起源

在1950年代末期，因應「3T」艦載防空飛彈的發展，原本美國海軍開發AN/SPS-39、42的艦載三維雷達的偵測距離已嫌不足，無法配合3T之中射程超過100km的護島神 (Talos)防空飛彈。因此，美國ITT從19599年開始發展AN/SPS-48 S波段三維對空搜索雷達，1964年展開海上測試，第一套量產型於1965年開始在美國海軍服役，成為美國海軍 制式三維對空搜索雷達。在1968年，IIT推出SPS-48A，這是SPS-48的第一種改良型。在1970年代初期，SPS-48C推出，成為SPS-48第一種成熟的標準型號，隨後所有SPS-48 都升級為此一水平。SPS-48雷達系列裝置於美國海軍的航空母艦、提康德羅加級之前的所有飛彈巡洋艦、紀德級飛彈驅逐艦以及直昇機船塢登陸艦(LHD)等大型艦艇上，某些地面雷達站也有裝設。

AN/SPS-48基本架構

AN/SPS-48系列雷達全系統包括一個具備電子穩定機能的四方形平面陣列天線、固態發射機、數位化接收機、 1個頻率合成器、1個控制台及與其相配合的輔助電源裝置和數據變換器，並配備兩具軍規數位電腦作為後端運算處理之用。

AN/SPS-48的平面陣列天線由95根橫向排列的管狀波導組成，之間並以蛇形波導延遲線構成波導的饋源； 運作時，射頻能量沿著蛇形波導延遲線 依序進入各個波導管，由於延遲線造成一定的時間差，使得各波導的發射產生一個固定的相位差，在空間內建設性干涉成一個特定指向的高精度筆直波束。 SPS-48操作波段為S（E/F）頻(頻率2.9~3.1GHz，波長約10cm)，以頻率掃瞄(Frequency Scanning)方式改變波束俯仰角度來測量目標高度，而方位角的變換則靠著旋轉基座轉動天線來達成。 簡單地說，SPS-48的頻率掃瞄方式，就是透過發射機週期變換頻率的方式來改變波束相位，使波束在垂直軸向進行往復掃瞄（註）。頻率掃瞄的技術比起移相器（Phase Shifters）簡單而便宜（移相器能任意控制波束在兩個軸向上改變相位），然而頻率掃瞄只能讓波束在 垂直軸進行規律的掃瞄，而且雷達頻率變捷範圍有限，波束操作自然欠缺彈性， 不若相位陣列雷達能隨機合成不同相位（含俯仰與水平軸向）的主波束，也不具備相位陣列雷達波「即時回頭」的能力，也比較容易遭受敵方電戰設備截收或干擾（因為波束行為過於規律）。

SPS-48的天線能連續發射九道頻率互有差異、時脈對齊的波束，每道子波束由3微秒脈衝信號組成，九道子波束 前後共27微秒脈衝， 接收時堆疊成一個主波束；每道子波束涵蓋方位1.5度、俯仰1.6度的範圍， 堆疊成的主波束涵蓋方位1.5度、俯仰5.6度；早期型SPS-48主波束的垂直向掃瞄範圍涵蓋0至45度 ，SPS-48E增加到0~65度。 由於九道子波束的頻率互異，只要分析目標回波的頻率，就能判斷目標是由哪個夾角的波束返回，進而求得目標的高度資料 ；而如果敵方採用電子干擾，使雷達回波的頻率扭曲失真而無法判斷高度，則SPS-48能在一個固定仰角上發射一種單脈衝/多重頻率的信號，燒穿（Burn through）對方的干擾。過去美國海軍的SPS-39/52等三維頻率掃瞄雷達，運作時只發射一道波束，操作經驗顯示這種單波束垂向掃瞄方式無法在同一方位停留足夠時間， 進而降低目標截獲性能；因此，SPS-48才改成極短時間內連續發射9道脈衝波束，並在接收端堆疊成一個主波束，具有更好的偵測性能。 與單一波導餽源、拋物面天線反射的傳統式二維對空搜索雷達（如SPS-49） 相較，SPS-48的平面陣列天線透過建設性干涉的狹窄筆狀主波束（波束角1.5X1.6度），能量較為集中，具有高增益、低旁波瓣的特性， 所以對目標偵測的精確度比傳統二維雷達高得多，精確度為方位1/6度（約210.3m），分辨力為方位2度、仰角2度（距離457.2m）。雖然如此，SPS-48E的經確度以及目標更新速率（每分鐘至多15轉）並不足以提供射控等級的追蹤，因此照明雷達以導引防空飛彈時，照明雷達仍須花一小段時間朝著先前SPS-48E獲得的目標 方位進行精確標定，接著才能替防空飛彈提供目標照射 。

