DBR/AMDR/EASR相位陣列雷達

(上與下)DBR雙波段雷達的陸基原型,地點在維吉尼亞州的瓦勒普斯島(Wallops Island)的海軍工程中心。

維吉尼亞州的瓦勒普島海軍工城中心的SPY-3多功能相位陣列雷達(MFR)

的一號工程原型(EMD-1),安裝在塔狀結構頂部。

福特號(Gerald R. Ford CVN-78)核子動力航空母艦的艦橋近照。可以看到上方的AN/SPY-3 MFR多功能相位陣列雷達

以及下方的AN/SPY-4 VSR體積搜索相位陣列雷達。福特號會是唯一裝備完整DBR雙波段雷達(MFR與VSR)的船艦。

在電磁波暗室裡進行組裝的SPY-6 AMDR工程原型天線 ,此時陣面上大約一半的雷達模組總成(RMA)安裝完成。

(上與下)雷松集團測試、供柏克Flight3使用的SPY-6 AMDR雷達陣面。

此照片清楚顯示陣面由37個長、寬皆為2英尺的RMA單元構成。

(上與下)在2016年7月初,雷松集團將第一套完整的SPY-6 AMDR交付位於夏威夷的美國海軍飛彈測試場,

在接下來一年內進行實際測試,包含探測、飛彈射控、防空作戰與反彈道飛彈等測試科目。

注意到此雷達結構包含下方的AMDR S波段主陣面以及頂部修改自SPQ-9B的X波段近程追蹤雷達。

雷松的AMDR/EASR系列示意圖。畫面中的三種陣面都由相同的RMA單元構成,

RMA的數量多寡決定了雷達陣面的孔徑、發射功率與性能。中間的是柏克Flight 3採用的SPY-6,

陣面由37個RMA構成,最右邊的則是EASR雷達,陣面只有9個RMA。

 

在2018年8月,雷松在麻州安多佛的新雷達生產設施啟用,初期主要用來組裝AN/SPY-6相位陣列雷達。

廠區內的移動、搬運全面仰賴全自動化的智慧機器人。

──By Captain Picard


參考資料:軍事連線90期──美國海軍AMDR雙波段雷達的起源與發展(張明德著)

DBR雙波段雷達

因應未來日趨複雜的海上作戰環境,美國海軍在1990年代末期開始發展雙波段雷達系統(Dual Band Radar,DBR),作為日後主要作戰艦艇開發的新一代雷達系統 。

在傳統的系統中,各個不同的雷達都有獨自的後端信號處理(Signal Processing,SP)與資料處理(Data Processing,DP)設備 ,雷達天線接收的原資料(raw data)先經過信號處理(SP),然後經過資料處理(DP),最後將輸出的偵測資料輸入戰鬥管理系統進行處理與整合。而在DBR架構之下,S波段與X波段雷達 則以同一套資料處理(DP)後端設備來統一處理兩部雷達的數據,使得戰鬥系統可以直接獲得整合自兩部雷達的目標軌跡資料。DBR雷達有助於大幅減少船艦所需的雷達型號與種類,利於整合控制與電磁頻譜分配,而原本美國海軍的SPS-48E/49對空搜索雷達以及SPN-43航空管制雷達等都可一併被取代。

而對於探測低空小型目標而言,雷達後端同時結合S/X波段也會有良好的效益。一般而言,高脈衝回復率的雷達較適合探測在低空迫近的目標,但如果目標距離太遠,兩道回復太快的脈衝信號有可能重疊在一起,使得後端系統難難以判斷回跡的遠近(距離模糊);因此過去許多雷達可以切換不同的脈衝回復率,平時以高脈衝回復率來密集監視周遭空域,接收到目標回跡後立刻切換到較低的脈衝回復率來確認接觸信號是否為虛警,但這樣的確認程序又會多花費一些時間;而一些專用的短程近距離追蹤雷達的反飛彈模式就刻意將探測範圍壓縮在海平面距離以內,避免脈衝回波重疊而引來的位置模糊問題。而雙波段雷達就同時處理兩個不同頻率與脈衝回復率的雷達信號 :X波段使用高脈衝回復率盡快確認目標信號,而S波段則使用中脈衝回復率,確認同一個接觸信號的確實距離,然後將兩個雷達信號送入同一個濾波處理器。如此,雙波段雷達就不會發生選擇脈衝回復率的兩難(例如接觸目標但不確定是否為兩道靠近的回波造成的虛警,或者經過濾波器之後得出目標但不確定距離),探測並確認低空高速目標的速率大幅提高。

美國海軍早期的雙波段雷達

(上與下)美國海軍觀察島號(USNS Observation Island T-AGM-23)飛彈追蹤艦

,該艦在1970年代末在艦尾設置大型的AN/SPQ-11 Cobra Judy S波段相位陣列雷達,

1980年代中期又在煙囪後方設置一個大型的X波段雷達(碟型天線),與 Cobra Judy

由同一後端控制,構成一種S/X雙波段雷達。

美國海軍早期的S/X雙波段雷達,是1980年代安裝在觀察島號(USNS Observation Island T-AGM-23)飛彈追蹤艦(在飛彈試射場追蹤試射的飛彈的軌跡)的AN/SPQ-11 Cobra Judy雷達系統;在1970年代後期觀察島號進行改裝時,首度安裝了Cobra Judy雷達系統,當時只有一套S波段相位陣列天線。在1985年時,此雷達系統又增加一部X波段、機械式的碟型天線,而S/X波段雷達由後端的Cyber 170主電腦控制(包括兩部,平時只使用一部,另一部為備援)。

