萨德波段ANTPY雷达参数探测距离计算搜索模式及其对抗思路.doc

“萨德”X波段AN/TPY-2雷达参数、探测距离计算、搜索模式及其对抗思路萨德(THAAD)，末段高空区域防御系统，是美军先进的导弹防御系统。末段高空区域防御系统由携带8枚拦截弹的发射装置、AN/TPY-2X波段雷达、火控通信系统(TFCC)及作战管理系统组成。它与陆基中段拦截系统配合，可以拦截洲际弹道导弹的末段，也可以与“爱国者”等低层防御中的“末段拦截系统”配合，拦截中短程导弹的飞行中段，在美国导弹防御系统中起到了承上启下的作用。X波段AN/TPY-2有源相控阵雷达AN/TPY-2高分辨率X波段固态有源相控阵多功能雷达是THAAD系统的火控雷达，是陆基移动弹道导弹预警雷达，可远程截获、精密跟踪和精确识别各类弹道导弹，主要负责弹道导弹目标的探测与跟踪、威胁分类和弹道导弹的落点估算，并实时引导拦截弹飞行及拦截后毁伤效果评估。AN/TPY-2雷达采用了先进的雷达信号处理技术以及薄化的相控阵天线技术，使其探测波束不但功率大而且非常窄，因此分辨率非常高，对弹头具有跟踪和识别能力，对装备诱饵突防装置的弹道导弹具有很大威胁。除了探测距离远、分辨率高之外，还具备公路机动能力，雷达还可用大型运输机空运，战术战略机动性好，其战时生存能力高于固定部署的雷达。雷达探测距离分析结合网上关于“萨德”的AN/TPY-2雷达的基本参数和具有一定合理性的假设来分析萨德在前置部署模式(Forward-Based Mode，FBM)和末端部署模式(Terminal Mode，TM)下由雷达方程计算出的最大探测距离。在使用公式之前，需要分析一些众所周知的参数的合理性，数据是否精确不重要，重要的是计算方法和涉及的理论知识。雷达波长(9.5GHz)TPY-2雷达工作在X波段，频段范围812GHz，众多报道都说是9.5GHz，那就用这个计算好了。天线增益G(48.77dB)天线孔径面积9.2m2，拥有72个子阵列，每个子阵列有44个发射/接收微波接口模块，每个模块有8个发射/接收组件，72x44x8=25344个阵元。假设天线孔径效率选0.65，那么天线的有效孔径约为6m2。根据天线有效孔径和波长计算出天线增益G约为48.77dB。峰值发射功率Pt(405kW)天线阵元数有25344个，每个阵元的平均功率是3.2W，峰值功率16W，阵元平均功率为81kW，峰值发射功率Pt=405kW。其中假设了脉冲重复周期为200Hz，占空比20%，那么脉宽为1000us；探测目标的RCS所探测目标的散射特性与目标本身有关，还与视角、极化、信号波长有关，是一个非常复杂的参数，计算中仅做出符合量级的假设。雷达探测距离雷达探测距离是在特定的雷达、目标、环境下计算出的雷达的最大作用距离。用能量表示的雷达方程适用于复杂脉压信号的情况，通过脉冲发射功率及脉宽就可以估算出作用距离。多脉冲积累可改善信噪比，也就是影响雷达方程中的检测因子。n个脉冲的相参积累对信噪比改善可达到n倍，非相参积累为根号n，因此不如相参积累。电扫天线常用步进扫描的方式，在指向某方向后发射预置的脉冲数，然后再指向新的方向。探测距离的数值计算§当目标RCS假设为0.01m2，检测因子假设为1，通过计算，探测距离约为670km；当RCS为0.1m2时，对目标的有效探测距离约为1200km，对目标的有效识别距离为800公里（检测因子用的5，也就是对信噪比要求更高）；当RCS为1m2时，检测因子为1，对目标的有效探测距离约为2000km。可以看出，脱离了目标RCS和检测因子的假设，雷达的探测距离就无从谈起，以上分析中出现了对众多不定参数的假设，可能有失精确，但这并不影响我们对雷达探测能力的理解。雷达视距的影响假设雷达高度为1000m(实际没有这么高，有报道说部署地海拔680m)，简单计算一下直线距离2000km外所能看到的目标的最低高度。