火控雷达_利用电磁波探测目标并控制武器发射用的军用雷达

火控雷达

利用电磁波探测目标并控制武器发射用的军用雷达

火控雷达（英文：Fire Control Radar），是利用电磁波探测目标并控制武器发射用的军用雷达，用于给导弹、火炮、电磁武器以及枪弹提供目标的距离、方位和高度等参数并引导武器攻击的雷达。

发展沿革

历史背景

世界上第一部机载雷达1937年诞生在英国，被应用于空/海监视，为应对敌方潜艇，英国于1937年进行了首次雷达空中试验，该雷达也可用来协助舰载机在军舰上起降。同时期也出现了用于空/空探测与定位截击雷达。

20世纪40年代，英国发明了磁控管，为机载雷达跨入微波波段创造了重要的条件，使雷达能在厘米波段工作。

1940年英国科学家访问美国，并带去了磁控管，建议美国研制微波雷达。美国麻省理工学院在很短的时间内，研制成功厘米波机载雷达SCR-520，并于1942年进行批量生产。美国在作战飞机上加装了火控雷达后，大大提高了飞机的作战效能。

1944年美国在海军夜间作战飞机上安装第一部火力控制雷达以来，火控雷达已发展成为多功能的、能在全方位、全高度、全天候以及有源、无源干扰和目标密集条件下控制飞机火力的电子系统。

火控雷达的作用是，在即将开火射击前对准目标，以准确把握目标的速度和位置。火控雷达的特点是测量精度高（测角精度1~2毫弧度，测距精度几米到十几米），作用距离较近（通常15~50千米），具有自动跟踪能力，截获目标后能不断准确给出目标坐标数据，转换成武器的射击诸元后，通过伺服系统实现火力武器的自动瞄准射击。

研制进程

20世纪50年代，雷达理论有了重大进展，单脉冲、相控阵、合成孔径、脉冲多普勒（PD）概念的提出，匹配滤波理论、检波统计理论的建立及脉冲压缩等新技术的出现为研制新型雷达奠定了理论基础。1953年研制成功波马克导弹的高脉冲重复频率PD雷达导弹头，1959年研制成功NASSAR系统的机载单脉冲火控雷达。

20世纪60年代，栅控行波管在美国问世，微电子器件的出现和数字技术的进步，大大促进了机载雷达技术的进步，为机载雷达小型化起了重要作用。不同型号的PD火控雷达研制工作同时开展，机载相控阵雷达的研制工作，也在深入进行，开展了MERA（微电子用于雷达）计划。在此期间研制成功了AWG-9（安装于F-14战斗机）火控雷达。

20世纪70年代，研制成功多种PD火控雷达，APG-66（F-16）、APG-65（F-18）、APG-63（F-15）。机载相控阵雷达领域进行了第二阶段工作，即开展了RASSR（可靠的机载固态雷达）计划，研制了具有1048个T/R组件的有源阵列，验证有源阵列的可靠性。多功能和数字化是新一代火控雷达的特点。

20世纪80年代，PD火控雷达处于日臻成熟阶段，为F-16飞机研制成了更为先进的APG-68火控雷达。另外，利用新器件和新技术改进了原有火控雷达，出现了APG-71（AWG-9的改进型），APG-70（APG-63的改进型）。在机载相控阵雷达方面开展了SSPA（固态相控阵）计划，研制了一个2000单元的阵列，验证了功率效率和经济上的可行性。

20世纪90年代，成像技术在机载火控雷达中广泛应用，机载相控阵技术取得重大进展并进入实用和装备阶段。从这个年代开始了机载航空电子系统综合化发展的新阶段。其中F-22飞机最具代表性。它装备了90年代研制成功的有源相控阵火控雷达APG-77，代表着机载火控雷达的发展方向。同时在F-22上进行了“宝石柱”（PAVE PILLAR）计划，引出了综合航空电子设备概念。

