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分身有术，相控阵雷达为何如此先进
日期：2015-05-19 20:45:15|2015-05-19 20:55:47
前段时间，我国新一代导弹驱逐舰052D现身，一时间引来不少热议。中外专家与军事爱好者们常把052D称作新一代的“中华神盾”，这是因为，052D装备有类似美国宙斯盾上的“相控阵雷达”。对于很多人来说，相控阵雷达非常耳熟，但它的原理却一直不是很清楚，今天咱们就来说说。（本文原载于百度知道日报）
个体户与合作社之区别
要说相控阵雷达的原理，就不得不提一下传统雷达的工作方式。影视中，如果非要出现雷达画面的话，传统雷达就是最好的道具，因为传统雷达动感十足，快速旋转的天线便于营造紧迫感。
雷达探测目标距离的原理是：雷达波从发射到从目标返回的总时间，乘上光速，等于目标距离的两倍。
传统雷达依靠360度旋转来扫描目标，而相控阵雷达与它的区别是，绝大多数相控阵雷达都是不动的，既然不动，那它又是如何扫描不同方向的呢？
答案是，相控阵雷达不是“一个雷达”，本质上，它是很多个“传统雷达”的共同体。下图为相控阵雷达的天线。
很容易就能发现，相控阵雷达的天线由无数个小单元天线组成，这些小单元天线叫做“阵元”，对于有源相控阵雷达来说，每一个阵元都是独立控制的，它们既能独立发射雷达波，也能接收雷达波的回波信号。
相控阵雷达不但不动，而且天线阵列也是平面的，那奇怪了，它到底是如何调整扫描方向的？顾名思义，“相控阵”就是控制每个阵元产生电磁波的相位与幅度，以此强化电磁波在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让电磁波束的方向发生改变。如下图，就是相控阵雷达扫描不同方向的动画示意图：
这就是相控阵雷达的基本工作原理，人们常把传统机械式扫描雷达比喻为“个体户”，而把相控阵雷达说成是“合作社”。人们还把它说成是21世纪的雷达，是否装配相控阵雷达也是第四代战斗机一个非常重要的标准。而很多第三代机，把老式雷达改装成相控阵雷达后，战斗力迅速提高。如下图的F-16。有人开玩笑说，F-16装上相控阵雷达后，火鸡变成了凤凰。
下面，我们就来看看，相控阵雷达有哪些先进之处。
没有机械运动
相控阵雷达因为省去了整个天线的机械驱动系统，所以它的可靠性非常高，平均无故障时间远远高于传统雷达。另外，相控阵雷达的思想有点儿类似于互联网，某些节点坏了不影响整体功能的使用，数百个或上千个阵元中，就算有百分之十的阵元损坏，相控阵雷达依然可以使用。
分身有术
相控阵雷达是否强大，跟“阵元”是否先进和阵元数量的多少有很大的关系。阵元的数量可以是几百个，也可以是上万个，像美国的“铺路爪”陆基相控阵预警雷达，就有15360个能发射电磁波的阵元和2000个不发射电磁波的阵元。15360个阵元分成96组，与其他不发射电磁波的辐射器搭配起来，本质上相当于96部雷达的组合体。
上图为美国的“铺路爪”长程预警雷达，主要用于监视弹道导弹，它可以探测导弹的弹道、发射点，计算出弹著点的位置。同时，它还可以用于监视和探测太空中的卫星。
上图为美国海基X波段雷达，被称为“海上巨眼”。它以螺旋桨推进，可远海的大型风浪中维持运作，是美国国家导弹防御系统（NMD）的重要一环。
正是因为有非常多的阵元，所以，军舰面对敌方导弹的饱和攻击时，可以把所有阵元分成若干组，每一组分别跟踪和对付一个目标。我们经常听到某种战机或者军舰能同时对付多少个多少个目标，其实，这其中的大部分功劳主要是属于战机或者军舰上的相控阵雷达。
如F-35战机，它配备的AN / APG-81相控阵雷达，既可以跟踪空中的目标，还能监视地面上坦克和车辆，以及海面上的船只。
快速切换
上图为蜻蜓的复眼，蜻蜓的眼睛又大又鼓，占据着头部的绝大部分，它是世界上眼睛最多的昆虫之一，由上万只“小眼”组成，蜻蜓的视力很棒，还能向上、向下、向前、向后看而不必转头。
相控阵雷达跟蜻蜓的复眼有相似之处，每一个阵元相当于蜻蜓的每一只小眼。在很多人的眼里，雷达就是会发射和接收电磁波的铁家伙，但是其实，人类的眼睛又何尝不是这样？人的眼睛依靠接收可见光这种电磁波从而看见东西，而雷达，本质上就是“人着眼”，它是战机、军舰和卫星的眼睛，没有雷达，拳头再硬也无用武之地。
传统雷达像人类的眼睛，估计还是独眼龙那种，想看到左边，就得把头扭向左边；而相控阵雷达，相当于蜻蜓的复眼，看左边和右边都不用扭头。这样的好处是，相控阵雷达探测和跟踪目标的速度极快，如果要调整100度的方向，普通雷达因为要转动，大约需要1秒，而相控阵雷达所需时间不到1毫秒。
它是雷达界的全能冠军
在过去，军舰上安装有不同种类的雷达，体积庞大、重不说，另一个麻烦是干扰，常常是，一种雷达工作时，另一种雷达就会受到干扰，严重的甚至不能同时工作。
由于相控阵雷达由电脑控制，所以它的方位指向和波段切换速度极快，能够同时完成对空、对地、对海不同目标的探测，如此的话，它可以把原来需要多种不同种类雷达才能完成的任务一下子接过来，实现火控雷达、搜索雷达、预警雷达等合而为一。另外，相控阵雷达还可以进行战机间通信，如果集中波速，可以对敌实施电磁干扰战。
相控阵雷达可以在1秒内关机，1秒内开机，好处是，当军舰遇到依靠雷达信号进行引导的“反雷达导弹”时，可以迅速地把朝向来袭导弹方向的雷达关机，同时，其他方向的雷达保持开启。
智能蒙皮
相控阵雷达由多个独立的收发阵元组成，未来技术成熟后，这些阵元可以分散到机身各处，与机身彻底融为一体，这就是战机的智能蒙皮，它能让飞机的机身更紧凑，进一步减少风阻。而预警机背着一个“大圆盘”，这是不得已而为之。未来智能蒙皮成熟后，大圆盘或许不再存在。
以上，人们把相控阵雷达说成是21世纪的雷达，并把它作为第四代战机最重要的评判标准之一，实在是一点不为过。
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