澳大利亞CEAFAR有源相控陣雷達

 

加裝CEAFAR相控陣雷達的澳新軍團級柏斯號（HMAS Perth F-157）

 

CEAFAR相控陣雷達的天線陣列背面

上世紀末，澳大利亞的CEA 技術公司開始開展有源相控陣搜索/跟蹤與火控雷達的研究，包括工程研製和原型樣機等。 CEA 技術公司的目標是開發一種通用的先進有源相控陣雷達系統，它不僅能適應未來戰場的威脅，而且還能按照不同客戶的需求（包括任務需求、安裝條件和預算等），快速完成相對應的架構與工程方案。 這種屬於第四代技術的有源相控陣雷達最初源於美國廠商，由CEA 技術公司投資開發，雙方共享技術。

1995年起，CEA就開始發展一系列模塊化主動相控陣雷達。這個系列包括CEA-Mount X波段相控陣照射雷達，功能完整的CEA-FAR S波段中程主動相控陣雷達，陣面、功率為CEA-FAR四倍的遠程版本等 。

2000年3月，CEA 技術公司獲得澳大利亞軍方的第一份合同，負責研製陸基CEAFAR系統。該系統能自動探測與識別出小型高速的低空目標。在該項目的基礎上，CEA 技術公司進而進行艦載相控陣雷達的研發。 2001年10月，CEA 技術公司獲得澳大利亞國防部的發展合同，負責研製與測試一個中功率雷達演示驗證樣機，該項目稱為CEAFAR to Sea （CF2C）。 這套測試系統包括兩個CEAFAR有源相控陣雷達陣面，每個陣列由16個發射陣面組成；這套艦載CEAFAR雷達原型首先安裝在傑維斯灣（Jervis Bay）的畢克羅福特武器測試場（RAN's Beecroft Weapons Range ）進行測試，該系統在高海況、惡劣天氣等環境雜波幹擾的情況下，仍表現出良好的探測性能。此後，又對該雷達在航行船艦上的性能進行測試，包括船艦受海浪影響不規則搖晃、人為控制的轉向。並驗證雷達系統用來穩定波束的算法。

 

安裝在阿倫塔號（HMAS Arunta F-151）的CF2C雷達原型

在驗證CEAFAR雷達系統在艦載環境下的性能後，CEA 技術公司緊接著又完善該雷達系統的架構，發展出模塊化、軟體可重構的相控陣雷達方案，包括將全系統分成一個個獨立的微波發射陣面單元，並且將對應的後端雷達信號控制處理裝置也整合成單元性的設備；整個雷達前端陣面就由這樣的獨立模組構成， 能依照客戶的需求以及預算輕易擴充與裁減陣面規模，整體價格低廉、用途廣泛且適裝性優良 。

2003年12月，澳洲國防部正式啟動SEA 1448反導防禦( Anzac Anti-Ship Missile Defence，ASMD）計劃計劃。在2004年，SEA 1448的反飛彈系統開發團隊正式組成，由Tenix Defence（後來成為英國BAE System集團澳洲分公司）擔任主承包商，其他成員包括SAAB System，澳洲國防部相關單位。合同於2005年5月正式籤署，總值8.4億澳幣。ASMD的計劃核心，是安裝澳大利亞CEA技術公司開發的有源相控陣搜索/跟蹤與火控雷達系統 。

CEAFAR雷達系統概述

CEAFAR有源相控陣雷達系列的前端射頻系統由較小的陣面單元構成，每個天線陣面單元尺寸為30x30cm，有64個接收/發射(T/ R)組件；只要增加每面陣列天線的陣面數量，就可增強雷達的精度與總功率。 以SEA 1448 ASMD計劃使用的陣面為例，總共使用六個CEAFAR S波段搜索/跟蹤陣列天線以及四個CEAMOUNT X波段照射/火控天線，每個CEAFAR天線由16個30x30cm陣面構成（以4x4排列），因此每面天線總共有1024個T/R單元，六面天線總共有6144個T/R單元。 CEAFAR系列一大關鍵技術是數字波束形成（Digital Beam Forming，DBF）技術，以後端軟體編程控制相控陣面進行各種靈活的操作，例如將天線陣面分割成許多子陣列單元、每個子陣列單元各產生一個獨立掃描的波束，每子陣列分配不同的工作（例如廣域搜索、窄波束精確跟蹤、火控、分割成數個虛擬子雷達等等）；此外，數字波束形成技術也賦予CEAFAR良好的自適應能力，能根據周邊環境回波特性、自然或人為幹擾、當前作戰威脅狀況的設定等，自動調整雷達波形以及參數，獲得良好的抗背景雜波與ECCM能力。 由於CEAFAR的雷達波生成以及運行都由軟體控制，以後任何擴展雷達操作處理模式，只需要更新軟體程序就可實現，不一定要大費周章地更換硬體。 

