SMART-L/S1850M/SMART-L MN長程對空搜索雷達

皇家海軍Type 45飛彈驅逐艦勇敢號(HMS Daring D32)的S1850M D/L波段長程對空搜索雷達,採用SMART-L的

天線與射頻系統,後端接收處理則由英國GEC-Marconi設計。此照片攝於2011年7月23日樸次茅茲軍港。

 ──by  Captian Picard


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SMART-L長程對空搜索雷達(D/L波段)

(上與下)德國海軍薩克森級巡防艦的SMART-L長程多波束對空監視雷達 ,負責遠程空域的監視警戒。

 

 

此雷達採用D(L)波段操作。在1991年,Signnal宣布將發展SMART的D波段長程版本SMART-L;先前這個計畫最早出現在1987年荷蘭提出的北約防空作戰系統(NATO Anti-Air Warfare System,NAAWS)提案,與X波段的APAR主動相位陣列雷達構成艦載防空雷達系統。NFR90取消後,荷蘭、西德合作開發新一代防空作戰艦艇(荷蘭LCF與德國F124),就使用SMART-L與APAR的雷達組合,並結合美製標準SM-2與發展型海麻雀(ESSM)防空飛彈系統。在1997至1998年, SMART-L在Signaal的Hengelo地面測試設施進行測試工作 。荷蘭總共建造四艘LCF,而德國建造三艘F124。在2003年,韓國購買一套SMART-L,裝備於獨島號(L6111)船塢運輸艦上。隨後,丹麥也選擇APAR/SMART-L雷達組合,用於三艘SF3500AAW防空艦上。

SMART-L採用L波段(C/D頻)操作 ,能在遠程探測戰機類目標,在中距離探測低雷達截面積目標,具備航空指引能力以及良好的電子反反制(ECCM)能力,此外還結合I波段射頻功能來進行水面搜索。

SMART-L天線含基座的尺寸為4m x 4m x 4.4m,重7800kg,天線本身重6200kg。SMART系列的雷達波發射機無須穿透甲板安裝於艦體內,好處能大幅縮短導波管的長度,安裝與後勤維修都十分便利,但是暴露在甲板上的發射機也比較容易蒙受戰損 。

SMART-L天線由24個水平向線性陣列構成,其中16個用於接收、八個用於發射。SMART-L天線接收端利用數位波束成形( digital beamforming) 技術,總共能同時產生16道虛擬的接收波束,每個波束水平寬度為2.2度,垂直涵蓋範圍是70度。SMART-L也整合了一個I波段頻率模組連續波雷達(I-band frequency-modulated continuous wave,FMCW),來自於Scout導航雷達,用於低截獲率的水面探測;此外,SMART-L整合有D波段的敵我識別器 (Identification Friend or Foe ,IFF)。SMART-L水平旋轉速率為每分鐘12轉。

SMART-L採用D-SSTX固態發射機組,由七個併聯的固態發射機構成,每個擁有至多216個併聯的發射器組件(transistors)。整個後端發射機組共有512個發射器組件,構成32個功率放大(Power Amplifier,PA)模組,每個PA模組由16個併聯的發射器組件構成,單一發射器尖峰功率300W,每個PA模組的發射功率約4KW,32個PA模組一起運作的尖峰功率達100KW以上,平均功率約65KW。32個PA模組中,即便有10個失效,雷達探測距離也只會降低10%。發射機由微處理器控制,控制指令以及回覆狀態是經由序列化資料鏈(serial datalink)。

SMART-L的前端處理電子架構是基於美國德州儀器(Texas Instruments)的C-40數位信號處理器,結合特定應用集成電路技術(application-specific integrated circuit technology),有16條平行的處理通道。後端處理架構是Signaal的SigMA/Splice並結合商規的Sun SPARC主機板。SMART-L的後端系統具有濾波、波束壓縮、數位 接收波束成形、都卜勒訊號處理等先進的技術特徵,具備良好的抑制沿岸地形雜訊能力,並透過電子方式修正船身搖晃帶來的誤差。

