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杂谈

2023-08-06 21:38 作者:P-77M  | 我要投稿


70年代到80年代第三代战斗机雷达竞标都有相控阵天线参与,无论是休斯公司的ESAIRA(F-15)单脉冲空间反射式馈电PESA,还是参与竞标YF-16,YF-17的Mercury2相控阵(扫描方式与最初苏27相控阵天线类似,垂直电扫,方位角机扫),亦或是苏27的N001相控阵方案都没有成功。

网传说法是“当时采用如果采用PESA方案其天线旁瓣并不会比采用平板裂缝天线好“,但上面说法并不是全对。正确的说应该是:PESA在角度扫描时除了主瓣增益会变小的同时,旁瓣也会变高,而采用平板裂缝天线则没有这缺陷。以F15的ESAIRA相控阵为例,旁瓣在法向是-26dB,但在±45时是-23dB。ESAIRA与APG-63(机扫)同样是直径91cm,天线增益却只有34dB,波束宽度2.5°。也比N001变态卡塞格伦天线发射增益低了2dB,同理NIIP的“熊猫”雷达天线也是只有-34dB。Заслон雷达天线最初有七套方案,其中五套是反射式,两套是透波式,但最终Заслон选择透波式天线。

当然上面的例子是指反射式PESA,并不是泛指其他类型PESA天线。反射式PESA优点是少了很多波导导管,可以实现重量轻,频率范围大。但缺点也很明显系统损耗高。固然平板裂缝天线方案赢得了竞标。除去以上原因还有其他一些因素,比如从70~80年代美方论文更多表明相控阵雷达一开始是给轰炸机装备。并不是某些群体所说的:”因为PESA旁瓣差,所以被打发到轰炸机上“。事实恰恰相反,70~80年代要求轰炸机以超低空突防轰炸目标,要求天线旁瓣足够低,以实现地形跟踪波形。

在苏方状况也一样,1974年RLPK-27立项开始采用格栅裂缝天线(PESA)采用垂直电子扫描,水平带有机械扫描方式。由NIIP直接负责研制,同时也要为米格31研制相控阵天线。总经理格里申(NIIP),天线研制者是第31室主任萨颇索维奇(Заслон天线之父)。RLPK-27天线研制并不容易,1980年装在T-10-4在阿赫杜宾斯克试验场进行飞行调试。当时国家航空系统研究院的人回忆:这套设备实际上是一个半成品,试验一开始就遇到了基准信号不准的问题,缝隙天线波束聚焦不好,一些基础设备也存在很多缺陷......

1981年将原来的无源相控阵(PESA)换成有源相控阵(AESA),遗憾的是试验台试验了很长时间,但还是未能完全满足火控系统工作状态技术任务书的要求。军方开始感到不安,主要作用距离和工作频率范围不达标,不能满足战术技术要求指标。他们发现天线系统和天线传动系统的结构设计存在缺陷,严重限制战斗机转弯时对目标的跟踪,在大角速度下也不能保证目标跟踪,而且还存在视线盲区。

1982年苏27机载雷达试验出现复杂情况引起领导机关关注,最后由苏共中央命令当时无线电部部长普列沙科夫成立委员会研究此问题。最后苏27机载雷达被迫使用和米格29相同的天线,并将机头进行适当调整。

T-10总设计师萨莫伊洛维奇回忆道:不知道为什么,雷达研制交给了NIIR。他们没有研制出缝隙天线。所以回头过来继续开会,决定研制卡塞格伦天线。安装缝隙天线机载雷达的飞机,已经变成改型苏-27M。开完会后,机载雷达总师格里申被解职,但两个月后,他又因为米格31截击机研制出Заслон雷达而获得社会主义劳动英雄称号。

