OPS-24 L波段三座標對空搜索雷達

(上與下二張)日本海自村雨號(DD101)驅逐艦船艛上方的OPS-24B三座標對空搜索雷達特寫。

攝於2019年5月新加坡國際海事防務展(IMDEX 2019)

 

──by captain Picard


 

起源

在1967年起,防衛廳技術研究本部第一研究所第四部雷達研究室、三菱電機就開始研究主動式移相器,並在隔年(昭和43年度,1968年)正式獲得預算,在昭和46年(1971年)推出了「電子走査主動空中線装置」原型,包含由64個主動組件構成的線性陣列,採用X波段;隨後,相關研究朝向空中預警機使用的S波段電子掃瞄雷達,在昭和47至48年度(1972~1973年)研製了S波段、由64個主動組件構成的試作機,在1974年安裝在第一研究所屋頂上,利用附近在東京國際空港(羽田空港)起降的飛機來測試。在昭和50~51年度(1975至1976年),完成了X波段、由208個主動組件構成的平面陣列。在昭和54年度(1979年),航空自衛隊提出發展新一代地面三座標雷達的要求,來取代現有的J/FPS-1;此案由防衛廳技術研究本部主導,東芝、日本電器、三菱電機參與協作,開發工作從昭和58年到昭和61年(1983~1986年),在1983年11月確定由三菱電機來製造試作機,成為XJ/FPS-3三座標主動相位陣列雷達,在1987年7月起開始由航空自衛隊的航空實驗團(1989年改為航空開發實驗集團)進行測試,在平成3年(1991年)開始服役,成為日本第一種主動式電子掃瞄雷達(AESA)。

在此同時,海上自衛隊也對J/FPS-3產生興趣;當時海上自衛隊主要汎用護衛艦(DD)都使用拋物面天線的OPS-14 L波段二座標長程對空搜索雷達,,雖然可靠性佳,然而海自擔心單一船艦單獨行動時,光靠自身一座OPS-14的對空警戒能力不足。於是,海上自衛隊幕僚監部打算以J/FPS-3為基礎,發展新一代三座標艦載長程相位陣列雷達,同樣由三菱電機開發;而此種新的艦載三座標雷達就是OPS-24,不僅是海上自衛隊裝備的第一種主動相位陣列雷達,也是全世界第一種服役的艦載主動相位陣列雷達。一開始,OPS-24堪稱J/FPS-3的縮小艦載版本,主要的設計變更包括減低尺寸重量以裝載於船艦上,以及適應船艦在海中的搖晃與震動(包括修正雷達波束抵銷船艦晃動)。

概述

OPS-24最初進入海自服役時裝備於後四艘朝霧級驅逐艦上(DD-155~158,昭和60至61年編列),然而這批最早期的OPS-24裝艦後性能表現不佳,包括對於近距離旁波瓣抑制不佳、 波束過寬導致探測精確度不良等,海自人員評價甚差。如同前述,早期OPS-24只能算是小幅修改的J/FPS-3,不僅沒有周詳地考慮海上操作環境對雷達波束與系統造成的影響,而且原本作為陸基長程雷達的J/FPS-3,先天上與艦載對空雷達就有 不小的落差;J/FPS-3的主要工作是遠距離管制戰鬥機等高空高速目標,而艦載OPS-24雷達卻是要監視船艦周遭由遠而近的所有空域,除了遠程空中預警之外還包括追蹤接近的目標, 甚至必須為海麻雀防空飛彈系統提供目標指引。

爾後的村雨級(平成3年度起編列)以及高波級(平成10年度起編列)驅逐艦則改用OPS-24B,是OPS-24的大幅改良版,後端系統架構幾乎全盤翻新;而海自船艦上早期型號OPS-24也升級為相同構型。不過,即便是OPS-24B,據說也沒有百分之百改善原本的問題 ,因為先天上OPS-24選擇波長較長、距離較遠的L波段,在精確度方面就居於劣勢。

OPS-24B是一種L波段主動相位陣列雷達,整面天線陣列由3000個五位移相器天線單元構成,使用硅雙級電晶體積體電路與分立晶體管半導體技術;3000個移相器中,大約只有一半的天線單元具備完整的發射/接收(T/R)模組, 每個T/R模組負責向另一半無源天線單元餽送射頻能量;整面天線即便有10%的組件失效,雷達整體功率也不會下降太多 。

OPS-24B的峰值功率約90W,發射增益40dB,接收增益28dB,噪訊3.2dB;天線上每個五位移相器移相階躍11.25度,尺寸為126 x 253 x 40mm,重1.23kg,3000個移相器單元的總重為3.69噸,雷達天線重5~6噸;天線內部設有一系列水冷管路為移相器組件實施冷卻,並透過兩個突出的熱交換器進行散熱,確保雷達能長時間穩定使用。OPS-24B的天線安裝角度為25度,波束以相位合成方式在垂直方位實施一維電子掃瞄(涵蓋範圍從水平線到接近天頂),水平方位則以基座旋轉來完成掃描,天線水平旋轉速率為每分鐘10到20轉。

OPS-24B具 遠程對空警戒、中程對空/平面搜索、目標追蹤標定、對友軍戰機提供目標指示以及對防空飛彈實施中途導引等功能,最大搜索距離110海里以上(210km),對低空目標搜索距離40km,能同時追蹤50至60個目標(也有資料指出是至多追蹤150個目標)。後端系統採用數位接收波束成形技術來提高抗背景雜訊與抗電子干擾的能力,並使用寬脈衝與脈衝壓縮來提高解析度與有效使用距離 ,還擁有動態目標指示(MTI)能力。