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雷達搖頭看得更遠?
2008/02/02 13:13
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在現代的作戰中,雷達是一個相當重要的偵測與導引武器系統,能更看得遠一點的雷達,就比較有機會先找到可疑的目標,提早因應。為什麼說有機會,而不是一定可以?那是因為大氣中有很多影響雷達偵測效果的因素,而被偵測的目標本身的設計,以及有沒有干擾等等,也會在偵測距離上發生與帳面性能差距頗大的地方。

因此,在分析這一類系統的效果時,廠商的資料需要謹慎的使用,配合實際使用的經驗作為輔助判斷的參考。

不過,要探討雷達的效能也得要抓對方向,不然推論就有可能與實際有不小的區別。譬如說,在這篇文章中提到下面這一段:

俄國人棒呆了
如果他們照著老美的玩法,或是用一班"軍事專家"的意見,就得用AESA和徹底的匿蹤設計才可以再未來存活。
結果,人家用了一個沒有技術含量的東西:雷達旋轉台,飛機瞬間多出超長程煮動預警能力。說不定F-22都很難幹過他了

簡單的講,雷達對於匿蹤目標的偵測只和雷達公式以及濾波的技術有關係,和天線會不會動一點關係都沒有。如果你看到這裡已經明白上文的錯誤在哪裡,那你可以不需要繼續往下看。如果你還是不太清楚,我在下面嚐試解釋一下。

上述的說法裡面提到的一些名詞和系統,在這裡解釋一下。首先,這位作者提到的俄國雷達是這一款:Iribs-E,目前還在發展中,公開的照面可以看這張:

這款雷達的一些基本資料可以參考這個網頁。這個雷達設計上的特點有兩項,一個是他的天線是被動相位陣列(大陸稱為無源相位陣列),另外一點是,他的天線基座是會動的,而目前幾乎其他使用中,包括俄國的戰鬥機使用的相位陣列雷達的天線是固定的。

在上面引述的內容中,AESA是主動電子掃描天線的縮寫,指的也就是主動相位陣列天線(大陸稱為有源相位陣列天線)。

簡單的說明一下主動和被動天線的差別。這兩種天線的基本設計都是在天線的表面上放置許多的電子單元,這些單元利用本身發射的波束的相位差來控制波束發射出去的方向,同時讓訊號通過天線發射出去或者是接收回來。

主動和被動的最大區別在於,被動陣列的電子單元只能夠改變相位,訊號的產生和功率的放大是在雷達天線後面完成的,目前最常使用的功率放大器稱為行波管,產生之後送到天線表面的單元,以改變相位的方式合成波束之後送出去。再接收訊號時,被動陣列的單元不對訊號作處理,而是直接送到天線後面的放大器與接收機。

主動陣列則將行波管縮小,放到每一個在天線表面的陣列當中,天線後面產生的訊號會送到各單元上,經過功率放大與合成之後送出去。接收訊號時,也是在天線表面的單元進行接收與放大,然後才送到後端的接收機。主動陣列天線是許多國家目前發展的主要對象。

那麼,使用主動和被動天線的差異有哪些呢?差異點不少,其中一點是主動陣列的成本較高,尤其是單元體積愈小的,生產愈困難,成本也愈高。另外一點與這個題目有點關係的,那就是在偵測同樣的目標距離上,被動陣列的有效距離比較短。其他的細節就不在這邊談了。

回到前面這位作者描述的部分,他說俄國人把這個天線加了個旋轉台,在不需要什麼高技術條件下就能夠提升他的偵測距離。這個說法位為什麼有錯呢?我先解釋一下一點簡單的基本概念。

雷達要看的遠的條件就是,發射出去的波束必須能夠被目標反射回來之後,還具有足夠的強度被天線接收到,從背景雜訊當中分離出來,加以計算和判斷之後顯示在雷達幕上。而雷達本身在這一點上的影響因素包含有發射的功率,天線的靈敏度,濾波器的設計和天線的尺寸等等都有關係。

我們看到在陸地上或者是船隻上面的雷達天線會旋轉,他們旋轉的目的是什麼呢?他們旋轉的目的是為了要涵蓋週遭360度的空間,以包含所有可能出現可疑物體的角度。在戰鬥機上面,因為安裝位置的限制,即使雷達天線可以轉動,左右的角度也有限制,尤其是無法看到飛機左右兩側後方的角度。