归纳起来，世界机载火控雷达的发展大体上可分为四个阶段：测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达及相控阵雷达。经过80余年发展，世界各国已经发展出多种具有不同体制和用途的雷达，其功能早已突破最初测距、测速、测向的范围，完成了向高分辨率地图测绘、气象探测、目标识别和电子对抗等功能拓展。

20世纪50年代，脉冲多普勒火控雷达现身。这种雷达运用脉冲多普勒效应，利用飞行状态下所感知的运动目标回波和地面回波频率的差异，来抑制地面回波，检测被掩盖的运动目标回波，从而具备下视发现低空飞行目标的能力。

之后，脉冲多普勒火控雷达经历了从反射面天线到低副瓣平板缝阵天线，从模拟信号处理到数字信号处理及数字化操控显示的发展过程。具有高、中、低脉冲重复频率全波形和数字化信号处理能力的战机火控雷达的出现，使战机拥有了全向探测和同时多目标搜索、跟踪能力。

典型的脉冲多普勒雷达包括配装F-16系列飞机的AN/APG-68雷达，配装F-18系列飞机的AN/APG-73雷达，配装阿帕奇武装直升机的AN/APG-78“长弓”雷达，以及意大利的Grifo系列雷达、欧洲雷达集团的Captor雷达、俄罗斯的“甲虫”系列雷达等。

脉冲多普勒雷达能够制导中距空空导弹实施攻击，还具备对地面、海面目标搜索跟踪和引导攻击以及对地面目标进行高分辨率成像的能力，但受到天线机械扫描、发射机功率和工作带宽等限制，脉冲多普勒雷达的发展也有瓶颈，难以在探测距离、多目标跟踪、可靠性和抗干扰方面再进一步。为此，有源相控阵雷达应运而生。

有源相控阵雷达与脉冲多普勒雷达的天线不同。其天线的核心是成百上千个收发组件（T/R组件），每个T/R组件都包含了一组小型发射机、接收机和移相器等。

通过分别调整每个T/R组件中移相器的发射、接收信号的相位，就可以实现雷达波束扫描。这种扫描没有机械扫描的惯性限制，因此可以实现波束扫描的捷变（跳变），提升多目标跟踪性能和抗干扰能力。受行波管发射机的限制，脉冲多普勒雷达的工作带宽难以超过1吉赫，而现有源相控阵雷达的工作带宽可以达到4吉赫水平，大幅提高了抗干扰能力。

一些四代机的雷达也因此获得电子战侦察、干扰和数据链制导武器的能力。例如，在进行电子战时实施高增益电子支援（侦察）和高功率电子对抗（干扰），传统机载电子战系统只能对对手的雷达主瓣信号进行截获侦察，一些四代机雷达则可以截获、侦察远距雷达副瓣信号。在对敌方雷达进行远距大功率压制干扰时，传统机载电子战系统干扰有效功率只能达到百瓦量级，一些四代机雷达干扰有效功率可达1兆瓦以上。

发展趋势

火控雷达的主要发展趋势是：

①一体化技术。火控雷达归一通用化，就要求雷达适应多种武器需求，跟踪/通信/电子战一体化，能够实现导弹指令制导功能和信息化弹药控制功能。

②目标识别。火控雷达的多任务需求牵引雷达需要进行空中、地面或海面目标的识别，识别方法主要基于目标的运动特征、目标运动调制特征和图像信息的识别。

③协同应用。火控雷达与红外、光学等探测装置协同应用。

技术特点

系统组成

火控雷达一般包括两个系统，第一系统是用于扫描发现和侦探的雷达扫描系统，第二系统是负责武器导弹控制的火力控制系统。火控雷达与其他雷达的主要区别就在于火力控制系统。

该系统工作原理与作用与多数军用雷达相同，是指利用电磁波的定向并周期旋转发射，对指定区域进行扫描。电磁波遇到物体会发生反射，且不同物体对电磁波的反射作用不同。利用这一特点可对物体进行探测发现。雷达扫描系统主要包括:发射机系统、接收机系统、天馈系统、信号处理及显示器系统、定时系统、还有电源设备等部分组成。由于电磁波波段越短，其直线传播的特性越明显，故雷达使用的一般为微波频段的电磁波。火控雷达主要使用3厘米的电磁波，也即X波段。雷达扫描系统通过接受返回的电磁波，便可计算获知目标物体的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