SMART-L最大有效對空偵測距離約400km,對戰機目標的最大搜索距離約220km,對小型飛彈的偵測距離則有65km,對RHIB快艇之類的小型水面目標探測距離約2000m,對快速攻擊艇(FPB)之類的目標探測距離約7km,能自動追蹤60km內100個水面目標,或者是400km內的1000個 空中目標 與至多40個水面目標。即便在高強度雜訊與電子干擾的環境下,SMART-L仍可有效進行中程對空搜索並追蹤超低雷達截面積的目標,甚至曾在測試中發現一顆50km外、掛著鋁箔條的網球(相當於美製F-117隱形攻擊機的水平) 。經過軟體升級後,SMART-L的最大探測距離可達2000km左右,具備探測、追蹤射程1000公里級短程彈道飛彈的能力。

S1850M(SMARTELLO)長程對空搜索雷達
 

皇家海軍Type 45驅逐艦鑽石號(HMS Diamond D34)的S1850M雷達。攝於2012年4月4日樸次茅茲。

皇家海軍Type 45驅逐艦不屈號(HMS Dauntless D32)上的S1850M三維多波束長程對空監視雷達。

攝於2012年11月16日樸次茅茲。

 

S1850M是以SMART-L為基礎發展的衍生型號,用於英國、法國、義大利在1990年代開始發展的防空驅逐艦上。

在1994年,法國、義大利、英國合作的水平線(Horizon)防空驅逐艦重新選擇雷達系統(原本打算採用法國的Astral雷達),經過公開競標程序後,在1998年正式選擇了由signnal與英國GEC-Marconi(稍後成為Alenia Marconi)合作的SMARTELLO,後來改稱S1850M。在1999年10月,英國退出水平線驅逐艦計畫,轉而發展本國的Type 45飛彈驅逐艦,然而英、法、義三國都仍繼續以S1850M雷達作為驅逐艦的防空雷達。在2001年3月,英國BAE Systems正式宣布選擇S1850M作為Type 45的長程預警雷達,供應商是Thales以及BAE Integrated System Technologies (Insyte)。而法國與義大利繼續進行的水平線飛彈驅逐艦也同樣沿用S1850M。英國Type 45驅逐艦的防空雷達組合包括Sampson S波段主動相位陣列雷達與S1850M雷達,而法國、義大利的水平線飛彈驅逐艦的雷達組合則是C波段的EMPAR相位陣列雷達與S1850M雷達。

SMARTELLO/S1850M由SMART-L的天線硬體架構與GEC-Marconi的後端系統組合而成,結合了SMART-L以及GEC-Marconi的S-753 Martello雷達系統的長處。SMART-L的後端處理能力較原版SMART-L更為強大,抗干擾能力與信號處理能力更上一層樓。與SMART-L相同,S-1850M採用L波段操作,水平旋轉速率同為每分鐘12轉,垂直向偵測範圍從0度到70度,具備優良的電子穩定技術與自動追蹤能力,對大型飛機的最大偵測距離超過400km,對戰機等級目標的偵測距離可達220km,可同時追蹤1000個空中目標與100個海面目標,具備偵測大氣圈外彈道飛彈的潛力,並 能在65km外截獲具有匿蹤設計的目標。

皇家海軍Type 45驅逐艦不屈號(HMS Dauntless D32)上的S1850M三維多波束長程對空監視雷達。

攝於2012年4月4日樸次茅茲。

皇家海軍Type 45驅逐艦龍號(HMS Dragon D35)的S1850M雷達,攝於2016年9月15日樸次茅茲港。

 