原屬於忠實級(Stalwart class)音響監視船的的無敵號(USNS Invincible T-AGM-2 ex-T-AGOS-10)在

服役後期拆除拖曳聲納,加裝Cobra Gemini型S/X雙波段超寬帶雷達,改成飛彈搜索艦。

 

在1990年代末期,美國海軍以Cobra Judy為基礎,進一步發展Cobra Gemini型S/X雙波段超寬帶雷達(Ultra-Wideband Radar)系統來裝備無敵號飛彈測量艦(USNS Invincible T-AGM-24 ex-T-AGOS-10,原本是音響監視船)。先前Cobra Judy雷達的X/S波段分別有獨立的接收機與發射機,由同一個後端控制;而Cobra Gemini超寬帶雷達系統的X/S波段不僅由同一個後端處理器控制,連射頻功率導波與餽送都實現了雙頻共用單一硬體,包含單一大型機械旋轉拋物面天線(位於一個圓形外罩內)以及一套Cassegrain雙波段(X/S頻)雷達發射機,只在接收端分成X波段與S波段寬頻帶接收機各一。不過Cobra Gemini超寬帶雷達只是機械掃描雷達,而不是相位陣列雷達。

(上與下)2012年1月服役的哈沃德.勞倫茲號(USNS Howard O. Lorenzen T-AGM-25)配備

Cobra King S/X波段相位陣列雷達系統,此雷達的主承包商是雷松。

在2000年代初期,美國海軍開始發展用來汰換觀察島號的新飛彈追蹤哈沃德.勞倫茲號(USNS Howard O. Lorenzen T-AGM-25)所需的雷達系統,一開始稱為主動S波段雷達計畫(Active S-Band Radar program),後來演變成Cobra King S/X波段相位陣列雷達。在2003年,雷松成為Cobra King雷達的主承包商,其中X波段雷達由雷松自行開發,而S波段雷達則由諾格集團電子部門研製,兩種雷達由雷松研製的通用後端(Common Back End,CBE)來統一控制管理。其中,S波段負責廣區域搜索、目標獲得,並能同時追蹤大量目標的軌跡;而X波段雷達則針對特定目標(根據S波段雷達的提示與交接)進行高精確度追蹤。

雙波段雷達系統概要

DBR共分為兩個部分,第一是由洛馬研發的SPY-4廣域搜索雷達(Volume Search Radar,VSR),其次則是由雷松開發的SPY-3 X波段多功能雷達(Multi Fuction Radar,MFR),兩部雷達各自擁有獨立的發射/接收(T/R)陣列天線以及 屬於前端信號處理的信號接收機、激勵器,然後兩者的雷達前端信號統一輸入由雷松開發的信號/資料處理器(Signal Data Processor,SDP),進行統一的 雷達資源管理、目標追蹤等後端資料處理作業,並與艦上的戰鬥系統連結,將處理完的S/X波段雷達整合追蹤資料輸入作戰系統。因此,由VSR與MFR構成的DBR雙波段雷達系統成為全世界第一種由單一後端控制的X、S波段艦載主動相位陣列雷達。DBR雷達系統以共用陣列功率控制系統(CAPS)來同時管理兩種不同雷達的運作,包含共用陣列冷卻系統(CACS)。由於DBR系統透過共用天線孔徑、控制處理、功率管理與冷卻系統,而不像過去每個雷達都有自己專屬的天線、後端控制、功率與冷卻等系統,能減少所佔據的體積和重量。 依照最初的規劃,MFR雷達使用X波段,而VSR則使用L波段(大於S波段),但在2003年7月將VSR的波段改為S波段(見下文)。

DBR可滿足艦上需要的所有雷達機能,包括對空/平面搜索、早期預警、防空自衛及對海對地作戰所需的追蹤/射控相關工作等等。VSR雷達透過大功率/大孔徑天線提供高解析度窄波束,提供遠程預警、高空目標探測、區域防空等,發現威脅之後就 把工作交給解析度更高的MFR X波段雷達,進行精確追蹤、射控接戰、飛彈上鏈傳輸等工作;此外,MFR也包負責水面搜索、導航、航空管制等任務。 在單一後端控制之下,VSR與MFR雷達能實現精確而即時的工作交班,不像過去不同追蹤/射控雷達只能根據搜索雷達的粗略提示,自行再重新搜索並捕捉目標,難免多浪費時間。