SPS-48雷達最初的標準型──SPS-48C具有自動偵測與追蹤能力(Automatic Detection and Trackint，ADT)以及動態目標指示（MTI）處理器 ，並以CV-2834雷達影像處理器（RVP）與美國海軍艦艇的海軍戰術資料系統（NTDS）結合，是美國海軍第一種 具備全自動目標追蹤能力的雷達，其尖峰功率2.4MW。此外，SPS-48C改以光纖傳遞雷達資訊，具備重量輕、體積小、損耗低、對電磁干擾免疫等優點，對海軍電子系統具有重大意義。

SPS-48(V)2最大探測距離約407km，對雷達截面積5平方公尺的目標的探測距離約278km，對雷達截面積1平方公尺的目標的探測距離約167km。

AN/SPS-48E

到了1970年代末期，美國海軍認為當時以NTDS海軍戰術資料系統為主的美國海軍防空體系，已經不足以應付蘇聯反艦飛彈的威脅，而SPS-48C的可靠度與可維修性也不夠好。 因此，美國海軍展開新威脅提升計畫(New Treat Upgrade，NTU，另有專文介紹），其中便包括SPS-48C的改良，型號為SPS-48E，以配合標準SM-2防空飛彈的使用，並結合NTU的SYS-2整合自動追蹤偵測（IADT） 系統運作。在1978年，美國海軍與IIT簽署SPS-48E的研發合約，價值1700萬美元。 SPS-48E在1982年完成陸上測試與第一階段海上運作測試，在1983年展開生產作業，1986年正式交付美國海軍，第一部量產型SPS-48E在1987年初 貝克那普級飛彈巡洋艦畢爾德號（USS Biddle CG-34）上。 到 1994年，SPS-48系列雷達共有126具付諸生產，其中SPS-48E佔45套，此外仍有60套SPS-48C仍在美國海軍服役。SPS-48系列 最初僅美國海軍採用，日後美國允許外銷此一雷達，輸出的客戶包括西德、日本、澳大利亞、義大利、西班牙等。 在1994預算年度，一套SPS-48E的價格是1800萬美元。

SPS-48E 雖然主要性能數據仍與SPS-48C相同，但細部上等於是全新的設計，包括全面換裝新型固態電子組件，天線、接收機都經過改良，並換裝全新的高功率 四級固態發射機、負責控制的AN/UYK-20數位電腦與顯控台，整體元件數比SPS-48C減少七成， 性能更為可靠，並取消了300多個調準點和700個測試點。SPS-48E的新雷達發射機與接收機等系統增設 內建的處理機（BIT），能在0.5秒內對整套雷達系統內5000個測試點進行連續測試，還能對雷達功能參數進行定時故障檢測。為了防止損壞或傷害維修人員，整個雷達系統配備保護連鎖電路。 SPS-48E比SPS-48C更加可靠，平均故障間隔（MTBF）提高50％以上，達到約650小時，且大幅減少雷達維修與拆裝時的測試與調校時間，維修作業也更省時便利 。AN/SPS-48E系統的供電需求為112 kVA、440 Hz。

SPS-48E由晶體振蕩器作頻率源，不同頻率的信號由頻率合成器輸入後，再由分置於六個機櫃中的4個固態發射放大器，控制並產生射頻信號； 頻率合成器輸出的信號首先被第一級放大器增加到4KW，接下來的第二級正交場放大器將輸出擴大到60KW，隨後的第三級末級前置放大器又將信號擴大到660kW，而最終的第四級 則將信號放大至2.4MW峰值功率，最後經由天線以9個疊接的筆形波束發射出去。 SPS-48E的尖峰輸出功率維持與SPS-48C相仿的2.4MW，但由於新發射機性能提升，旁波瓣的大幅降低（降幅約10dB），使SPS-48E的平均有效發射功率達到33KW，約是SPS-48C的兩倍；此外，SPS-48E 的新數位接收機的靈敏度也比原本大為提高。SPS-48E可發射三種不同的功率電平，對應於要覆蓋的距離，分別是60KW、600KW與2200KW。雷達功率與脈衝間隔週期的關係是可以控制的，如果發射機沒有飽和，在所有的距離與仰角下都可獲得最大的探測能力。

