Type 997 Artisan 三維多波束雷達

BAE System的Artisan三維多波束雷達大量應用Sampson主動相位陣列雷達的技術。

皇家海軍的正式型號為Type 997。此照片為Type 23巡防艦的阿蓋爾號(HMS Argyll F231)

換裝的Type 997三維對空/平面搜索雷達。

Type 23巡防艦威斯敏斯斯特號(HMS Westminster F237)正在安裝Type 997三維多功能雷達。

 

 

 

──by  Captian Picard


 

 

在2000年代,BAE System以多功能電子掃瞄雷達(Multi-function Electroically Scanned Adaptive Radar,MESAR)項目所發展的Sapmson主動相位陣列雷達的技術為基礎,推出了一種輕量化S(E/F)波段輕型多波束三維多功能雷達,項目稱為先進目標指示/狀態意識與導航雷達(Advanced Radar Target Indication Situational Awareness and Navigation,Artisan )。此雷達是針對皇家海軍的中距離雷達(Medium-Range Radar,MRR)項目而開發,目的是取代1980年代起進入皇家海軍服役的Type-996三維中程雷達。

在2006年歐洲海軍展(Euronaval 2006)中,BAE System/nsyte獲得英國國防部的合約, 與QinetiQ防務公司(原ASWE/ARE)組織團隊進行MMR雷達的開發工作,合約時間兩年。

在電磁吸波室測試中的Artisan雷達

Artisan大量應用BAE先前開發MESAR/Sampson等主動相位陣列雷達的現成技術,包括固態雷達組件、數位化自適應波束成形(Digital Adaptive Beam Forming)技術等。在2008年8月,英國國防部正式與BAE System/nsyte以及Qinetiq簽署Artisan三維 對空搜索雷達的採購合約,總共訂購19套,合約總值1.05億英鎊;而皇家海軍也正式為Artisan賦予Type-997的正式編號。除了Type 26之外,Type 23巡防艦從2011年起以Type 997雷達取代原本的Type 996,現役的兩艘阿爾賓級(Albion class)船塢運輸艦、海洋號(HMS Ocean L12)直昇機突擊艦也隨之換裝,而包括兩艘伊莉莎白二世級航空母艦和皇家海軍規劃中的新一代LPD、LHD等艦艇也都會裝備Type 997。

Artisan是使用固態電子技術的三維多波束雷達,採用S(E/F)頻操作,天線陣面與後端發射機是分開設置(所以算是固態的被動陣列雷達);其天線為旋轉式。Artisan雷達包括固態發射機組件、後端數位化自適應波束成形(Digital Adaptive Beam Forming)技術、數位化前端接收器等都使用Sampson雷達的技術,信號處理架構則根據BAE Systems的Commander長程陸基雷達。Artisan的固態發射機就設置在天線後部,包含16個固態發射模組,因此雷達天線底座只有電源線與傳遞信號的光纖纜線通過,不需要輸送射頻能量的導波管。Artisan具備具備電子式波束穩定技術,可直接控制波束抵銷船艦在海浪中的運動,不需要使用機械式穩定基座,可降低複雜度與故障率。

Artisan是使用數位波束成形的多波束雷達。傳統類比式多波束雷達的接收天線以實體輸送線路/器件,將天線截收的信號(類比)分流並置入相位差,然後輸出到每個對應的接收器,形成一系列角度不同的波束,成為涵蓋垂直軸向的波束堆疊(比較單一目標回波在不同角度波束之間的差別,差分計算得到目標水平方位、高度、距離等資訊)。數位波束成形則是以數位方式來達成過去使用實體類比電路的功能,天線前端每個線性接收天線一接收到電磁信號,就直接進行類比/數位轉換(A/D)轉成數位信號,並以光纖傳送到艦內後端處理器,並以光纖交換器分流給多個數位接收器。類比式多波束雷達每個波束的相位差(指向)是實體電路器件控制,所以整個波束堆疊的構型無法變化;而數位波束成形之下每個接收波束的相位差則是由數位接收器來控制,因此能由控制軟體來調整數位接收器的相位差。如此,雖然多波束雷達的發射波束不會改變,但透過控制接收波束的相位差,就能改變多波束堆疊的「形狀」(如每個接收波束的角度),例如讓干擾來源方向所對應的波束形成空穴,進而將干擾源屏蔽,強化其他方向接收波束的靈敏度。