但并非所有人都认为当时无法按期完成机载雷达的研制工作和调制工作,西蒙诺夫和科诺霍夫认为苏27安装缝隙格栅天线后获得的数据,可以证明其效果是良好的,这是事实依据。但时至今日,前总经理格里申(NIIP)依然认为,采取这样的决定是迫不得已,绝对不符合当时实际情况。他认为,临近1982年的时候,苏-27机载雷达设备的主要工作状态都已经调试完毕,主要技术方案也都在试验机上通过了实际检验,小毛标都已经解决了,系统调试的重要时刻还在后面。

委员会专家提出的建议等于否定了相当多有意义的技术方案探索和研究工作,而NIIP研究院已经在研制苏-27机载雷达过程中实现了这些技术方案。譬如国家航空系统研究院指出:这些建议直接否定了一系列有重要意义的技术方案,它们可能显著降低机载雷达的搜索跟踪性能,例如缝隙天线的抗干扰能力差,脉冲工作状态的信号相位调制效果不好等。

无线电工业部领导已经被计划节点吓怕了,不敢承担延期交付产品的责任,所以雷达研制方(NIIP)只能听命上级。

当时苏联部长会议委员会的备忘录内容如下:

受苏共中央委员会委托,于1982年6月1日通报如下:在苏-27飞机联合鉴定试验过程中,S-27火控系统性能没有达到1976年1月19日苏共中央和苏联部长会议委员会决议提出的要求,其中RLPK-27设备的作用距离只达到了XX,天线扫频宽度XX......经过专家委员会调查后证实,在规定期限内,现有的S-27新系统结构不可能达到战术技术任务书要求的指标,因此建议取消电子扫描缝隙天线,而采用双发射面的机械扫描天线......

可能看到这有点乱,总结一下:NIIP还需要一点时间调试,才能交付产品。但无线电部工业部长不能承担延期的责任,被迫改成使用倒卡天线。不然就能看到带有电扫苏-27。

至于某些人认为Заслон的旁瓣抑制“差”,这观点其实半对半错。对的方面是旁瓣“差”,但“差”在哪?其实他们并不知道差在哪。Заслон的和波束第一旁瓣低于-25dB,远区旁瓣低于-43dB。他们可能认为:“才-25dB,APG-63第一旁瓣都低于-26dB,这难道不叫差吗?”。但要知道并不是所有的平板裂缝天线都是低于-26dB,比如APG-66在天线方图E面的第一旁瓣是-26dB,而H面是-31dB。同理N001倒卡天线E面第一旁瓣也是低于-25dB,有-26dB水平。N011M第一最大旁瓣是-25dB,远区平均旁瓣是-48dB,而APG-67平板裂缝第一最大旁瓣只有-24dB。在国标《机载脉冲多普勒火控雷达通用规范》规定天线最大旁瓣一般不大于-25dB,远区平均旁瓣一般不大于-40dB。如果Заслон天线旁瓣差,苏军方是不会验收通过,命运也可能和电扫天线N001一样。所以回头再聊Заслон旁瓣抑制是合格的,而某些群体多少带点无脑黑。Заслон旁瓣差在于差波束的旁瓣,由于垂直面没有做差波束的优化,所以垂直面会被限制在±35°。超过±35°也是可以的,但是其差波束旁瓣会变得很难看。这也是70~80年代美苏两国在战斗机上很少采用相控阵体制的原因。顺带一提的是,NIIR的祖克系列雷达天线第一旁瓣是-22~-25dB,原因是尺寸不同,在口径分布上采用Taylor加权方式,以达到最大口径利用系数,但它远区旁瓣要保持在-40dB以下,在较宽的频带内达到良好的性能。更值得一提的是采用不同的加权方式,会有不同效果,比如在使旁瓣变低的同时波束会变宽。这是取舍问题。

