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“长弓”火控雷达 M.Kevin Richardson
摘要
自从进入陆军现役后，AH-64A“阿帕奇”直升机已取得了显赫战功，这一点可用其在“沙漠风暴行动”初期所执行的关键任务得到证明。在战争初期，“阿帕奇”直升机摧毁了伊拉克的雷达站，使得联军迅速取得了空中优势。即将于1997年3月交付陆军的AH-64D在此基础上进行了诸多改进，其中本文所要介绍的“长弓”火控雷达(FCR)则提高了该机的杀伤力、任务有效性和使用能力。FCR和“长弓”模块化“海尔法”导弹系统(LBHMMS)用于解决现役阿帕奇的任务缺陷。毫米波雷达可明显改善直升机在恶劣气象条件和战场能见度不好时的作战能力。借助于安装在主旋翼桨盘上方的顶端部件，直升机可明显减少目标截获和武器投放时的暴露时间。由于可用改进的数据调制解调器向其它飞机和地面部队移交目标，加上发射后不管的LBHMMS，AH-64D将成为世界上最具杀伤力和可生存性最好的攻击直升机。本文将介绍“长弓”FCR以及它作为AH-64D瞄准子系统组成部分的工作方式，包括讨论FCR的能力和战场工作方式。讨论的重点是系统介绍、FCR的工作模式(对地瞄准，对空瞄准以及地形测绘)、增强战场管理和提高使用性。
概述
十多年来，AH-64A“阿帕奇”攻击直升机一直是联合武装分队的主要组成部分，其战功显赫，最值得一提的是“沙漠风暴行动”初期。然而，随着敌方威胁的不断升级，必须对“阿帕奇”加以改进。长期以来，由于在夜视技术方面的绝对优势，所以陆军一直是夜间作战的中坚力量。给“阿帕奇”加装毫米波火控雷达，不仅可进一步提高陆军在夜战中的优势，还可使直升机在恶劣气象条件和以前所不允许的电子对抗环境中作战。浓雾或战场能见度不好已不再是敌人的掩体。敌方想利用烟幕作掩护，实际上已经间接说明了“长弓阿帕奇”的战场优势地位。
“长弓”火控雷达和发射后不管的“长弓海尔法”模块化导弹系统可使“阿帕奇”的作战能力超过现有的光电武器系统。在1995年完成的初始使用试验和评估(IOT&E)表明，AH-64D“长弓阿帕奇”的可生存性和杀伤力分别是AH-64A的7倍多和4倍多。本文讨论的就是FCR在其中所起的作用。
系统介绍
“长弓”FCR(图1)由4个外场可更换部件(LRUs)组成：旋翼轴安装套件(MMA)，可编程信号处理器(PSP)，低功率无线电频率部件(LPRF)以及雷达频率干涉仪(RFI)处理器。MMA在雷达顶端，是稳定的雷达频率(RF)发射器和接收器。LPRF是FCR稳定的频率发射器和相应的处理器。PSP接收LPRF的数字输出并完成所有FCR探测及分类所需的信号和数据处理。PSP还可完成MMA的增稳、与RFI数据的相关以及伺服控制。RFI接收主动雷达发射信号并对其进行识别。该数据与FCR接收的目标数据进行相关，以使雷达输出更为准确，并可极大提高生存能力。
位于“阿帕奇”主旋翼系统上方的MMA安装在一个反转套件上面，该反转套件由一根贯穿旋翼轴和传输套件的万向轴管支撑。在万向轴管两端有一对接插件，加上可转动的连接/滑动环型套件，这样可使电能以及信号/无线电在MMA和PSP，或者RFI和直升机的武器处理器之间传输。MMA由发射器、高度万向套件、天线罩、后罩、RF接收机、电源、方位托架套件、基座套件以及RFI传感器组构成。这些部件的主要作用是为FCR的顶端部件提供发射/接收能力、万向控制以及电源控制。天线罩由石英聚丁二烯制成，而后罩和基座则是先进的复合材料，这样可保证在不损害结构完整性的条件下，最大限度地减轻重量。
