“宙斯盾”SPY-1相控陣?yán)走_(dá)是宙斯盾作戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)部署在美海軍巡洋艦和驅(qū)逐艦上以及一些外國(guó)艦船上。最初為防空設(shè)計(jì)，許多美海軍巡洋艦和驅(qū)逐艦的宙斯盾系統(tǒng)已經(jīng)升級(jí)為具有彈道導(dǎo)彈防御(BMD)能力。
“宙斯盾”SPY-1雷達(dá)版本
目前部署在美國(guó)軍艦上的宙斯盾SPY-1雷達(dá)有四個(gè)或五個(gè)不同版本，其中只有兩個(gè)或三個(gè)版本的雷達(dá)所在艦船已升級(jí)為BMD，這可能是由于BMD和其它升級(jí)可能已經(jīng)消除了一些不同版本之間的區(qū)別。
SPY-1，這是一個(gè)從未部署過(guò)的雷達(dá)測(cè)試版。
SPY-1A，目前部署在7艘最老的仍在服役的巡洋艦上，到編號(hào)CG-58(5艘更早的帶有SPY-1A但沒(méi)有垂直發(fā)射系統(tǒng)的巡洋艦已經(jīng)退役)。沒(méi)有任何裝備SPY-1A的巡洋艦已經(jīng)或?qū)⒁@得BMD能力。
SPY-1B/SPY-1B(V)，SPY-1B部署在總共15艘巡洋艦中的前6艘，從CG-59到CG-64，包括后來(lái)獲得BMD升級(jí)的CG-62。1B版本有一個(gè)比1A天線有更好副瓣特性的新型天線，這對(duì)于必須經(jīng)常工作在地海雜波環(huán)境下的宙斯盾雷達(dá)來(lái)說(shuō)是很重要的。SPY-1B的平均功率是1A版本的大約兩倍，還加上其它一些改進(jìn)。平均功率的增加是通過(guò)增加雷達(dá)的占空比而不改變峰值功率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
SPY-1B(V)安裝在最后9艘巡洋艦上，從CG-65開(kāi)始，包括4艘隨后獲得BMD升級(jí)的艦船。關(guān)于1B(V)升級(jí)的可用信息很少，它可能主要包括一組新的宙斯盾計(jì)算機(jī)，與最初的宙斯盾驅(qū)逐艦使用的計(jì)算機(jī)相同。早期的1B雷達(dá)可能已經(jīng)升級(jí)到1B(V)版本了。
SPY-1D，部署在最早的40艘驅(qū)逐艦上(從DDG-51到DDG-90)。它類似于1B(V)版本，區(qū)別為在驅(qū)逐艦上使用一個(gè)發(fā)射機(jī)為所有4個(gè)雷達(dá)陣面供電，而不是使用兩個(gè)發(fā)射機(jī)各自給2個(gè)陣面供電。這些艦船中前28艘(DDG-51 Flight I 和Flight II驅(qū)逐艦)接受了BMD升級(jí)。4艘作為EPAA的一部分部署在西班牙羅塔的宙斯盾BMD艦都是安裝的1D雷達(dá)。
SPY-1D(V)，部署在隨后的宙斯盾驅(qū)逐艦上的“沿岸作戰(zhàn)”(離海岸較近)版本的雷達(dá)，從2005年的DDG-91開(kāi)始至今已有22艘。該升級(jí)增加了一些波形，用于改進(jìn)雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，以提高宙斯盾雷達(dá)在地面和其他近表面雜波環(huán)境中的性能。
它還提升了至少33%的發(fā)射機(jī)平均功率，并增加了雙波束能力，能夠從背對(duì)的兩個(gè)陣面同時(shí)給出兩個(gè)波束。還未有一艘1D(V)艦獲得BMD升級(jí)。
“宙斯盾”雷達(dá)參數(shù)
每個(gè)SPY-1雷達(dá)都有四個(gè)天線陣面，每個(gè)陣面覆蓋的方位角都略大于90°。巡洋艦上的1A、1B和1B(V)版本雷達(dá)有兩個(gè)發(fā)射機(jī)，每個(gè)都是在一個(gè)艙面船室上的兩個(gè)天線陣面間復(fù)用的。驅(qū)逐艦上的1D和1D(V)版本雷達(dá)使用一臺(tái)發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)所有位于單一艙面船室上的4個(gè)天線陣面。此處描述的重點(diǎn)是1B/D版本，以及其與BMD使用相關(guān)的物理特性。
工作頻率和帶寬
“宙斯盾”系統(tǒng)工作在S波段，從大約3.1GHz到3.5GHz(波長(zhǎng)λ為8.6厘米到9.7厘米)。早期的描述表明，該系統(tǒng)有10MHz的“持續(xù)的相干帶寬”和40MHz的瞬時(shí)帶寬。宙斯盾系統(tǒng)的帶寬隨后明顯增加，最大可能達(dá)到400MHz。目前正在服役的宙斯盾BMD系統(tǒng)添加了輔助BSP信號(hào)處理器，使得形成的二維逆合成孔徑圖像有比以前更高的分辨率，體現(xiàn)了寬帶能力。
