讨论一下T-50的L波段雷达（4月30日更新雷达设计细节和探 ...

从下图中可以看出，T-50在机翼前沿安装了L波段雷达用于探测隐身目标。对此很感兴趣，就搜了一点资料。主要参考了这篇文章。http://www.ausairpower.net/APA-2009-06.html。不对的地方，请各位大大指正。

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2011-4-30 14:59 上传

基本情况说明

从2009年开始，Tikhomirov NIIP的宣传资料中就透露出了内嵌在主翼前缘的L波段AESA，资料描述这种雷达是用于Su-27(30)和Su-35的升级。当然用于T-50也没有问题。
这种雷达的功能主要有：
1.搜索，跟踪隐身目标并对导弹进行中距制导
2.敌友识别/第二监视雷达
3.远距离的针对JTIDS/MIDS/LINK-16发射器的被动角度跟踪和地理定位
4.远距离的针对L波段AEW&C/AWACS和地表搜索雷达的被动角度跟踪和地理定位
5.远距离的针对敌方IFF和SSR应答机的被动角度跟踪和地理定位
6.针对JTIDS/MIDS/LINK-16发射器的高功率主动干扰
7.大范围的针对卫星导航接收器的高功率主动干扰
8.针对L波段AEW&C/AWACS和地表搜索雷达的高功率主动干扰
9.大范围的针对制导武器命令数据链的干扰
该雷达是对f-35和一些无人机的一个重要战略措施。L波段在俄国指频率在1Ghz到2Ghz之间的电磁波，是远程搜索雷达的主要频率。在此频段间的应用主要有JTIDS/MIDS/Link-16 ，军用IFF和民用SSR应答机，GPS，伽利略(注：与北斗同频)，Glonass卫星导航，很多制导武器的命令数据链。一些卫星的上行和下行通信也用到此波段。下一代的用于E-737楔尾预警机的MESA 主动阵列雷达,用于印度A-50I AEW&C/AWACS 预警机 的以色列Elta 费尔康EL/M-2075 AESA 雷达 ，用于G550AWE&C预警机的以色列EL/W-2086雷达，以及中国KJ-2000  AEW&C/AWACS 预警机的雷达都采用了L波段。俄国的59N6 Protivnik Ge系列和67N6Gamma DE AESA系列远程移动搜索雷达也采用L波段。
为什么L波段被这么频繁的使用呢？它在拥有较好的远程搜索性能的同时还拥有合适的天线尺寸，同时对天气、地形不敏感。此外，L波段雷达还可以用于IFF/SSR，因此节约天线和T/R单元并且降低了电磁干扰，重量，提升了功率，冷却性能。同时，L波段低于大多数隐身飞机/无人飞机的设计频率，因此对探测隐身有利。目前的测试表明，在低于F-35的设计频率X波段的情况下，其隐身特性急剧退化。
IFF/SSR的融合是L波段的一个重要性能提升。一般的雷达中嵌入L波段敌我识别天线是很影响性能的，但又是不得不做的事情。以NIIP的珍珠PESA雷达为例。它包含了X波段的搜索阵列和L波段的IFF?SSR发射器。在美国和俄国，传统的集成IFF/SSR的方法是在天线面上嵌入一行或两行L波段极化天线。这影响了搜索性能。x波段和Ku波段雷达提供了更高的精度和更小的天线尺寸。但L波段提供了反隐身能力和敌我识别的集成。因此将其分开是合理的。上面提到的9个主要功能用L波段雷达实现是很容易的，但用X/Ku波段就比较困难。
总之，NIIP的L波段AESA是一种重要的战略产品，可以大量的用于改造旧战机来探测隐身飞机。

