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預警無人機：預警機發(fā)展的未來

2020-12-22 11:57 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載作者：安德列洛夫來源：軍鷹資訊

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1. 預警雷達的主要發(fā)展階段傳統(tǒng)雷達通常相當面積的天線，并將其安裝在固定或移動的平臺。遠程雷達預警無人機概念的出現(xiàn)主要是為了獲取更遠的雷達探測距離。E-2...

1. 預警雷達的主要發(fā)展階段

傳統(tǒng)雷達通常相當面積的天線，并將其安裝在固定或移動的平臺。遠程雷達預警無人機概念的出現(xiàn)主要是為了獲取更遠的雷達探測距離。E-2預警機是世界上首架較為成功的艦載遠程雷達預警機，距今已有60年多年的歷史。

1.1 “蘑菇盤”雷達罩

當時所有關于預警機的設計理念都是將外形酷似蘑菇盤狀的雷達天線罩固定在飛機機背上，借由飛行高度，自空中搜索各類空中、海上或者是陸上目標，提供較佳的預警與搜索效果，延長容許反應的時間與彈性。

雷達通過測量距離目標物的距離和方位角及仰角，確定目標物的坐標系。一般的地面雷達站發(fā)送和接受的偵察/搜索信號因為收到地球曲率的限制，探測距離都十分有限。而預警機由于有一定的飛行高度，所以在安裝了相應的探測設備后，其搜索和偵察的距離/半徑將大大增加。在此基礎上，就能更早的發(fā)現(xiàn)敵人的戰(zhàn)術動作，從而為己方策劃和采取應對措施贏得更多的時間。

雷達角度測量誤差通常比正常數(shù)值大得多。角度誤差的大小由雷達波束的寬度決定，通常約為0.1波束寬度。對于扁平天線，其寬度可由公式α=λ/ D（1）確定，其中：

α是波束寬度，以弧度表示；

λ是雷達波長；

D是沿相應坐標（水平或垂直）的天線長度。

在選定的波長下，為了使波束盡可能窄，必須根據(jù)飛機的綜合性能確定雷達天線的尺寸。但是，天線尺寸的增加必將導致“蘑菇”體積的增加，從而將更大氣流的影響。

1.2 “煎餅”狀雷達罩的缺點

E-2預警機最重要的技術有數(shù)據(jù)鏈傳輸技術、雷達探測技術、控制管理系統(tǒng)。其中的雷達探測技術是E-2 預警機上的主要預警手段，在E-2預警機的機背上馱著一個直徑7.3米的大盤子，這個大盤子就是E-2預警機的雷達天線罩，采用能夠透過電磁波的材料制成，具有良好的透波性。早期的E-2預警機采用的是AN/APS-96型雷達，為機械掃描雷達天線，采用單延遲線固定目標對消技術。后來，研發(fā)人員在改進E-2預警機時采用“波道”型電視天線技術，這種天線由縱向桿組成，在該縱向桿上安裝有多個振動管。天線部件僅位于水平面內(nèi)，從而雷達罩從“蘑菇盤”變成了水平“煎餅”狀，大大降低了高空氣流的影響。無線電波的輻射方向保持水平，并與吊桿方向一致，“煎餅”狀雷達罩的直徑也縮短為5 m。

E-2預警機

當然，這種天線也具有嚴重的缺點。當波長70cm時，方位角波束寬度為可以接受的7°，而當仰角為21°時，則無法測量目標物的高度。如果瞄準戰(zhàn)斗機或轟炸機時，由于機載雷達本身不能夠測量目標的高度，那么這些數(shù)據(jù)不足支撐執(zhí)行以發(fā)射導彈的指令。通過減小波長不可能使光束變窄，因為“波道”在短波下的效果更差。

1.3 預警機

探測距離和精度的提高要求美國開發(fā)新一代的遠程預警機。在此背景下，波音公司在707客機的基礎了著手新型遠程預警機的工作。波音公司在的“蘑菇盤”形雷達罩里安裝了7.5x1.5 m的扁平垂直天線，將波長減小到10 cm，波束寬度減小到1°-5°。這樣以來雷達探測精度和抗干擾性大大提高。而雷達的探測范圍由原來的250-300km增加到350 km。