1999年的林肯實(shí)驗(yàn)室提出了“AN/SPY-1雷達(dá)寬帶波形概念”，它采用了由10個(gè)40MHz帶寬的脈沖構(gòu)造的從3.1GHz到3.5GHz的400MHz寬帶的波形。一篇2002年的論文引述了宙斯盾300MHz的帶寬，達(dá)到大約0.5米到1.0米的距離分辨率。
天線和波束寬度
每個(gè)宙斯盾雷達(dá)系統(tǒng)都有4個(gè)雷達(dá)天線陣面。從SPY-1B開(kāi)始采用了一個(gè)新型天線，雖然它表面上與SPY-1A的天線相似，卻包含了一些重大的改進(jìn)。特別是1B相對(duì)于1A版本改善了最大和平均副瓣, 并消除了天線掃描角度范圍內(nèi)的柵瓣。
這些改進(jìn)是通過(guò)將天線細(xì)分為比1A天線(68個(gè)陣，每個(gè)子陣64個(gè)單元，總共4352個(gè)單元)更多的子陣(2175個(gè)，每個(gè)子陣2個(gè)單元，總共4350個(gè)單元)，以及改進(jìn)加工和校準(zhǔn)技術(shù)。
天線陣面的物理結(jié)構(gòu)為八邊型，高度為4.06米，寬度為3.94米。在1A版本中，天線單元本身包含在一個(gè)類似六邊形中，其高度約為3.84米，寬度為3.67米。由天線單元填充的區(qū)域(孔徑)大概是大12平方米。
在1B/1D版本中，天線陣面本身(由天線單元占據(jù)的區(qū)域)比1A 天線更接近圓形，但是由于單元的數(shù)量本質(zhì)上是相同的，所以它的孔徑區(qū)域很可能也是相同的。
據(jù)報(bào)道，“宙斯盾”雷達(dá)增益G=42dB=15800，波束寬度1.7°×1.7°。然而，所述的1.7°波束寬度大于42dB增益和天線直徑對(duì)應(yīng)值，從這兩個(gè)值得到的實(shí)際波束寬度約為1.3°。
發(fā)射功率
如上所述，1B和1D版本幾乎是相同的，除了1B版本使用兩部發(fā)射機(jī)，每部給兩個(gè)天線陣面供電，而1D版本只有一部發(fā)射機(jī)為所有四個(gè)天線陣面供電。然而，由于發(fā)射機(jī)明顯只能同時(shí)用于一個(gè)陣面(1D(V)可以給兩個(gè)陣面)，可以從任何天線陣面輻射的最大功率兩個(gè)版本應(yīng)該是相同的。
據(jù)報(bào)道，SPY-1A的原始版本峰值功率高達(dá)5MW，平均功率為32kW。SPY-1A的發(fā)射機(jī)輸出由32個(gè)正交場(chǎng)放大器提供，每個(gè)放大器峰值功率為132kW，最終組合成4.2MW峰值功率。
據(jù)報(bào)道，SPY-1B的平均功率為58kW，峰值功率為4-6MW。這些數(shù)值與一些報(bào)道的描述是一致的，即稱1B版本與1A峰值功率相同但平均功率高一倍(即占空比提高一倍)，具體點(diǎn)說(shuō)，SPY-1B/1D采用新型CFA提高了占空比。
2004年國(guó)防科學(xué)委員會(huì)報(bào)告指出，“宙斯盾雷達(dá)系統(tǒng)的平均輻射功率孔徑為485kW㎡”。假設(shè)該報(bào)告內(nèi)容適用于SPY-1D，即天線口面12㎡，那么平均功率大概會(huì)是40kW。
這一較低的平均功率可能部分說(shuō)明了，報(bào)告中提到的雷達(dá)峰值功率和平均功率是指發(fā)射機(jī)功率，而不是實(shí)際發(fā)射功率，由于發(fā)射機(jī)和天線間存在插損，實(shí)際發(fā)射功率將更??；另外，天線有效口徑是少于12㎡的，可能就像報(bào)告中提到的有1.7°x1.7°波束寬度。
脈沖寬度
宙斯盾雷達(dá)(SPY-1B版本)可以產(chǎn)生脈寬為6.4、12.7、25和51μs的脈沖，脈沖壓縮比為128。51μs的最大脈寬與1997的研究稱由“宙斯盾”雷達(dá)脈沖產(chǎn)生的電磁干擾將最多持續(xù)52μs的說(shuō)法是吻合的。然而，鑒于對(duì)宙斯盾進(jìn)行了包括BMD升級(jí)在內(nèi)的許多系統(tǒng)升級(jí)，這些脈寬數(shù)值可能已經(jīng)發(fā)生了重大變化。
噪聲系數(shù)
