火控雷達

世界上第一部機載雷達1937年誕生在英國，被應用於空/海監視，為應對敵方潛艇，英國於1937年進行了首次雷達空中試驗，該雷達也可用來協助艦載機在軍艦上起降。同時期也出現了用於空/空探測與定位截擊雷達。

20世紀40年代，英國發明瞭磁控管，為機載雷達跨入微波波段創造了重要的條件，使雷達能在釐米波段工作 ^[10]  。

1940年英國科學家訪問美國，並帶去了磁控管，建議美國研製微波雷達。美國麻省理工學院在很短的時間內，研製成功釐米波機載雷達SCR-520，並於1942年進行批量生產。美國在作戰飛機上加裝了火控雷達後，大大提高了飛機的作戰效能 ^{[8]  [10]}  。

1944年美國在海軍夜間作戰飛機上安裝第一部火力控制雷達以來，火控雷達已發展成為多功能的、能在全方位、全高度、全天候以及有源、無源干擾和目標密集條件下控制飛機火力的電子系統 ^[9]  。

火控雷達的作用是，在即將開火射擊前對準目標，以準確把握目標的速度和位置。火控雷達的特點是測量精度高（測角精度1~2毫弧度，測距精度幾米到十幾米），作用距離較近（通常15~50千米），具有自動跟蹤能力，截獲目標後能不斷準確給出目標座標數據，轉換成武器的射擊諸元后，通過伺服系統實現火力武器的自動瞄準射擊 ^[1]  。

20世紀50年代，雷達理論有了重大進展，單脈衝、相控陣、合成孔徑、脈衝多普勒（PD）概念的提出，匹配濾波理論、檢波統計理論的建立及脈衝壓縮等新技術的出現為研製新型雷達奠定了理論基礎。1953年研製成功波馬克導彈的高脈衝重複頻率PD雷達導彈頭，1959年研製成功NASSAR系統的機載單脈衝火控雷達。

20世紀60年代，柵控行波管在美國問世，微電子器件的出現和數字技術的進步，大大促進了機載雷達技術的進步，為機載雷達小型化起了重要作用。不同型號的PD火控雷達研製工作同時開展，機載相控陣雷達的研製工作，也在深入進行，開展了MERA（微電子用於雷達）計劃。在此期間研製成功了AWG-9（安裝於F-14戰鬥機）火控雷達。

20世紀70年代，研製成功多種PD火控雷達，APG-66（F-16）、APG-65（F-18）、APG-63（F-15）。機載相控陣雷達領域進行了第二階段工作，即開展了RASSR（可靠的機載固態雷達）計劃，研製了具有1048個T/R組件的有源陣列，驗證有源陣列的可靠性。多功能和數字化是新一代火控雷達的特點。

20世紀80年代，PD火控雷達處於日臻成熟階段，為F-16飛機研製成了更為先進的APG-68火控雷達。另外，利用新器件和新技術改進了原有火控雷達，出現了APG-71（AWG-9的改進型），APG-70（APG-63的改進型）。在機載相控陣雷達方面開展了SSPA（固態相控陣）計劃，研製了一個2000單元的陣列，驗證了功率效率和經濟上的可行性。

20世紀90年代，成像技術在機載火控雷達中廣泛應用，機載相控陣技術取得重大進展並進入實用和裝備階段。從這個年代開始了機載航空電子系統綜合化發展的新階段。其中F-22飛機最具代表性。它裝備了90年代研製成功的有源相控陣火控雷達APG-77，代表着機載火控雷達的發展方向。同時在F-22上進行了“寶石柱”（PAVE PILLAR）計劃，引出了綜合航空電子設備概念。

歸納起來，世界機載火控雷達的發展大體上可分為四個階段：測距機、脈衝雷達、脈衝多普勒雷達及相控陣雷達 ^[10]  。經過80餘年發展，世界各國已經發展出多種具有不同體制和用途的雷達，其功能早已突破最初測距、測速、測向的範圍，完成了向高分辨率地圖測繪、氣象探測、目標識別和電子對抗等功能拓展。

