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AN/APG-70/70(V) 机载平板缝阵脉冲多普勒(PD:Pulse Doppler)多功能火控雷达
AN/APG-70 是AN/APG-63 的改进型,本是为F-15E 所研制,但后来也用于装备 F-15C/D 型的后期型号。
AN/APG-70 的体制为脉冲多普勒、单脉冲、脉冲压缩、波束锐化
AN/APG-70 所支配的武器为:AIM-7F/M,AIM-9L,AIM-120,20毫米 M61 转管炮
本文最后附有 AN/APQ-180/180(V) 型雷达,它是 AN/APG-70/70(V)型雷达的改型,配备于 AC-130U上。
工作方式: | (1)空对空模式:自动截获,超搜索,瞄准线,垂直截获(自动/手控锁定),机炮自动射击,边跟踪边搜索,边测距边搜索(HPRF(High Pulse Repetition Frequency:高脉冲重复频率)/MPRF(Medium Pulse Repetition Frequency:中脉冲重复频率),速度搜索(HPRF(High Pulse Repetition Frequency:高脉冲重复频率)),单目标跟踪,威胁估计,敌情判断,交替有源/无源,空中格斗 (2)空对地模式:空对地测距,武器投放,实波束地图测绘,多普勒波束锐化,地图测绘,精确速度更新,地面固定目标和移动目标跟踪,信标,画面"冻结",海面搜索 |
作用距离: | (1)空对空:185公里 (2)自动截获:9公里至37公里 (3)地图测绘:93公里 |
扫描范围: | 120°X 120° |
波束锐化: | ±5°至±60° |
重复频率: | 多个 |
分辨力: | 敌情判断时对64公里处的目标方位分辨力为18米,16公里处的方位分辨力为2.5米;地图测绘时在21.4公里处为2.6米 |
天线形式: | 圆形平板缝阵 |
天线直径: | 0.84米 |
驱动方式: | 液压扫描(采用3轴稳定) |
扫描速率: | 140°/秒 |
发射管: | 栅控行波管(高平均功率) |
射频带宽: | 比APG-63增加了73% |
接收通道: | 低噪声参放,双通道,有2个相参射频通道 |
处理机: | (1)运算速率:3000万次/秒到4000万次/秒(是APG-63的5倍) (2)数据存储:1024KB(是APG-63的10倍) 空对空220KB 空对地110KB BIT(Built-In Test:机内测试)200KB 暂存64KB 剩余留给将来扩容用 (3)数据处理速度:140万次/秒 |
显示器: | 平视显示器 |
LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元): | 8个(接收机/激励器、模拟信号变换器、发射机、可编程处理机、雷达数据处理机、电源、座舱显示器和控制盒) |
MTBF(Mean Time Between Failures:平均无故障时间): | 80小时(比APG-63提高了33%) |
BIT(Built-In Test:机内测试): | 故障检测、故障隔离 |
体积: | 0.25立方米 |
重量: | 251公斤 |
输入功率: | 10.5kVA |
研制、试验、销售、装备情况
作为F-111的补充,1984年3月美国空军选择McDonnell Douglas(麦克唐纳-道格拉斯)的新型两用战机F-15E,执行空对空与空对地两种任务。按照美国空军多阶段改进计划(MSIP:MultiStage Improvement Plan)在APG-63的基础上研制改型雷达装备F-15E,雷达命名为APG-70。
MSIP(Multi Stage Improvement Plan:根据多阶段改进计划)计划,约有39架F-15C/D装备只包括空对空功能的APG-70雷达;预计有392架F-15E装备具有高分辨力地图测绘和空对地武器投放能力的APG-70雷达,它必须包括SAR(Synthetic ApertureRadar:合成孔径雷达)的软、硬件。第一架装有只包括空对空功能的APG-70雷达的F-15C/D已于1987年6月将交付Eglin(埃格琳)空军基地。从1987年11月开始对高分辨地图测绘和空对地武器投放进行空中试验,试验持续到1988年。F-15E战斗机是第一次海湾战争(1991年)中的主力战机,为轰炸伊拉克首都巴格达的军事目标和伊拉克共和国卫队起到了重要作用。
AN/APQ-180/180(V)
AN/APQ-180/180(V)是AN/APG-70/70(V)的变型,是专为装备美国特种部队的AC-130U战斗运输机研制的,该机是一种空地平台,配装的武器有105毫米榴弹炮、25毫米和40毫米机炮。