一篇1978年的論文指出，宙斯盾SPY-1A接收機(jī)的噪聲系數(shù)約為4.25dB=2.66。同樣，隨著系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)，這個(gè)數(shù)值可能會(huì)發(fā)生重大變化。
SPY-1D(V)是目前正在建造宙斯盾雷達(dá)的版本，2005年從DDG-91開(kāi)始首次部署在美國(guó)海軍驅(qū)逐艦上。對(duì)雷達(dá)的這種升級(jí)似乎并不涉及對(duì)天線的重大改變。增加33%的占空比顯然SPY-1D(V)升級(jí)的一個(gè)需要。
在SFD-268 CFA上實(shí)現(xiàn)放大器占空比比SFD-262 CFA上增加了“超過(guò)33%”，目的是為了使用在SPY-1D(V)雷達(dá)上，部分原因是使用了改進(jìn)的冷卻技術(shù)。如果根據(jù)1B/1D版本58kW發(fā)射機(jī)平均功率計(jì)算的話，占空比增加后將使發(fā)射機(jī)平均功率達(dá)到至少77kW。
探測(cè)距離和BMD能力
宙斯盾對(duì)特定目標(biāo)探測(cè)距離的一個(gè)公開(kāi)數(shù)字是，SPY-1D“可以在165公里外跟蹤一個(gè)高爾夫大小的目標(biāo)”。高爾夫球大小(直徑1.68英寸)的球體在3.3GHz的雷達(dá)散射截面(RCS)約為σ=0.0025㎡。
這一描述是在當(dāng)時(shí)即將部署的SPY-1D(V)雷達(dá)的背景下的，用以在雜波環(huán)境下檢測(cè)迫擊炮和火炮外殼和小口徑火箭，因此推測(cè)它適用于1D(v)版本。對(duì)應(yīng)到雷達(dá)散射截面更典型的彈道導(dǎo)彈最終助推器級(jí)(1.0㎡)或彈頭(0.03㎡)，探測(cè)距離將分別能夠達(dá)到至少740公里和310公里。
如果軍艦部署在發(fā)射點(diǎn)附近，這樣的射程就足以追蹤導(dǎo)彈助推級(jí)，但它很可能只能夠在很短的時(shí)間內(nèi)跟蹤彈頭本身。最近兩份由政府贊助的報(bào)告清楚表明，目前的宙斯盾雷達(dá)對(duì)于除近程彈道導(dǎo)彈之外的所有目標(biāo)都有嚴(yán)重的局限性。
第一個(gè)報(bào)告：“有關(guān)早期彈道導(dǎo)彈防御攔截可行性的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題”，是由美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)(DSB)于2011年9月發(fā)布的。報(bào)告中說(shuō)，“目前的“宙斯盾”艦雷達(dá)不足以支持EPAA任務(wù)的客觀需要，”而且“為全面實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的區(qū)域防衛(wèi)，需要比目前宙斯盾艦雷達(dá)探測(cè)距離大得多的雷達(dá)?！?/span>
第二份報(bào)告由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院(NAS)于2012年9月發(fā)布，并沒(méi)有討論宙斯盾雷達(dá)的局限性，至少在報(bào)告的非保密部分沒(méi)有提及。該報(bào)告只展望了宙斯盾雷達(dá)在歐洲防御中的一個(gè)非常有限的作用。
在回答關(guān)于2011年美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)報(bào)告的結(jié)論，即宙斯盾雷達(dá)不足以支持EPAA的問(wèn)題時(shí)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院小組聯(lián)席主席戴維·蒙塔古在宣布國(guó)家科學(xué)院報(bào)告發(fā)布的電話新聞發(fā)布會(huì)上表示，“國(guó)防科學(xué)委員會(huì)所說(shuō)的是SPY-1雷達(dá)沒(méi)有足夠的能力部署在歐洲以支持導(dǎo)彈攔截，我們表示同意。”他接著說(shuō)，X波段雷達(dá)必須要提供目標(biāo)跟蹤和攔截器發(fā)射的數(shù)據(jù)，所有的宙斯盾SPY-1雷達(dá)要做的是“與攔截器反復(fù)通信”。
本文來(lái)源：Union of Concerded Scientists
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