美國海軍打算在DD-21陸攻驅逐艦(2001年底改為DD(X),在2006年成為DDG-1000),以及日後新造的航空母艦、兩棲艦艇上。原本最後一艘尼米茲級(CVN-77)打算採用DBR雷達系統,不過由於時程無法配合而作罷;而新一代的CVN-21航空母艦(即福特級) 則成為第一種配備DBR雷達的美國航母,美國海軍也曾考慮在大部分既有的尼米茲級(CVN-70~76)回廠改裝時,加裝DBR雷達系統。此外,美國海軍也曾考慮在取代塔拉瓦級的LH(X)(後來成為LHA-6美利堅級)兩棲攻擊艦上加裝DBR(最後仍使用SPS-48E雷達),甚至當時已經付諸建造的LPD-17型(即聖安東尼奧級)船塢運輸艦和LHD-8兩棲突擊艦都考慮日後回廠加裝。由於DBR雷達系統原本就是DD-21計畫底下的一環,因此在2001年DD-21暫時遭到擱置時,DBR的研發也一度受到影響,直到後來DD(X)計畫步入軌道時才逐漸恢復。

VSR與MFR是最先進的主動相位陣列雷達,使用全固態組件、全數位化控制的多頻道收/發模組(Transmit-Receive Integrated Multichannel Module,TRIMM)以及嶄新的天線陣列結構 。DBR也是第一種以現成商規(Commercial-off-the-Shelf,COTS)電腦技術來執行後端運算處理的雷達系統,使用開放式架構(Open Architecture,OA),COTS組件涵蓋直接數位取樣、高動態率A/D轉換器、高性能電腦和光纖傳輸(控制與信號處理工作由IBM的超級電腦負責),能大幅降低研發購置成本並利於維護升級;DBR的軟體程式也以民間的物件導向程式語言如C++、Java來開發,能完全融入全船整合運算環境(Total Ship Computing Environment,TSCE)。VSR與MFR都有各自獨立的信號處理器,但由同一套控制組件進行操作,故DBR能同時控制這兩套不同波段的雷達追蹤同一個目標,或者進行分工,並在後端自動進行資料整合,而不是兩套雷達各自運作 。DBR有多種作業模式,在全自動運作模式下,運作流程回路並不包含人工操作,可大幅加快反應時間並避免可能的人為操作錯誤。DBR不需要設置專門的系統操作人員與顯控台,能自動針對後端人機介面的型態進行調整,控制參數由艦上戰術執行軍官透過艦上指揮管制系統或全船整合運算環境(Total Ship Computing Environment,TSCE)輸入,能減少人工操作可能產生的參數設定錯誤。DBR系統整個系統結構十分可靠且易於維護,內建自我診斷系統,人員只需使用筆記型電腦透過區域網路(LAN)連接DBR系統就能執行相關功能檢測與故障判定工作;更換包括雷達陣列、次系統、計算機設備等都只需要抽換相對應的TRIMM單元、電路卡或其他模組單元,設計上要求每任務年的預防性維護和修正措施(corrective and preventive maintenance per mission-year)低於100小時,每次平均維護作業時間( mean time to repair,MTTR)低於30分鐘。DBR雷達的功率消耗約2000KW,液冷系統流量900 gpm(維持在攝氏11度),熱負載約1350KW。

不同於SPY-1,VSR與MFR都只採用三面相位陣列天線;由於平板陣列電子掃瞄天線的波束偏離軸心 之後,等效孔徑(天線孔徑在波前方向的投影量)就會降低,當波束偏離軸心一定程度之後就會明顯變寬,偵測距離、解析度、增益全部顯著降低,故理論上單面天線的波束掃瞄極限被限制在偏離中心軸正負60度的範圍,也就是涵蓋120度的方位角,理論上三面天線就能涵蓋360度的方位角 。而為了確保目標通過兩面天線波束交界時仍能有效持續追蹤,一般相位陣列雷達多半將單面天線的掃瞄方位角限制在90度,並以四面天線完成360度的涵蓋。然而,VSR與MFR卻大膽採用三面天線的構型,單面天線的波束涵蓋範圍幾乎達到電子掃瞄天線的極限,這似乎意味美國廠商在信號控制與處理技術上又獲得了飛躍的進步,所以可以讓掃瞄方位提升到天線實體能力的理論上限;而減少一面天線就意味著減少25%的體積重量,系統成本亦可降低 。由於採用開放式模組化架構,DB雙波段雷達系統可輕易整合至不同的艦體載台,並根據新的戰術需求進行擴充與升級。

以下便分別介紹VSR與MFR:

1.VSR(AN/SPY-4)

VSR的技術可以追溯到早先美軍一個名為數位陣列雷達(Digital Array Radar,DAR)的計畫,這是一種L頻的長程主動相位陣列雷達。DAR的概念設計始於1980年代,參與研究的主要單位包括美國海軍研究實驗室(Naval Research Laboratory,NRL)、美國海軍水面作戰中心(Naval Surface Warfare Center,NSWC)以及麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)的林肯實驗室(Lincoln Laboratory);不過直到1990年代,伴隨商規無線通信、網路、計算機領域的而開發的先進技術如直接數位採樣( direct digital sampling)、高速率/高動態範圍的類比/數位轉換器(A/D)與數位/類比轉換器(D/A)及其他微波射頻組件、高速數位計算、數位光纖控制(digital fiber-optic interfaces)等技術逐漸成熟,DAR才得以付諸實現。

