漫谈宙斯盾系统核心“AN/SPY-1相控阵雷达”
美国舰载四面阵相控阵雷达AN/SPY-1是美国海军舰载宙斯盾(AEGIS)区域防御武器系统的一个单元，故在论述AN/SPY-1雷达之前，先有必要对AEGIS系统作一简要介绍。
1941年，日本偷袭珍珠港使美国海军受到重创。自此以后，美国海军投入了大量的人力、物力和财力，着手对导弹武器系统一体化概念进行探讨和设计，这就是二战后着手研制的宙斯盾(AEGIS)区域防御武器系统。AEGIS防御系统于1969年由国防部批准正式立项。立项的目的主要是用于对付80年代和90年代乃止2000年以后日益增长的空中威胁，这些威胁主要是自50年代以后出现了高速高空或高速低空和高载荷的新型战机和高速空/面及面/面战术导弹。这些导弹采用了欺骗性弹道，并增加了高功率和多用性电子对抗。
AEGIS系统于1970年10月完成系统设计评估，1971年转入设计生产阶段，1972年2月完成关键设计方案评估并着手制造与试验，1972年年底完成元器件鉴定试验，1973年交RCA公司陆军试验场作系统级测试，1974年安装在诺顿湾试验舰上作了长达32个月的海上试验。
1974年把AN/APY-1安装在诺顿湾试验舰上，成功地自动探测并跟踪了在太平洋上空飞行的20架飞机，用EA-6B干扰机对AN/APY-1进行满功率干扰也无济于事。美国空军改用相当于32架EA-6B的满功率干扰机KC-135(配置了TREESHARK)仍不能完全干扰AN/SPY-1。在这两种情况下，AN/SPY-1的雷达波束均能“烧穿”干扰机并摸拟发射防御导弹。
1975年，AEGIS在海上作了6天的“实战”演习，演习重点是对无人驾驶飞机和导弹威胁实际发射了3枚SM-1型导弹均获成功。
1976年3月，美国海军在南加尼福尼亚海岸外组织了多国舰队演习，共有5个国家41条军舰、数百架飞机和18000人参加。这次演习“敌情”复杂，共持续了10天。诺顿湾试验舰在全天候和电子对抗环境中成功地探测并拦截了作单批或多批袭击的“敌机”和“敌舰”。1976年12月10日，一枚SM-2中程导弹在发射后很短的时间内被AN/SPY-1截获、跟踪和控制，直到直接成功地命中无人驾驶目标。
综上所述，AEGIS武器系统是一种具有快速响应可把标准导弹发射到空中和地面目标的高性能防空作战系统，也是美国海军第一个对密集空中攻击能作出全自动反应的武器系统。它可提供80年代和90年代的宽域面/空和面/面防御。采用远程面/面巡航导弹和增程面/空导弹时，可提供攻击海面的反击能力。
AEGIS计划一开始，军方就提出了五项最关键的技术要求，即反应快、火力猛、生存能力强、可用性高和覆盖范围大。这五项要求是作为设计AEGIS的“基石”。
1.反应快
当高速低空或高角度攻击导弹逼近目标时(在20km范围内)，AEGIS必须在2分钟之内击毁目标。
2.火力猛
要求以足够强的火力准确地和以高杀伤率地同时对付多个目标的强烈攻击。
3.生存能力强
要求能在强ECM、金属箔片干扰及恶劣的气候条件下有效地工作。
4.可用性高
要求能在海上特定的恶劣环境(水下冲击、核冲击、-20°F和70海里/小时的相对风速下，在特定的时间里能连续工作，不能长时间关机修理。
5.覆盖范围大
必须对舰队提供有效的区域防御，覆盖360°的空间。
AN/SPY-1的组成和技术特点
AN/SPY-1是AEGIS系统的心脏，是AEGIS作战系统的主要对空对海雷达，是一部对空中和海面目标进行自动搜索、检测、跟踪并对SM-2导弹进行中段制导的多功能雷达。