根据上图参数，利用几何知识轻松求解得到能看到目标的最低高度约为272km。在书中我们经常看到雷达视距可以用如下图中的简化公式，代入参数计算结果约为206km。差距这么大，哪个更准确呢？三分之四地球模型地球的大气层会对雷达波弯曲和折射，而一个非常通用的处理方法就是“三分之四地球模型”，也就是用虚拟地球代替实际地球，使用虚拟地球模型时，假设雷达波是直线传播的。简化公式中的因子4.12的计算就已经使用：有效地球半径=4/3*实际地球半径，而我们利用几何知识精确计算的过程中并没有考虑大气折射，因此若用有效地球半径代入几何关系重新计算，结果为203km，这个结果与简化公式的计算结果相差并不多。也就是说“萨德”在高1000m时，如果想探测2000km距离的目标，需要的目标高度最低约为200km，低于这个高度，目标就不在雷达视距范围内了。拓展计算一下其他高度情况下雷达的视距范围。假设预警机飞行高度10km，那么“萨德”可以看到预警机最远的距离是500多千米；假设侦察机飞行高度30km，那么“萨德”可以看到侦察机最远的距离是800多千米。雷达搜索方式AN/TPY-2雷达系统具有三种搜索方式来保障三种搜索计划下的目标搜索、跟踪和识别任务。这三种方式分别为墙式搜索、广域搜索和远距离提示搜索，用于自主搜索计划、聚焦式搜索计划和精确引导搜索，对来袭的导弹进行探测，获取导弹的轨迹,远程截获、精密跟踪和识别各类导弹。美军其他相控阵雷达性能对比“铺路爪”雷达(AN/FPS-115)§天线：双面阵天线频段：420450MHz探测距离：4800km平均功率：145千瓦铺路爪相控阵雷达是美国的远程预警系统，主要用途是担负战略性防卫任务。雷达峰值功率582.4千瓦，对高弹道、雷达截面为10平方米的潜射弹道导弹的探测距离可达5550公里。全部设备都安装在32米高的多层建筑物内，两个圆形天线阵面彼此成60度，每个阵面后倾20度，直径约30米，由2000个阵元组成，扫描一次所需时间为6秒钟。 §“宙斯盾”雷达(AN/SPY-1) §天线：相控阵频段：3.13.5GHz(S波段)探测距离：400450km 平均功率：58千瓦 AN/SPY-1无源相控阵雷达是”宙斯盾”舰载作战系统的核心。有AN/SPY-1A、B、D、F、K等多种型号。首先借助AN/UYK-7控制单元由信号处理机产生合适的搜索射频波形或跟踪射频波形。信号在发射机通道中被放大并被选择阵面。通过天线位置程序器把波束指向指令转换为阵列移相器指令，从而产生发射机输出，这些输出通过天线阵面在特定的空间角度形成波束。 AN/SPY-1B采用新型移相器和波束成形技术，以降低天线旁瓣，从而降低了有源电子干扰的威胁。AN/SPY-1B还将采用分布式微处理器系统以实现快速信号处理，使得中央处理器的信号分析和融合中心的融合任务容易完成。§“爱国者”雷达(AN/MPQ-65)§天线：相控阵频段：5.255.925GHz(C波段)探测距离：170km 平均功率：20千瓦AN/MPQ-65相控阵雷达，平均功率比PAC-2使用的AN/MPQ-53雷达增大了一倍，增强了对小反射截面目标、低空飞行巡航导弹、超高速目标的探测、跟踪和识别能力。相控阵雷达的对抗思路对抗有源相控阵雷达可以有软硬两类手段，软的是有源干扰，硬的是反辐射攻击。对相控阵雷达的干扰思路有：针对这种固定位置部署的特点，可以在距离雷达部署地区较近的地方使用一些功率较大的雷达对着波束主瓣方向进行有源干扰；还可以采用飞艇或者气球载的干扰机在更近的距离上进行旁瓣支援干扰。鉴于AN/TPY-2相控阵雷达的体制优势，会使用自适应波束调零技术、超低副瓣技术、自适应干扰对消等，有源干扰的成本可能比较高。另外，还可以采用反辐射攻击的手段对付萨德的雷达，比如采用反辐射导弹或者反辐射无人机等！