20世紀50年代，脈衝多普勒火控雷達現身。這種雷達運用脈衝多普勒效應，利用飛行狀態下所感知的運動目標回波和地面回波頻率的差異，來抑制地面回波，檢測被掩蓋的運動目標回波，從而具備下視發現低空飛行目標的能力。

之後，脈衝多普勒火控雷達經歷了從反射面天線到低副瓣平板縫陣天線，從模擬信號處理到數字信號處理及數字化操控顯示的發展過程。具有高、中、低脈衝重複頻率全波形和數字化信號處理能力的戰機火控雷達的出現，使戰機擁有了全向探測和同時多目標搜索、跟蹤能力。

典型的脈衝多普勒雷達包括配裝F-16系列飛機的AN/APG-68雷達，配裝F-18系列飛機的AN/APG-73雷達，配裝阿帕奇武裝直升機的AN/APG-78“長弓”雷達，以及意大利的Grifo系列雷達、歐洲雷達集團的Captor雷達、俄羅斯的“甲蟲”系列雷達等。

脈衝多普勒雷達能夠制導中距空空導彈實施攻擊，還具備對地面、海面目標搜索跟蹤和引導攻擊以及對地面目標進行高分辨率成像的能力，但受到天線機械掃描、發射機功率和工作帶寬等限制，脈衝多普勒雷達的發展也有瓶頸，難以在探測距離、多目標跟蹤、可靠性和抗干擾方面再進一步。為此，有源相控陣雷達應運而生。

有源相控陣雷達與脈衝多普勒雷達的天線不同。其天線的核心是成百上千個收發組件（T/R組件），每個T/R組件都包含了一組小型發射機、接收機和移相器等。

通過分別調整每個T/R組件中移相器的發射、接收信號的相位，就可以實現雷達波束掃描。這種掃描沒有機械掃描的慣性限制，因此可以實現波束掃描的捷變（跳變），提升多目標跟蹤性能和抗干擾能力。受行波管發射機的限制，脈衝多普勒雷達的工作帶寬難以超過1吉赫，而現有源相控陣雷達的工作帶寬可以達到4吉赫水平，大幅提高了抗干擾能力。

一些四代機的雷達也因此獲得電子戰偵察、干擾和數據鏈制導武器的能力。例如，在進行電子戰時實施高增益電子支援（偵察）和高功率電子對抗（干擾），傳統機載電子戰系統只能對對手的雷達主瓣信號進行截獲偵察，一些四代機雷達則可以截獲、偵察遠距雷達副瓣信號。在對敵方雷達進行遠距大功率壓制干擾時，傳統機載電子戰系統干擾有效功率只能達到百瓦量級，一些四代機雷達干擾有效功率可達1兆瓦以上 ^[3]  。

火控雷達的主要發展趨勢是：

①一體化技術。火控雷達歸一通用化，就要求雷達適應多種武器需求，跟蹤/通信/電子戰一體化，能夠實現導彈指令制導功能和信息化彈藥控制功能。

②目標識別。火控雷達的多任務需求牽引雷達需要進行空中、地面或海面目標的識別，識別方法主要基於目標的運動特徵、目標運動調製特徵和圖像信息的識別。

③協同應用。火控雷達與紅外、光學等探測裝置協同應用 ^[8]  。

火控雷達一般包括兩個系統，第一系統是用於掃描發現和偵探的雷達掃描系統，第二系統是負責武器導彈控制的火力控制系統。火控雷達與其他雷達的主要區別就在於火力控制系統。

該系統工作原理與作用與多數軍用雷達相同，是指利用電磁波的定向並週期旋轉發射，對指定區域進行掃描。電磁波遇到物體會發生反射，且不同物體對電磁波的反射作用不同。利用這一特點可對物體進行探測發現。雷達掃描系統主要包括:發射機系統、接收機系統、天饋系統、信號處理及顯示器系統、定時系統、還有電源設備等部分組成。由於電磁波波段越短，其直線傳播的特性越明顯，故雷達使用的一般為微波頻段的電磁波。火控雷達主要使用3釐米的電磁波，也即X波段。雷達掃描系統通過接受返回的電磁波，便可計算獲知目標物體的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。

