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回覆有關雷達的詢問
2009/03/28 09:12:07瀏覽2219|回應3|推薦2

回答有關三維頻率掃描陣列的文章裡面,我提到有關SPS-48和SPY-1這兩種美國海軍使用的雷達不同點。在看到兩位朋友提出一些問題之後,我去找了一些資料,一方面是想要弄清楚一些細節,另外一方面也在於釐清自己是不是有甚麼錯誤的地方。

看過一些資料之後,發現的確在前一篇說明的地方,有些模糊,當時自己也沒有想清楚或者是認識清楚的部分。所以首先藉由兩位朋友的問題把一些有錯誤的地方解釋一下。

首先,ROXIN問到電子掃描雷達(Electronic Scanning Radar)究竟算是甚麼?我在FAS的網站上找到這一篇參考資料,裡面的內容其實是出自一本關於海軍武器概念的書。如果各位打開這個網頁,當中有提到,所謂的電子掃描雷達就是利用電子手段去改變雷達波束的指向,以有別於完全依靠機械驅動天線的型態。

如果你繼續往下看,可以發現這一段:

To achieve beam positioning off the boresight axis, it is necessary to radiated the antenna elements out of phase with one another.

這一小段文字所描述的是,如果要讓雷達波束發射的方向偏離與天線垂直的角度,那就必須讓天線上發射的單元產生不同相位的訊號。換句話說,想要改變波束的方向,就要改變組合這個主波束下的每一個小波束的相位來達成。這也就是說是以控制相位來控制波束的方向。

再往下可以看到一個次標題Methods of Beam Steering,也就說改變波束方向的方法,一共有三種,分別是:

Time Delay Scanning - 時間延遲

Frequency Scanning - 頻率掃描

Phase Scanning - 相位掃描

在頻率掃描的段落中提到SPS-48雷達:

Thus, as frequency is varied, the beam axis will change, and scanning can be accomplished in one axis (either elevation or azimuth). The principles are employed in the AN/SPS-48 and AN/SPS-52 series radars as well as in the older AN/SPS-39.

這一段的意思大致上是說:當頻率變化的時候,波束的軸向會改變,可以達到單軸掃描的目的(在水平或者是俯仰軸上)。這種原理被利用在SPS-48與SPS-52雷達上面。

哇,看到這裡,可以說是真相大白,或者說是發現前面描述的錯誤在哪裡了。

SPS-48雖然是以不同頻率的波束達成垂直方向上的掃描,可是他是以改變頻率的手段影響波束的相位。雖然與SPY-1,APG-77等這種以相位掃描來改變的手段不同,但是他們改變的目標是一致的。

那麼,SPS-48究竟是不是相位陣列雷達呢?老實說,在比較不同的資料的時候,他們的說法都稍有不同。除了上面引用的這一本書以外,參考另外一本雷松公司自己內部的訓練資料關於雷達發展趨勢的章節,他們是以phase-phase代表相是SPY-1這種雷達,phase-frequency代表像是TPQ-36這一類雷達。後面這一類雷達在技術上接近SPS-48所使用的。

可能有人要說了,講了半天,你到底要不要承認自己說錯?(這又甚麼難承認的,又不像是....)儘管現在大家提到相位陣列雷達的時候,指的是以控制相位的方式來改變相位的雷達(也真是繞口),無論是利用頻率或者是相位掃描,都應該可以算是相位陣列雷達。嚴謹一點的說法,SPS-48是頻率掃描的相位陣列雷達,SPY-1是相位掃描的相位陣列雷達。

前一篇說錯的地方在此致歉。也盼望這些說明能夠讓各位對這些傷腦筋的多一分概念。

回到ROXIN的問題,電子掃描雷達包括各種主動與被動,一維或者是多維,以不同手段改變相位的雷達系統,因此包含的範圍很廣。你的問題中提到的雷達都算是電子掃描。

第二個問題是皮卡艦長提到,SPS-48是同時發射9道波束,還是9道波束輪流發射?以及在能量的管理上面是否能夠集中到其中幾道波束上。

在參考第四版的世界海軍武器系統的說明之後,可以確定,SPS-48是同時發射9道波束,而不是一次一道,9條同時發射。SPS-48是為了改善SPS-39/52雷達一次一道波束在垂直軸上掃描的缺點(that its single elevating beam did not dwell long enough in any  giving direction),解決的方式是把9條波束堆疊起來(to stack nine beams)。

SPS-48在設計上有幾種不同模式,能夠讓發射能量分配在不同的地方。這些模式包括:

  • EAC - Equal angle coverage: 此時能量集中在較低的角度上。
  • MEM - Maximum energy management: 高能量集中在最下面4道波束,中等能量分配到最上面4道波束上。
  • AEM - Adaptive energy management: 這個模式會根據目標的威脅來調整能量的分配,根據的條件是目標的雷達截面積(RCS)大小和干擾的環境。
  • Low-E - low elevation: 能量優先給最下面的5道波束,涵蓋角度是0到28度之間。

希望這些說明不會太艱澀,能夠大致上回答兩位的問題。如果有任何錯誤的地方,也請各位不吝指教。謝謝。

( 時事評論國防軍事 )
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2009/03/28 09:20 【cobrachen的網路雜記】 回覆有關雷達的詢問
2009/03/28 09:20 【cobrachen的網路雜記】 回覆有關雷達的詢問
2009/03/28 09:17 【cobrachen的網路胡言亂語】 回覆有關雷達的詢問

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Captain Picard
SPS-48E波束能「動」嗎?
2009/06/05 11:43
最近又想到一個問題:SPS-48E的九個波束是「固定」的,還是可以在垂直軸向掃瞄?小弟原本以為SPS-48E是產生九個固定的波束,每個波束負責一部份扇面來劃分高度;不過最近查資料發現SPS-48E堆疊出來的波束的範圍只有方位1.5X俯仰5.6度(個別波束好像是1.5X1.6度),但是整體垂直向掃瞄方位卻能從0到65度,所以這整道由九個波束合成的主波束似乎能在垂直軸範圍改變相位。但如果這個主波束一直在跑動掃瞄,要怎麼根據回波頻率判斷目標高度?

再來是改變相位的「斷點」,SPS-48E能在0到65度垂直向「連續」掃瞄,還是只能在幾個斷點上跑?

dasha
插入
2009/04/03 12:27
Radar Handbook 3rd Edition小弟還沒真的開始看,所以不確定零星翻過的認知對不對,但目前的相位陣列雷達,尤其主動的那些,它的波束到底是"掃描"還是"亂槍打鳥",或許就值得討論,與過去那種規律性掃描大不相同.

Captain Picard
關於SPS-48E
2009/03/28 22:33
感謝cobrachen大的解說。

小弟猜想,SPS-48E的九道波束,應該是「各自」固定指向某個
角度,展開一個扇面,而不能如相位陣列雷達般讓波束相位
自由移動;如果是日本OPS-24單軸相位陣列雷達,就可在垂直
軸方向任意改變波束指向。中共海鷹381據說也是單軸的相控陣。