超級被動相位陣列雷達Irbis-E「雪豹-E」

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/06 11:31:10
搭配Su-35BM與T-50原型機的Irbis-E是NIIP-Tikhmirov於2004年開始研發的最新一代被動相位陣列雷達。這款雷達對傳統戰績(RCS=3平方米)高達350~400km的探距成為一大亮點。

一、緣起
Irbis-E在2004年正式開始發展,目的是安裝於當時研發中的4++代戰機Su-35BM,以及第五代戰機T-50的原型機或初始量產機,甚至計畫用於Su-27SM2改良方案。
開發這種性能直逼主動相位陣列雷達(AESA)的被動相位陣列雷達(PESA)有兩個主要原因。首先俄國第五代戰機的主動相位陣列雷達系統是在五代戰機計畫確立以後才正式開始研發,按NIIP總經理Yuri Beli的說法即使資金全數到位,完整的第五代雷達系統也要到2015年才會問世,在這之前會採用漸改的方式邁入五代。因此在五代雷達問世之前當然要有過度版本的雷達。

必須注意的是,眾所周知的NIIR的Zhuk-AE早在1994年就開始研發,不過相較於這裡提到的NIIP的雷達,Zhuk-AE是NIIR在五代戰機不明確的情況下自己進行的計畫,因此考量比較沒有那麼先進,甚至要考慮與舊戰機的相容,例如飛行試驗中的Zhuk-AE實際上是把主動陣列天線安裝在 Zhuk-ME而成。而NIIP所提到的五代雷達系統全名為"多用途無線電複合體"(MIRES),是將全機的無線電系統,包括雷達、通信、電戰等在最開始就視為一個單一系統進行設計,因此他不是只有一個前視雷達。
其次,NIIP考慮到AESA的先進性之外還有一個"缺點",那就是太貴,會是PESA的好幾倍,因此認為仍有必要繼續改良PESA。這是一個非常務實的考量,而且這種考量也只會發生在俄羅斯等少數國家,因為目前有戰機用PESA的國家只有俄羅斯與法國,特別是俄羅斯早在MiG-31就採用了戰機等級的 PESA,擁有數十年經驗。對其他國家來說,從無到有開發"比較便宜"的PESA成本未必會比開發AESA便宜,因此當然直接進AESA,而對使用 PESA超過20年的俄羅斯來說這只是舉手之勞。

二‧設計特色
Irbis-E是以Bars為基礎的大改型,採用Bars的真空管放大器與改自Bars的相位陣列天線、以及改自Bars的機械輔助掃描裝置,但採用頻寬更大的信號產生器以及全新的超高速電腦。
Irbis-E的超大探距主要來自更大的功率與更強的電腦。其鋒值功率達20kW,是之前最先進俄製PESA的2倍以上,甚至略超過同尺寸的主動相位陣列雷達。以雷達功率換算,在假設採用之前舊款電腦的情況下,這樣的功率可使探距增強至250km左右。因此其實際上350~400km探距有相當程度由先進電腦貢獻。Irbis-E採用中央電腦進行運算,Su-35BM的中央電腦的Solo-35.01用於信號處理,Solo-35.02用於資料處理。 Solo-35.01擁有高達每秒800億次的浮點運算能力(32個500MHz信號處理器)與1個500MHz的資料處理器以及總共數GB之記憶體。新的電腦使Irbis-E能使用更複雜的信號分析,進一步提升探距。
Irbis-E的天線也是個亮點。其前身Bars的許多性能缺陷其實來自天線設計。起源於1980年代的Bars的天線在實際使用時發現在超過+-45度範圍時探測性能會下降,要解決該問題必須增加天線重量,在成本考量以及考慮到實際狀況中大角度的電子掃描未必有需要下。NIIP接納Bars天線的缺點而將電子掃描範圍限制在+-40度,搭配EPGS-6A機械掃描裝置將水平視野增到+-70度,與其他相位陣列雷達+-60~+-70度的電子掃描視野相比 Bars相當遜色。Irbis-E則使用更新的科技,達到+-60度的電子掃描視野,重量卻反而比Bars的天線更輕,這種更輕巧但性能更好的天線的技術在總設計師2005年的訪問中便有提及。Irbis-E更為輕巧的天線讓設計師想到更進一步的機械輔助設計:EPGS-27機掃裝置能進行+-60度擺動 (之前只能+-30度)而使水平視野擴張到+-120度,甚至又加上旋轉台,讓雷達在水平與垂直方向都有+-120度視野。
一位天線設技師受訪時還表示,Bars將敵我識別天線寄生在主天線上,其實對探距造成不良影響,Irbis-E將敵我識別天線移除,也有助於提升探距。
除此之外,Irbis-E的天線外型其實不太像Bars而更像Osa相列雷達的天線。Osa相列雷達的能量效率在20%左右,相較之下一班雷達能量效率在 10%,Zhuk-MSFE約15%,主動相位陣列雷達約25~30%。此外,按照官方網站的資料,MiG-31所用的Zaslon被動相位陣列雷達的大修週期高達1000小時,而像Zhuk-MSFE這樣先進的PESA也只有250小時的大修週期。MiG-31可能視有長時間開啟雷達的需要所以才特別做那麼大的大修週期,這不能證明所有NIIP雷達都有那麼高的大修週期,而是說如果有必要,NIIP其實已有技術讓PESA大修週期大大超過傳統雷達。因此可以說NIIP的PESA技術不只探距值逼AESA,連能量效率都介於一般PESA與AESA之間。