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2011-4-30 14:52 上传

1.L波段阵列的角度覆盖

在2009年莫斯科航展上，这种雷达的基本设计和与机翼的集成方式已经充分的被说明。每个阵列包括12个天线单元。三个单元模组，每个驱动四个天线单元，每个阵列共12个。这个线性阵列被嵌入机翼前端空间，机翼的前端材料为电介质天线罩。
由于天线在高度上只有一个单元深度，他的海拔方向的角度覆盖是固定的，这个角度取决于天线单元主瓣的形状。AESA产生一个扇形波束在水平方向扫描。如下图。

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2011-5-1 02:00 上传

水平方位角如下图。

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2011-4-30 14:56 上传

AESA能否扫描所有的几何角度主要取决于主瓣形状和天线单元的瞄准方向。由于天线的照片隐藏了内部结构，我们只好做一些有根据的猜想。
一个它很可能采用的技术是在微带天线中加入一层电介质泡沫或空气层，形成一个三明治结构。这个技术在L波段的通信和卫星导航中被广泛的用到。它可以提供精确的特性控制和并降低制造成本。它可以精确的在xy两个方向上控制主瓣形状并抑制副瓣。
在这个设计中会有一些固有的权衡。高增益单元会加强在带宽和波束偏转方面的限制。后一个限制在本应用中是致命的，波束偏转角度决定了雷达的探测方位角范围。单元主瓣角度宽度必须大于最大的波束偏转角度，否则在AESA主瓣片转到单元增益急剧下降的角度时，整个阵列增益将显著降低。
在实际应用中，这个雷达必须能扫描飞机的正前方，因为它要提供IFF/SSR，搜索和干扰能力。对于Su-27来说，其机翼前缘角度大约42°。这可能会有两个设计策略。一个是使用非常低的单元增益，方位角主瓣增益只有3db，这样主瓣宽度就超过了需要达到机鼻所需要的波束偏转角度。这个角度大约55°~65°。这个设计方案提供了最好的角度覆盖，可以覆盖整个前半球。但是，它也提高了发射功率的需求，并且整个阵列的增益也被降低。另一个方案是牺牲整体的角度覆盖来增加整体阵列的增益，并且在给定TR单元功率水平的条件下，最大化功率孔径。如果AESA需要提供显著的探测性能，这是一个很好的方案。实现这个方案需要在整体波束偏转角度覆盖和单元增益之间做出权衡。
两个设计都可以在机鼻附近的一个窄角度内进行单平面单脉冲角度跟踪，这个角度时左右机翼天线覆盖范围的交叉部分。这在实际中是一个可接受的范围，因为单脉冲精确角度跟踪主要用于武器目标指示。这并不排除每个天线阵列自己进行单平面单脉冲角度跟踪，使用各自的子阵列同样可以做到，但这样会提供更高的增益和探测距离。
提供三维跟踪能力对于水平放置的天线阵列是很困难的。然而如果我们假设这个能力只是用于飞机前方的目标方位指示并提供火控精度，有两个方法可以做到。
便宜的方法是在需要进行目标高度测量时，让飞机进行翻滚。一个360°的翻滚可以测量目标方位的所有参数。但这个方法无法提供连续跟踪。

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2011-5-1 02:00 上传

一个昂贵的方法是增加一个与机翼垂直的天线阵列，这样就可以提供连续跟踪。这个天线可以放置在尾翼上。由此产生的单脉冲相位失真可以使用延迟线网络来消除。

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2011-4-30 14:56 上传

L波段AESA性能模型和发展前景

对于天线单元性能信息的缺乏让我们对雷达的探测范围估计变的困难。因此所有的性能分析都是基于合理的估计。

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对于NIIP来说，一个简单的策略是在现有的设计的修改。一个很可能的情况是N035 Iris E。它是为了X波段AESA设计的。因为这个雷达是存在的，因此将它改造为L波段AESA会降低工程成本。
长期来说，一个现实的设计可能会山寨美国DDG-1000的双波段雷达。这种雷达分离了L波段和X波段，使用各自的经过优化的功率供给和射频组件，但共享了中央数字信号处理和数据处理子系统。
NPP Pulsar是这种雷达的TR模组和晶体管的生产厂家。它提供了一些令人感兴趣的信息：
1.TR模组频率带宽从1Ghz到1.5Ghz
2.TR模组体积功率密度为2KW/公升
3.TR模组书面功率水平为200瓦每TR通道，一共2.4KW每阵列，4.8KW每架飞机。