該系統以第一系統所掃描到的目標信息為基礎，通過計算機輔助和人為控制，確定對目標採取何種火力武器打擊。當使用具有跟蹤功能的武器時，火力控制系統可配合雷達掃描系統對目標實行實時偵探，跟蹤單個目標時採用單脈衝體制；跟蹤多目標時則採用邊掃描邊跟蹤體制，實行對目標的精確打擊 ^[1]  。

機載火控雷達在空對空攻擊中的典型工作過程是：根據地面指揮所的指令在規定的空域進行快速搜索，發現目標後進行識別、截獲並轉入跟蹤；連續向火力控制計算機提供目標的方位角、高低角、方位角速度、高低角速度、相對距離、相對徑向速度等數據；經過計算得出瞄準標誌，指示武器發射的方向和發射的時間；控制武器發射；繼續跟蹤目標並對目標照射，提供空空導彈導引頭跟蹤目標所需要的控制信息。在空對地攻擊中，雷達提供經過多普勒鋭化的高分辨率地圖景像，並進行空對地測距，確定投放空對地武器所需要的飛行航向和投放時間。

火控雷達同時具備搜索雷達和跟蹤雷達的功能。搜索時，雷達天線在飛機正前方所規定的全部空域快速掃描。跟蹤單目標時採用單脈衝體制；跟蹤多目標時則採用邊掃描、邊跟蹤體制。發射信號通常採用低重複頻率的脈衝壓縮體制。下視、下射時採用中或高脈衝重複頻率相參脈衝串的脈衝多普勒體制（脈衝多普勒雷達）。此外，為了提高作戰飛機的生存能力，火控雷達還具備躲避對方防空雷達監視、保證飛機超低空飛行時的地形迴避和地形跟隨等導航功能。機載火控雷達在體積和重量上受到嚴格限制，同時又有多種體制，因此需要有高效率、高增益、低副瓣的天線陣，高穩定度的發射系統，能適應各種有源干擾和地面、海面等無源干擾環境下工作的發射波形以及完善的信息處理系統 ^[9]  。

火控雷達根據搭載平台、工作體制和受控武器的不同，可以有不同的分類，比如：

按搭載平台分類：艦載火控雷達、車載火控雷達、機載火控雷達等。

按工作體制分類：單脈衝雷達、無源相控陣雷達、有源相控陣雷達等。

按被控制武器分類：火炮控制雷達、導彈制導雷達、防空導彈控制雷達和綜合火控雷達等 ^[11]  。

機載火控雷達擔負着空-空、空-面的作戰使命，為戰鬥機消滅入侵的空中目標、掌握制空權提供目標指示功能，戰鬥機同時也擔負着對地面目標的攻擊任務。機載火控雷達包含空-空和空-面工作方式。空-空工作方式包括上視搜索及跟蹤、下視搜索及跟蹤、單目標跟蹤、邊掃描邊跟蹤、邊搜索邊測距和空戰格鬥等模式；空-面工作方式包括空-面測斜距、實波束地圖測繪、多普勒波束鋭化、合成孔徑雷達、地圖凍結、地面動目標指示和對海探測等模式 ^[8]  。

多功能火控雷達：通常配裝戰鬥機、轟炸機等，一般具備多目標搜索跟蹤、地圖測繪、氣象導航等功能，主要用於對空中、地面和海面目標的搜索、跟蹤和武器制導。其中，機載火控雷達的性能高低與戰機攻擊時的“最後一擊”成效緊密相關。最初的機載火控雷達採用的是脈衝體制，依靠發射微波脈衝信號和對回波脈衝的檢測，確定目標是否存在及距離。由於下視時地面回波強度遠大於空中目標的回波強度，因此簡單脈衝體制的機載火控雷達不具備下視和引導武器下射能力。另外，這種方式易受敵方干擾，精度也不高 ^[3]  。

艦載火控雷達的使命任務是對敵方飛機、艦艇及來襲反艦導彈進行探測跟蹤，向本艦火炮或對空導彈系統提供打擊目標的實時準確的地理座標（方位、俯仰角及距離等），供火控系統解算後製導武器，達到有效殺傷敵方來襲目標的目的。艦載火控雷達根據用途有主炮/副炮火控、對空/對海導彈火控等功能 ^[8]  。