三‧技術要點
〈1〉發射機由Oliva”橄欖”信號產生機與兩台Chelnok”獨木舟”真空管放大器等構成,確保輸出功率峰值20kW及平均5kW;
〈2〉工作頻率範圍為前身〝Bars〞之2倍[15]。(Bars有12種工作頻率,換言之Irbis-E工作頻率應約有24種)
〈3〉噪音係數3.5dB的四通道接收機接收並預處理高頻信號;
〈4〉被動相列天線由”Bars”及”OSA”相列雷達所用者修改而來,口徑900mm(是近年推出供Su-27系列所用之同類雷達中最小的,如N-011M口徑1m,Zhuk-MSFE之Sokol天線口徑980mm),電子掃描視野左右上下各60度;
〈5〉掃描60度扇形區域需時0.4ms(換算建立波束時間約0.06~0.1ms)
〈6〉增設能+-60度掃描之EGSP-27機械掃描裝置使水平視野增至+-120度[同5],並在EGPS-27之後再加一旋轉基座(MAKS-2007展出之新設計),使雷達具有幾乎不受慣性制約的上下左右各+-120度視野(fig.17);
〈7〉以100平方度之視野(約10x10度之波束)對RCS=3平方米目標(如MiG-21)之迎面探距達350~400km(探測且測距,另外對於 5000m高以上以天空為背景的目標探距超過400km),10000m高空追擊探距(以天空為背景)>150km;若以300平方度視野掃描則迎面探距降為為200km(空中)或170km(低飛目標),追擊探距則降為80km(空中)或50km(貼地目標);對RCS=0.01平方米之低被偵測率目標如部份隱形飛機及空對空飛彈之探距達90km[同5][16] [27] (fig.18);
〈8〉對50km外密集編隊機群之解析能力為:間距50~100m,速度差5m/s,視角2.5度;
〈9〉對空作戰時,在追蹤暨掃瞄模式下,可追蹤30個目標,並以2枚半主動雷達導彈打擊其中2個目標,同時以8枚主動雷達導彈打擊8個空中目標(其中包括至多4個300km以上目標),即追30打8或10 (此前最先進的Zhuk-MSFE為追30打6,Bars為追20打8)。
〈10〉對面模式時,對RCS=50000平方米目標如航空母艦之探距400km,對鐵路、橋樑類目標(RCS=1000平方米)探距 150~200km,對快艇(RCS=200平方米)為100~120km,對戰術飛彈基地或坦克群(RCS=30平方米)探距60~70km,可同時追蹤4個目標,打擊其中2個[同5][同16]。
〈11〉合成孔徑模式解析度達1m,對空對地模式可併行,但空地模式並行時對地追蹤目標數由4個降為1個[17]。
〈12〉航展影片指出,僅僅4架Su-35BM以資料鏈互通資訊便能構成2500~3000km防線(相較之下,4架MiG-31僅能夠成800km的防線)
〈13〉能識別目標機型,並以不同形狀及顏色之符號及數據標註之,影片內的模擬測試片段中,出現以紅色標出隱形目標(F-22)的畫面(fig.20)。


