員，另一個是指揮和控制系統。唯一與人有關的行為就是維護保養和維修，這通常由專業技術人員通過本地區域網對雷達進行控制，並進行離線運行測試。

與有人操作雷達相比，雙波段雷達的無人化操控帶來了更多的戰術優勢，一方面系統的反應時間大大縮短，另一方面避免了人為操作過程中因雷達參數設置錯誤而造成的失誤。

成為首次全部採用商用計算機技術的海軍雷達。雙波段雷達是美海軍第一部全部採用商用計算機進行複雜信號和數據處理的雷達，其中IBM、Sun、HP等商用計算機公司的產品均提出了很好的解決方案。雙波段雷達所有的軟體都利用面向對象的技術，軟體編製過程中大量採用了C++和Java語言，這使得系統軟體能夠與「全艦計算環境」實現完全的互操作。

此外，雙波段雷達還採用最先進的商用技術，包括直接數字採樣、高速數字計算機和數字纖維光學介面等，這些技術均脫胎於商用通信、計算機、網路等技術，並根據美海軍對雷達系統性能的要求進行了改進，在採辦上具有風險低、費用少的特點。