CEAFAR/CEAMOUNT相位陣列雷達系統

在1990年代中期，澳洲CEA Technologies開始發展一系列主動相位陣列搜索/追蹤與射控雷達技術 ，包括工程研究、硬體原型開發等；此種屬於第四代技術的主動相位陣列雷達最初源於美國民間的廠商，由CEA投資開發，雙方共享技術。CEA Technologies的目標，是開發一種有基（generic）的先進主動相位陣列雷達系統，不僅能適應未來戰場威脅的挑戰，還能依照不同客戶的需求（包括任務需求、安裝條件、預算等），快速完成出相對應的構型與工程方案。這個系列包括CEAMOUNT X波段相位陣列照明雷達，功能完整的CEAFAR S波段中程主動相位陣列雷達，以及陣面/功率提高四倍的長程版本等 。

在2000年3月，CEA Technologies獲得澳洲軍方第一個合約，負責研製陸基的CEAFAR航空探測系統（Aircraft Detection System），能自動探測與識別出小型高速的低空目標；此種雷達採用類比技術，2001年進入服役。緊接著，CEA Technologies轉而著重於發展供船艦使用的相位陣列雷達。在2001年10月，CEA Technologies獲得澳洲國防部的發展合約，負責建造與測試一個中功率雷達展示原型，此一項目稱為CEAFAR to Sea （CF2C）。這套測試系統包含兩個CEAFAR主動相位陣列雷達陣面，每個陣列由16個發射磚（tiles）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，一直持續到2003年中，期間在高海況、惡劣天候等背景環境雜波干擾的情況下，仍展現良好的探測能力。

完成陸地測試後，CF2C下一階段是將CEAFAR原型雷達安裝在澳洲海軍第二艘紐澳軍團級（Anzac class）巡防艦阿倫塔號（HMAS Arunta F-151）上，測試此種雷達在移動的船艦上的性能表現，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演算法；在測試中，阿倫塔號前桅杆基座兩側共加裝四面CEAFAR雷達 天線進行測試（每側各兩面），所有海試作業在2004年3月全部完成，隨後這套CEAFAR雷達系統繼續在阿倫塔號進行各項後續評估作業，直到2004年11月。

安裝於澳洲第二艘紐澳軍團級艦阿倫塔號（HMAS Arunta F-151）前桅杆模組側面的兩組

CEAFAR相位陣列雷達天線；這是CF2C先期研究計畫測試的CEAFAR概念系統，並非正式構型。

驗證CEAFAR雷達系統在艦載環境下的實用性之後，CEA Technologies緊接著又完善此雷達系統的架構，發展出模組化、程序化重構的相位陣列雷達方案，包括將全系統分成一個個獨立的微波發射磚（tiles）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。 

SEA 1448紐澳軍團級反飛彈防禦（ASMD）項目

在2003年12月，澳洲國防部正式啟動SEA 1448紐澳軍團級反飛彈防禦( Anzac Anti-Ship Missile Defence，ASMD）計畫，為現役紐澳軍團級（Anzac class）巡防艦進行大規模性能升級。ASMD計畫執行階段稱為SEA 1448 Phase 2，分為Phase 2A與Phase 2B兩階段；Phase 2A在2003年批准，執行項目包括為紐澳軍團級現有的SAAB 9LV 453戰鬥管理系統進行升級，並安裝紅外線熱影像搜索與追蹤系統（選擇了法國Sagem的新世代吸血鬼，Vampir NG）；而Phase 2B則針對紐澳軍團級的防空接戰能力進行全面升級，使之能在高威脅複雜環境下同時對抗多個目標。經過評估後，澳洲當局決定為紐澳軍團級加裝CEA Technologies公司開發的CEAFAR系列相位陣列雷達（PAR）系統，並整合新型ESSM發展型海麻雀防空飛彈。

在ASMD的最終評估階段，澳洲國防科學與技術機構（ Defence Science and Technology Organisation，DSTO）建立未來戰場威脅的模型；在這項獨立模擬評估作業中，DSTO根據不同的戰場威脅情境以及系統性能表現，為之後可能採用的相位陣列雷達系統（PAR）選項定義出基線（baseline），最終表列出包含各種相位陣列雷達組合依照不同的戰場威脅情境，依序列出模擬產生的消滅威脅機率（Probability of Raid Annihilation，PRA）。

