美國艦載四面陣相控陣?yán)走_(dá)AN/SPY-1是美國海軍艦載宙斯盾(AEGIS)區(qū)域防御武器系統(tǒng)的一個(gè)單元，故在論述AN/SPY-1雷達(dá)之前，先有必要對AEGIS系統(tǒng)作一簡要介紹。
1941年，日本偷襲珍珠港使美國海軍受到重創(chuàng)。自此以后，美國海軍投入了大量的人力、物力和財(cái)力，著手對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)一體化概念進(jìn)行探討和設(shè)計(jì)，這就是二戰(zhàn)后著手研制的宙斯盾(AEGIS)區(qū)域防御武器系統(tǒng)。AEGIS防御系統(tǒng)于1969年由國防部批準(zhǔn)正式立項(xiàng)。立項(xiàng)的目的主要是用于對付80年代和90年代乃止2000年以后日益增長的空中威脅，這些威脅主要是自50年代以后出現(xiàn)了高速高空或高速低空和高載荷的新型戰(zhàn)機(jī)和高速空/面及面/面戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。這些導(dǎo)彈采用了欺騙性彈道，并增加了高功率和多用性電子對抗。
AEGIS系統(tǒng)于1970年10月完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)評估，1971年轉(zhuǎn)入設(shè)計(jì)生產(chǎn)階段，1972年2月完成關(guān)鍵設(shè)計(jì)方案評估并著手制造與試驗(yàn)，1972年年底完成元器件鑒定試驗(yàn)，1973年交RCA公司陸軍試驗(yàn)場作系統(tǒng)級測試，1974年安裝在諾頓灣試驗(yàn)艦上作了長達(dá)32個(gè)月的海上試驗(yàn)。
1974年把AN/APY-1安裝在諾頓灣試驗(yàn)艦上，成功地自動探測并跟蹤了在太平洋上空飛行的20架飛機(jī)，用EA-6B干擾機(jī)對AN/APY-1進(jìn)行滿功率干擾也無濟(jì)于事。美國空軍改用相當(dāng)于32架EA-6B的滿功率干擾機(jī)KC-135(配置了TREESHARK)仍不能完全干擾AN/SPY-1。在這兩種情況下，AN/SPY-1的雷達(dá)波束均能“燒穿”干擾機(jī)并摸擬發(fā)射防御導(dǎo)彈。
1975年，AEGIS在海上作了6天的“實(shí)戰(zhàn)”演習(xí)，演習(xí)重點(diǎn)是對無人駕駛飛機(jī)和導(dǎo)彈威脅實(shí)際發(fā)射了3枚SM-1型導(dǎo)彈均獲成功。
1976年3月，美國海軍在南加尼福尼亞海岸外組織了多國艦隊(duì)演習(xí)，共有5個(gè)國家41條軍艦、數(shù)百架飛機(jī)和18000人參加。這次演習(xí)“敵情”復(fù)雜，共持續(xù)了10天。諾頓灣試驗(yàn)艦在全天候和電子對抗環(huán)境中成功地探測并攔截了作單批或多批襲擊的“敵機(jī)”和“敵艦”。1976年12月10日，一枚SM-2中程導(dǎo)彈在發(fā)射后很短的時(shí)間內(nèi)被AN/SPY-1截獲、跟蹤和控制，直到直接成功地命中無人駕駛目標(biāo)。
綜上所述，AEGIS武器系統(tǒng)是一種具有快速響應(yīng)可把標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈發(fā)射到空中和地面目標(biāo)的高性能防空作戰(zhàn)系統(tǒng)，也是美國海軍第一個(gè)對密集空中攻擊能作出全自動反應(yīng)的武器系統(tǒng)。它可提供80年代和90年代的寬域面/空和面/面防御。采用遠(yuǎn)程面/面巡航導(dǎo)彈和增程面/空導(dǎo)彈時(shí)，可提供攻擊海面的反擊能力。
AEGIS計(jì)劃一開始，軍方就提出了五項(xiàng)最關(guān)鍵的技術(shù)要求，即反應(yīng)快、火力猛、生存能力強(qiáng)、可用性高和覆蓋范圍大。這五項(xiàng)要求是作為設(shè)計(jì)AEGIS的“基石”。
1.反應(yīng)快
當(dāng)高速低空或高角度攻擊導(dǎo)彈逼近目標(biāo)時(shí)(在20km范圍內(nèi))，AEGIS必須在2分鐘之內(nèi)擊毀目標(biāo)。
2.火力猛
要求以足夠強(qiáng)的火力準(zhǔn)確地和以高殺傷率地同時(shí)對付多個(gè)目標(biāo)的強(qiáng)烈攻擊。