SPS-48E換裝新型數位輔助偵測處理器(Auxiliary Detection Processor，ADP)，強化了沿岸/陸地上空偵測能力、低高度/慢速目標偵測能力、低雷達截面積目標偵 測能力、快速反應能力、電子反反制能力以及目標追蹤能力等等。 SPS-48E後端新增偵測資料轉換器(DDC)，使雷達操作員能選擇將雷達發射功率集中在特定仰角、方位與距離的範圍之內，可集中監控特定範圍，或消除 惡劣天候或電子干擾帶來的影響。SPS-48E的後端電腦具有自適應波束能量管理功能，可根據背景干擾環境而自動調整、分配雷達波束的功率與 時間，並對干擾做出反應。SPS-48E的自適應能力也包括自動化的波束穩定，後端控制電腦的程式根據艦體的橫搖、 縱搖、航向和選擇的搜索方位，動態地計算每個脈衝的頻率與波束位置，故能自動地適應操作環境或武器系統的要求 ；面對艦艇橫搖/縱搖時，自動的電子穩定功能可將波束掃描覆蓋範圍維持在+/-20度以內。面臨干擾時，SPS-48E可改進所有運作模式所接收的雷達回波，並選用一個或多個雷達視頻來改善顯示情況。 除了偵測之外，SPS-48E也能為在空中的標準SM-2防空飛彈提供中途導引的上鏈傳輸。 SPS-48E能同時追蹤超過100個目標，目標追蹤的水平誤差可在0.6度的方位角內，高度誤差在411m以內

相較於早期的SPS-48C，SPS-48E換裝一個結構更牢固的天線，由95個直線陣列單元排列而成，雷達的上部結構（包含天線 與底座）達到5684磅（約2578kg），超過SPS-48C的4495磅（2039kg）甚多。SPS-48E的雷達天線能在極惡劣的環境中工作，包括139km/h 風速、震動、搖晃、結冰程度22kg/平方公尺、鹽霧、攝氏-45~85度等環境條件。SPS-48E具有四種操作模式，分別如下：

等角覆蓋（Equal Angle Coverage，EAC）：將能量集中於低角度波束。

最大能量管理（Maximum Energy Management，MEM）： 在四個低角度波束使用高功率，在四個高角度波束使用中等功率。

適應性能量管理（Adaptive Energy Management，AEM）：以一個優先追蹤閘道或監視優先閘道來追蹤特定目標，射頻信號由後端SYS-2整合自動偵測與追蹤管理系統（IADT）產生；此外，AEM模式也用於環境自適調整，能根據目標的雷達截面積或背景干擾環境來調整雷達功率分配。

低角模式（Low-Elevation，Low-E）：這是SPS-48E改良後增加的模式，後端處理優先考量五個角度最低的波束（涵蓋範圍為俯仰向0至28度），並以最底部的三個波束發射高脈衝回覆率脈衝波形，以探測雜波中的小目標 。 在Low-E模式下，SPS-48E可使用單獨波束或將能量集中於一個寬2度的波束進行操作，並以脈衝壓縮方式來對抗電子干擾；此外，雷達陣列天線也加裝若干移相器，透過回饋機制，可自動抵銷使用脈衝壓縮時，因為頻率變化而造成的仰角偏移。 使用Low-E模式時，SPS-48E能在惡劣海象情況下偵測到30km外的雷達截面積只有1平方公尺的目標，而雷達波束涵蓋範圍則變窄。 在SPS-48F上，Low-E模式優先考量的波束是最低的四個，涵蓋角度同為0至28度。