1、發展綜合火控雷達與光電跟蹤系統的綜合跟蹤體制，以縮短系統反應時間，提高跟蹤精度，並增強系統在嚴重雜波和電子干擾環境下的跟蹤和制導能力；

2、為了抗飽和攻擊，同時也具備反隱身能力，未來的艦載火控雷達將越來越多地採用相控陣雷達；

3、發展高分辨力的毫米波雷達，以克服多路徑影響及提高對低空目標的跟蹤能力和系統的快速反應能力。

地面火控雷達主要包括炮瞄雷達和導彈制導雷達，是一種精密跟蹤雷達。在接到空情雷達或雷達網送來的目標位置指示後，火控雷達在指示目標附近的空域進行小範圍搜索、截獲目標，而後轉入在方位角、高低角、距離以及多普勒頻率（徑向速度）上對目標進行多維跟蹤；測出目標的精確座標，計算出火力單元的射擊諸元，控制火炮或導彈瞄準目標的未來點，進行射擊。當火控雷達採用相控陣體制後，可以跟蹤多批目標，引導多個火力單元，對多個目標實施攻擊。在現代防空作戰中，防空兵火控雷達的性能與使用成為能否克敵制勝的重要因素 ^[8]  。

美國的AN/SPY-1型雷達是艦載多功能無源相控陣雷達的典型代表，也是最先進的艦載火控雷達，是"宙斯盾"（Aegis）區域防禦武器系統的核心。"宙斯盾"武器系統是一種反應快，能把標準導彈SM-2發射到空中和海面目標的高性能防空作戰系統，也是美國海軍第一個能對飽和攻擊作出全自動響應的武器系統，可以提供20世紀80年代乃至2000年以後的寬域面空和麪面防禦。該系統採用遠程巡航導彈和增程面空導彈時，可提供攻擊海面目標的能力。其特點是反應快、火力猛、生存能力強、可靠性高、覆蓋範圍大。

AN/SPY-1火控雷達由洛克希德·馬丁公司研製，1983年服役，有4個八邊形固定陣面，在尺寸為3.65x3.65米的每個陣面配置4352個鐵氧體制作的移相器，發射機採用行波管。

AN/SPY-1工作在E/F波段（2~4GHz），可提供方位360°、仰角90°的覆蓋範圍，作用距離370千米，脈衝發射功率在5MW以上。它由天線單元、發射機單元、信號處理單元、控制單元和輔助單元組成，能對空中和海面目標進行自動搜索、可跟蹤200個目標，並制導多枚導彈對18個目標交戰，具有較強的抗干擾能力。它所控制的武器主要是標準導彈SM-2，也可控制增程面一面巡航導彈及艦載火炮。

AN／SPY-1雷達裝備部隊後，曾多次用於實戰，裝備該雷達的"提康德羅加"級巡洋艦先後參加了海灣戰爭，美利衝突，美伊（朗）衝突等局部戰爭和武裝衝突。據美軍方聲稱，在美利衝突中"提康德羅加"號的宙斯盾系統首次用於實戰，便取得了滿意的結果，發揮了重大作用。洛克希德·馬丁公司正在研製的AN/SPY-2是遠程多功能有源相控陣雷達，工作在E用波段，功率孔徑大、分辨率高，能完成AN/SPY-1的全部功能 ^[1]  。

“長弓”APG-78雷達是美國研製裝備的一種工作頻率為35千兆赫的相干多普勒脈衝火控雷達，可在晴天、夜間及煙、霧、塵、雨、雪等各種惡劣氣候條件下和電子對抗環境中工作，對運動目標的探測距離為8千米，對固定目標的探測距離為6千米：可掃描直升機前方55平方千米的區域，同時顯示、區分和跟蹤128個目標，可自優先順序，對16個威脅目標進行排序，並在1分鐘內攻擊它們。