AN/APQ-180/180(V)在AN/APG-70/70(V)基础上增加的工作方式有固定目标跟踪,地面移动目标指示与跟踪、弹着点位置、信标跟踪和气象工作方式(即在能见度很差的情况下也能火控)。对AN/APG-70/70(V)作了改进,并增加了新的数字扫描变换器。
AN/APG-70是AN/APG-63的改进型,是原美国休斯航空(Hughes Aircraft)专为美国空军F-15E双座型战斗/轰炸机研制的多功能火控雷达,后期生产的F-15C/D型战斗机也装备有AN/APG-70雷达,该雷达采用高、中、低PRF(Pulse RepetitionFrequency:脉冲重复频率)波形设计。
APG-70雷达是第一部采用"高PRF(Pulse RepetitionFrequency:脉冲重复频率)距离选通"技术的脉冲多普勒(PD:Pulse Doppler)雷达。APG-70的高PRF(Pulse RepetitionFrequency:脉冲重复频率)为200kHz,用了20000个多普勒滤波器,每个距离门500个。该技术用于远距搜索,只用高PRF(PulseRepetition Frequency:脉冲重复频率)一种波形,无需交替中、高2种波形就可提供比中PRF(Pulse Repetition Frequency:脉冲重复频率)波形好得多的前半球和后半球2种环境中的探测能力。距离选通高PRF(Pulse Repetition Frequency:脉冲重复频率)远距搜索是一种新的工作方式,可使驾驶员探测远距目标并对其分类,然后转入边扫描边跟踪工作方式,并集中搜索目标密集成串的区域。新工作方式使目标分类识别能力提高5倍。不需要跳变就能区分出相互距离小于90米的目标。
研制中特别强调空对地能力的增强,雷达增加了SAR(Synthetic Aperture Radar:合成孔径雷达)高分辨力地图测绘功能。多普勒波束锐化可在五度到六十度扇形内的任何角度上对37公里至90公里远的目标区进行实时高分辨力测绘。对密集目标的分辨能力(方位)比原来提高12倍,具备了敌情判断能力。敌情判断时对64公里处的目标方位分辨力达18米,16公里处的方位分辨力可达2.5米。
雷达系统具有探测和测量目标发动机叶片回波的能力。系统内增加了自动电子抗干扰设备,雷达可以检测ECM(ElectronicCountermeasures:电子干扰)对进入信号的影响,对诸如噪声、距离门拖引和速度拖引等一般干扰都可以识别,并能响应或更新必要的抗干扰措施。
雷达研制过程中采用了一种新型软件编制工具,数字软件综合台(DSIS:Digital Software Integrated Station),程序编制人员能在硬件完成前检查PSP的软件包,包括电磁干扰试验和硬件装配。1987年5月随第一部生产型APG-70推出了只包括空空功能的"作战软件包";第二个软件包在1988年11月推出,用于F-15E的全部空对空与空对地能力。
APG-70的机内测试(BIT:Built-In Test)能力大大超过APG-63。APG-63的MTBF(Mean Time Between Failures:平均无故障时间)为六十小时,而APG-70的MTBF(Mean Time BetweenFailures:平均无故障时间)增加到八十小时。雷达自测试能力得到改善,测试目标数目由两个增加到十个。
APG-70除保留了APG-63的电源和平板缝阵天线外,其余LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元)均为新设计或重大改进而成。新设计的LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元)有:雷达数据处理机、可编程信号处理机、接收机/激励器和A/D(Analog-to-Digital:模拟/数字)信号变换器。经过重大必改进的有雷达发射机和雷达控制器。这些组件的改进均依赖于门阵列电路新技术。该基本逻辑器件用于分析雷达原始回波信号。在3.175厘米X3.175厘米的单个芯片上可装8000门。这种阵列工作十分可靠。APG-70的射频带宽比APG-63增加了73%,雷达数据处理机的存储量是1024KB,是APG-63的十倍,处理速度也快四到五倍,可靠性增加了33%。由于该机采用了许多新型电子设备、控制装置和显示设备,因而飞机能昼夜低空突防,实施远程探测。
雷达所起的作用和眼睛相似,当然,它不再是大自然的杰作,同时,它的信息载体是无线电波。 事实上,不论是可见光或是无线电波,在本质上是同一种东西,都是电磁波,传播的速度都是光速C,差别在于它们各自占据的波...