Artisan具備對空監視、平面監視(包含次級的水面導航)、 快速目標警戒、自動目標追蹤、航空管制、敵我識別、協助武器射控系統捕捉目標(包括空中與水面)等功能,支持防空飛彈與艦砲的射控工作,在嚴重電子干擾的情況下仍能提供精確追蹤與監視能力,具有頻率捷變(Frequency Agility)能力 。在皇家海軍Type 26巡防艦以及升級後的Type 23巡防艦上,Type-997為海攔截者(Sea Cepoter)防空飛彈系統提供初始目標指引,並能同時為多枚在空中飛行的海攔截者飛彈進行中途上鏈更新(通過PDLT資料鏈)。 依照Type 23巡防艦換裝Type 997雷達後的實際操作經驗,其可靠度是原本Type 996雷達的五倍。

Artisan天線轉速為每分鐘30轉,波束俯仰範圍70度,對空監視距離大於200km(極限探測距離可能達300km以上), 最小監視距離20m,能同時追蹤超過1000個目標 ,波束垂直向俯仰範圍70度,波束水平軸向波束角2度,垂直軸向波束角1.8~0.6度(視型號不同),對海洋巡邏機大小的目標的追蹤距離約110~200km(視型號),對反艦飛彈大小的目標追蹤距離約35~55km(視型號不同)。BAE Systems宣稱,Artisan能再25km以外偵測到3倍音速(2000km/hr)飛行、如網球般大小的目標 。Artisan採用固態組件與模組化設計,因此檢修十分迅速且容易,每次失效的平均恢復時間(Mean Time To Recovery,MTTR)低於30分鐘。

依照後端不同,Artisan雷達系列有Artisan 100、Artisan 200、Artisan 300等型號,較低階型號能透過更換不同部件而升級到高階型號:

Artisan 100(緊致型):適合用於輔助船艦、遠洋巡邏艦(OPV)以及航空母艦。後端重量730kg以下,波束的水平軸向波束角小於2度、垂直軸向波束角1.8度,對海洋巡邏機目標的追蹤距離大於110km,對反艦飛彈的追蹤距離大於35km。伊莉莎白級航空母艦、海洋號兩棲攻擊艦(HMS Ocean L12)的Type 997雷達可能屬於Artisan 100。

Artisan 200(標準型):適合用於重型巡邏艦(OPV)、護衛艦(Coverette)與巡防艦。其後端重量760kg以下,波束的水平軸向波束角小於2度、垂直軸向波束角1.3度,對海洋巡邏機目標的追蹤距離大於135km,對反艦飛彈的追蹤距離大於45km。依照BAE Systems型錄,Type 23巡防艦升級時換裝的Type 997雷達屬於Artisan 200。

Artisan 300(遠程型):適合用於護衛艦與巡防艦。其後端重量900kg以下,波束的水平軸向波束角小於2度、垂直軸向波束角0.6度,對海洋巡邏機目標的追蹤距離大於200km,對反艦飛彈的追蹤距離大於55km。Type 26巡防艦的Type 997雷達就屬於Artisan 300。

外銷方面,巴西在2018年購買了從皇家海軍除役的海洋號兩棲攻擊艦並重新命名為大西洋號(BNS Atlntico A140);海洋號在2012年升級時換裝了Type 997雷達,此裝備隨艦移交巴西,因此巴西成為Type 997雷達的第一個國外用戶。另外,2010年代末期以來,英國不斷提高對台灣的軍事技術支持,例如為了協助台灣進行的IDS潛艦案,陸續批准對台灣輸出各種潛艦用紅區關鍵裝備以及提供關鍵工程技術協助(包括BMT公司的協助);此外,英國也批准出售Artisan三維對空搜索雷達給台灣,用於康定級巡防艦(法製拉法葉系列)升級案以及2023年啟動的新一代輕巡防艦案等,因此台灣會成為Artisan第二個海外用戶。

反彈道飛彈潛力

在2019年5月年度北約海軍勇敢之盾(Formidable Shield 2019)整合防空與反飛彈演習(Integrated Air Missile Defence)中, 一艘Type 23巡防艦的Type 997雷達標準型(即Artisan 200)首次進行追蹤高速目標 能力的評估作業,包括評估模擬短程與中程彈道飛彈目標的能力。 依照測試結果,隨後BAE Systmes專門發展了一版軟體,強化Type 997雷達追蹤垂直下落 (即末端的彈道飛彈)以及高速目標的能力。在2021年勇敢之盾演習的海上展示(At Sea Demonstration/Formidable Shield 21,ASD/FS21) 中,一艘結合了此種實驗版軟體的Type 23巡防艦展示了Type 997雷達進行反飛彈防禦作戰的潛力;這是英國 飛彈防禦中心(UK Missile Defence Centre)的項目。