AN/SPY-1是一部工作在E/F频段的四面阵，可提供方位360°，仰角90°的覆盖范围，作用距离超过250海里。
AN/SPY-1到目前为止共有四种型号：AN/SPY-1A、AN/SPY-1B、AN/SPY-1C和AN/SPY-1D。AN/SPY-1A用于装备DDG-47型驱逐舰和CG-58型巡洋舰。
AN/SPY-1B用于装备CG-59型巡洋舰。
AN/SPY-1C是利用飞机作载体提出的项目，因难于实现而被取消。
AN/SPY-1D用于装备DDG-51型驱逐舰。
AN/SPY-1系列雷达结构和特点基本相同，故本文只着重介绍AN/SPY-1A。其它型号的改进部分只略作介绍。
AN/SPY-1A由如下五个功能单元组成：天线单元、雷达发射机单元、信号处理单元、控制单元和辅助设备单元。这五个单元的组合支撑着AEGIS上述的五大关键性能。这“五大”关键性能也是AN/SPY-1系列雷达的五大显著特点。
①天线单元形成和控制高功率发射波束并把它辐射入空间。它也可接收和放大被接收到的信号并把它转换成中频。
②发射单元把高功率射频脉冲发送到相控阵天线。发射单元含有两组各32个SFD-261型交叉场放大器作为终端放大器(SFD-261的设计规范为5000小时寿命，但到70年代中期已达规定寿命的2～4倍，每组放大器均可在军舰的一端驱动电控阵列。
③信号处理机产生雷达发射机波形并根据雷达计算机组指定的接收机来处理所选择的回波。它也可为AN/UYA-4型显示单元产生并分配AN/SPY-1A雷达视频信号。
④控制单元含有AN/SPY-1A雷达计算机组和显示设备。
这些设备的工作是靠AN/SPY-1A型雷达计算机程序来调度和控制雷达系统功能。
⑤辅助设备单元提供特定的工作条件使AN/SPY/1A雷达
工作最佳化。该单元包括空气冷却和水冷却、空气脱水、水净化和若干电源设备。
AN/SPY-1A雷达和可用率高是借助于机内冗余技术和快速计算机控制的重组来确保的。雷达必需连续工作，只需少量操作维护人员。
AN/SPY-1A的操作程序
首先借助AN/UYK-7计算机组(控制单元)，由信号处理机产生合适的搜索射频波形或跟踪射频波形。信号在发射机通道中被放大并被选择阵面。通过天线位置程序器把波束指向指令转换为阵列移相器指令，从而产生发射机输出，这些输出通过天线阵面在特定的空间角度形成波束。由阵列和通道(距离)和两个差通道(仰角和方位)接收的信号首先在射频前置放大器中被放大，在雷达接收机中作频率转换并被进一步放大。随后这些信号被送到信号处理机。该信号处理机可完成对接收到的信号作恒虚警率和脉压处理以及角度和距离估值。这些数据由AN/SPY-1A型计算机组用来起动雷达跟踪。如果需要增加杂波抑制，则MTI处理可同时用于跟踪和搜索两种工作方式。
AN/SPY-1B采用新型移相器和波束成形技术，以降低天线旁瓣，从而降低了有源电子干扰的威胁。AN/SPY-1B还将采用分布式微处理器系统以实现快速信号处理，使得中央处理器的信号分析和融合中心的融合任务容易完成。
AN/SPY-1D雷达更新项目目前正在洛克希德·马丁公司进行前期组装联试。雷达更新目的是提高在重杂波环境下(如沿海地区的城市、工业区、迁移鸟类和沙暴)对低空目标的快速截获能力。
更新项目包括对发射机、信号处理机及计算机程序的修改。发射机的关键件换成新器件，以降低内部噪声，提高信号稳定度。信号处理机改为先进的数据分布结构，微处理器的能力也得到加强，从而大大加快了信号处理速度。计算机程序采用新的处理方法，加强了对信号处理和发射机管理，提高了消除杂波和对欺骗性电磁干扰的抑制能力，从而确保了与当前正在发展的威胁目标相同步。