该系统以第一系统所扫描到的目标信息为基础，通过计算机辅助和人为控制，确定对目标采取何种火力武器打击。当使用具有跟踪功能的武器时，火力控制系统可配合雷达扫描系统对目标实行实时侦探，跟踪单个目标时采用单脉冲体制；跟踪多目标时则采用边扫描边跟踪体制，实行对目标的精确打击。

运行原理

机载火控雷达在空对空攻击中的典型工作过程是：根据地面指挥所的指令在规定的空域进行快速搜索，发现目标后进行识别、截获并转入跟踪；连续向火力控制计算机提供目标的方位角、高低角、方位角速度、高低角速度、相对距离、相对径向速度等数据；经过计算得出瞄准标志，指示武器发射的方向和发射的时间；控制武器发射；继续跟踪目标并对目标照射，提供空空导弹导引头跟踪目标所需要的控制信息。在空对地攻击中，雷达提供经过多普勒锐化的高分辨率地图景像，并进行空对地测距，确定投放空对地武器所需要的飞行航向和投放时间。

火控雷达同时具备搜索雷达和跟踪雷达的功能。搜索时，雷达天线在飞机正前方所规定的全部空域快速扫描。跟踪单目标时采用单脉冲体制；跟踪多目标时则采用边扫描、边跟踪体制。发射信号通常采用低重复频率的脉冲压缩体制。下视、下射时采用中或高脉冲重复频率相参脉冲串的脉冲多普勒体制（脉冲多普勒雷达）。此外，为了提高作战飞机的生存能力，火控雷达还具备躲避对方防空雷达监视、保证飞机超低空飞行时的地形回避和地形跟随等导航功能。机载火控雷达在体积和重量上受到严格限制，同时又有多种体制，因此需要有高效率、高增益、低副瓣的天线阵，高稳定度的发射系统，能适应各种有源干扰和地面、海面等无源干扰环境下工作的发射波形以及完善的信息处理系统。

装备类型

火控雷达根据搭载平台、工作体制和受控武器的不同，可以有不同的分类，比如：

按搭载平台分类：舰载火控雷达、车载火控雷达、机载火控雷达等。

按工作体制分类：单脉冲雷达、无源相控阵雷达、有源相控阵雷达等。

按被控制武器分类：火炮控制雷达、导弹制导雷达、防空导弹控制雷达和综合火控雷达等。

机载火控雷达担负着空-空、空-面的作战使命，为战斗机消灭入侵的空中目标、掌握制空权提供目标指示功能，战斗机同时也担负着对地面目标的攻击任务。机载火控雷达包含空-空和空-面工作方式。空-空工作方式包括上视搜索及跟踪、下视搜索及跟踪、单目标跟踪、边扫描边跟踪、边搜索边测距和空战格斗等模式；空-面工作方式包括空-面测斜距、实波束地图测绘、多普勒波束锐化、合成孔径雷达、地图冻结、地面动目标指示和对海探测等模式。

多功能火控雷达：通常配装战斗机、轰炸机等，一般具备多目标搜索跟踪、地图测绘、气象导航等功能，主要用于对空中、地面和海面目标的搜索、跟踪和武器制导。其中，机载火控雷达的性能高低与战机攻击时的“最后一击”成效紧密相关。最初的机载火控雷达采用的是脉冲体制，依靠发射微波脉冲信号和对回波脉冲的检测，确定目标是否存在及距离。由于下视时地面回波强度远大于空中目标的回波强度，因此简单脉冲体制的机载火控雷达不具备下视和引导武器下射能力。另外，这种方式易受敌方干扰，精度也不高。