在研發初期,VSR預定採用波長較長 、衰減較小的L頻,以增加遠距離傳播性能;不過L波段也由於波長太大,若要獲得與S波段相當的波束寬度(即解析度),就需要更大的天線孔徑(距離分辨率則利用脈衝壓縮技術來彌補),勢必會對艦艇的系統配置造成困擾,除非將多個輻射單元配置在一個T/R模組上,而不是每個單元使用一個T/R模組,能降低所需的尺寸重量。此外,美國海軍也考慮到先前神盾系統的SPY-1被動相位陣列雷達已經累積了豐富的S波段操作/信號處理經驗,同時期洛馬集團也在美國海軍資助下開發使用固態元件版的主動相位陣列雷達(曾有SPY-1E或SPY-2等非正式稱號),因此在2003年6月30日正式將VSR改為S波段。

DAR的數位信號處理完全圍繞著波束成形器(beam former)與波形產生器(waveform generator);數位發射波形(Digital transmit waveforms)與控制信號產生後,轉換後經由光纖傳輸線傳輸到天線陣列後方的數位/微波發射/接收器( digital/microwave Transmit/ Receive,T/R)單元,合成雷達波束並輻射至空中。為了應映挑戰性日益增加的防空與反飛彈任務(包括面對低雷達截面設計的目標或超音速掠海飛彈等小型高速目標),新一代海軍雷達需要高的功率/孔徑增益(Power-Aperture-Gain/PAG),使得從目標反射的回波增強;而在近岸作業時,雷達會接收到來自四面八方的地形背景回波、來自各種人為裝置的電磁波(如手機基地台、各式岸基雷達)或敵方電子戰裝備發射的干擾波,對雷達後端處理硬體造成更大的壓力,這些包括高動態範圍(dynamic range)、相位雜訊(phase noise)、系統穩定、分離諧波(isolation and spurs)等等;過去只著眼於大洋背景環境的艦載雷達,無法面對這樣嚴苛環境的挑戰,傳統雷達的動態範圍也無法忽略如此強大的雜波而不造成接收端飽和。此外,為了降低雷達信號被敵方探知的機率,新一代的雷達朝向低截獲率(Low Probability of Intercept,LPI)的領域發展,也影響著雷達硬體的發展。

針對這些問題,新一代的數位相位陣列雷達更廣泛地使用數位化的後端處理組件;一般而言,數位化陣列雷達在接收處理端將雷達波數位化(透過類比/數位轉換器,ADC),使得偵測速率、信號動態範圍都增加,並引進數位化的自適應波形(daptive beamforming)來適應自然環境或人為電子戰措施帶來的複雜電磁干擾(complex electromagnetic interference,EMI),在有背景雜波干擾的情況下仍要能有效偵測到小型高速移動目標的回波,此外還包括有效探測彈道飛彈這類高高度、高速度的目標。靠近海岸時,敵方電子戰裝置的干擾信號可能從四面八方而來,妨礙雷達陣列對目標形成波束;傳統的類比波束成形是將陣列上所有的類比信號積分後才傳入ADC轉為數位信號,這在面對強烈電磁干擾時將不敷使用;因此,新型數位陣列雷達在每一個射頻組件後方都設置一個類比/數位轉換器(ADC),將每個天線單元接收的回波轉為數位信號,並由一個數位波束成形器(digital beam former,DBF)來處理所有陣列單元回傳的數位信號而形成波束。此種新設計具有許多好處,包括增加波束成形的彈性、改進時間/能量管理(time-energy management)、增加信號的動態範圍等,而隨著電子技術的進步,這種高度數位化的雷達的製造成本將逐漸降低。

在2007年下旬,VSR獲得AN/SPY-4的正式型號,全系統由三個主動電子掃描相控天線、甲板上的接收/激勵器(REX)、甲板下的信號與資料處理器(SDP,與SPY-3 MFR共用)構成,每個天線陣列都還附帶處理波束成形和窄頻下變頻的機櫃。每面陣列天線尺寸為4.06mx3.86m(160x152英吋),厚度0.76m(30英吋) (另一說長度、寬度、厚度分別是4.1、4.0、1.01m),三具天線總重10.215ton,後端系統總重28.56ton。VSR負責遠距離對空與對海搜索警戒、氣象偵測等,有效偵測距離463km以上(最遠超過500km), 用來取代美國海軍現役的SPS-48、49等長程對空雷達(現階段神盾艦艇的SPY-1A/D相位陣列雷達的最大有效偵測距離在330km以內,比起SPS-48的430km與SPS-49的460km仍有一些差距)。 不過VSR雷達並沒有將2000年代以後美國日益重視的反彈道飛彈能力納入考量,這可能是因為VSR以裝備DD-21陸攻驅逐艦為主,而反彈道飛彈功能則另有CG-21防空巡洋艦(後來的CG(X));如果VSR也包含反彈道飛彈功能,勢必導致開發成本與時間的增加,對DD-21不僅沒有必要,甚至可能讓美國國會認為CG-21與DD-21同質性高,進而危及CG-21的發展。