讓我們歸納上面這兩段:雷達的設計要看得遠,看到較多的角度,那就需要同時讓雷達能夠分離出能量比較弱的波束,並且要讓雷達天線旋轉涵蓋較大的角度範圍,也就是說,雷達天線的旋轉與否,並不會提高系統的偵測距離,反而會因為波束敵達時間以及旋轉的速率,導致雷達對於超過某個時間才抵達的回波會難以判斷實際的距離(這個部分比較複雜,我也可能解釋的不太好,請各位諒解)。

換句話說,天線旋轉與否和提高偵測空中目標的距離並沒有關係,只是涵蓋的角度範圍比較大,加上這種被動陣列天線本身的波束涵蓋角度比傳統的機械平板天線要大而有利。不過這種天線在對地面目標使用合成孔徑(SAR)模式的時候就有不太一樣的效果,這邊掠過不提,因為作者提到的是對空中,尤其是匿蹤目標的偵測。

從這個角度來看,雷達天線轉動與否既然不會提升他的偵測距離,將這兩點放在一起就會形成錯誤的論述,可是這和匿蹤又有什麼關係呢?

匿蹤,尤其是針對雷達偵測的設計概念,是要讓反射回去雷達接收的波束的強度比沒有匿蹤設計的低很多,現代的雷達要收到能量很小的訊號並不難,問題是,現實生活中這種訊號數量太龐大,大到用電腦也無法有效的去判斷那些是假目標,那個才是真的匿蹤目標。為了降低需要判斷數量如此龐大的訊號數量,雷達系統就必須調整接收的門檻,那就會在濾波的過程中,將匿蹤飛機的訊號也消除掉,也就不會顯示出來,這個概念也就是要縮小物體對某個頻率的雷達截面積(RCS),雷達截面積愈小,就表示反射回去的波束能量愈小,雷達就會因此看不到目標。

當目標距離降低的時候,反射的波述的能量也會提高,但是匿蹤設計的飛機就是要讓提高的速率降的很低,使得一般雷達需要在很短的距離下才可以發現他們(匿蹤是延後被發現,不是完全看不見),可是這時候已經會受到匿蹤飛機的攻擊。

所以,一般雷達對於匿蹤目標的有效偵測距離會比較短,縮短的幅度也有不少影響的因子,包括使用的波段,功率,濾波的設計,目標的角度和本身的RCS等等等。這裡也就不一一解釋了。既然匿蹤設計的目的是要壓低被發現的距離,那雷達天線會不會轉動和這個又有什麼關係呢?

換句話說,就算不考慮被動陣列天線的重量會比傳統機械平板天線高很多,俄國人設計這樣的雷達給戰鬥機用也不是想要利用一個會轉動的天線來提高偵測距離,兩個不相干的事情放在一起是不搭嘎的,也無法相互解釋的。

當各位下次有機會閱讀他在雜誌上刊登的文章,需要留意一下類似的描述上的錯誤,才不至於發生不必要的誤解。

歡迎各位指教,謝謝。

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迴響(2) :
2樓. dasha
2008/02/04 08:35
軍事界有兩個筆名姓楊的文章要注意......

俄國那個雷達能拉長偵測距離與更有效追蹤匿蹤目標的理由其實相同,就是強化了對低強度回波的處理能力,可以分辨出回波更弱的目標,所以有效偵測距離就增大了,而在近距離碰到RCS比較小的目標,也可以比較有效的處理,與天線甚的沒有關係.可是最重要的資料處理器處理能力你很難找到資料,因為這可以告訴大家你的系統飽和上限,這是很重要的電戰參數.天線形式這類一拍照就可以猜得八九不離十,他公佈也沒差.不清楚原理就寫文章,真的是亂搞,看樣子真該讓最老牌的這兩家收起來了......

標題講到兩個人,就是他們的文章要注意,因為他們搜浮面資料的能力很強,但不會也不懂得去深入,很危險.

1樓. wavecat
2008/02/02 15:13
這樣的人在哪本雜誌寫文章?!

恩,DTM以前有ㄧ篇文是探討A-50的文章,是flak大的經典文

旋轉雷達的前因後果,flak大也應該寫的不是很含糊吧

怎會有雜誌社收這樣的人寫的文章?

(是哪家雜誌社的呢?)

他在兩家老牌雜誌社以空軍學術月刊都有撰寫,之前的一些俄國戰機以及前一陣子的對抗F-22,有些概念其實對初學者的殺傷力蠻大的,要去解釋往往要花費很多篇幅。 mustang2008/02/02 22:21回覆
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