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E-2D雷达的发展——从雷达监控技术实验雷达RSTER到E-2C RMP计划

发布时间:2018-01-26  原作者:TAOG   点击数:

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  虽然在Wallops Island时RSTER雷达已经多次成功展示在有人为干扰情况下探测和追踪具有低雷达可观测性的巡航导弹,但这些目标和探测场景都是在中高空,位于低空飞行的巡航导弹则由于地面雷达的视界问题,探测距离无法突破地平线。因此海军和高等研究计划署开始研究把RSTER雷达相关的技术用在预警机雷达上,如此可以大幅延升对低空飞行巡航导弹的预警距离。1993年后RSTER雷达开始参与了高等研究计划署(APAR)的“山顶计划(Mountaintop program)”,计划许多的成果实际运用到了后来E-2C雷达的换代计划。

  RSTER雷达在山顶计划中一个重要贡献是为后来耳熟能详的“空-时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)”技术蒐集了大量资料打下发展基础。前面提过海军想把RSTER雷达技术用在空中预警机雷达上,但是将雷达搬上空中的挑战是十分巨大的:首先,空中雷达下视时所遇到的环境杂波反射问题将更为严重;在者由于机体高速移动,致使杂波谱大大扩展,导致目标更容易淹没在杂波中;最后,在旁瓣区的干扰源也可分析利用地型的反射或散射使干扰能量也得以进入雷达主瓣造成干扰。上述这些问题促使ARPA开始在山顶计划里进行大量支持STAP技术的实验数据蒐集和发展。在1993年,RSTER雷达从Wallops Island被移去了白沙导弹试验场(WSMR)的North Oscura Peak(NOR),一个海拔约2400米高、距离底层沙漠1200米的悬崖边去模拟空中的预警机雷达。根据林肯实验室团队说法,此处雷达往下看时,反射回的环境杂讯非常严重,因此是个理想的测试地点。这时的RSTER天线转了90度(变为10米高、5米宽),称为RSTER-90,同时因为RSTER-90是架在地面不会移动,实验中还会部属一个“逆相位中心偏置阵列(inverse displaced-phase-center array)”,依次从其线型阵面上的辐射单源发射讯号,其制造的模拟反射杂波与移动的的机载雷达所接收的反射杂波具有相同的时、域特性,因而得以让在地面不移动的RSTER-90雷达能去模拟高速移动的机载雷达遇到的情况。在一次实验场景中,一架目标(F-5战机)在RSTER-90雷达154公里远处,由IDPCA阵列照射的反射杂波从同样距RSTER-90雷达154公里远的Diamond Peak返回并被接收,结果表明如果不使用STAP相关技术处理,目标讯号直接被杂波讯号淹没而无法提取检测。【3】

左为部署在NOR断崖边的RSTER-90。右为IDPCA阵面,共有72个单元
左为部署在NOR断崖边的RSTER-90。右为IDPCA阵面,共有72个单元

1993年在NOR的一些实验设备。Jammers被用于上文中没提到的另一次实验
1993年在NOR的一些实验设备。Jammers被用于上文中没提到的另一次实验

搭配IDPCA阵列实验。采用了STAP相关技术后,目标讯号可以不被杂波讯号淹没
搭配IDPCA阵列实验。采用了STAP相关技术后,目标讯号可以不被杂波讯号淹没

上文中未提的一次试验,未加入IDPCA阵列但有高功率干扰机干扰(JNR=60db)场景
上文中未提的一次试验,未加入IDPCA阵列但有高功率干扰机干扰(JNR=60db)场景

  整个1993年,RSTER雷达在NOR做了形形色色的实验,为发展STAP技术累积不少宝贵数据。1994年后RSTER雷达也在夏威夷考艾岛的Makaha Ridge和Kokee Park进行部署,同样选在地势高处来模拟空中雷达系统。与底下是沙漠的NOR相比,RSTER雷达在Makaha Ridge和Kokee Park的位置底下是太平洋和海军太平洋导弹靶场设施(Pacific Missile Range Facility,PMRF),整体环境更接近海军预想的场景,得到的实验数据更接近真实。在Kokee Park处的RSTER雷达于1996年1月参与了海军“海军巡航导弹防御先进概念技术展示(Navy Cruise Missile Defense Advanced Concept Technology Demonstration,Navy Cruise Missile Defense ACTD)”计划下的一个实弹拦截试验。在这个试验中,RSTER雷达部属在一个1160米高的山顶上充当空中预警雷达,同时旁边还部署了一个MK-74火控雷达系统。RSTER雷达和MK-74雷达系统都借由“连合接战能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)”系统与宙斯盾巡洋舰上的战斗系统相连和分享雷达数据,四架BQM-74E靶机分别从PMRF发射以不同交战脚本进行试验。一架以4570米高度飞行,其余三架则以接近一马赫速度在低空15米高度上飞行来模拟敌方袭来的巡航导弹。【4】低空飞行的靶机由于雷达视界问题没被舰上雷达系统发现,而是由山顶上的RSTER雷达首先发现并引导MK-74雷达一起进行追踪。其中一个交战场景,低空飞行的BQM-74E飞向RSTER雷达所在的Kokee site,最后由CG-70(USS Lake Erie)宙斯盾舰上发射的修改版SM-2 Block IIIA击落(下图的Scenario 2),整个过程USS Lake Erie号上的雷达系统未提供任何目标雷达资讯,所有雷达资讯包含前段的探测、追踪和最后山顶上MK-74进行终端照射都经由CEC系统馈给USS Lake Erie号(但是SM-2的中途上链更新依然由USS Lake Erie号完成)。上述的四个实弹拦截试验就是后来大名鼎鼎的山顶(Mountain Top)试验,CEC连合接战能力系统也从此声名大噪。

舰载雷达系同由于雷达视界问题,无法探测到还位处于远方地平线下模拟敌方低空飞行巡航导弹的靶机。所有目标资讯由山顶上的RSTER雷达和MK-74火控雷达系统经由CEC连合接战系统提供给宙斯盾巡洋舰
舰载雷达系同由于雷达视界问题,无法探测到还位处于远方地平线下模拟敌方低空飞行巡航导弹的靶机。所有目标资讯由山顶上的RSTER雷达和MK-74火控雷达系统经由CEC连合接战系统提供给宙斯盾巡洋舰

四个交战的脚本场景简图
四个交战的脚本场景简图

Scenario 2接战图,目标前期由RSTER雷达探测跟踪,并引导(cue)MK-74雷达系统。【5】
Scenario 2接战图,目标前期由RSTER雷达探测跟踪,并引导(cue)MK-74雷达系统。【5】

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