什么是相控陣雷達？

雷達非常耳熟，但它的原理又是什么呢？傳統雷達與相控陣雷達之區別要說相控陣雷達的原理，就不得不提一下傳統雷達的工作方式。影視中，如果非要出現雷達畫面的話，傳統雷達就是最好的道具，因為傳統雷達動感十足，快速旋轉的天線便于營造緊迫感。傳統機械式雷達通過不停轉動來掃描目標雷達探測目標距離的原理：雷達波從發射到從目標返回的總時間，乘上光速，等於目標距離的兩倍。傳統雷達依靠360度旋轉來掃描目標，而相控陣雷達與它的區別是，絕大多數相控陣雷達都是不動的，既然不動，那它又是如何掃描不同方向的呢？答案是，相控陣雷達不是「一個雷達」，本質上，它是很多個「傳統雷達」的共同體。相控陣雷達的天線很容易就能發現，相控陣雷達的天線由無數個小單元天線組成，這些小單元天線叫做「陣元」，對於有源相控陣雷達來說，每一個陣元都是獨立控制的，它們既能獨立發射雷達波，也能接收雷達波的回波信號。相控陣雷達不但不動，而且天線陣列也是平面的，那奇怪了，它到底是如何調整掃描方向的？顧名思義，「相控陣」就是控制每個陣元產生電磁波的相位與幅度，以此強化電磁波在指定方向上的強度，並壓抑其他方向的強度，從而實現讓電磁波束的方向發生改變。相控陣雷達掃描不同方向動畫示意圖這就是相控陣雷達的基本工作原理，人們常把傳統機械式掃描雷達比喻為「個體戶」，而把相控陣雷達說成是「合作社」。人們還把它說成是21世紀的雷達，是否裝配相控陣雷達也是第四代戰鬥機一個非常重要的標準。而很多第三代機，把老式雷達改裝成相控陣雷達後，戰鬥力迅速提高。F-16裝上相控陣雷達后，火雞變鳳凰下面，我們就來看看，相控陣雷達有哪些先進之處。沒有機械運動相控陣雷達因為省去了整個天線的機械驅動系統，所以它的可靠性非常高，平均無故障時間遠遠高于傳統雷達。另外，相控陣雷達的思想有點兒類似于互聯網，某些節點壞了不影響整體功能的使用，數百個或上千個陣元中，就算有百分之十的陣元損壞，相控陣雷達依然可以使用。分身有術相控陣雷達是否強大，跟“陣元”是否先進和陣元數量的多少有很大的關系。陣元的數量可以是幾百個，也可以是上萬個，像美國的“鋪路爪”陸基相控陣預警雷達，就有15360個能發射電磁波的陣元和2000個不發射電磁波的陣元。15360個陣元分成96組，與其他不發射電磁波的輻射器搭配起來，本質上相當于96部雷達的組合體。美國的“鋪路爪”長程預警雷達，主要用于監視彈道導彈，它可以探測導彈的彈道、發射點，計算出彈著點的位置。同時，它還可以用于監視和探測太空中的衛星。正是因為有非常多的陣元，所以，軍艦面對敵方導彈的飽和攻擊時，可以把所有陣元分成若干組，每一組分別跟蹤和對付一個目標。我們經常聽到某種戰機或者軍艦能同時對付多少個多少個目標，其實，這其中的大部分功勞主要是屬于戰機或者軍艦上的相控陣雷達。F-35戰機配備的AN / APG-81相控陣雷達，既可以跟蹤空中的目標，還能監視地面上坦克和車輛，以及海面上的船只。快速切換蜻蜓的復眼蜻蜓的眼睛又大又鼓，占據著頭部的絕大部分，它是世界上眼睛最多的昆蟲之一，由上萬只「小眼」組成，蜻蜓的視力很棒，還能向上、向下、向前、向後看而不必轉頭。相控陣雷達跟蜻蜓的復眼有相似之處，每一個陣元相當於蜻蜓的每一隻小眼。在很多人的眼裡，雷達就是會發射和接收電磁波的鐵傢伙，但是其實，人類的眼睛又何嘗不是這樣？人的眼睛依靠接收可見光這種電磁波從而看見東西，而雷達，本質上就是「人著眼」，它是戰機、軍艦和衛星的眼睛，沒有雷達，拳頭再硬也無用武之地。傳統雷達像人類的眼睛，估計還是獨眼龍那種，想看到左邊，就得把頭扭向左邊；而相控陣雷達，相當於蜻蜓的復眼，看左邊和右邊都不用扭頭。這樣的好處是，相控陣雷達探測和跟蹤目標的速度極快，如果要調整100度的方向，普通雷達因為要轉動，大約需要1秒，而相控陣雷達所需時間不到1毫秒。它是雷達界的全能冠軍在過去，軍艦上安裝有不同種類的雷達，體積龐大、重不說，另一個麻煩是干擾，常常是，一種雷達工作時，另一種雷達就會受到干擾，嚴重的甚至不能同時工作。由於相控陣雷達由電腦控制，所以它的方位指向和波段切換速度極快，能夠同時完成對空、對地、對海不同目標的探測，如此的話，它可以把原來需要多種不同種類雷達才能完成的任務一下子接過來，實現火控雷達、搜索雷達、預警雷達等合而為一。另外，相控陣雷達還可以進行戰機間通信，如果集中波速，可以對敵實施電磁干擾戰。相控陣雷達可以在1秒內關機，1秒內開機，好處是，當軍艦遇到依靠雷達信號進行引導的「反雷達導彈」時，可以迅速地把朝向來襲導彈方向的雷達關機，同時，其他方向的雷達保持開啓。智能蒙皮相控陣雷達由多個獨立的收發陣元組成，未來技術成熟后，這些陣元可以分散到機身各處，與機身徹底融為一體，這就是戰機的智能蒙皮，它能讓飛機的機身更緊湊，進一步減少風阻。預警機背著一個“大圓盤”，這是不得已而為之。未來智能蒙皮成熟后，大圓盤或許不再存在。以上，人們把相控陣雷達說成是21世紀的雷達，并把它作為第四代戰機最重要的評判標準之一，實在是一點不為過。