“長弓”雷達的發射功率低，採用極窄的筆形波束主瓣和保密的低截獲率調製等低可探測技術。它還採用實波束測地面目標，進行非協同目標識別，能穿透偽裝物和樹葉識別固定目標，最後顯示實波束視頻和合成圖像。可進行360°全方位連續掃描，也可對特定扇區進行重點掃描。“長弓”雷達還是一種多功能雷達，有地面目標瞄準、空中目標瞄標、地形地貌顯示和內部測試等4種工作模式。

加裝“長弓”火控雷達後，AH-64D武裝直升機的技術水平和綜合作戰能力明顯提高，成為21世紀初最先進的武裝直升機。AH-64原來不裝雷達，作戰時需有OH-58直升機伴隨或利用其他戰場偵察設備提供目標數據。裝上雷達後可以自主搜索、跟蹤目標，探測到的目標數據不但可通過數據鏈傳給其他直升機 ^[12]  。

2004年11月中國國際航空航天博覽會上，中國展出了“神鷹-80”（代號：SY-80）火控雷達。

SY-80火控雷達是一部X波段、中等脈衝重複頻率脈衝多普勒體制的機載火控雷達。相對上一代的單脈衝火控雷達，脈衝多普勒雷達能夠全天候、全高度條件下對空中目標進行搜索和跟蹤，尤其解決了以往單脈衝雷達難以下視搜索空中目標的難題。該雷達還具有對地面目標精確測距的能力，配合控制機載武器的發射和投放。並具有頻率捷變和多種抗干擾能力以及自動檢測功能 ^[5]  。

2018年11月6日，第十二屆中國國際航空航天博覽會上，中國電科第14所展出了一款能夠“向後看”的 KLJ-7A“三面陣”機載有源相控陣火控雷達。機載火控雷達被稱為“戰鷹之眼”，直接決定了戰機的戰場感知能力和戰鬥力。據介紹，KLJ-7A是採用有源相控陣技術，具備對空搜索、多目標跟蹤、空地和空海目標搜索與跟蹤、高分辨SAR成像、高增益ESM、地形迴避和氣象等功能，可同時攻擊多個目標，其視野可超過300度。

三面陣體制的引入極大拓展了角度範圍，給作戰帶來傳統單面雷達所不具有的優勢。戰機有了三面陣就可以實現“敏捷脱離”，可以在大角度大機動狀態下穩定跟蹤目標和制導先進空空導彈，獲得進攻和防禦兼備的戰術優勢，使得戰機戰術更為靈活，極大提高空戰對抗和戰機生存能力。

三面陣體制可以擴大雷達的搜索範圍，一定程度上還可當作“小型預警機”使用。此外，三面陣體制可以彌補相控陣天線波束偏離法線造成的性能下降、可以正側視成像提升成像效果、提高抗干擾能力等。三面陣KLJ-7A在具備“廣角”能力後讓戰機探測性能大大提升，極大豐富了戰機的作戰靈活性以及戰場生存力，從而讓載機的作戰能力更上一個台階，標誌着中國在機載火控雷達技術已經達到世界先進水平 ^[2]  。

2014年4月23日，“海上合作-2014”多國海上聯合演習在青島附近海域舉行，期間中國第三代海軍艦載火控雷達為中國艦隊順利完成演習任務提供了強有力的保證，填補了中國雷達領域的多項空白。雷達素有“電子眼”之稱，是艦船目標搜索、跟蹤、定位不可或缺的裝備。由中國電子科技集團公司20所研製生產的某型雷達是中國自主研製的第三代海軍艦載火控雷達，集多種現代雷達新體制於一身，填補了中國雷達領域的多項空白。

該型雷達具有抗雜波、抗干擾能力強的特點，極大地提高了對目標的搜索、跟蹤精度，從而在海上聯合搜救演習中能夠牢牢鎖定目標，對不同來襲目標實現精確打擊，為中國艦隊順利完成演習任務提供了強有力的保證。此外，該型雷達採用高科技的數字集成技術及模塊化的設計，具有較好的通用性，加之其良好可操作性，使該型雷達在中國多種艦艇上得到了廣泛的應用 ^[4]  。