與神盾系統的SPY-1D相位陣列雷達相較,採用主動技術以及更先進訊號處理科技的DBR將擁有更好的解析度,且對抗陸地背景雜訊與反電子干擾的能力也會大幅增強。VSR的主要技術關鍵在處理頻寬超過10GHZ的隨機波形時,對T/R單元的精度構成考驗。洛馬在2002年12月展開VSR的原型測試,並在同年12月18日成功追蹤到第一個測試目標。不過VSR在測試中發現其T/R模組於全功率運轉下出現可靠度不足的問題,如要重新設計T/R模組則會導致成本與時程大幅膨脹。美國海軍分析後,認為VSR能在較低功率標準下滿足任務需求,於是同意洛馬將VSR的功率標準降低,如此可改善T/R模組的運作可靠度以及使用壽命,也避免了重新設計T/R模組。

在2010年6月2日,美國國防部決定刪除DDG-1000的VSR雷達系統 ,只保留MFR雷達;此外,艦上仍保留安裝AMDR相位陣列雷達(見下文)的空間。由於VSR/MFR的發展都堪稱順利,性能也符合預期,因此美國國防工業界一度對於DDG-1000刪除VSR雷達的原因感到不解 。取消VSR的最立即原因是為了節省成本(估計每艘DDG-1000可節省1至2億美元),以因應美國海軍沈重的預算壓力。另外,VSR計畫開始的時間較早,原始規劃沒有納入反彈道飛彈的能力;而較晚展開、原本作為CG(X)防空巡洋艦偵測系統的空中與飛彈防禦雷達(AMDR),一開始就將反彈道飛彈規劃於其中;在2008年 ,美國海軍決議DDG-1000並不需要負擔彈道飛彈偵測任務,因此VSR雷達的急迫性相對較低。

2.MFR(AN/SPY-3)

MFR的型號為AN/SPY-3,使用波長短而精確度高的X頻,主要任務為中距離以內的對海/對空目標 搜索、對陸地搜索、目標自動精確追蹤、目標識別、武器射控(包含飛彈在中途飛行階段的上/下鏈傳輸更新,以及終端間斷照明波)乃至航空管制等,包辦美國海軍SPQ-9/MK-23 TAS等短程追蹤/射控雷達 、SPS-67平面搜索雷達、MK-91照射火控雷達、航空母艦上的AN/SPN-41/46進場控制雷達等功能,其解析度足以及時搜獲超高音速掠海低RCS目標 、未來的先進匿蹤巡航飛彈(ASCM)、小型低飛的UAV,或者海面上的潛望鏡與水雷 。SPY-3的設計十分著重於在近海複雜的電磁環境下(包含地形回波、來自岸上其他電磁輻射干擾以及敵方電子反制),仍能有效對低空飛行的飛彈進行自動探測、追蹤與射控工作。

SPY-3全系統由三個主動電子掃描相控天線、甲板上的接收/激勵器(REX)、甲板下的信號與資料處理器(SDP,與SPY-4 VSR共用)機櫃構成,每面天線尺寸為2.72X2.08m(107x82英吋),厚度0.635m(25英吋), 三具天線總重2.5ton,每部天線陣列由5000個T/R單元構成,每8個T/R構成一個能快速拆換的多頻道收/發模組(T/RIMM), 後端系統總重20.44ton,最大搜索距離約320km。SPY-3是美國海軍第一種完全以商規技術開發的艦載雷達,其信號/資料處理器採用IBM、HP與Sun等民間廠商的商規產品,軟體也由民間的C++程式語言撰寫。SPY-3的自動化與整合程度極高,不需要設置專屬的顯控台,其獲得的資料自動餽入艦上的戰鬥指揮系統,後續的追蹤、射控也全權由射控系統來指揮負責。 雷松宣稱,透過新一代固態T/R組件模組以及良好的模組化系統設計,SPY-3能維持連續七天、24小時不間斷的長時間作業要求,期間系統可用性達95%以上,每個任務年(mission-year)所需的校正維護工作低於100小時,故障修復所需時間(MTTR)約30分鐘,而這些指標都與VSR/SPY-4相同。

由於SPY-3功能廣泛且採用模組化設計,縮小規模之後十分適合用於小型作戰艦艇上,雷松海軍與海事整合系統部門(Raytheon's Naval and Maritime Integrated Systems,N&MIS)也打算拓展其外銷機會;例如,雷松已經與歐洲Thales集團展開合作,進行一項名為SEAPAR的計畫,以SPY-3為基礎開發一種X頻多功能相位陣列雷達偵測與射控系統,作為北約盟國未來新造水面艦艇的偵測與自衛裝備 ,此合約也包括與歐洲Thales集團的合作(Thales集團也有兼具偵測、追蹤與飛彈射控的X波段APAR艦載相位陣列雷達系統)。

在2010年6月,美國國防部決定刪除DDG-1000的SPY-4 VSR雷達,松華特級的主要雷達就只剩一組SPY-3。為了彌補松華特級取消VSR雷達的空缺, 美國海軍責成雷松修改SPY-3的後端控制軟體,增加VSR作業模式。SPY-3的探測波束可選擇在水平向或垂直向的優化,而在VSR模式下,SPY-3的雷達波束以水平方向優化,此時只有有限的垂直像探測能力。 不過,相較於荷蘭Thales的APAR、法國ARABEL等X波段艦載相位陣列雷達,SPY-3的天線陣列面積大了三、四倍(APAR每個陣列天線的直徑僅1m),因此雖然使用波長較短的X波段,但SPY-3先天上的長距離探測能力仍然相當不錯,達到300km以上(而APAR的實用對空搜索距離約150km)。