S-1850M的初期生產合約在2001年簽署,共生產四套,其中2套提供給英國,而法國與義大利各分得一套。S1850M雷達的研發測試工作與船艦(英國Type 45和法/義水平線)是分開平行作業。S1850在測試階段就展現了良好的探測能力,包括在倫敦希斯洛(Heathrow Airport)機場、阿姆斯特丹史希浦機場(Schiphol Airport)、巴黎戴高樂機場(Charles de Gaulle Airport)以及法蘭克福機場(Frankfurt Airport)的測試都能捕捉所有的航空活動,同時還保有後備能量。

在2005年3月,由VT Shipbuilding建造、準備用於英國Type 45首艦勇敢號(HMS Daring D32)的第一套S1850M長程雷達桅桿模組(編號unit 35)運往Thales荷蘭分公司的設施,與S1850M雷達結合後進行測試。在2005年4月,用於法/義水平線飛彈驅逐艦的第一套S1850M雷達在法國土倫(Toulon)的水平線岸基整合設施(Horizon Shore Integration Facility,SIF)達到全功能運轉,SIF主要是支援水平線飛彈驅逐艦項目戰鬥系統的整合測試工作。在相近的時間,S1850M雷達也交付英國位於樸次矛茲(Portsmouth)附近的Portsdown山丘的海事整合支援中心(Maritime Integration,MISC),在5月完成安裝,這是英國整合測試Type 45驅逐艦戰鬥系統的地面設施。

在2005年5月,Thales集團與BAE Insyte正式簽署S1850M的後續生產合約,共交付七套,其中五套給英國、法國與義大利各一套,連同先前三套(英、法、義各一套),總計裝備六艘Type 45與法/義共四艘水平線驅逐艦上。

在2009年2月11日,Thales宣布,英國會進一步採購S1850M雷達,裝備於兩艘新造的伊莉莎白級(Queen Elizabeth class)航空母艦。

SMART-L MM主動相位陣列雷達

在2010年代,Thales在SMART-L的基礎上開發全新的主動相位陣列雷達版,早期稱為SMART-L-EW或SMART-L Mk.2

,之後稱為SMART-L MM(Multi Mission)。SMART-L MM使用氮化鎵(GaN)T/R組件構成雷達陣面,因此天線

上呈現方塊狀的單元,而早期型SMART-L雷達陣面的單元則是條狀。此照片是一部荷蘭海軍訂購的量產艦載版

SMART-L MM/N即將出廠的畫面。

SMART-L MM/N量產型安裝在Thales荷蘭分公司Hengelo分部的地面測試場進行測試。

第一與第二部SMART-L MM/N量產型同時在Thales荷蘭分公司Hengelo分部的地面測試場進行測試,攝於2017年3月。

第一部SMART-L MM/N在2019年3月下旬運抵船廠,隨即裝上正在翻修的七省號De Zeven Provicien F-802

飛彈巡防艦(背景)

 

 

之後,Thales繼續開發S-1850M/SMART-L的升級版, 早期稱為SMART-L-EWC早期預警能力(Early Warning Capability)或SMART-L Mk.2(陸基版稱為SMART-L EWC GB),之後稱為SMART-L MM(Multi Mission)艦載版稱為SMART-L MM/N,陸基版改稱為SMART-L MM/F,而車載機動版為SMART-L MM/D

相較於原本的SMART-L被動相位陣列雷達,SMART-L MM/N外部尺寸相同,但由裡到外的軟硬體都全面翻新。SMART-L MM/N是一種可程序化的主動相位陣列雷達,天線陣面採用氮化鎵(GaN)半導體製作的T/R元件構成,天線重9噸,一般防空探測距離提高到480km以上,並能追蹤超過800km以外的外大氣層目標 (雷達探測高度的刻度範圍高達2000km)如彈道飛彈。此外,SMART-L MM/N還採用雙軸多波束(Dual Axis Multibeam)接收器技術。SMART-L MM/N天線上的組件呈現方塊狀,而早期型SMART-L雷達陣面的單元則是條狀,成為兩者外觀上最容易識別的差異。