四、分析
關於Irbis-E的使用方式分析與評價,可參考筆者以下兩篇文章。
1."Su-35BM戰機繼俄羅斯第五代戰機技術初探(下)",空軍學術雙月刊,2009年2月
在本文得航電系統分析部份提到Irbis-E的實戰價值預測,當時尚未公佈雷達旋轉台,因此分析中並未考慮飛彈預警,僅考慮超長探距與大範圍是也搭配超長程飛彈對傳統戰機的衝擊與在建立預警體系上的用處。

2."Irbis-E雷達的機械輔助掃描分析",空軍學術雙月刊,2009年6月
本文進一步考慮了Irbis-E的旋轉台設計,進行旋轉台設計在資料更新能力上的數量及分析,發現其實可以作為飛彈預警系統。


最後必須要強調的是,俄國繼續開發"超級PESA"其實是個務實的作法。對於已經有PESA豐富經驗的NIIP來說,改良PESA只不過是舉手之勞,研發成本遠低於AESA。而PESA的造價又是AESA的幾分之ㄧ。有了這樣的超級PESA,甚至未來可以與AESA搭配,未必要整個機隊都用昂貴的AESA 雷達。此外NIIP擁有PESA在能量效率與大修週期都超越非AESA雷達的技術,這讓他們的PESA更具實用性。 http://blog.yam.com/SlavaRossii/article/26134903搭配Su-35BM與T-50原型機的Irbis-E是NIIP-Tikhmirov於2004年開始研發的最新一代被動相位陣列雷達。這款雷達對傳統戰績(RCS=3平方米)高達350~400km的探距成為一大亮點。

一、緣起
Irbis-E在2004年正式開始發展,目的是安裝於當時研發中的4++代戰機Su-35BM,以及第五代戰機T-50的原型機或初始量產機,甚至計畫用於Su-27SM2改良方案。
開發這種性能直逼主動相位陣列雷達(AESA)的被動相位陣列雷達(PESA)有兩個主要原因。首先俄國第五代戰機的主動相位陣列雷達系統是在五代戰機計畫確立以後才正式開始研發,按NIIP總經理Yuri Beli的說法即使資金全數到位,完整的第五代雷達系統也要到2015年才會問世,在這之前會採用漸改的方式邁入五代。因此在五代雷達問世之前當然要有過度版本的雷達。

必須注意的是,眾所周知的NIIR的Zhuk-AE早在1994年就開始研發,不過相較於這裡提到的NIIP的雷達,Zhuk-AE是NIIR在五代戰機不明確的情況下自己進行的計畫,因此考量比較沒有那麼先進,甚至要考慮與舊戰機的相容,例如飛行試驗中的Zhuk-AE實際上是把主動陣列天線安裝在 Zhuk-ME而成。而NIIP所提到的五代雷達系統全名為"多用途無線電複合體"(MIRES),是將全機的無線電系統,包括雷達、通信、電戰等在最開始就視為一個單一系統進行設計,因此他不是只有一個前視雷達。
其次,NIIP考慮到AESA的先進性之外還有一個"缺點",那就是太貴,會是PESA的好幾倍,因此認為仍有必要繼續改良PESA。這是一個非常務實的考量,而且這種考量也只會發生在俄羅斯等少數國家,因為目前有戰機用PESA的國家只有俄羅斯與法國,特別是俄羅斯早在MiG-31就採用了戰機等級的 PESA,擁有數十年經驗。對其他國家來說,從無到有開發"比較便宜"的PESA成本未必會比開發AESA便宜,因此當然直接進AESA,而對使用 PESA超過20年的俄羅斯來說這只是舉手之勞。