3.生存能力強(qiáng)
要求能在強(qiáng)ECM、金屬箔片干擾及惡劣的氣候條件下有效地工作。
4.可用性高
要求能在海上特定的惡劣環(huán)境(水下沖擊、核沖擊、-20°F和70海里/小時(shí)的相對風(fēng)速下，在特定的時(shí)間里能連續(xù)工作，不能長時(shí)間關(guān)機(jī)修理。
5.覆蓋范圍大
必須對艦隊(duì)提供有效的區(qū)域防御，覆蓋360°的空間。
AN/SPY-1的組成和技術(shù)特點(diǎn)
AN/SPY-1是AEGIS系統(tǒng)的心臟，是AEGIS作戰(zhàn)系統(tǒng)的主要對空對海雷達(dá)，是一部對空中和海面目標(biāo)進(jìn)行自動搜索、檢測、跟蹤并對SM-2導(dǎo)彈進(jìn)行中段制導(dǎo)的多功能雷達(dá)。
AN/SPY-1是一部工作在E/F頻段的四面陣，可提供方位360°，仰角90°的覆蓋范圍，作用距離超過250海里。
AN/SPY-1到目前為止共有四種型號：AN/SPY-1A、AN/SPY-1B、AN/SPY-1C和AN/SPY-1D。AN/SPY-1A用于裝備DDG-47型驅(qū)逐艦和CG-58型巡洋艦。
AN/SPY-1B用于裝備CG-59型巡洋艦。
AN/SPY-1C是利用飛機(jī)作載體提出的項(xiàng)目，因難于實(shí)現(xiàn)而被取消。
AN/SPY-1D用于裝備DDG-51型驅(qū)逐艦。
AN/SPY-1系列雷達(dá)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)基本相同，故本文只著重介紹AN/SPY-1A。其它型號的改進(jìn)部分只略作介紹。
AN/SPY-1A由如下五個(gè)功能單元組成：天線單元、雷達(dá)發(fā)射機(jī)單元、信號處理單元、控制單元和輔助設(shè)備單元。這五個(gè)單元的組合支撐著AEGIS上述的五大關(guān)鍵性能。這“五大”關(guān)鍵性能也是AN/SPY-1系列雷達(dá)的五大顯著特點(diǎn)。
①天線單元形成和控制高功率發(fā)射波束并把它輻射入空間。它也可接收和放大被接收到的信號并把它轉(zhuǎn)換成中頻。
②發(fā)射單元把高功率射頻脈沖發(fā)送到相控陣天線。發(fā)射單元含有兩組各32個(gè)SFD-261型交叉場放大器作為終端放大器(SFD-261的設(shè)計(jì)規(guī)范為5000小時(shí)壽命，但到70年代中期已達(dá)規(guī)定壽命的2～4倍，每組放大器均可在軍艦的一端驅(qū)動電控陣列。
③信號處理機(jī)產(chǎn)生雷達(dá)發(fā)射機(jī)波形并根據(jù)雷達(dá)計(jì)算機(jī)組指定的接收機(jī)來處理所選擇的回波。它也可為AN/UYA-4型顯示單元產(chǎn)生并分配AN/SPY-1A雷達(dá)視頻信號。
④控制單元含有AN/SPY-1A雷達(dá)計(jì)算機(jī)組和顯示設(shè)備。
這些設(shè)備的工作是靠AN/SPY-1A型雷達(dá)計(jì)算機(jī)程序來調(diào)度和控制雷達(dá)系統(tǒng)功能。
⑤輔助設(shè)備單元提供特定的工作條件使AN/SPY/1A雷達(dá)
工作最佳化。該單元包括空氣冷卻和水冷卻、空氣脫水、水凈化和若干電源設(shè)備。
AN/SPY-1A雷達(dá)和可用率高是借助于機(jī)內(nèi)冗余技術(shù)和快速計(jì)算機(jī)控制的重組來確保的。雷達(dá)必需連續(xù)工作，只需少量操作維護(hù)人員。
AN/SPY-1A的操作程序
首先借助AN/UYK-7計(jì)算機(jī)組(控制單元)，由信號處理機(jī)產(chǎn)生合適的搜索射頻波形或跟蹤射頻波形。信號在發(fā)射機(jī)通道中被放大并被選擇陣面。通過天線位置程序器把波束指向指令轉(zhuǎn)換為陣列移相器指令，從而產(chǎn)生發(fā)射機(jī)輸出，這些輸出通過天線陣面在特定的空間角度形成波束。由陣列和通道(距離)和兩個(gè)差通道(仰角和方位)接收的信號首先在射頻前置放大器中被放大，在雷達(dá)接收機(jī)中作頻率轉(zhuǎn)換并被進(jìn)一步放大。隨后這些信號被送到信號處理機(jī)。該信號處理機(jī)可完成對接收到的信號作恒虛警率和脈壓處理以及角度和距離估值。這些數(shù)據(jù)由AN/SPY-1A型計(jì)算機(jī)組用來起動雷達(dá)跟蹤。如果需要增加雜波抑制，則MTI處理可同時(shí)用于跟蹤和搜索兩種工作方式。