同时90年代中国平板裂缝天线旁瓣性能没有达到设计要求,中方某所所长便寻求俄方NIIR合作。类似的问题也在雷达发射机上,14所,607所的雷达发射机(149X,149X,149X,147X,JL-1X)在体积,重量,功率比的数据并不好看,在急需大功率发射机时需要进口,于是便寻求与俄方合作设计(珍珠雷达),中国机载火控雷达的发展和进步并不只靠和平珍珠的APG-66西方技术,也有俄方技术(中方广泛与NIIR和NIIP所合作)。甚至连最初版的雪豹雷达(N035)技战术指标也与中方有着不可分开的关系(NIIP官方记载)。然而这些事实与某些雷达科普视频中对中机载雷达过于“乐观”和对俄雷达过于“悲观”的描述(私货)是相反的。苏联解体后的90年代也是俄机载雷达开花的一个时代。先后有祖克系列,N011M,Заслон-AM等等产品。

既然提到了N035,来叨几句。虽然在国内它的名声并不好,原因是带有”PESA“和”凝视“的原罪,更多是俄方”吹牛之作“。以至于在国内传其雷达抗干扰甚至不如1493平板裂缝天线,但本人认为抗干扰性是优于1493。前者是相控阵,可以形成多个零点防止多个干扰信号进入天线(相控阵基本功)...在国内官方唯一报道里,苏35是遇到”强电磁干扰“失去目标,但由于是多及协同作战,数据链将数据传入主攻机,使其重新获取目标信息进行打击。(不管是有源相控阵也是会受到电磁干扰,甚至是“老式”吊舱干扰,详情见察话会Au211109)这也证明了苏35数据链未受到强电磁干扰。至于探测距离上视相比歼16下视差不多相同这说法,在NIIP官网描述N035E是350~400KM,这也侧面证明了歼16凝视模式下也有400+KM的能力,因为现代雷达下视能力与上视差距不大,一般只差20~30KM左右(因为抑制杂波能力提高了)。

至于是否中方是否买到猴版雷达,本人认为有很大概率。如下,俄方NIIP在报道自用N035探测距离的时候通常会描述超过400KM探测距离,总经理甚至在俄官方期刊指出“雪豹雷达在测试期间探测距离远远超过400KM”。但出口型则没有,更多则是400KM亦或是350~400KM,250~300KM。且目前网上流传的探测距离数据都是出口型雪豹E的数据,并没有自用型具体数据。NIIP的N036探测距离甚至一度没有超过N035自用型,此前就有研究院有一份技术文件讲的是《如何让AESA探测距离逼近N035》。此外任何产品的出口型势必会比自用型有所缩水。比如美国出口沙特APG-70,相比自用型减少频道数量,SAR分辨能力降低,频宽只有自用的60%。出口日本APG-63V1没有对地模式。出口伊朗AWG-9频率捷变速度相比自用慢。东德的N019E更不用说了。

谈到N035天线性能,N035在旁瓣抑制方面做得十分优秀,NIIP前总经理接受采访时谈到:“APG-77时,他指出APG-77适合用在高空,但在低空时因为旁瓣性能,探测能力会有缩减。而N035低至500米还能保持良好得性能。”虽然单看这一段描述会觉得俄方总师又在“吹牛”,但本人有幸见过俄巨佬写的关于雪豹雷达天线论文,可以说旁瓣性能优秀,除了对和波束旁瓣优化,还对各方向差波束旁瓣也进行了优化,甚至比祖克AE(AESA)更好,虽然祖克AE第一旁瓣低于-35dB,但差波束却很大(相比N035)。同样这差波束的问题也出现在某所某机载有源相控阵论文里和波束旁瓣低,但差波束旁瓣高(这是天线加权的一种特性对于单脉冲雷达而言)。除此以外N035波导天线可以实现高带宽,极化纯度高,容易实现变极化,增益高等特点。天线性能优秀以至于在N036使用同样的辐射器。算是中美机载有源相控阵雷达使用维瓦尔第振子主流中的”异类“了。

同时论文里提到的算法可以实现异型波束成形,譬如用波束写一个"NIIP"(动态里有图)。波束在角度扫描时旁瓣性能没有大变化,主瓣在±60°也能维持良好性能。而祖克AE主瓣在±60°时,波束增益就有明显衰减。


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