2022年11月，中國第十四屆中國國際航空航天博覽會上展出了FK-3000防空系統，該系統依託搜索和火控雷達進行目標識別和鎖定。火控雷達則更換了具有複雜波束形成能力和先進的信號處理能力的新產品，一大三小共計四面相控陣雷達。根據公開資料，FK-3000系統的雷達可鎖定2.57～411.56米/秒的目標，其最小探測距離150米，最遠探測距離30千米 ^[7]  。

21世紀10年代後期，隨着機載火控雷達進入大批量裝備，中國主戰飛機、特別是三代半和四代機火控雷達將大量有源化 。中國研製單位的多型機載有源相控陣火控雷達在探測距離、跟蹤能力等主要方面與國外最先進水平基本相當，在體制架構等方面走在前列。中國機載雷達完全是可以與美國F-35的APG-81雷達、F-22的APG-77雷達相匹敵。

中國研製單位瞄準機載相控陣火控雷達，對於相關新技術持續推進，在輕薄化陣面、新型冷卻技術等方面取得了突破，為改進型第三代戰機原位換裝有源提供成熟先進的解決方案。在微系統、智能化雷達等方面持續攻關，為四代機雷達改進和五代機雷達研製做好技術積累 ^[6]  。

2013年3月18日，日本媒體再次就“火控雷達照射”一事進行炒作。中國國防部發表聲明澄清事實後，再次駁斥日方説法不符合事實，別有用心。專家認為，日本方面炒作此一事件，是圖謀在釣魚島問題上獲利 ^[13]  。

中國國防部新聞事務局2013年3月18日再次表示，日方所謂中國海軍艦艇火控雷達瞄準日方艦機的説法不符合事實。日方不時炒作所謂“火控雷達照射”問題，對中國軍隊進行抹黑，誤導國際社會，是別有用心的 ^[13]  。

2014年5月29日，日本媒體稱，中國軍艦可能在東海動用了射擊用火控雷達瞄準海上自衞隊“澤霧”號護衞艦 ^[16]  。報道稱，中國海軍還可能對當時正在事發海域上空執行警戒巡邏任務的P-3C巡邏機採取了同樣舉動 ^[14]  。

2014年6月17日，日本防衞省在記者會上，在被問及5月29日當天日本巡邏機和護衞艦是否再次遭到中方軍艦火控雷達照射相關問題時，小野寺稱，已獲悉相關媒體報道內容，但5月29日當天並未發生類似2013年1月的火控雷達照射事件 ^[15]  。

2020年4月30日，中國外交部發言人針對“關於中方軍艦用火控雷達瞄準菲律賓船隻”消息指出：菲方有關“雷達瞄準”的指責與事實不符。中國軍艦是在中國南沙羣島相關海域正常巡航，相關操作專業規範，符合國際法和相關安全規則。中方已就此向菲方提出交涉，要求菲方某些人尊重事實真相，不要發表毫無根據的言論 ^[17]  。

火控雷達的出現，不僅使火控系統具有全天候防禦能力，也大大提高了系統的防空效力和自動化作戰能力。火控雷達不僅與指揮儀、光學裝置、電視、激光、紅外線等光電設備配合使用，還能和目標指示雷達等結合形成綜合防空體系，以提高多目標探測能力和電子對抗能力 ^[1]  。

未來戰場的一大特徵是伴隨着強度高而複雜的電磁對抗。基於體系化架構下的博弈，需要功能、性能更加強大和抗電磁攻擊能力更強的機載探測感知系統。未來機載火控雷達的發展將不只是對單個機載雷達性能的追求，而是更加註重雷達與外界平台的協同。通過與其他電磁傳感器相融合，機載的電磁傳感器除雷達以外，還有電子戰系統、數據鏈和光電探測跟蹤系統等。機載火控雷達與其融合的方向包括協同探測、探測信息的融合和物理實體的一體化等。

火控雷達通過異構多傳感器的協同探測和探測信息的融合，可以增加信息的獲取源，增加信息的維度和可信度，減少輻射信號被截獲的可能，提高抗干擾能力。物理實體的融合可以極大地降低傳感器系統的體積、重量和功耗等，這對於載機平台來説非常重要 ^[3]  。（國防科技網、中國軍網 評）