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对飞行器进行跟踪和精密测量的无线电设备。它为航天器定轨和目标特性测量提供测量信息。常用的脉冲测量雷达有圆锥扫描雷达和单脉冲雷达。
脉冲测量雷达通过测量脉冲电磁波往返时间延迟得到目标的距离信息,根据接收脉冲载波中的多普勒频率测量目标的径向速度,利用等信号法获得目标的方位角和俯仰角数据。圆锥扫描雷达的跟踪原理是:天线波束偏离雷达瞄准轴(等信号轴)一个小的角度,并绕瞄准轴快速旋转,在波束最大增益方向扫成一个圆锥体,使目标回波幅度呈正弦调制。对信号解调和鉴相可得到瞄准轴与目标之间的角误差信号,用以控制天线向减小目标偏角的方向转动,实现角度跟踪。单脉冲雷达则用4个相对于等信号轴对称配置的接收□叭同时接收回波,上、下对与左、右对□叭所接收到的信号进行比较,得到误差信号,用以控制天线转动,当转动到两对□叭接收到的信号相等时就完成了角度跟踪。在雷达跟踪的同时,可从天线座的角编码器读出方位角和俯仰角数据。单脉冲比圆锥扫描方式测角精度高、数据率高、抗干扰能力强。对目标回波信号波形的测量、分析和处理可以得到有关目标反射截面、翻滚速度、极化特性等信息。
脉冲测量雷达有三种工作方式:①反射式:雷达接收目标的反射信号。这种工作方式常用于近距离目标的跟踪,获得火箭动力段信息和再入目标的特性数据。②应答式:雷达接收飞行器上应答机转发的信号。这种方式转发信号强,雷达作用距离远,抗干扰能力强,用于远距离目标的测量。应答式工作又可分为相参应答式和非相参应答式两种。采用相参应答式工作时,应答机的收、发频率之间保持严格的倍数关系。③信标式:雷达只接收飞行器上信标机发射的信号,不能测距,只用于捕获目标。
为了扩大航区测量范围,常沿航区纵列配置多台雷达,实现对目标的接力跟踪测量,称为雷达链,即当前一站雷达在不能继续跟踪或“看不见”目标之前,后一站雷达已将其捕获。各台雷达同步工作,给出实时截获数据。
1972年 西屋(WestingHouse)公司以"设计-成本"概念为指导思想开始研制组件化雷达族系,命名为 WX(见表7)。设计目标是低成本、简单可靠与易于维护。主要途径是:1.尽量减少部件,减少复杂性;2.尽可能采用数字技术;3.各种功能的实现尽可能依赖于软件而不是硬件。 WX 雷达族系证明,采用数字技术在给出同样的或更好的雷达性能时,批量生产成本大约减少2/3;可靠性大约为原来的10倍("WX-"后面的数字表示1000部平均的指生产价格)。WX雷达族中,WX-200是具有中等能力的雷达,作为该雷达族系的基本型。WX-200 是一部准备装在全天候战斗机和攻击机上执行空对空和空对地作战任务并具有高峰值功率的脉冲多普勒雷达。
WX雷达族还推广了多路总线,以数字形式连接模块化的各个LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元)。由于不用调整,所有LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元)均易于更换。该族系除表中所列之外还有 WX-150和WX-175。发射平均功率为100W至1kW,空对空探测距离为25公里至160公里,天线直径为0.36米至0.92米不等。设计规定WX雷达标准MTBF(Mean Time Between Failures:平均无故障时间)为150小时,MTTR(Mean Time To Restoration:平均恢复前时间)为1.2小时。
WX-200 未投产和服役,WX-50 由美国海军在 AT-4J、DV-10和一架直升机 UH-1N上作过空中试验。
表7 WX雷达族系
名称 | 组成 | 性能 | 功能 |
WX-200 | 天线与伺服、微波接收机、发射机、稳定本振、计算机、信息处理机、电源、7个LRU(Line Replaceable Unit:在线可更换单元) | 中PRF(Pulse Repetition Frequency:脉冲重复频率)脉冲多普勒、单脉冲、跳频 | 空对空搜索、跟踪、空对地测距、地图测绘 |