AN/SPY-1B采用新型移相器和波束成形技術(shù)，以降低天線旁瓣，從而降低了有源電子干擾的威脅。AN/SPY-1B還將采用分布式微處理器系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)快速信號處理，使得中央處理器的信號分析和融合中心的融合任務(wù)容易完成。
AN/SPY-1D雷達(dá)更新項(xiàng)目目前正在洛克希德·馬丁公司進(jìn)行前期組裝聯(lián)試。雷達(dá)更新目的是提高在重雜波環(huán)境下(如沿海地區(qū)的城市、工業(yè)區(qū)、遷移鳥類和沙暴)對低空目標(biāo)的快速截獲能力。
更新項(xiàng)目包括對發(fā)射機(jī)、信號處理機(jī)及計(jì)算機(jī)程序的修改。發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵件換成新器件，以降低內(nèi)部噪聲，提高信號穩(wěn)定度。信號處理機(jī)改為先進(jìn)的數(shù)據(jù)分布結(jié)構(gòu)，微處理器的能力也得到加強(qiáng)，從而大大加快了信號處理速度。計(jì)算機(jī)程序采用新的處理方法，加強(qiáng)了對信號處理和發(fā)射機(jī)管理，提高了消除雜波和對欺騙性電磁干擾的抑制能力，從而確保了與當(dāng)前正在發(fā)展的威脅目標(biāo)相同步。
結(jié)論
美國海軍裝備的AEGIS系統(tǒng)是一個(gè)成功的艦載區(qū)域防御武器系統(tǒng)，AN/SPY-1雷達(dá)是該艦核心，也是迄今為止的世界上第一部四面陣艦載相控陣?yán)走_(dá)。AEGIS系統(tǒng)的研制從1969年立項(xiàng)算起，前后共花了30年時(shí)間，已經(jīng)耗費(fèi)500億美元。每艘AEGIS軍艦價(jià)格為7.5～9億美元。
有源相控陣?yán)走_(dá)與無源相控陣?yán)走_(dá)相比，存在以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：
由于有源相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射機(jī)直接分布在陣面上，因此發(fā)射饋線損耗小，與無源相控陣?yán)走_(dá)相比，減少4倍以上，則使雷達(dá)的探測距離明顯增大。
由于有源相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面上的每一個(gè)單元相當(dāng)于一部小發(fā)射機(jī)，只有當(dāng)20%以上的收發(fā)組件失效后才會嚴(yán)重影響雷達(dá)性能。當(dāng)僅有10%組件失效時(shí)，雷達(dá)的作用距離僅減少3%左右，影響甚小。相反，無源相控陣?yán)走_(dá)是采用一部集中式發(fā)射機(jī)，當(dāng)發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會導(dǎo)致整部雷達(dá)不能工作。由此可見，有源比無源相控陣?yán)走_(dá)的任務(wù)可靠性有較大提高。
有源相控陣?yán)走_(dá)可發(fā)射靈活易變的大占空比發(fā)射波形，使其發(fā)射的脈沖功率大大降低，不易被敵方偵察機(jī)截獲，具有良好的低截獲概率性能。而無源相控陣?yán)走_(dá)因受大功率發(fā)射管的制約，雷達(dá)工作占空比受到限制，使其發(fā)射的脈沖功率較大，易被敵方偵察和截獲并受到干擾。
采用大量砷化鎵微波集成電路的有源相控陣?yán)走_(dá)，可明顯減小雷達(dá)的體積、重量以及降低成本和提高可行性，更適于裝艦。
有源相控陣?yán)走_(dá)更有利于采用先進(jìn)的數(shù)字波束形成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)天線波束自適應(yīng)控制，使其零點(diǎn)對準(zhǔn)干擾方向，大大提高了抗干擾能力。
總之，有源相控陣?yán)走_(dá)是集現(xiàn)代陣列理論、超大規(guī)模集成電路、高速計(jì)算機(jī)、先進(jìn)固態(tài)器件及光電技術(shù)為一體的新技術(shù)產(chǎn)物，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代化科學(xué)的發(fā)展水平，它具有多功能、遠(yuǎn)距離、高精度、高靈活性、高可靠性以及優(yōu)良的抗干擾能力等鮮明特征，為艦載雷達(dá)的發(fā)展開辟了新的里程。