后面介绍了NPP Pulsar正在研发500W级的新晶体管，可以大幅提升TR单元的性能。具体很多参数不是很懂，就不翻了。有兴趣的可以自己去看。
连续脉冲多普勒机制雷达的探测范围很大程度上取决于功率孔径，也取决于连续积分时间，PRF，任务周期。为了探测隐身目标，设计重点是最大化发射能量和最小化噪声等带宽。通过分析可知，在典型的同高度空对空高速接近过程中，由于雷达只扫描方位角，这提高了扫描精度并简化了探测模型。

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2011-5-1 02:00 上传

通过上图可知，在基本型，也就是高增益，12x1阵列的情况下，对1平方米目标的距离是50海里（93Km），如果换用更好的TR模组和增大阵列尺寸，探测距离可以达到70海里（130Km）。注意，这是指L波段下的目标反射面积，F-22和F-35在L波段下隐身性能会急剧降低，B-2还不清楚。
对雷达性能的建模结果显示它的雷达探测范围数据估计是可信的。但受限于信息的缺乏，可能会有误差。
Tikhomirov NIIP的L波段AESA性能可以在加大飞机尺寸允许更多单元的情况下进一步提升。进一步的改进措施如下：
1.增加现有TR单元的功率水平和冷却条件
2.进一步增加功率并采用液体冷却
3.提高天线单元设计来增加增益
4.扩展机翼上的阵列来增加更多的单元。
5.在垂尾上增加接受阵列来提供双平面单脉冲精确角度跟踪，达到火控精度需求。
例如，增加阵列到16个单元，可以提高80%的功率孔径。使用更高功率的TR单元可以提供更高的性能。改善机翼空间的限制，将阵列扩展到翼尖。采用液体冷却等。都可以提高雷达的性能。

从下图中可以看出，T-50在机翼前沿安装了L波段雷达用于探测隐身目标。对此很感兴趣，就搜了一点资料。主要参考了这篇文章。http://www.ausairpower.net/APA-2009-06.html。不对的地方，请各位大大指正。