PSP是主要的雷达系统控制器和信号处理器。它是一个重量为40.86千克的外场可更换部件，安放在左侧前置电子舱(EFAB)的上部。PSP内部的外场可更换模块(LRMs)分为4个独立的子系统，即阵列处理、通用处理、视频处理和伺服控制。它处理来自LPRF的同相和正交(I&Q)视频数据以用于目标的探测、分类和优先权排序。它还是其它外场可更换部件、RFI处理器以及AH-64D的武器处理器(WP)之间的通讯中枢。
LPRF安放在右侧前置电子舱的上部，与PSP正好左右对称，重量为38.59千克。它是产生雷达发射频率的主要信号发生器，也是对雷达信号进行转换的双通道处理器。它可进行中频(IF)接收和模数(A/D)转换，而且是产生本机振荡(LOs)、发射/驱动频率以及基准系统时钟的增稳本机振荡器(STALOA)。LPRF内有一块同步装置板，可产生控制FCR各种同步所需的实时信号。
RFI原计划不仅仅只装备陆军，尽管目前只用在AH-64D上。它可向AH-64D提供主动发射源的敌我识别，并在雷达显示屏的周边为驾驶员显示其相对方位角。将FCR识别的目标向该方位角校准，同时根据雷达对目标的分类，确定发射源的类别(防空设施(ADU)、履带式车辆、轮式车辆等)，然后将两者“合并”。这可以实现对目标更准确的识别。RFI的工作频率是保密的。RFI可使直升机实现被动测距，这已经在OH-58D“基奥瓦勇士”直升机的鉴定试验中得到了验证，尽管在目前的“阿帕奇”上还没有使用这种能力。
RFI子系统由一个放置在EFAB中的LRU(RFI处理器)和一对LRMs(RFI天线和RFI接收机)组成，这对LRMs安装在MMA的托架上，正好在MMA后罩的下方。精确定位(DF)时主动发射源方位角的范围在天线轴线附近，而粗定位时方位角的范围则在天线剩余部分。在处理器上加装了一个可拆卸的用户数据模块(UDM)，可存储分类后的目标数据、延迟序列控制表和可编程搜索表。搜索表的频率范围要大于FRI搜索的频率范围。在显示器上最多可显示10个RF发射源，优先权最高的发射源周围则用倒置的“本垒板”式图标加以识别。
注：产品构型中不含雷达电源控制设备。
FCR安装在直升机的旋翼轴上，工作频率为35千兆赫，是AH-64D用来对战术目标进行探测、定位、分类和优先权排序的系统。目标类别分为履带式车辆、轮式车辆、防空设施(ADUs)、直升机或固定翼飞机。由于雷达的MMA安装在旋翼轴顶端，所以AH-64D探测目标时不必暴露整个直升机，这样有助于减少直升机的暴露时间，极大增强了针对防空系统的可生存性。此外，低旁瓣天线和雷达波型的低可探测性，使敌方难以探测FCR的发射，因此可大大减小对电子干扰的灵敏度。
在陆军订购的758架AH-64D直升机中，有227架将装备长弓FCR任务设备。它增强了对战场态势的了解，同时由于AH-64D改进了数字通讯能力，所以“长弓阿帕奇”将成为现代数字化战场的重要力量。