海上千里眼：艦載雷達(dá)
艦載雷達(dá)（shipborne radar）是裝備在船舶上的各種雷達(dá)的總稱，它們可探測和跟蹤海面、空中目標(biāo)，為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)艦載機(jī)飛行和著艦，躲避海上障礙物，保障艦艇安全航行和戰(zhàn)術(shù)機(jī)動等。各種艦艇上裝備的雷達(dá)種類和數(shù)量，取決于艦艇的戰(zhàn)斗使命、武器裝備和噸位大小。通常小型戰(zhàn)斗艦艇裝1～2部；大、中型戰(zhàn)斗艦艇裝10多部，有的多達(dá)20余部。 1935年，德國在“貝雷”號試驗(yàn)船上首次進(jìn)行艦載雷達(dá)試驗(yàn)，這是一種對海警戒雷達(dá)，當(dāng)時(shí)對海上艦船的探測距離僅9公里。世界上最早實(shí)用艦載雷達(dá)的是德國研制的“海上節(jié)拍”式對海警戒雷達(dá)。它在1936年夏首先裝備了“海軍上將施佩爾伯爵”號袖珍戰(zhàn)列艦等3艘大型軍艦。 1938年，美國海軍研究試驗(yàn)室最早研制出頻率為195兆赫,對飛機(jī)探測距離達(dá)137公里,對水面艦艇探測距離大于20公里的XAF型艦載警戒雷達(dá)，安裝在“紐約”號戰(zhàn)列艦上。 第二次世界大戰(zhàn)期間，美、英、蘇、日等國海軍的部分艦艇,陸續(xù)裝備了對空、對海警戒雷達(dá),主要用于及早發(fā)現(xiàn)敵方飛機(jī)和艦艇，以保障適時(shí)和有效的攻擊。如在1941年3月28日馬塔潘角海戰(zhàn)中,英國艦隊(duì)由于裝備了艦載雷達(dá)，得以在黑夜中探測到意大利艦隊(duì)的位置，爭取了主動，取得了擊沉意巡洋艦3艘、驅(qū)逐艦2艘的戰(zhàn)果。 大戰(zhàn)末期至20世紀(jì)50年代，各國海軍艦艇先后裝備了炮瞄雷達(dá)、魚雷攻擊雷達(dá)和導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)。60年代，有些艦艇裝備了三坐標(biāo)雷達(dá)。這種雷達(dá)既能擔(dān)負(fù)警戒任務(wù)，又能為武器系統(tǒng)指示目標(biāo)和對艦載機(jī)導(dǎo)航，成為艦艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的重要設(shè)備。 70年代，許多國家的海軍十分重視對電子干擾和掠海飛行反艦導(dǎo)彈的防御，應(yīng)用了頻率捷變、單脈沖跟蹤、脈沖壓縮、動目標(biāo)顯示、脈沖多普勒、多目標(biāo)跟蹤，數(shù)字技術(shù)和光電技術(shù)（電視、紅外、激光）等先進(jìn)技術(shù)成果，先后研制并裝備了一些抗干擾性能比較好、具有探測低空飛機(jī)和掠海飛行反艦導(dǎo)彈能力的新型警戒雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)。 發(fā)展趨勢：發(fā)展多功能雷達(dá)，以提高雷達(dá)效能，減少艦上雷達(dá)的數(shù)量；進(jìn)一步提高抗干擾能力，抑制海浪雜波，克服低空多路徑效應(yīng)，改善低空探測和跟蹤性能等。
分類 按戰(zhàn)術(shù)用途分為： 警戒雷達(dá)：有對空警戒雷達(dá)和對海警戒雷達(dá)，用于發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視海面、空中目標(biāo)，與敵我識別系統(tǒng)相配合判定目標(biāo)的敵我屬性，給導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)和炮瞄雷達(dá)提供目標(biāo)指示等。 導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)：有艦艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)和艦空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)，用于跟蹤海面和空中目標(biāo)，為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)或射擊指揮儀提供目標(biāo)的坐標(biāo)和運(yùn)動數(shù)據(jù)。 