WX-300 | WX-200+附加数据处理机 | 重量190公斤,500部平均价格30万美元 | 下视,探测地面动目标,合成孔径高分辨力地图测绘,全天候攻击/侦察 |
WX-400 | WX-200 的平均输出功率增加到5kW | 重量240公斤 | 边扫边跟多目标,良好的前线远距截击能力,无空对地能力 |
WX-160 | WX-200的变型,发射机功率较低,天线尺寸较小 | 下视 32公里(2平方米目标,Pd=85%),脉间跳频,平均功率200W,重量102公斤,体积0.12立方米 | 与WX-200 类似,发展为 APG-66 |
WX-100 | 非相参脉冲型,重59公斤,数字化 | 同 AN/APG-120 | |
WX-60 | 轻型,低成本,非相参,有动目标指示器,重60公斤 | 制空,攻击,武器投放 | |
WX-50 | 2部天线,2个处理机,主天线直径0.38米,地图测绘,照射用;另一个单脉冲天线测量相位,提供正负10度俯仰角上的地形轮廓,而不需垂直扫描 | Ka波段(35GHz)非相参,重64公斤 | 近空支援,空对地,地图测绘,空对地测距,地形回避,探测地面动目标,地形跟随,光电显示 |
体制 | 脉冲多普勒、单脉冲、脉冲压缩 |
工作频率 | X波段,带宽300MHz |
作用距离 | 上视:90公里; 下视:70公里 |
扫描范围 | 正负90度 |
重复频率 | 9030Hz |
脉冲宽度 | 0.85微秒 |
天线 | 变态卡塞格伦型(锅盖),电机驱动,口径0.71米 |
发射机 | 行波管,峰值功率100kW,平均功率700W |
接收机 | 噪声系数4dB,二次变频,第一中频1000MHz;参放噪声系数 3.5dB;参放增益 17dB(300MHz带宽) |
抗干扰 | 跳频 |
元件总数 | 4105个 |
体积 | 0.17立方米 |
重量 | 159公斤 |
根据波形来区分,雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期(脉冲重复频率)、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率,也称为雷达的工作频率。
雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述,波束越窄,天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中,雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内,在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中,我们常常形象地把主波束称为主瓣,其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间,需要通过天线的机械转动或电子控制,使雷达波束在探测区域内扫描。
概括起来,雷达的技术参数主要包括工作频率(波长)、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的,因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如,为提高远距离发现目标能力,预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率,而机载雷达则为减小体积、重量等目的,使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明,如果知道了雷达的技术参数,就可在一定程度上识别出雷达的种类。
雷达的用途广泛,种类繁多,分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类,如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。
除了按用途分,还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。