FCR的工作模式因为“阿帕奇”的主要任务是攻击坦克，所以AH-64D的主要目标截获和武器投放模式是对地瞄准模式(GTM)。在这种模式中，FCR对地面移动目标、地面静止目标、悬停或飞行中的直升机以及低速飞行的固定翼飞机进行搜索、定位、分类和优先权排序。目标类别分为履带式车辆、轮式车辆，或者防空设施，其显示方式如表1。一般情况下，“阿帕奇”只需露出MMA，并在几秒钟之内完成GTM扫描，即可在战术情况显示器(TSD)上为驾驶员显示多达128个经过分类的目标，并将16个优先权最高的目标显示在FCR瞄准显示器上。将这16个优先权最高目标的瞄准数据加以存储，同时根据直升机或目标的机动情况进行修正。这些数据可使直升机在隐身之处，以发射后锁定(LOAL)模式，向静止目标发射RF制导导弹。这些数据还可通过改进的数据调制解调器(IDM)传输给其它的AH-64D(不管其是否装备雷达)，使之在不暴露行踪的情况下对目标实施攻击。采用发射前锁定(LOBL)模式时，将FCR的瞄准数据直接传输给导弹，随后在飞离导轨前用导弹上的RF导引头截获目标即可。
目标被探测到以后，再根据接收的雷达反射信号中的目标特征对其进行分类。将目标特征与PSP中的设置进行比较。分类后的目标由PSP进行优先权排序以确定哪些是驾驶员最感兴趣的目标，其依据是7种可选择和可改编的优先权表。虽然只能显示16个可攻击的目标，但FCR可为战场态势了解而对多达128个目标进行定位和优先权排序。在GTM模式中，对移动目标的探测和分类时采用了多普勒技术、多普勒特性以及方位角测量。对静止目标的探测和分类则采用了窄方位波束、高清晰度以及全极化阵列特性。把目标数据和RFI探测到的主动发射源合并，这样可增加识别的准确性。
在GTM(见图2)模式中，可对15°、30°、45°、90°扇形区域内的目标进行瞄准，每个扇形区域的中线与直升机轴线的夹角，最大可为90°。对静止目标的最大探测距离为6千米。对移动目标以及空中目标的最大探测距离可达8千米。图3为典型的GTM屏幕显示方式。
GTM的扫描信号由两种特殊的雷达波型组成。这两种波型隔行扫描以最大减小对目标的截获时间。存在地物干扰时，对目标进行探测和分类采用频率捷变、极化转换波型。对地面移动目标和空中目标的探测及分类则采用伪随机频率波型(图4)。这两种方式的组合，可非常有效地对移动和静止目标进行探测和分类。
对空瞄准(ATM)模式向“长弓阿帕奇”提供对空中威胁的了解(图5)。MMA具有360°全方位搜索能力，最大搜索距离为8千米。如果需要的话，MMA的空中搜索范围也可限定在180°、90°以及45°的扇形区域内(图6)。ATM模式可对悬停和飞行中的直升机和固定翼飞机进行探测、定位、分类和优先权排序。在这种模式中，不能显示地面目标。把目标数据和RFI探测到的主动发射源合并，这样可增加识别的准确性。
在ATM模式中，采用伪随机频率波型来完成对直升机和固定翼飞机的探测和分类。与GTM模式中的移动目标指示器(MTI)一样，探测悬停和飞行中的直升机和固定翼飞机时，采用了多普勒技术和多普勒特性。雷达波束内任何可能被探测到的地面目标均不参与优先权排序、计数和总数列表，也不会显示出来。当探测到空中目标以后，AH-64D可选择用30毫米链式机炮或RF制导的“海尔法”导弹对其实施攻击，也可通过IDM，把目标数据传给联合武装分队的其它成员。