在2005年9月，澳洲政府正式宣布採用CEA Technologies發展的CEAFAR/CEAMOUNT相位陣列雷達組合，作為 Project SEA 1448 Phase 2B的重點項目，而CEA Technologies自然也成為主承包商，與負責升級船艦的紐澳軍團巡防艦聯盟（ANZAC Alliance）密切合作。 

在SEA 1448 Phase 2B中，紐澳軍團級加裝一套CEAFAR主動相位陣列雷達系統 （原本的SPS-49(V)8對空搜索雷達仍然保留），並以CEAMOUNT X波段相位陣列照明器取代原本的MK-73射控雷達系統，用來導引ESSM防空飛彈以及火砲。原本紐澳軍團級的SSWCI+傳統照明天線的組合每次只能導引一枚ESSM接戰，而CEAMOUNT由於使用主動相位陣列天線，能以分時的方式同時導控多枚ESSM飛彈接戰十數個來自不同方位的目標， 抗飽和攻擊能力十分出色。

CEAFAR系統概述 

CEA主動相位陣列雷達系列的前端射頻系統（結合微波射頻天線與後端控制處理單元）由較小的模組 單元構成，每個天線模組單元尺寸為30x30cm，有64個接收/發射(T/R)單元；只要增加每面陣列天線的模組數量，就可增強雷達的解析度與總功率。以SEA 1448 ASMD計畫使用的模組為例，總共使用六個CEAFAR S波段搜索/追蹤陣列天線以及四個CEAMOUNT X波段照明/射控天線，每個CEAFAR天線由16個30x30cm模組構成（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；而每個CEAMOUNT天線則由四個30x30cm模組構成（以2x2排列），每面天線總共有256個T/R單元 ，四面天線總共有1024個T/R單元。CEAFAR系列一大關鍵技術是數位波束成形（Digital Beam Forming，DBF）技術，以後端軟體程式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道獨立運作的波束來，每子陣列分配不同的工作（例如廣區域搜索、窄波精確追蹤、射控、分割成數個虛擬子雷達等等）；此外，數位波束成形技術也賦予CEAFAR良好的自適應（Self Adapt）能力，能根據週邊環境回波特性、自然或人為干擾、當前作戰威脅狀況的設定等，自動調整雷達波形以及運作參數，達成良好的抗背景雜訊與電子反反制能力。由於CEAFAR的雷達波生成以及運作都由軟體控制，日後任何擴充的雷達操作處理模式，只需要更新軟體程式就可達成，不一定要大費周章地更換硬體。以往紐澳軍團級上的射控雷達同時間只能接戰一個目標，而CEAMOUNT拜數位波束成形控制技術之賜，能透過分時、分割陣面等方式，同時為多枚防空飛彈實施終端照射、接戰多個不同目標。

除了擁有傑出的性能之外，CEAFAR另一大特點，就是輕巧高效的系統結構，而且安裝條件相對較低，對船艦載台基礎設施（包括安裝空間、上部重量餘裕、供電冷卻等需求）衝擊也相對較小。CEAFAR的前端天線陣列主結構採用「雷達在表面」（radar on a face）的架構；每個CEAFAR前端基本組件是一個整體單元，每個單元面積大約是30x30cm，包含三個主要構型物件（Configuration Item，CI）：

1.微波塊（Micro Wave Tile）：每個微波塊由64個砷化鎵（Gallium Arsenide，GaAs）半導體製作的S波段收/發（T/R）組件，面積290平方豪米、重約8kg。

2.數位控制後端（Digital Backend）：負責微波發射磚的波束成形與控制、處理接收信號、資料傳輸等等。

3.冷板（cold plate）：這是用來固定上述微波發射端以及數位控制後端的金屬框架結構，將這些裝備固定在桅杆塔表面（微波塊在外、數位控制後端在內）；同時，冷板也是熱交換迴路的一部份，將端微波收發與數位控制後端運作產生的熱量帶走。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制冷設備實施冷卻，大幅減低了船艦平台的安裝需求。

CEAFAR雷達的每個天線陣面構造，可以看到正面由16個微波塊（Micro Wave Tile）構成，每個微波塊

後部都有一個數位後端（Digital Backend）來控制處理雷達波束成形和信號處理；而固定整個陣面的外框

是冷板（cold plate），負責安裝固定與支撐整個陣面，同時也負責帶走雷達陣面運作時產生的熱量，

冷板後端連結海水熱交換系統（不需要額外的制冷設備）。

CEAFAR雷達的天線陣面，由16個微波塊構成，外部由冷板框住。

除了前端陣列單元之外，CEAFAR還有一些下甲板後端設備，稱為中央裝備組（ 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追蹤管理等，而整體雷達控制單元裝有信號傳輸介面與艦上戰鬥系統整合；中央裝備組（的所有設備整合在一個單一的封閉模組內，內建環境控制（包括溫度、濕度）、防震防衝擊等能力，十分易於安裝與維護。中央裝備組的安裝位置可以遠離天線，兩者之間只有非相位性的電源線與信號傳輸纜線來連接。