二‧設計特色
Irbis-E是以Bars為基礎的大改型,採用Bars的真空管放大器與改自Bars的相位陣列天線、以及改自Bars的機械輔助掃描裝置,但採用頻寬更大的信號產生器以及全新的超高速電腦。
Irbis-E的超大探距主要來自更大的功率與更強的電腦。其鋒值功率達20kW,是之前最先進俄製PESA的2倍以上,甚至略超過同尺寸的主動相位陣列雷達。以雷達功率換算,在假設採用之前舊款電腦的情況下,這樣的功率可使探距增強至250km左右。因此其實際上350~400km探距有相當程度由先進電腦貢獻。Irbis-E採用中央電腦進行運算,Su-35BM的中央電腦的Solo-35.01用於信號處理,Solo-35.02用於資料處理。 Solo-35.01擁有高達每秒800億次的浮點運算能力(32個500MHz信號處理器)與1個500MHz的資料處理器以及總共數GB之記憶體。新的電腦使Irbis-E能使用更複雜的信號分析,進一步提升探距。
Irbis-E的天線也是個亮點。其前身Bars的許多性能缺陷其實來自天線設計。起源於1980年代的Bars的天線在實際使用時發現在超過+-45度範圍時探測性能會下降,要解決該問題必須增加天線重量,在成本考量以及考慮到實際狀況中大角度的電子掃描未必有需要下。NIIP接納Bars天線的缺點而將電子掃描範圍限制在+-40度,搭配EPGS-6A機械掃描裝置將水平視野增到+-70度,與其他相位陣列雷達+-60~+-70度的電子掃描視野相比 Bars相當遜色。Irbis-E則使用更新的科技,達到+-60度的電子掃描視野,重量卻反而比Bars的天線更輕,這種更輕巧但性能更好的天線的技術在總設計師2005年的訪問中便有提及。Irbis-E更為輕巧的天線讓設計師想到更進一步的機械輔助設計:EPGS-27機掃裝置能進行+-60度擺動 (之前只能+-30度)而使水平視野擴張到+-120度,甚至又加上旋轉台,讓雷達在水平與垂直方向都有+-120度視野。
一位天線設技師受訪時還表示,Bars將敵我識別天線寄生在主天線上,其實對探距造成不良影響,Irbis-E將敵我識別天線移除,也有助於提升探距。
除此之外,Irbis-E的天線外型其實不太像Bars而更像Osa相列雷達的天線。Osa相列雷達的能量效率在20%左右,相較之下一班雷達能量效率在 10%,Zhuk-MSFE約15%,主動相位陣列雷達約25~30%。此外,按照官方網站的資料,MiG-31所用的Zaslon被動相位陣列雷達的大修週期高達1000小時,而像Zhuk-MSFE這樣先進的PESA也只有250小時的大修週期。MiG-31可能視有長時間開啟雷達的需要所以才特別做那麼大的大修週期,這不能證明所有NIIP雷達都有那麼高的大修週期,而是說如果有必要,NIIP其實已有技術讓PESA大修週期大大超過傳統雷達。因此可以說NIIP的PESA技術不只探距值逼AESA,連能量效率都介於一般PESA與AESA之間。