第三种，也就是地形测绘模式(TPM)用于辅助导航，以解决在能见度不好时掠地(NOE)飞行的问题(见图7)。TPM通过测量地形的高低角来提供地形回避信息，其作用距离最远可达2.5千米，这样有助于驾驶员选择最佳的隐蔽航迹。在雷达的扫描波束内，直升机前方0.1-2.5千米距离范围内的地形测绘和障碍物信息均可显示出来，其障碍物字符和雷达视频的显示方式采用保真几何图形的形式。当恶劣气象条件或能见度限制了光电传感器的前视距离时，它可以作为驾驶员夜视传感器(PNVS)中前视红外(FLIR)显示的补充。TMP数据有两种显示格式。地形测绘信息，包括在确定的距离之内的高低角，可以C型格式叠加在PNVS的视频图像上，也可显示在综合瞄准头盔提示系统(IHADSS)的头盔瞄准具上(见图8)。显示器电位计滑针的移动区域的宽度随直升机速度的变化而有所改变。由于快速转换的需要，所以直升机的速度越快，电位计滑针的移动角度越小。另一种显示格式是在多功能显示器(MFD)上以距离-角度形式显示信息。在这种格式中，根据AH-64D直升机的飞行高度和选定的离地高度来设定可飞行平面。阴影表示超过以及低于可飞行平面的垂直高度的地形(见图9)。显示器的黑色部分表示可飞行的空中通道，阴影部分表示告警，白色部分表示不能飞越的区域，因为该区域的地形或障碍物高度处在直升机设定的飞行高度以内。
增强战场管理
如前所述，“长弓”FCR能使AH-64D在数字化战场中发挥强大作用。由FCR的搜索能力所带来的战场态势了解可极大增强战场管理。来自FCR的瞄准数据可显示在战术情况显示器(TSD)上。此外再加上在航空任务计划设备(AMPS)中装定的威胁信息和导航数据，可使联合武装分队的指挥官更为有效地制定作战计划。通过IDM把这些数据传输给战场上的其它成员，这也是AH-64D在数字化战场进行自我保护的关键手段。
TSD向联合武装分队指挥官提供战场管理所需的各种关键信息。它可显示友军的布防情况以及敌方位置，这已在前面进行过简要说明。有了这些信息，驾驶员可确定一个非攻击区(NFZ)以极大减少误伤的可能性，还可确定优先攻击区(PFZ)以帮助对目标的划分。这把战场按区域划分给参与攻击的不同成员，增加了效率。借助进入攻击航迹和退出攻击航迹、已知的敌我设施位置、战区分布、加油和重新装弹站、通讯频率、呼叫信号、密码查证以及敌我识别，驾驶员可极大增加攻击效率。只需两次简单的按键，所有这些信息均可传输给联合武装分队的任何成员，以使每一架攻击直升机都能明确其承担的任务。一旦对某个目标实施攻击后，其位置会在显示器上加以标示，这样有助于作战评估。这种攻击记录还可通过IDM传输，使联合武装分队的其它成员共享。这也是作战评估和驾驶员汇报的有力依据。
在对地瞄准模式中，AH-64D的FCR可对多达128个目标的位置进行探测，将其分为5类，优先排定其中16个最有威胁的目标，通过IDM交换数字化的目标数据和上文所说的有关数据，对所有128个目标协同实施首轮精确攻击，所有的完成时间不超过1分钟。对增强战场管理和战场态势的了解具有重要作用，这一点已在初始使用试验和评估(IOT&E)中得到了证明。AH-64D“长弓”编队目前还没有发生误伤事件，而基本型AH-64A已经有34次误伤。此外，“长弓”编队还可向后方的战术作战中心(TOC)传输15份信息报告和15份作战评估报告，是基本型“阿帕奇”传输报告能力的两倍。
提高使用性
在晴天，由于FCR减少了目标截获时间，再加上其装备的LBHMMS的杀伤距离可达8千米，“长弓阿帕奇”大大提高了对敌方装甲目标和防空设施进行攻击以及将其消灭的能力。在常规夜间作战条件下，直视光学(DVO)和电视(TV)系统不能发挥作用时，其优势更为明显。然而最关键的，则是它在有雾、恶劣气象条件以及战场能见度不好时所起的作用。在上述条件下使用目前象TADS/PNVS之类的光电系统是不利的。而此时FCR可使直升机在防区外轻而易举地工作。由于直升机具有用最少的暴露时间从山后、山脊线和树稍上攻击目标的能力，所以其战场生存性有所改善。在遮蔽物的掩护下，“长弓阿帕奇”无需冒着整机暴露的危险，只需露出MMA，即可完成单扫描，并对静止目标实施攻击，或把目标交换给其它的“阿帕奇”。对移动目标则需要使用发射前锁定(LOBL)方式，这意味着导弹在发射前，弹上的导引头也必须截获目标。这两种情况所需的暴露时间比使用激光制导“海尔法”导弹所需的暴露时间大为减少。