舰载火控雷达的使命任务是对敌方飞机、舰艇及来袭反舰导弹进行探测跟踪，向本舰火炮或对空导弹系统提供打击目标的实时准确的地理坐标（方位、俯仰角及距离等），供火控系统解算后制导武器，达到有效杀伤敌方来袭目标的目的。舰载火控雷达根据用途有主炮/副炮火控、对空/对海导弹火控等功能。

1、发展综合火控雷达与光电跟踪系统的综合跟踪体制，以缩短系统反应时间，提高跟踪精度，并增强系统在严重杂波和电子干扰环境下的跟踪和制导能力；

2、为了抗饱和攻击，同时也具备反隐身能力，未来的舰载火控雷达将越来越多地采用相控阵雷达；

3、发展高分辨力的毫米波雷达，以克服多路径影响及提高对低空目标的跟踪能力和系统的快速反应能力。

地面火控雷达主要包括炮瞄雷达和导弹制导雷达，是一种精密跟踪雷达。在接到空情雷达或雷达网送来的目标位置指示后，火控雷达在指示目标附近的空域进行小范围搜索、截获目标，而后转入在方位角、高低角、距离以及多普勒频率（径向速度）上对目标进行多维跟踪；测出目标的精确坐标，计算出火力单元的射击诸元，控制火炮或导弹瞄准目标的未来点，进行射击。当火控雷达采用相控阵体制后，可以跟踪多批目标，引导多个火力单元，对多个目标实施攻击。在现代防空作战中，防空兵火控雷达的性能与使用成为能否克敌制胜的重要因素。

各国型号

美国

AN/SPY-1火控雷达由洛克希德·马丁公司研制，1983年服役，有4个八边形固定阵面，在尺寸为3.65x3.65米的每个阵面配置4352个铁氧体制作的移相器，发射机采用行波管。

AN/SPY-1工作在E/F波段（2~4GHz），可提供方位360°、仰角90°的覆盖范围，作用距离370千米，脉冲发射功率在5MW以上。它由天线单元、发射机单元、信号处理单元、控制单元和辅助单元组成，能对空中和海面目标进行自动搜索、可跟踪200个目标，并制导多枚导弹对18个目标交战，具有较强的抗干扰能力。它所控制的武器主要是标准导弹SM-2，也可控制增程面一面巡航导弹及舰载火炮。

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“长弓”APG-78雷达是美国研制装备的一种工作频率为35千兆赫的相干多普勒脉冲火控雷达，可在晴天、夜间及烟、雾、尘、雨、雪等各种恶劣气候条件下和电子对抗环境中工作，对运动目标的探测距离为8千米，对固定目标的探测距离为6千米：可扫描直升机前方55平方千米的区域，同时显示、区分和跟踪128个目标，可自优先顺序，对16个威胁目标进行排序，并在1分钟内攻击它们。

“长弓”雷达的发射功率低，采用极窄的笔形波束主瓣和保密的低截获率调制等低可探测技术。它还采用实波束测地面目标，进行非协同目标识别，能穿透伪装物和树叶识别固定目标，最后显示实波束视频和合成图像。可进行360°全方位连续扫描，也可对特定扇区进行重点扫描。“长弓”雷达还是一种多功能雷达，有地面目标瞄准、空中目标瞄标、地形地貌显示和内部测试等4种工作模式。

加装“长弓”火控雷达后，AH-64D武装直升机的技术水平和综合作战能力明显提高，成为21世纪初最先进的武装直升机。AH-64原来不装雷达，作战时需有OH-58直升机伴随或利用其他战场侦察设备提供目标数据。装上雷达后可以自主搜索、跟踪目标，探测到的目标数据不但可通过数据链传给其他直升机。