炮瞄雷達(dá)：用于跟蹤海面和空中目標(biāo)，為艦炮射擊指揮儀或火控計(jì)算機(jī)提供目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和炸點(diǎn)偏差數(shù)據(jù)。 魚雷攻擊雷達(dá)：裝在魚雷艇和潛艇上，用于搜索、跟蹤海面目標(biāo)，為魚雷攻擊指揮儀提供目標(biāo)的坐標(biāo)和運(yùn)動數(shù)據(jù)。 航海雷達(dá)：用于觀測島岸目標(biāo)，以確定艦位，并根據(jù)航路情況，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行避碰解算和顯示，引導(dǎo)艦船安全航行。 艦載機(jī)引導(dǎo)雷達(dá)：一般裝在航空母艦上，用于對艦載機(jī)進(jìn)行指揮引導(dǎo)。 著艦雷達(dá)：一般裝在航空母艦上，用于在復(fù)雜氣象條件下引導(dǎo)艦載機(jī)安全著艦。 各種艦艇上裝備的雷達(dá)種類和數(shù)量，取決于艦艇的戰(zhàn)斗使命、武器裝備和噸位大小。通常小型戰(zhàn)斗艦艇裝1～2部；大、中型戰(zhàn)斗艦艇裝10多部，有的多達(dá)20余部。 發(fā)展 艦載相控陣?yán)走_(dá)，shipborne phased array radar，裝備在艦上，天線采用相位控制的方法實(shí)現(xiàn)波束掃描的雷達(dá)。其工作原理是在發(fā)射時(shí)設(shè)法使各輻射器的電磁波信號到達(dá)目標(biāo)時(shí)同相，疊加后信號最強(qiáng)，因而使天線波束的最大值方向指向目標(biāo)；接收時(shí)各輻射器收到的回波信號同相合成。其特點(diǎn)是一遠(yuǎn)、二快、三精、四高、五多。遠(yuǎn)是指作用距離遠(yuǎn)，快是指對目標(biāo)的探測速度快，精是指測得的目標(biāo)數(shù)據(jù)精確，高是指高可靠性和高自適應(yīng)能力，多是指同時(shí)捕獲的目標(biāo)多。其組成與常規(guī)雷達(dá)基本一樣，包括接收裝置、發(fā)射裝置、天線、波控系統(tǒng)、中端設(shè)備等。這種雷達(dá)的出現(xiàn)是現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)重大成就，由于能同時(shí)具有目標(biāo)搜索、識別、捕獲，跟蹤引導(dǎo)和指導(dǎo)等多種功能，一步多功能相控陣?yán)走_(dá)能替代多部分別完成不同任務(wù)的雷達(dá)，從而可以解決原先艦上各種功能的眾多雷達(dá)天線架設(shè)和信號相互干擾的矛盾。更重要的還在于采用多功能相控陣后，有利于信息顯示、數(shù)據(jù)處理與縮短反應(yīng)時(shí)間，從而能有效地對付高密度的飽和攻擊。同時(shí)，未來海上信息戰(zhàn)的發(fā)展，迫使艦載雷達(dá)不僅要用自適應(yīng)波束處理，而且還應(yīng)用自適應(yīng)波束形成技術(shù)，才能在復(fù)雜電子環(huán)境中完成各項(xiàng)任務(wù)。這是機(jī)械掃描雷達(dá)無法實(shí)現(xiàn)的，而多功能相控陣?yán)走_(dá)，尤其是采用數(shù)字波束形成的多功能相控陣?yán)走_(dá)，可通過將信號波形處理與天線波束的自適應(yīng)處理相結(jié)合起來，從根本上改進(jìn)雷達(dá)的性能以適應(yīng)未來海上信息戰(zhàn)惡劣的電磁環(huán)境。此外，采用相控陣后，還可用電子穩(wěn)定系統(tǒng)來取代笨重的機(jī)械穩(wěn)定系統(tǒng)，這對艦載雷達(dá)來說也是十分重要的。因此，艦載相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展十分迅速。正沿著有源陣列、高度自適應(yīng)、共性天線、智能蒙皮、綜合應(yīng)用高新技術(shù)等方向發(fā)展，有著廣闊的前景。不過也存在著整機(jī)過于龐大、復(fù)雜，因而造價(jià)高、維護(hù)費(fèi)用大等缺點(diǎn)，并有下列關(guān)鍵問題需解決：研制廉價(jià)而高性能的固態(tài)收/發(fā)組件；數(shù)字波束形成和實(shí)時(shí)自適應(yīng)處理；縮小體積、減輕重量和降低成本；提高可靠性和可維修性等。 