在1994年11月进行的LBHMMA的一次发射试验可以证明这一点。当时一架AH-64D截获了一辆T-72坦克，然后通过IDM把目标交换给另一架AH-64D，随后另一架AH-64D发射了一枚RF制导的“海尔法”导弹，成功地摧毁了目标。试验时的气象条件是两架AH-64D使用TADS不仅不能观测到对方，也不能观测到目标。通常完成这种目标交换和攻击不需要任何音频通讯。还有一点需要加以说明，就是美国陆军已经订购的758架AH-64D中，只有227架将装备“长弓”FCR。“长弓阿帕奇”之间的这种目标交换能力并不表示这是一种显著而有效的直升机编队方法。
FCR的优点之一是与直升机其它传感器间的相互作用。FRI探测到的发射源信号对雷达具有提示作用。此时FRI截获威胁信号，雷达再将其方位设定为窄扫描的中心，以便对目标进行快速探测。对目标进行定位和优先权排序后，AH-64D的武器控制处理器自动进行发射控制解算，并使RF制导导弹处于待发射状态。按下“提示搜索开关”，即可把FCR的窄扫描波束中线定位在优先权最高的发射源的方位角上。重复按几次开关，FCR就可产生包含每一个发射源的优先权排序系列，并完成对所有发射源的搜索。
同样，当雷达探测到目标后，也可向TADS传感器(DVO、FLIR或TV)提示将要攻击(NTS)的目标，或者通过数据传输线，指引RF制导导弹的导引头。这可使副驾驶员/射手(CPG)在目标识别有困难时，采用目视核实。与此相反，数据传输线的作用是使TADS的瞄准线与雷达扫描波束的中线对准。这种传感器间的数据传输既可改善截获和攻击目标所需的时间，也可减少误伤的可能性。
当FRI探测到如防空设施(ADU)之类的主动发射源时，可在MFD显示屏的周边显示出来。如果该发射源在方位上和某个FCR探测的适当类型的目标重合的话，目标数据将被合并。其结果是FCR探测到的目标可在MFD的适当位置上以适当的FRI字符加以标示。有关目标的补充信息可自动影响优先权排序清单，如果需要的话，这些补充信息还进一步确认对目标的分类。它使进入攻击和完成攻击自动化，也使驾驶员在快速接近目标时，有效的避免与之相撞。
IOT&E发射试验是在加尼福利亚的中国湖进行的(图10)。试验阶段共向移动和静止目标发射了20枚“长弓”RF制导“海尔法”导弹，大部分发射距离都超过7千米。所有发射均是在有一个或更多种类的主动和被动电子干扰情况下进行的，其中包括单频谱和多频谱烟幕、雾－油烟、雷达信号吸收毯、保形雷达散射网以及雷达诱饵。在发射的20枚导弹中，有18枚(90％)直接命中。事后查证，2枚脱靶是因为导弹内部出现故障，目前已成功完成了为此所作的改进设计试验。
在全部采用虚拟目标的模拟战场环境条件下，“长弓阿帕奇”可探测、识别、接近并用适当的导弹命中所有的目标。而基本型AH-64A“阿帕奇”只能探测到这种环境下的大部分目标，且在烟幕持久不散时无法接近目标。