三‧技術要點
〈1〉發射機由Oliva”橄欖”信號產生機與兩台Chelnok”獨木舟”真空管放大器等構成,確保輸出功率峰值20kW及平均5kW;
〈2〉工作頻率範圍為前身〝Bars〞之2倍[15]。(Bars有12種工作頻率,換言之Irbis-E工作頻率應約有24種)
〈3〉噪音係數3.5dB的四通道接收機接收並預處理高頻信號;
〈4〉被動相列天線由”Bars”及”OSA”相列雷達所用者修改而來,口徑900mm(是近年推出供Su-27系列所用之同類雷達中最小的,如N-011M口徑1m,Zhuk-MSFE之Sokol天線口徑980mm),電子掃描視野左右上下各60度;
〈5〉掃描60度扇形區域需時0.4ms(換算建立波束時間約0.06~0.1ms)
〈6〉增設能+-60度掃描之EGSP-27機械掃描裝置使水平視野增至+-120度[同5],並在EGPS-27之後再加一旋轉基座(MAKS-2007展出之新設計),使雷達具有幾乎不受慣性制約的上下左右各+-120度視野(fig.17);
〈7〉以100平方度之視野(約10x10度之波束)對RCS=3平方米目標(如MiG-21)之迎面探距達350~400km(探測且測距,另外對於 5000m高以上以天空為背景的目標探距超過400km),10000m高空追擊探距(以天空為背景)>150km;若以300平方度視野掃描則迎面探距降為為200km(空中)或170km(低飛目標),追擊探距則降為80km(空中)或50km(貼地目標);對RCS=0.01平方米之低被偵測率目標如部份隱形飛機及空對空飛彈之探距達90km[同5][16] [27] (fig.18);
〈8〉對50km外密集編隊機群之解析能力為:間距50~100m,速度差5m/s,視角2.5度;
〈9〉對空作戰時,在追蹤暨掃瞄模式下,可追蹤30個目標,並以2枚半主動雷達導彈打擊其中2個目標,同時以8枚主動雷達導彈打擊8個空中目標(其中包括至多4個300km以上目標),即追30打8或10 (此前最先進的Zhuk-MSFE為追30打6,Bars為追20打8)。
〈10〉對面模式時,對RCS=50000平方米目標如航空母艦之探距400km,對鐵路、橋樑類目標(RCS=1000平方米)探距 150~200km,對快艇(RCS=200平方米)為100~120km,對戰術飛彈基地或坦克群(RCS=30平方米)探距60~70km,可同時追蹤4個目標,打擊其中2個[同5][同16]。
〈11〉合成孔徑模式解析度達1m,對空對地模式可併行,但空地模式並行時對地追蹤目標數由4個降為1個[17]。
〈12〉航展影片指出,僅僅4架Su-35BM以資料鏈互通資訊便能構成2500~3000km防線(相較之下,4架MiG-31僅能夠成800km的防線)
〈13〉能識別目標機型,並以不同形狀及顏色之符號及數據標註之,影片內的模擬測試片段中,出現以紅色標出隱形目標(F-22)的畫面(fig.20)。


四、分析
關於Irbis-E的使用方式分析與評價,可參考筆者以下兩篇文章。
1."Su-35BM戰機繼俄羅斯第五代戰機技術初探(下)",空軍學術雙月刊,2009年2月
在本文得航電系統分析部份提到Irbis-E的實戰價值預測,當時尚未公佈雷達旋轉台,因此分析中並未考慮飛彈預警,僅考慮超長探距與大範圍是也搭配超長程飛彈對傳統戰機的衝擊與在建立預警體系上的用處。

2."Irbis-E雷達的機械輔助掃描分析",空軍學術雙月刊,2009年6月
本文進一步考慮了Irbis-E的旋轉台設計,進行旋轉台設計在資料更新能力上的數量及分析,發現其實可以作為飛彈預警系統。


最後必須要強調的是,俄國繼續開發"超級PESA"其實是個務實的作法。對於已經有PESA豐富經驗的NIIP來說,改良PESA只不過是舉手之勞,研發成本遠低於AESA。而PESA的造價又是AESA的幾分之ㄧ。有了這樣的超級PESA,甚至未來可以與AESA搭配,未必要整個機隊都用昂貴的AESA 雷達。此外NIIP擁有PESA在能量效率與大修週期都超越非AESA雷達的技術,這讓他們的PESA更具實用性。 http://blog.yam.com/SlavaRossii/article/26134903
{:3_82:}LZ图挂鸟,请速补图
根据毛子的资料,雪豹可以在3.17KM外发现F-22
看着性能还不错
无图无真相
回复 2# 麻雀布鲁托


    文章中就是這個圖
七楼这家伙干什么的,净贴些没用的东西