CEAFAR的安裝條件（包含物理結構、電子介面等）具有彈性，不同天線陣面可依照每種船艦平台的空間與電磁兼容條件來安裝，例如集成在單一桅杆塔結構，或分別安裝在上層結構高處；每個天線陣面只需要透過非相位性的電纜線連結，負責供應電力。CEAFAR天線單元使用的電源為48V直流電，由澳洲海軍艦上440V三相60Hz交流電（AC）轉換而來。

CEAMOUNT主動相位陣列照明雷達。

CEAMOUNT的標準型可導控ESSM等級之短程防空飛彈，加大陣列天線後可導控標準SM-2區域防空飛彈，而前述的SSWCI就包含在CEAMOUNT的後端系統內。CEAFAR S頻搜索/追蹤雷達可用於中、短程的對空搜索以及武器射控（例如飛彈飛行中途的上鏈傳輸）。標準型CEAFAR每個陣面由16個前述的30cmx30cm基本單元構成（以4x4排列，每個基本單元有64個T/R單元，因此整個陣面總共1024個T/R單元） 最大探測距離約250km，能偵測40公里之外、飛行高度15至20m、雷達截面積0.1平方公尺的掠海反艦飛彈，並能同時追蹤、接戰十幾個在不同方位的目標。基於體型較小的巡邏艦，CEA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），能用來替代美國神盾作戰系統的AN/SPY-1D這種等級的長程相位陣列雷達。其他可能的構型包括由64個單元（32x2排列）高解析度長程2D預警雷達，而CEA Technologies也曾規劃以類似技術發展出L波段陸基長程預警雷達。

美國 分別在1999年與2000年購買一套CEAFAR雷達系統進行測試，由於結果十分良好，遂與澳洲出資合作發展，稱為澳洲相位陣列雷達系統（Australia/US Phased Array Radar，AUSPAR），美國方面資助這個計畫的期間是三年（初步階段）。AUSPAR是以CEAFAR為基礎的高功率版本，原本也是澳洲在2000年代規劃的SEA-4000防空作戰驅逐艦（Air Warfare Destroyer，AWD，最後由西班牙F-100小神盾艦獲選）使用AUSPAR這類國產高功率主動相位陣列雷達，因此AUSPAR的發展工作右臂稱為EA 4000 Phase 5B；不過最後考慮到簡化系統整合工作而取消，仍使用美國原裝的AN/SPY-1D相位陣列雷達。CEA公司也極力推展此系列相位陣列雷達的外銷，透過SEA 1448的整合經驗，CEAFAR也針對德國MEKO模組巡防艦，推出了對應的雷達/作戰系統模組。例如，德國B&V造船廠在2000年代後期推出的MEKO Delta（簡稱MEKO D）巡防艦，便採用CEAFAR相位陣列雷達與瑞典SAAB System公司艦載戰鬥系統的組合，這顯然就是CEAFAR與ASMD計畫為基礎發展而來。

CEAFAR雷達系統研發測試過程

在2005年9月，澳洲政府批准CEAFAR雷達系統進入第二階段（Second Pass）。在2005年12月，CEA Technologies獲得CEAFAR雷達的前期相位陣列雷達（Preliminary Phased Array Radar Program，P3）發展合約，包括建造陸基測試系統以及初期生產型系統，以逐步建造測試的方式循序漸進。在2007年11月，CEA Technologies向合作伙伴澳洲國防物資局（DMO）以及防衛科學技術集團（Defence Science and Technology Group，DSTO）成功進行了CEAFAR工程發展原型（Engineering Development Model，EDM）的演示工作；這個EDM模型由四個微波塊（tie）構成，這次驗證顯示CEAFAR的生產標準硬體（production-standard hardware）宣告完成；EDM模型完成後，CEA就能在計畫進度之前，先行測試相關的數位波束成形技術。依照SEA 1448計畫，完成陸地上的系統整合與初步測試後，首先利用一艘紐澳軍團級安裝ASMD ，作為SEA 1448 Phase 2階段的降低風險（de-Risk）測試驗證平台，透過各種測試項目確認必要的工程設計與修改之後，才進行其餘各艦的改裝；而皇家澳洲海軍在2007年決定由柏斯號（HMAS Perth F-157）作為第一艘接受改裝的紐澳軍團級。