SPS-48E的最大搜索距離為407km，最大探測高度30480m，能在220~407km外偵測到雷達截面積（RCS）5平方公尺的目標（相當於戰機），在125~231.5km外偵測到RCS為1平方公尺的目標 ，能在31.5km距離上探測低空飛行、雷達截面積0.1平方公尺（相當於反艦飛彈）的目標，探測概率以50%計算。經過Low-E與後續的PDU改良後，SPS-48E則可偵測到陸地上空高度10m、雷達截面積0.1平方公尺、速度三馬赫的目標。 早期SPS-48雷達波束的俯仰範圍是0~45度，SPS-48E則增為0~65度。

而對於紀德級飛彈驅逐艦這樣同時擁有SPS-48E與SPS-49雷達的NTU艦，還可以使用一種作業模式來增加對單一威脅軸線的反應速率：SPS-49雷達繼續保持360度搜索，但SPS-48E則轉到目標來襲的特定方位進行掃瞄，如此能大幅加快防空接戰時間（SPS-48E雷達需要三次接觸才能建立目標追蹤檔案，如果在每四秒鐘一轉的最大速率下，最快也需要12秒才能完成；但如果SPS-48E能保持在目標來襲軸向，則完成目標建檔可在3到4秒左右完成）。而完成第一次發射後，視目標距離，SPS-48E可能要掃瞄3至8次才能確認目標是否遭到擊落，如果將天線繼續保持在同一方位，意味著原本保持水平旋轉搜索需要花費12至32秒的時間，大幅縮減到3至8秒，比較有可能發動第二次攔截。如果同時遭遇兩個以上不同軸向的威脅，SPS-48E也能根據配套雷達提供的資訊，輪流轉到不同的威脅方向進行追蹤鎖定。

AN/SPS-48F

IIT-Gilfillan在1994年開發了AN/SPS-48F雷達，是SPS-48E的輕量化與簡化方案，體積重量都低於SPS-48E，可靠度也更為提升。SPS-48F的系統尺寸與重量都降低，SPS-48E的天線尺寸為5.48X5.18m，由95根波導構成， 天線重量2970kg，下甲板重量9900kg；而SPS-48F的天線陣面尺寸則為3.96mX3.63m，天線重1125kg，波導數量降為71個，下甲板系統重量6750kg。 此外，SPS-48F(V)發射機省去了原本SPS-48E的末級（第四級）放大器，最多只保留前三級，峰值功率降至660KW，平均功率則減為15kW。 SPS-48F的天線增益比SPS-48E減低2dB，旁波瓣提高3dB，最大偵測距離減為270km；不過SPS-48F的重量與造價比SPS-48E減低約四成，而且由於系統簡化， 可靠度也增加了四成，MTBF增至950小時左右。 根據不同的發射功率要求，SPS-48F可分成三種構型：(V)1型使用一個單級發射機，功率60KW；(V)2使用一個雙極發射機，功率660KW；(V)3型使用一個三級發射機，功率2200KW。SPS-48F的主波束形成大致與SPS-48E相同，由九道時脈三微秒的脈衝波束累加而成，每個脈衝在0~45度俯仰範圍移動。 SPS-48F能在150km外偵測到雷達截面積（RCS）5平方公尺的目標，在95km外偵測到RCS為1平方公尺的目標。

由於SPS-48F的天線較輕， 故水平旋轉速率比SPS-48E（最大每分15轉）增加一倍，達到為每分鐘30轉，每2秒就能完成一週360度掃瞄，大幅強化了目標更新速率， 更利於追蹤低空接近的反艦或巡航飛彈； 此外，較輕的天線使SPS-48F能安裝在桅杆上更高的位置，增加對水平線的偵測距離，當掠海反艦飛彈來襲時，就能爭取更多的反應時間。 另外，SPS-48F也改良了後端電子組件，大量採用商規系統，以Motorola 68030嵌入式處理器取代原本SPS-48E的UYK-30電腦， 而包括所有率放大單元在內，用來控射頻發射的安全、瞬間啟動和關閉電路等裝置，都由微處理機進行控制，使控制性能進一步提升。

最初SPS-48E主要著眼於取代美國海軍較舊型艦艇（如兩棲艦）的SPS-52 三維雷達，不過最後並沒有獲得美國海軍採用，主要作為外銷的選項，作為先前採用SPS-39/52輕型三維雷達的客戶的替換選項。