DBR雷達研製進度

福特號核子動力航空母艦(USS Gerald R. Ford CVN-78)的艦島,下方較大的陣面是

S波段的VSR(SPY-4)相位陣列雷達,上方較小的陣列是X波段的MFR(SPY-3)相位陣列雷達。

由於美國海軍雷達發展計畫的演變,福特號將是唯一一艘安裝完成VSR/MFR雙波段雷達的艦艇。

 

在2000年度,美國海軍研究辦公室(Office of Naval Research,ONR)決定針對DBR展開設計、發展與概念展示階段,生產一套原型進行測試,相關技術自然成為VSR的重要依據,該年度DBR獲得美國國會1200萬美元的撥款。VSR的初步原型在2002年展開測試,工程發展原型在2006財年進行測試。

在2000年美國國防預算中,首度編列的VSR的發展預算,金額為1200萬美元。在2002年,洛馬完成 VSR的第一部原型 雷達,同年12月開始測試,在12月18日首次成功追蹤目標,並與MFR雷達原型一同進行發展測試。VSR的第一部工程發展(EDM)原型在2006預算年度展開測試,最初預定在2013年達成初始操作能力。

在2006年8月,VSR位於新澤西的摩爾斯頓(Mooreston)完成初步驗證,隨後雷松與美國海軍在2007年10月將VSR雷達雷達安裝在加州懷尼米港(Port Hueneme)的文圖拉郡(Ventura County)海軍基地的水面作戰工程設施(Surface Warfare Engineering Facility),與SPY-3 MFR合組成艦載飛彈防禦套件(Shipboard Missile Defense,SMD),並展開測試。在2007年下旬,美國海軍賦予VSR正式型號AN/SPY-4。 在2008年10月,雷松獲得美國海軍價值2350萬美元的合約,為首艘福特級航空母艦福特號(USS Gerald R. Ford,CVN-78)供應DBR雷達系統,以先前為DDG-1000驅逐艦設計的DBR系統為基礎。

安裝在瓦勒普斯島美國海軍水面作戰系統中心的SPY-3一號工程發展原型(EDM-1)。

MFR方面,在1999年6月,美國海軍將SPY-3 MFR雷達的工程製造與發展合約頒給雷松公司,價值1.4億美元。第一座SPY-3工程發展型雷達(Engineering Development Model,EDM。稱為EDM-1或XN-1)於2001年開始製造。

從2002年3月起,雷松開始在維吉尼亞 州的瓦勒普斯島(Wallops)美國海軍水面作戰系統中心(U.S. Navy's Surface Combat System Center)的測試場建造一座模擬DD(X)上層結構的陸基實驗設施,用來進行SPY-3(XN-1)的測試,此雷達 設施於2003年6月26日交付美國海軍水面系統作戰中心,隨即展開為期2年的測試(含DT/OA等階段)。在2004年底,SPY-3(XN-1)與另一部S頻遠程搜索雷達成功地進行了一項同步運作測試,過程中兩者並未發生電磁兼容性方面的問題;而這場測試的成功對於2005年底DD(X)的最後評估將有很大的幫助。緊接著,這套原型雷達又在中國湖實驗場進行電磁干涉(EMI)實驗。至於第二套SPY-3工程發展原型(EDM-2)則被安裝到由除役的史普魯恩斯級驅逐艦保羅.佛斯特號(ex-USS Paul Foster DD-964)改裝成的自衛系統測試艦(Self Defense Test Ship,SDTS)上,在2006年5月成功完成一系列海上操作測試。 相較於VSR,AN/SPY-3開發進度較快,過程也比較順利。

SPY-3二號工程發展原型(EDM-2)安裝在保羅.佛斯特號(ex-USS Paul Foster DD-964)

自衛系統測試艦(SDTS)的後桅杆平台。

安裝在瓦勒普斯島水面作戰系統中心測試場的DBR雙波段雷達原型。

在2009年1月,雷松在維吉尼亞州瓦勒普斯島(Wallops)的海軍工程測試中心進行完整的DBR雷達(含SPY-4與SPY-3)的測試,在4月宣布DBR雷達系統 完成首次全功能測試,正式從工程發展模型階段(EDM)進入長週期的作戰性能評估階段。在2009年11月,雷松宣布整套DBR雙波段雷達系統通過關鍵設計審查 。不過美國政府審計署(GAO)在2009年3月30日發佈的DD(X)關鍵技術審查報告中,仍將SPY-4 VSR列為不成熟的技術項目,發展進度比原訂延遲兩年;此報告指出2009年1月SPY-4與SPY-3的聯合測試中,SPY-4並未使用雷達罩,而且SPY-4的功率輸出低於要求。在陸地測試中,就發現VSR有時無法持續追蹤飛彈並進行接戰,經常容易受到雜波干擾或顯示虛警,或者無法精確指示目標的位置。