CEAFAR/CEAMOUNT相位陣列雷達系統的原型首先裝在CEA Technologies位於堪陪拉的測試場

進行各項測試工作，然後才安裝到柏斯號上。

在2008年7月，第一批CEAFAR的初期雷達系統完成產製，包含三面CEAFAR SP波段雷達陣面以及兩組CEAMOUNT照射陣列，隨後整合在CEA Technologies位於堪陪拉的陸地測試站點（ Land Based Test Site in Canberra）進行地面測試。在2008年11月，雙面（dual-faces）的CEAFAR工程發展原型（EDM）系統完成一項重要的里程碑測試，此項測試是在一個複雜陸地環境下進行；這項測試完成後，這套CEAFAR雷達系統隨即在月內安裝到柏斯號上，隨後在西澳外海進行海上測試，接受開放大洋以及有海岸地形回波干擾等實際作業環境的考驗。這些相關測試還包括目標從一面天線的波束轉移到另一面天線的測試，確認接手時不會發生目標流失。

在2008年8月，9LV MCS改良戰鬥系統的設計審查完成；在2008年12月，CEA Technologies獲得第一套CEAFAR雷達系統生產型的產製合約，此系統會先在澳洲海軍史特林基地（ HMAS Stirling）進行陸基測試，然後安裝到柏斯號上。在雷達系統整合測試期間，CEA Technologies與負責戰鬥系統的SAAB緊密合作，包括在CEA位於堪陪拉的設施中將CEAFAR與CEAMOUNT雷達系統整合到一套用來測試的SAAB  9LV Mk 3E子系統（稱為「迷你戰鬥管理系統」，mini-CMS）中。在2009年4月，CEAFAR與CEAMOUNT的整合展示工作全部完成，緊接著在2009年4月開始進行整合CEAMOUNT照射雷達與ESSM防空飛彈系統的工作，海上測試地點是在堪陪拉外海的Majura；CEAMOUNT與ESSM的初期整合工作，是利用一枚ESSM內部操作飛彈（Inert Operational Missile s）固定在地面的起重機上，模擬飛彈在飛行時期的所有控制活動，然後測試與CEAMOUNT雷達系統之間的上下鏈傳輸與照射等交互工作。在2009年4月，SAAB System也獲得SEA 1448的第二階段（Phase 2）合約。在2009年6月，第一套生產型CEAFAR相位陣列雷達系統與相關控制裝備交付建造單位，並安裝於剛完成製造的新桅杆模組上。在2009年7月，CEAFAR/CEAMOUNT雷達系統開始全系統的整合工作，整套ASMD反飛彈防禦的所有設備都安裝在柏斯號上，準備展開最後的海上整合測；而在地面的測試工作都在陸地上的紐澳軍團級巡防艦陸基支援設測試施（ANZAC Class System Support Facility land-based test site）完成。在2009年12月，SEA 1448的整套防空系統地面原型完成了所有的整合測試。在2010年4月，CEAFAR的P3合約正式結束。

在2010年1月起，柏斯號在位於西澳亨德森（Henderson）的澳洲海事設施（Australian Marine Complex ，AMC） 開始安裝ASMD的設備，第一套生產型CEAFAR與CEAMOUNT雷達系統則在完成工廠測試之後，於2010年9月底安裝到柏斯號上。安裝完畢後，柏斯號在西澳演習區域（ West Australian Exercise Area）進行為期兩個月的海上驗收測試（Sea Acceptance Testing），首先測試柏斯號新增加ASMD各項設備（尤其是整合CEAFAR/CEAMOUNT的新桅杆）之後的基本航行與穩定性能，然後進行戰鬥系統測試，包括以雷達系統同時探測多個次音速與超音速目標；此階段的測試證實CEAFAR相位陣列雷達系統面對高速飛行與高機動轉彎目標時擁有極佳的探測性能。在西澳完成測試後，柏斯號在2011年4月航向東澳海上演習區域（East Australian Exercise Area）進行最終的作戰測試，包括在5月8日進行ESSM防空飛彈的實彈攔截測試。

完成改裝後的柏斯號（HMAS Perth F-157）的後桅杆特寫，裝有六面CEAFAR的

S波段矩型天線，以及四面CEAMOUNT的X波段照射天線。