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基本情况说明

从2009年开始，Tikhomirov NIIP的宣传资料中就透露出了内嵌在主翼前缘的L波段AESA，资料描述这种雷达是用于Su-27(30)和Su-35的升级。当然用于T-50也没有问题。
这种雷达的功能主要有：
1.搜索，跟踪隐身目标并对导弹进行中距制导
2.敌友识别/第二监视雷达
3.远距离的针对JTIDS/MIDS/LINK-16发射器的被动角度跟踪和地理定位
4.远距离的针对L波段AEW&C/AWACS和地表搜索雷达的被动角度跟踪和地理定位
5.远距离的针对敌方IFF和SSR应答机的被动角度跟踪和地理定位
6.针对JTIDS/MIDS/LINK-16发射器的高功率主动干扰
7.大范围的针对卫星导航接收器的高功率主动干扰
8.针对L波段AEW&C/AWACS和地表搜索雷达的高功率主动干扰
9.大范围的针对制导武器命令数据链的干扰
该雷达是对f-35和一些无人机的一个重要战略措施。L波段在俄国指频率在1Ghz到2Ghz之间的电磁波，是远程搜索雷达的主要频率。在此频段间的应用主要有JTIDS/MIDS/Link-16 ，军用IFF和民用SSR应答机，GPS，伽利略(注：与北斗同频)，Glonass卫星导航，很多制导武器的命令数据链。一些卫星的上行和下行通信也用到此波段。下一代的用于E-737楔尾预警机的MESA 主动阵列雷达,用于印度A-50I AEW&C/AWACS 预警机 的以色列Elta 费尔康EL/M-2075 AESA 雷达 ，用于G550AWE&C预警机的以色列EL/W-2086雷达，以及中国KJ-2000  AEW&C/AWACS 预警机的雷达都采用了L波段。俄国的59N6 Protivnik Ge系列和67N6Gamma DE AESA系列远程移动搜索雷达也采用L波段。
为什么L波段被这么频繁的使用呢？它在拥有较好的远程搜索性能的同时还拥有合适的天线尺寸，同时对天气、地形不敏感。此外，L波段雷达还可以用于IFF/SSR，因此节约天线和T/R单元并且降低了电磁干扰，重量，提升了功率，冷却性能。同时，L波段低于大多数隐身飞机/无人飞机的设计频率，因此对探测隐身有利。目前的测试表明，在低于F-35的设计频率X波段的情况下，其隐身特性急剧退化。
IFF/SSR的融合是L波段的一个重要性能提升。一般的雷达中嵌入L波段敌我识别天线是很影响性能的，但又是不得不做的事情。以NIIP的珍珠PESA雷达为例。它包含了X波段的搜索阵列和L波段的IFF?SSR发射器。在美国和俄国，传统的集成IFF/SSR的方法是在天线面上嵌入一行或两行L波段极化天线。这影响了搜索性能。x波段和Ku波段雷达提供了更高的精度和更小的天线尺寸。但L波段提供了反隐身能力和敌我识别的集成。因此将其分开是合理的。上面提到的9个主要功能用L波段雷达实现是很容易的，但用X/Ku波段就比较困难。
总之，NIIP的L波段AESA是一种重要的战略产品，可以大量的用于改造旧战机来探测隐身飞机。

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1.L波段阵列的角度覆盖

在2009年莫斯科航展上，这种雷达的基本设计和与机翼的集成方式已经充分的被说明。每个阵列包括12个天线单元。三个单元模组，每个驱动四个天线单元，每个阵列共12个。这个线性阵列被嵌入机翼前端空间，机翼的前端材料为电介质天线罩。
由于天线在高度上只有一个单元深度，他的海拔方向的角度覆盖是固定的，这个角度取决于天线单元主瓣的形状。AESA产生一个扇形波束在水平方向扫描。如下图。

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水平方位角如下图。

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AESA能否扫描所有的几何角度主要取决于主瓣形状和天线单元的瞄准方向。由于天线的照片隐藏了内部结构，我们只好做一些有根据的猜想。
一个它很可能采用的技术是在微带天线中加入一层电介质泡沫或空气层，形成一个三明治结构。这个技术在L波段的通信和卫星导航中被广泛的用到。它可以提供精确的特性控制和并降低制造成本。它可以精确的在xy两个方向上控制主瓣形状并抑制副瓣。
在这个设计中会有一些固有的权衡。高增益单元会加强在带宽和波束偏转方面的限制。后一个限制在本应用中是致命的，波束偏转角度决定了雷达的探测方位角范围。单元主瓣角度宽度必须大于最大的波束偏转角度，否则在AESA主瓣片转到单元增益急剧下降的角度时，整个阵列增益将显著降低。
在实际应用中，这个雷达必须能扫描飞机的正前方，因为它要提供IFF/SSR，搜索和干扰能力。对于Su-27来说，其机翼前缘角度大约42°。这可能会有两个设计策略。一个是使用非常低的单元增益，方位角主瓣增益只有3db，这样主瓣宽度就超过了需要达到机鼻所需要的波束偏转角度。这个角度大约55°~65°。这个设计方案提供了最好的角度覆盖，可以覆盖整个前半球。但是，它也提高了发射功率的需求，并且整个阵列的增益也被降低。另一个方案是牺牲整体的角度覆盖来增加整体阵列的增益，并且在给定TR单元功率水平的条件下，最大化功率孔径。如果AESA需要提供显著的探测性能，这是一个很好的方案。实现这个方案需要在整体波束偏转角度覆盖和单元增益之间做出权衡。
两个设计都可以在机鼻附近的一个窄角度内进行单平面单脉冲角度跟踪，这个角度时左右机翼天线覆盖范围的交叉部分。这在实际中是一个可接受的范围，因为单脉冲精确角度跟踪主要用于武器目标指示。这并不排除每个天线阵列自己进行单平面单脉冲角度跟踪，使用各自的子阵列同样可以做到，但这样会提供更高的增益和探测距离。
提供三维跟踪能力对于水平放置的天线阵列是很困难的。然而如果我们假设这个能力只是用于飞机前方的目标方位指示并提供火控精度，有两个方法可以做到。
便宜的方法是在需要进行目标高度测量时，让飞机进行翻滚。一个360°的翻滚可以测量目标方位的所有参数。但这个方法无法提供连续跟踪。