结论
美国海军装备的AEGIS系统是一个成功的舰载区域防御武器系统，AN/SPY-1雷达是该舰核心，也是迄今为止的世界上第一部四面阵舰载相控阵雷达。AEGIS系统的研制从1969年立项算起，前后共花了30年时间，已经耗费500亿美元。每艘AEGIS军舰价格为7.5～9亿美元。
有源相控阵雷达与无源相控阵雷达相比，存在以下明显的优点：
由于有源相控阵雷达的发射机直接分布在阵面上，因此发射馈线损耗小，与无源相控阵雷达相比，减少4倍以上，则使雷达的探测距离明显增大。
由于有源相控阵雷达的天线阵面上的每一个单元相当于一部小发射机，只有当20%以上的收发组件失效后才会严重影响雷达性能。当仅有10%组件失效时，雷达的作用距离仅减少3%左右，影响甚小。相反，无源相控阵雷达是采用一部集中式发射机，当发射机出现故障时，会导致整部雷达不能工作。由此可见，有源比无源相控阵雷达的任务可靠性有较大提高。
有源相控阵雷达可发射灵活易变的大占空比发射波形，使其发射的脉冲功率大大降低，不易被敌方侦察机截获，具有良好的低截获概率性能。而无源相控阵雷达因受大功率发射管的制约，雷达工作占空比受到限制，使其发射的脉冲功率较大，易被敌方侦察和截获并受到干扰。
采用大量砷化镓微波集成电路的有源相控阵雷达，可明显减小雷达的体积、重量以及降低成本和提高可行性，更适于装舰。
有源相控阵雷达更有利于采用先进的数字波束形成技术，实现天线波束自适应控制，使其零点对准干扰方向，大大提高了抗干扰能力。
总之，有源相控阵雷达是集现代阵列理论、超大规模集成电路、高速计算机、先进固态器件及光电技术为一体的新技术产物，充分体现了现代化科学的发展水平，它具有多功能、远距离、高精度、高灵活性、高可靠性以及优良的抗干扰能力等鲜明特征，为舰载雷达的发展开辟了新的里程。
海上千里眼：舰载雷达
舰载雷达（shipborne radar）是装备在船舶上的各种雷达的总称，它们可探测和跟踪海面、空中目标，为武器系统提供目标数据，引导舰载机飞行和着舰，躲避海上障碍物，保障舰艇安全航行和战术机动等。各种舰艇上装备的雷达种类和数量，取决于舰艇的战斗使命、武器装备和吨位大小。通常小型战斗舰艇装1～2部；大、中型战斗舰艇装10多部，有的多达20余部。
1935年，德国在“贝雷”号试验船上首次进行舰载雷达试验，这是一种对海警戒雷达，当时对海上舰船的探测距离仅9公里。世界上最早实用舰载雷达的是德国研制的“海上节拍”式对海警戒雷达。它在1936年夏首先装备了“海军上将施佩尔伯爵”号袖珍战列舰等3艘大型军舰。
1938年，美国海军研究试验室最早研制出频率为195兆赫,对飞机探测距离达137公里,对水面舰艇探测距离大于20公里的XAF型舰载警戒雷达，安装在“纽约”号战列舰上。
第二次世界大战期间，美、英、苏、日等国海军的部分舰艇,陆续装备了对空、对海警戒雷达,主要用于及早发现敌方飞机和舰艇，以保障适时和有效的攻击。如在1941年3月28日马塔潘角海战中,英国舰队由于装备了舰载雷达，得以在黑夜中探测到意大利舰队的位置，争取了主动，取得了击沉意巡洋舰3艘、驱逐舰2艘的战果。
大战末期至20世纪50年代，各国海军舰艇先后装备了炮瞄雷达、鱼雷攻击雷达和导弹制导雷达。60年代，有些舰艇装备了三坐标雷达。这种雷达既能担负警戒任务，又能为武器系统指示目标和对舰载机导航，成为舰艇作战指挥系统中的重要设备。