總體上看E-2預警雷達都是UHF波段，易于數(shù)據(jù)處理的低脈沖重復頻率體制，比較適合小型低速的E-2平臺，但下視性能差是低重頻的弱點。從關鍵的處理技術看，先是APS120的動目標指示MTI，后來又發(fā)展為APS125的動目標檢測MTD，之后APS138、APS145引入了相位中心偏置天線DPCA，最后發(fā)展為ADS18的時空二維處理STAP。

1.4 有源相控陣天線技術

有源相控陣天線技術的應用極大的提高了雷達的探測距離和精度。有源相控陣雷達大部分是三坐標雷達，即方位(水平方向)機械掃描、仰角(垂直方向)電掃描的一維相位掃描雷達，以此獲取目標的距離、方向和高度信息。為了提高雷達性能，二維相位掃描的三坐標雷達采用了固態(tài)有源相控陣雷達天線。這類雷達在水平和垂直方向上均進行相位掃描，同時天線陣列還可進行機械轉(zhuǎn)動，這樣不但克服了平面相控陣雷達天線觀察空域有限(如限制在±60°范圍內(nèi))的缺點，而且大幅提高了雷達數(shù)據(jù)率，改善了對多目標的跟蹤性能。

2. 預警無人機概念

與載人預警機相比，預警無人機的經(jīng)濟性好、費效比低且生存能力強。預警無人機與載人預警機一樣，集預警、指揮、控制和通信功能于一身，可起到活動雷達站和空中指揮中心的作用。平時可用來進行空中值勤，監(jiān)視敵方行動，戰(zhàn)時可加大預警距離，擴大己方的攔截線并且可以通過它統(tǒng)一控制戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的所有防空武器，有效指揮三軍作戰(zhàn)。

2.1 “天哨”預警無人機

從世界范圍看，我國是目前世界唯一一個公開無人預警機的國家。根據(jù)2018年我國媒體的報道，我國自主研發(fā)的“天哨”傳感器無人機在陜西蒲城機場首飛成功，可以自主起降、巡航飛行、空地協(xié)同以及地面控制能力。“天哨”無人機是一款空中無人預警監(jiān)視平臺，也即是全球唯一的一款無人預警機。

“天哨”預警無人機

“天哨”無人預警機不僅采用了翼身融合技術，以增加機內(nèi)燃油，更可以獲得更好的氣動性能，雷達設施為有源相控陣雷達。預警能力強大，自主起降設備也非常先進。更為值得關注的是雷達設施，無人機和雷達設施一體化設計，為掃描預警能力的提升提供可能。

2.2 “天哨”預警無人機雷達裝置

相比一般的大型預警機的機頂“蘑菇盤”天線，“天哨”無人預警機采用了保形天線，能最大限度增加天線孔徑面積，提高探測性能?！疤焐凇碧枱o人機使用先進的共形天線是一類能與特定載體表面形狀相吻合的天線，其設計目的是為了使天線能夠方便地集成于載體表面，而不至于成為載體的拖累，在其被應用于軍事制導領域時，共形天線由于能夠與飛機、導彈以及衛(wèi)星等高速運行的載體平臺表面相結合，將共形天線安裝在飛機、導彈和衛(wèi)星的表面，其能夠有效避免受到不良信號的干擾并完成對目標的追蹤，且其安裝過程不會破壞載體的外形結構及空氣動力學等特性，目前其已成為軍事領域的一個研究熱點。

“天哨”預警無人機雷達

“天哨”無人預警機的設計使得飛行阻力小、航行時間長、載荷威力大等的特點。

3. 結語

預警無人機的概念最早是由美國空軍實驗室提出的，從上世紀90年代開始，美國進行了多項技術驗證，但并沒有推出最終的試驗型號機。

相比傳統(tǒng)的“蘑菇盤”式的預警機，預警無人機載荷一體化設計具有阻力小，航時長，載荷重量大等優(yōu)勢，代表著未來空中預警系統(tǒng)的發(fā)展方向。