除了擁有傑出的性能之外，CEAFAR另一大特點是輕巧高效的系統架構，而且安裝條件要求不高，對船艦基礎設施（包括安裝空間、上部重量餘裕、供電冷卻等需求）影響也相對較小。 CEAFAR的前端天線陣列主要由以下三個主要模塊組成：

1.微波模塊：每個微波模塊是64個砷化鎵半導體組成的S波段收/發（T/R）組件，面積290平方毫米、重約8kg 。

2.數字控制後端：負責微波發射模塊的波束形成與控制、處理接收信號、傳輸等等。

3.冷板：這是用來固定上述微波發射端以及數字控制後端的金屬框架結構，將這些裝備固定在桅杆塔表面；同時，冷板也是熱交換迴路的一部份，將前端微波收發與數字控制後端運行產生的熱量帶走。 冷板的後端連結到普通的海水熱交換系統，由海水泵浦驅動；整套系統不需要專門的製冷設備實施冷卻，大幅減低了船艦平臺的安裝需求。

 

 

CEAFAR雷達的天線陣面，由16個微波模塊構成，外部由冷板框住。

除了前端陣列單元之外，CEAFAR還有中央裝備組（ Central Equipment Group ），包含雷達系統的供電、功率與時間控制、雷達整體控制以及所有天線陣面的目標跟蹤管理等。中央裝備組的安裝位置可以遠離天線，兩者之間通過電源線與信號傳輸纜線來連接。

CEAFAR S波段搜索/跟蹤雷達可用於中、近程的對空搜索以及武器火控。 標準型CEAFAR每個陣面由16個上述30cmx30cm基本單元構成（以4x4排列，每個基本單元有64個T/R組件，因此整個陣面總共1024個T/R組件）最大探測距離約250km ，能探測40公裡外、飛行高度15至20m、RCS 0.1平方米的掠海反艦飛彈，並能同時跟蹤、交戰十幾個不同方位的目標。 基於體型較小的巡邏艦，CEA公司提供了較為輕量化的CEAFAR版本，每面陣列由四個30x30cm的基本單元構成（2x2排列，共256個T/R單元）。 而CEAFAR長程版本的陣面則比標準型擴大四倍，每個陣面由64個30x30cm模組構成（以8x8排列，一個陣面有4096個T/R單元），能用來替代美國宙斯盾作戰系統的AN/SPY-1D這種等級的遠程相控陣雷達。 

  

CEA FAR2相控陣雷達

2013年5月，澳大利亞開始發展 CEAFAR的遠程高功率版本──CEARFT ，後來正式命名為CEAFAR 2。 CEAFAR 2以CEAFAR建立的系統架構，進一步提高雷達性能並擴展功能。 整個CEAFAR2體系覆蓋L波段（遠程預警）、S波段（中遠程空域監視、跟蹤、防空飛彈火控）、X波段（飛彈終端火控照射），並以高功率氮化鎵（GaN）半導體技術製造的T/R組件替代原本的砷化鎵（GaAs）半導體組件，雷達性能大幅提高。 

CEA-FAR2算是一套具備「L+S+X」三種雷達的「三波段」相控陣雷達系統。該系統的將大幅提升該級護衛艦的信息化作戰水平和進一步優化其一體化封閉式桅杆的雷達反射截面積（RCS），FFH-151阿拉達號預計將在2019年完成全部改裝工作並交付給澳大利亞海軍，剩餘的澳新軍團級護衛艦則將在2023年前全部完成此項升級。CEAFAR2-L固定陣列相控陣警戒雷達的換裝，成為世界上第二款裝備了「三波段」相控陣雷達系統水面艦艇的殊榮，即由工作在L波段負責遠程警戒的CEAFAR2-L；工作在S波段負責搜索跟蹤的CEAFAR以及工作在X波段負責火控照射的CEA-Mount這三套雷達所組成。相比於我們熟知的工作在S+X的「雙波段」雷達系統，這類「三波段」雷達是在「雙波段」雷達基礎上再增加了一個用於遠程警戒陣列的產物。

參考：http://www.mdc.idv.tw/mdc/navy/othernavy/ceafar.htm

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1603710728938827347&wfr=spider&for=pc

整理：電波之矛

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