SMART-L MM/N擁有多種不同的探測模式(雷達轉速不同)以及凝視模式,結合雙軸多波束處理與以及經過驗證的擴增遠距離(ELR)操作波形,能滿足廣區域對空監視以及搜索、追蹤彈道飛彈(凝視特定方位)等任務。由於後端高度程式化,可透過升級軟體的方式來擴充功能與升級性能,在整個壽期生涯具有良好的擴充彈性,並輕易滿足不同客戶的需求。

(上與下)SMART-L-EWC的早期概念原型在Thales荷蘭分公司Hengelo分部試驗場測試的畫面。

(上與下)在Thales荷蘭分公司Hengelo分部進行地面測試的 量產型SMART-L MM/N,測試完畢後就

交付荷蘭海軍,裝在七省級飛彈巡防艦取代原有SMART-L。

在2011年9月26日,荷蘭國防部宣布將為荷蘭海軍四艘LCF巡防艦換裝SMART-L-EWC雷達,預算1.16億歐元。荷蘭國防物資局(DMO)在2012年6月與Thales荷蘭分公司簽署合約, 提供四套SMART-L MM/N來換裝四艘現役的七省級飛彈巡防艦,其中第一套雷達會先在Thales荷蘭分公司的Hengelo分部進行地面測試,完成測試與必要修改後在2018年交付荷蘭DMO(是第二套交付的雷達);第二套雷達則是第一套直接交付荷蘭DMO的雷達(在2017年10月開始工廠驗收,完成測試後交付DMO,並安裝於七省級巡防艦上)。此外,Thales荷蘭分公司也為荷蘭空軍提供2套陸基的SMART-L MM/F。

在研製SMART-L MM/N的同時,荷蘭海軍也進行現有SMART-L的反彈道飛彈能力升級與驗證,七省級飛彈巡防艦的七省號(De Zeven Provicien F-802)在2010年代前半進行升級,在原有的SMART-L雷達後端增加了為SMART-L-EWC開發的ELR操作波形,艦上並加裝由荷蘭DMO / JIVC / SATS合作開發的防衛者(Guardion)戰鬥管理系統(CMS,整合了一般艦隊防空與反彈道飛彈能力)以及Tecnobit LINPRO整合資料鏈處理器(能透過Link 16 JREAP-C資料鏈路即時交換數位資料、視頻信息等),在2015年10月美國海軍在彈道飛彈海上威脅(Maritime Theater Missile Defense,MTMD)論壇的海上展示(At Sea Demonstration,ASD)期間成功探測並追蹤彈道飛彈目標,傳輸給負責發射SM-3防空飛彈的美國海軍神盾驅逐艦作為指引。

在2017年9月,Thales宣稱,SMART-L MM在該集團位於荷蘭Hengelo的地面測試場進行陸地測試,期間輕易探測到距離超過1500公里之外的模擬彈道飛彈目標。在2017年9月25日、由美國海軍第六艦隊主導的多國海上聯合反彈道飛彈演習「可畏之盾2017」(Formidable Shield 2017)演習期間,安裝英國蘇格蘭北部海域的赫伯瑞德測試場(Hebrides Range)的SMART-L MM雷達成功捕捉到模擬的彈道飛彈目標;在此次測試中,SMART-L MM雷達在這枚模擬飛彈標靶一躍出水平線就成功捕捉,並維持穩定的追蹤達300秒以上,其追蹤品質足以發射並引導反彈道飛彈進行攔截。

在2019年3月21日,荷蘭海軍發布消息,正進行壽命中期升級的七省級首艦七省號De Zeven Provicien F-802裝上了全新的SMART-L MM/N主動相位陣列雷達;而其餘三艘同型艦也會陸續在壽命中期翻修期間安裝。

荷蘭也希望向其他SMART-L或S1850M雷達的用戶推銷SMART-L MM/N,成為反彈道飛彈升級選項,例如德國海軍F124薩克森級巡防艦、法國水平線飛彈驅逐艦等。

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