70年代，许多国家的海军十分重视对电子干扰和掠海飞行反舰导弹的防御，应用了频率捷变、单脉冲跟踪、脉冲压缩、动目标显示、脉冲多普勒、多目标跟踪，数字技术和光电技术（电视、红外、激光）等先进技术成果，先后研制并装备了一些抗干扰性能比较好、具有探测低空飞机和掠海飞行反舰导弹能力的新型警戒雷达和跟踪雷达。
发展趋势：发展多功能雷达，以提高雷达效能，减少舰上雷达的数量；进一步提高抗干扰能力，抑制海浪杂波，克服低空多路径效应，改善低空探测和跟踪性能等。
分类
按战术用途分为：
警戒雷达：有对空警戒雷达和对海警戒雷达，用于发现和监视海面、空中目标，与敌我识别系统相配合判定目标的敌我属性，给导弹制导雷达和炮瞄雷达提供目标指示等。
导弹制导雷达：有舰舰导弹制导雷达和舰空导弹制导雷达，用于跟踪海面和空中目标，为导弹武器系统的计算机或射击指挥仪提供目标的坐标和运动数据。
炮瞄雷达：用于跟踪海面和空中目标，为舰炮射击指挥仪或火控计算机提供目标的坐标数据和炸点偏差数据。
鱼雷攻击雷达：装在鱼雷艇和潜艇上，用于搜索、跟踪海面目标，为鱼雷攻击指挥仪提供目标的坐标和运动数据。
航海雷达：用于观测岛岸目标，以确定舰位，并根据航路情况，利用计算机进行避碰解算和显示，引导舰船安全航行。
舰载机引导雷达：一般装在航空母舰上，用于对舰载机进行指挥引导。
着舰雷达：一般装在航空母舰上，用于在复杂气象条件下引导舰载机安全着舰。
各种舰艇上装备的雷达种类和数量，取决于舰艇的战斗使命、武器装备和吨位大小。通常小型战斗舰艇装1～2部；大、中型战斗舰艇装10多部，有的多达20余部。
发展
舰载相控阵雷达，shipborne phased array radar，装备在舰上，天线采用相位控制的方法实现波束扫描的雷达。其工作原理是在发射时设法使各辐射器的电磁波信号到达目标时同相，叠加后信号最强，因而使天线波束的最大值方向指向目标；接收时各辐射器收到的回波信号同相合成。其特点是一远、二快、三精、四高、五多。远是指作用距离远，快是指对目标的探测速度快，精是指测得的目标数据精确，高是指高可靠性和高自适应能力，多是指同时捕获的目标多。其组成与常规雷达基本一样，包括接收装置、发射装置、天线、波控系统、中端设备等。这种雷达的出现是现代雷达技术发展的一项重大成就，由于能同时具有目标搜索、识别、捕获，跟踪引导和指导等多种功能，一步多功能相控阵雷达能替代多部分别完成不同任务的雷达，从而可以解决原先舰上各种功能的众多雷达天线架设和信号相互干扰的矛盾。更重要的还在于采用多功能相控阵后，有利于信息显示、数据处理与缩短反应时间，从而能有效地对付高密度的饱和攻击。同时，未来海上信息战的发展，迫使舰载雷达不仅要用自适应波束处理，而且还应用自适应波束形成技术，才能在复杂电子环境中完成各项任务。这是机械扫描雷达无法实现的，而多功能相控阵雷达，尤其是采用数字波束形成的多功能相控阵雷达，可通过将信号波形处理与天线波束的自适应处理相结合起来，从根本上改进雷达的性能以适应未来海上信息战恶劣的电磁环境。此外，采用相控阵后，还可用电子稳定系统来取代笨重的机械稳定系统，这对舰载雷达来说也是十分重要的。因此，舰载相控阵雷达的发展十分迅速。正沿着有源阵列、高度自适应、共性天线、智能蒙皮、综合应用高新技术等方向发展，有着广阔的前景。不过也存在着整机过于庞大、复杂，因而造价高、维护费用大等缺点，并有下列关键问题需解决：研制廉价而高性能的固态收/发组件；数字波束形成和实时自适应处理；缩小体积、减轻重量和降低成本；提高可靠性和可维修性等。