中国

2004年11月中国国际航空航天博览会上，中国展出了“神鹰-80”（代号：SY-80）火控雷达。

SY-80火控雷达是一部X波段、中等脉冲重复频率脉冲多普勒体制的机载火控雷达。相对上一代的单脉冲火控雷达，脉冲多普勒雷达能够全天候、全高度条件下对空中目标进行搜索和跟踪，尤其解决了以往单脉冲雷达难以下视搜索空中目标的难题。该雷达还具有对地面目标精确测距的能力，配合控制机载武器的发射和投放。并具有频率捷变和多种抗干扰能力以及自动检测功能。

2018年11月6日，第十二届中国国际航空航天博览会上，中国电科第14所展出了一款能够“向后看”的 KLJ-7A“三面阵”机载有源相控阵火控雷达。机载火控雷达被称为“战鹰之眼”，直接决定了战机的战场感知能力和战斗力。据介绍，KLJ-7A是采用有源相控阵技术，具备对空搜索、多目标跟踪、空地和空海目标搜索与跟踪、高分辨SAR成像、高增益ESM、地形回避和气象等功能，可同时攻击多个目标，其视野可超过300度。

三面阵体制的引入极大拓展了角度范围，给作战带来传统单面雷达所不具有的优势。战机有了三面阵就可以实现“敏捷脱离”，可以在大角度大机动状态下稳定跟踪目标和制导先进空空导弹，获得进攻和防御兼备的战术优势，使得战机战术更为灵活，极大提高空战对抗和战机生存能力。

三面阵体制可以扩大雷达的搜索范围，一定程度上还可当作“小型预警机”使用。此外，三面阵体制可以弥补相控阵天线波束偏离法线造成的性能下降、可以正侧视成像提升成像效果、提高抗干扰能力等。三面阵KLJ-7A在具备“广角”能力后让战机探测性能大大提升，极大丰富了战机的作战灵活性以及战场生存力，从而让载机的作战能力更上一个台阶，标志着中国在机载火控雷达技术已经达到世界先进水平。

2014年4月23日，“海上合作-2014”多国海上联合演习在青岛附近海域举行，期间中国第三代海军舰载火控雷达为中国舰队顺利完成演习任务提供了强有力的保证，填补了中国雷达领域的多项空白。雷达素有“电子眼”之称，是舰船目标搜索、跟踪、定位不可或缺的装备。由中国电子科技集团公司20所研制生产的某型雷达是中国自主研制的第三代海军舰载火控雷达，集多种现代雷达新体制于一身，填补了中国雷达领域的多项空白。

该型雷达具有抗杂波、抗干扰能力强的特点，极大地提高了对目标的搜索、跟踪精度，从而在海上联合搜救演习中能够牢牢锁定目标，对不同来袭目标实现精确打击，为中国舰队顺利完成演习任务提供了强有力的保证。此外，该型雷达采用高科技的数字集成技术及模块化的设计，具有较好的通用性，加之其良好可操作性，使该型雷达在中国多种舰艇上得到了广泛的应用。

2022年11月，中国第十四届中国国际航空航天博览会上展出了FK-3000防空系统，该系统依托搜索和火控雷达进行目标识别和锁定。火控雷达则更换了具有复杂波束形成能力和先进的信号处理能力的新产品，一大三小共计四面相控阵雷达。根据公开资料，FK-3000系统的雷达可锁定2.57～411.56米/秒的目标，其最小探测距离150米，最远探测距离30千米。

发展动态

21世纪10年代后期，随着机载火控雷达进入大批量装备，中国主战飞机、特别是三代半和四代机火控雷达将大量有源化。中国研制单位的多型机载有源相控阵火控雷达在探测距离、跟踪能力等主要方面与国外最先进水平基本相当，在体制架构等方面走在前列。中国机载雷达完全是可以与美国F-35的APG-81雷达、F-22的APG-77雷达相匹敌。

中国研制单位瞄准机载相控阵火控雷达，对于相关新技术持续推进，在轻薄化阵面、新型冷却技术等方面取得了突破，为改进型第三代战机原位换装有源提供成熟先进的解决方案。在微系统、智能化雷达等方面持续攻关，为四代机雷达改进和五代机雷达研制做好技术积累。