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一个昂贵的方法是增加一个与机翼垂直的天线阵列，这样就可以提供连续跟踪。这个天线可以放置在尾翼上。由此产生的单脉冲相位失真可以使用延迟线网络来消除。

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L波段AESA性能模型和发展前景

对于天线单元性能信息的缺乏让我们对雷达的探测范围估计变的困难。因此所有的性能分析都是基于合理的估计。

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对于NIIP来说，一个简单的策略是在现有的设计的修改。一个很可能的情况是N035 Iris E。它是为了X波段AESA设计的。因为这个雷达是存在的，因此将它改造为L波段AESA会降低工程成本。
长期来说，一个现实的设计可能会山寨美国DDG-1000的双波段雷达。这种雷达分离了L波段和X波段，使用各自的经过优化的功率供给和射频组件，但共享了中央数字信号处理和数据处理子系统。
NPP Pulsar是这种雷达的TR模组和晶体管的生产厂家。它提供了一些令人感兴趣的信息：
1.TR模组频率带宽从1Ghz到1.5Ghz
2.TR模组体积功率密度为2KW/公升
3.TR模组书面功率水平为200瓦每TR通道，一共2.4KW每阵列，4.8KW每架飞机。

后面介绍了NPP Pulsar正在研发500W级的新晶体管，可以大幅提升TR单元的性能。具体很多参数不是很懂，就不翻了。有兴趣的可以自己去看。
连续脉冲多普勒机制雷达的探测范围很大程度上取决于功率孔径，也取决于连续积分时间，PRF，任务周期。为了探测隐身目标，设计重点是最大化发射能量和最小化噪声等带宽。通过分析可知，在典型的同高度空对空高速接近过程中，由于雷达只扫描方位角，这提高了扫描精度并简化了探测模型。

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通过上图可知，在基本型，也就是高增益，12x1阵列的情况下，对1平方米目标的距离是50海里（93Km），如果换用更好的TR模组和增大阵列尺寸，探测距离可以达到70海里（130Km）。注意，这是指L波段下的目标反射面积，F-22和F-35在L波段下隐身性能会急剧降低，B-2还不清楚。
对雷达性能的建模结果显示它的雷达探测范围数据估计是可信的。但受限于信息的缺乏，可能会有误差。
Tikhomirov NIIP的L波段AESA性能可以在加大飞机尺寸允许更多单元的情况下进一步提升。进一步的改进措施如下：
1.增加现有TR单元的功率水平和冷却条件
2.进一步增加功率并采用液体冷却
3.提高天线单元设计来增加增益
4.扩展机翼上的阵列来增加更多的单元。
5.在垂尾上增加接受阵列来提供双平面单脉冲精确角度跟踪，达到火控精度需求。
例如，增加阵列到16个单元，可以提高80%的功率孔径。使用更高功率的TR单元可以提供更高的性能。改善机翼空间的限制，将阵列扩展到翼尖。采用液体冷却等。都可以提高雷达的性能。