发射试验之后，在加尼福利亚的福特亨特利格特进行了IOT&E的能力对比鉴定。考虑到威胁能力的增长潜力，所以地面的火力装备很强，而且具有数字化的快速通讯和目标传输能力。根据预先估计的2004年的威胁环境布防，其能力大大超过目前世界上任何可能遭遇到的情况。所有的坦克均装备了非常具有杀伤力的可直接瞄准发射的反直升机导弹，其最大发射距离为4千米。在试验中，这种导弹命中的大部分是基本型AH-64A，仅有一枚命中了AH-64D“长弓阿帕奇”。这主要是因为AH-64D装备了FCR，增强了战场态势了解，同时减少了暴露时间。
威胁方还装备了目标截获预警雷达(TAR)，具有超过80千米(50英里)以上的空中目标截获能力。TAR可向己方直升机提供精确的瞄准数据，也可向己方的ADUs和直升机机动提供示警。当“阿帕奇”突然出现，来不及告警时，这可使ADUs直接进入作战(跟踪)模式。在实战中TAR是一个优先权很高的目标，但试验时直升机会避免对其瞄准。当然情况不总是如此，对TAR进行探测和分类的FRI可使FCR对发射源实施快速瞄准。这也可证明“长弓阿帕奇”比“阿帕奇”的基本型具有更大的杀伤力。
在IOT&E试验中有一个有趣的现象，就是AH-64D被击毁的时间都是在试验的初期。随着驾驶员对模拟战场条件下直升机的熟悉程度的增加，其生存力有明显改善。
结束语
前苏联解体所引起的全球政治格局的变化将给西方军事力量带来一系列新的挑战。我们已不再能对敌方作先期深入了解，也不能为专门防御坦克－重炮而进行自我武装。小规模冲突和多国联合需要我们保持武器系统的高度多用性。同时由于与研制和采购多功能－特殊武器系统有关的费用的不断增长，这也对我们有所限制。
由于不确定性、多用性和经费限制等诸多因素的影响，我们所需的武器系统应该是高效率、经济上可以承受并可在最恶劣的环境中完成各种任务。为“阿帕奇”攻击直升机加装“长弓”火控雷达可满足这种需求。
FCR可使“阿帕奇”在不允许其它旋翼机使用的环境中作战。在这样的环境中，由于有RF制导“海尔法”导弹的精度补偿，所以FCR可完成对目标的探测和攻击。更重要的是它使“阿帕奇”成为数字化战场的一部分，为驾驶员和战场的其它成员提供更多战场态势以及敌我态势了解。
“长弓”火控雷达是AH-64“阿帕奇”直升机上最关键的系统，它将使其在21世纪战场上发挥重要作用。
(中国航空工业发展研究中心 鲁进军译，邓中卫校)
美国海军陆战队并未在AH-1Z上装置被美国陆军AH-64D采用的“长弓”毫米波雷达，因为美国陆战队认为此装备虽然能让直升机拥有超强的多目标同时搜索/攻击能力，但并不适用于陆战队武装直升机的作战环境。“长弓”雷达是一种主动传感器，一旦发射电磁波便和可能被敌方探测到而暴露本身位置，这对于“隐蔽性=生存性”的武装直升机而言十分不利。更重要的是，美国陆战队的武装直升机的主要任务是在滩头附近上空为友军提供密集的火力支援，而在狭窄而缺乏纵深的滩头地区，敌我交错、战况混乱、战线不明确，而不具备敌我识别能力的“长弓”雷达在此根本无法确定目标是敌是友，也就无法发挥其多目标攻击指示的能力，优势将消失殆尽。再者，“长弓”雷达发射的毫米波很容易受到空气中状况的影响，全天候工作能力较差，天气恶劣时其有效使用距离便会大幅降低，对于重视海上与近岸操作的美国陆战队武装直升机而言十分不便。此外，精密的“长弓”雷达若长期在充斥盐分、风沙的临海环境中操作，其故障率和损耗率也会大幅度上升。综合以上因素，美国海军陆战队没有一味地追求最先进的装备，舍弃了功能强大但不适合自身特点的“长弓”雷达。