AN/SPS-48G

在2010年代，美國海軍開始將現役艦艇的AN/SPS-48E升級為AN/SPS-48G。SPS-48G主要是更新SPS-48E許多過時的組件，提升其性能、可靠度與可維護性，使之能繼續有效服役到2050年代左右。第一階段的AN/SPS-48G(V)1在2011年起執行，預計在2020年左右將美國海軍現存的SPS-48E雷達都升級到此一規格；此計畫稱為雷達過時與運用性重建（Radar Obsolescence and Availability Recovery，ROAR），屬於可靠度、可維護性、可用性的升級計畫（Reliability, Maintainability, and Availability，RM&A）。將SPS-48E升級為SPS-48G的工作仍由ITT Gilfillan負責，包括更換SPS-48G(V)1新套件（屬於固定價款合約，Firm Fixed Price，FFP）以及翻新SPS-48E的舊有組件，而這兩部分的合約都包含在2008年中旬的AN/SPS-48雷達獲得計畫（AN/SPS-48 Radar Acquisition Plan，AP）中 。

SPS-48G改用開放式系統架構（Open Architecture），以加固的商規政府組件（COTS）取代原本封閉式架構的軍規舊系統，使之能應用民間市場上的主流組件，大幅增加服役期間的可維護性與可升級性，並符合美國軍規MIL-S-901D標準的震動與環境測試。SPS-48G引進技術整合數位環境（Technical Integrated Digital Environment，TIDE）網路，能自動提供雷達所有技術、工程與邏輯資料，此外還提供遠端監視/支援功能，並提供更精確快速的組態管理（ Configuration Management）。此外，SPS-48G內部系統也增加許多互動的內建自我測試（Built-in-Test，BIT）單元，使得後勤維修工作大幅簡化，作業人員能更快找出系統的問題。SPS-48G 以新型固態發射器（Solid State Transmitter，SSTX）取代原本SPS-48E的真空管組件第一級、第二級射頻放大器（Unit 1），總共使用180個固態放大器，整個雷達後端體積與重量大幅縮減，並顯著增加了可靠度。過去SPS-48E的接收器（Receiver，Unit 9）、處理器單元（Processor ，Unit 10）與輔助偵測處理器（Auxiliary Detection Processor，ADP，Unit 15）是三個分立的單元，AN/SPS-48G由於換用更先進、體積更小的組件，新的接收器/處理器/輔助偵測處理器整合成為一個單元並安裝在單一機櫃中 ；此一設計將射頻電纜的數目從原本SPS-48E的200多個減少到33個，並移除了數千根地板線，大幅減少體積重量，並簡化了後勤作業並，最低置換單元（Lowest Replaceable Unit，LRU） 數量減少87%。更新組件與系統架構之後，SPS-48G(V)1的平均重大故障間隔（Mean Time Between Critical Failure，MTBCF）比SPS-48E增加104%，任務期間系統在勤率以及性能也有所成長。而由於SPS-48G（V）1提供更多的內建訓練模式（包含操作與維護），使雷達操作、維修人員的訓練工作更為簡易；過去SPS-48E的訓練課程需要21週，而SPS-48G減至2週。SPS-48G的系統採用冗餘設計，能降低單一部位故障造成的影響。

SPS-48G由三十個單元組成四個主要部分；發射器（Transmitter）、接收/處理器（Receiver/Processor）、天線（Antenna）以及輔助單元（Ancillary）。SPS-48G的天線總成（Unit 14）由兩個天線組成：主天線（Main）以及參考天線（Reference）。主天線發射射頻（RF）能量並接收射頻回波（以波束方式接收）；而在主天線接收回波時，經過兩個射頻過濾器來消除回波中的諧波，分別是高通過率器（high pass filte，Unit 48）以及頻通過濾器（band pass filter，Unit 47）。而參考天線用來測量背景環境的射頻雜訊，作為標定雜訊、干擾來源的依據。

註：依照公式，在多個元件直線排列的陣列中，如果任兩單元之間都使用長度同為L的連接線，則天線餽電時，任兩相鄰單元之間的電磁波會產生的相位差是：2x圓週率*波長/L。在頻率掃瞄天線中，蛇形波導連接線的長度相當於L，已經固定，因此只要改變發射源的頻率，就能改變波束相位。