根據2010年5月初的報導,在維吉尼亞州瓦勒普斯島海軍工程中心進行測試的DBR陸基原型,首度成功以單一RSC控制組件同時控制SPY-4 VSR與SPY-3 MFR雷達對同一目標實施雙波段追蹤。此次測試項目除了VSR、MFR雷達同時對同一目標進行截獲與追蹤之外,也驗證在精確追蹤模式下,由VSR雷達將目標自動交班給MFR雷達接手追蹤的能力。 然而就在2010年6月,美國國防部宣布將SPY-4雷達從DDG-1000刪除,只保留SPY-3雷達。

在2012年7月31日,雷松獲得美國海軍關於DBR雙頻雷達系統的兩個發展合約,價值5360萬美元,主要工作是改進系統軟體來增加功率使用效率,並為下一階段的測試評估做好準備。

DBR與VSR的終點

由於DBR價格昂貴,無法依照原本的構想,普遍取代艦隊中的AN/SPS-48與AN/SPS-49對空搜索雷達 。原本美國海軍希望在最後一艘尼米茲級老布希號(USS George H.W. Bush CVN-77)上裝置DBR雷達系統,但隨後延遲到接下來的福特級(Ford class)航空母艦才裝備DBR。原訂配備DBR的松華特級的建造總數量也大幅減少(只建造二到三艘,而不是最初計畫的30艘),連帶使DBR的訂購數量大幅降低,單位成本變得十分昂貴。AN/SPS-48與AN/SPS-49雷達在美國海軍的主要用戶是航空母艦、兩棲艦艇,這些艦艇只需要擔負防空自衛任務,基於成本效益,根本不可能安裝昂貴的DBR雷達系統(這些艦艇也不需要DBR的所有功能)。而真正裝得起昂貴防空雷達系統的專業防空艦艇如柏克Flight 3,卻改用具備反彈道飛彈能力的AMDR,這都讓DBR的定位變得十分尷尬;此外,AMDR使用的技術與硬體架構也與DBR又有不同,當AMDR確定會擁有數量眾多的柏克Flight 3用戶時,採購數量稀少的DBR就會形成後勤上的累贅。而更糟的是,洛馬集團開發的AN/SPY-4 VSR雷達一直面臨成本超支與進度落後。

因此從2014年中,美國海軍又開始發展企業對空監視雷達(Enterprise Air Surveillance Radar,EASR),以AMDR雷達的技術為基礎,用來接替AN/SPS-48與AN/SPS-49對空搜索雷達。由於松華特級驅逐艦刪除了VSR而只保留MFR,因此福特級航空母艦福特號(USS Ford CVN-78)就成為美國海軍唯一一艘採用完整構型DBR雷達系統,以及唯一一艘配備AN/SPY-4 VSR相位陣列雷達的艦艇(福特級從二號艦開始就會引進EASR雷達)。EASR實質上接替了AN/SPY-4 VSR雷達,這意味洛馬集團在美國海軍21世紀前期S波段艦載固態相位陣列雷達領域上全面挫敗。洛馬在AMDR雙波段雷達的競爭中敗給雷松,EASR在2016年8月也確定由雷松擔任主承包商,而洛馬的VSR只會裝在一艘船艦上(福特號航空母艦),可說是遭到棄用。

對空與飛彈防禦雷達(AMDR)

在1999年起,美國海軍就以固態SPY雷達(Solid State SPY Radar,SS-SPY)的名義,資助洛馬集團以神盾艦的SPY-1相位陣列雷達為基礎,研究新一代的S波段主動相位陣列雷達(詳見SPY-1相位陣列雷達一文),此計畫隨後又演變成S波段先進雷達(S-Band Advanced Radar,SBAR)以及可變固態S頻雷達(Scalable Solid-State S-Band Radar,S4R)等。

在2006年,S4R被規劃成未來CG(X)防空巡洋艦的主要防空雷達,美國海軍並委託洛馬海上系統與感測器部門、雷松整合防衛、諾格電子系統等三家廠商進行需求定義工作,同時進行相關技術和降低風險等研究,相關工作耗時約一年。

在2007年初,對空與飛彈防禦雷達(Air and Missile Defense Radar,AMDR )正式成為CG(X)防空巡洋艦的雷達項目,功能包括探測、搜索與追蹤各種空中目標(包含飛機、飛彈),並支援防空飛彈的接戰工作,在高威脅環境中有效防禦任何空中威脅(包含一般戰術空中威脅與彈道飛彈等)。 依照慣例,AMDR進行時,美國海軍也一併提出幾個風險較低的方案一同評估,包括次世代海軍防空系統(Next-Generation Maritime Air & Missile Defense);多功能先進主動相位陣列雷達(Multi-Function Advanced Active Phased-Array Radar )等,而先前洛馬集團的SBAR/S4R也在考量之列。AMDR的整合開發工作由美國海軍水面武器系統計畫執行辦公室2.0(PEO IWS 2.0)負責,神盾系統的整合工作則由PEO IWS 1.0辦公室負責。在2008財年的預算中,美國海軍建立先進上感測器計畫項目(Advanced Above Water Sensors),包含AMDR等相關計畫。

AMDR架構

與已經在開發、SPY-3/4構成的DBR雙波段雷達 的系統架構相比,AMDR也是一種雙頻雷達系統,由一部S波段長程雷達(暫稱AMDR-S)、一部X波段中/短程多功能雷達 (暫稱AMDR-X)構成,兩者的接收信號先由信號/資料處理器(Signal Data Processor,SDP)處理,然後輸出到雷達組件控制器(Radar Suite Controller,RSC)進行統一的管理與資料處理。AMDR-S雷達負責長距離搜索、追蹤、彈道飛彈防禦以及防空飛彈升空之後的上/下鏈傳輸功能等,而AMDR-X則進行中短程 對空/對海搜索、精確追蹤、飛彈上/下鏈傳輸以及終端射控照明等工作 。AMDR的任務涵蓋船艦周遭的區域對空/對海偵測、遠距離長程對空以及外大氣層偵測(搜索彈道飛彈),功能包括搜索監視、目標追蹤、精確追蹤彈道飛彈軌跡等 。AMDR計畫一開始就納入了彈道飛彈防禦與區域空中作戰(BMD and Area AAW,TAMD)的需求,這是與先前DBR雙波段雷達系統的最大區別──原本DBR仍針對傳統的艦隊防空,設定的對象如DDG-1000、CVN(X)航空母艦也都不是專業的防空作戰艦艇,VSR長程雷達 自然也沒有納入反彈道飛彈能力的考量。

AMDR採用開放式系統架構,無論是雷達硬體(如雷達型號、主動天線陣列數量)或後端處理系統都能輕易變更或擴充,因應不同的載台尺寸而調整系統規模,並利於服役全壽期的維護與升級作業;為了節省成本,AMDR將盡可能採用已經開發成熟的硬體架構與商規組件。 為了易於維修,AMDR的電路組件將比現有雷達更少且更經濟,透過軟體的創新來減少對硬體零組件的需求。

AMDR-S是AMDR計畫的開發核心。AMDR-S是一種採用全固態組件的主動相位陣列雷達,操作波段為S頻(操作頻寬將超越既有的AN/SPY-1),被要求具有良好的抗干擾、過濾雜波能力,並能在惡劣海象、天候之下仍能追蹤新一代低雷達截面積空中物體(Very Low Observable / Very Low Flyer,VLO/VLF)。為了強化遠程搜索、彈道飛彈偵測以及對付低雷達截面積目標,AMDR-S自然著重於提高功率,然而這意味著載台需要提供更高的電源功率以及冷卻能力,使船艦體積、排水量與造價都大福成長;因應這項難題,AMDR-S一項技術重點就是開發新型功率擴大器(Power amplifier),在滿足功率需求的前提下,盡可能減低系統的體積重量。 值得一提的是,由於AMDR以防空和反彈道飛彈任務為主,對遠距離精確探測的需求比先前DBR雷達系統更嚴苛,因此S波段雷達仍採用傳統上四面陣列天線的配置,而不是DBR雷達的三陣列配置。

AMDR-S的主要關鍵技術包括:

1.高能放大器和發射/接收(T/R)模組,功率密度與散熱性能比砷化鎵(GaAs)更好的氮化鎵(GaN)半導體技術。 與GaAs半導體製作的T/R器件相較,GaN組件的功率密度提高一級,承受的工作電壓、電流是前者的兩倍以上,熱傳導效率也提高7倍。AMDR系統中仍有若干組件採用砷化鎵半導體技術。

2.主動式陣列物理結構

3. 分散式接收機/發射器

4.大孔徑數位化波束形成(Digital Beam Forming,DBF)

在上述技術中,大孔徑數位波束成形(DBF)堪稱AMDR的最大技術難題。藉由程式控制的 全數位化波束成形與控制技術(過去相位陣列雷達的波束成形是透過類比電路的移相器進行,AMDR的收/發波束成形與控制則實現全數位化),相位陣列天線能同時發射/接收多道波束,因此能同時不間斷地執行防空偵測、反彈道飛彈、飛彈射控等不同任務(過去相位陣列雷達通常同時間只能發射一道波束,藉由極高的切換速度分配給不同的工作),這是美國首次在天線尺寸這麼大的雷達上應用這類技術。另外,相較於VSR雷達,AMDR的天線發射/接收單元(T/R)要求的功率更高,效率(產生額定功率所需的電力與冷卻需求)也比VSR高出10%,為此AMDR才以氮化鎵 (GaN)半導體技術來製作T/R單元,然而這也是世界上首次在AMDR這樣的大孔徑陣面上應用氮化鎵半導體技術,存在不少技術風險(過去沒有氮化鎵半導體技術的T/R組件在長時間高功率輸出下的性能與可靠度等相關經驗)

由於2008年金融海嘯造成的重創,美國在2008年7月將DDG-1000驅逐艦的產量大砍為二至三艘,CG(X)巡洋艦也在美國海軍於2011年度編列的「30年造艦計畫」中消失;雖然如此,AMDR仍可望在2010年代內獲得實現。被美國海軍用來填補DDG-1000的第三批伯克級飛彈驅逐艦, 就打算採用AMDR S頻雷達來取代現有的AN/SPY-1D(V)雷達。依照美國海軍估計,在不大幅修改柏克級艦體設計的前提下,所能搭載的AMDR S頻雷達的天線直徑最多可達14英尺級(4.27m),超過SPY-1D(V)的12英尺級(3.66m) 。

美國海軍現有艦艇設計中,只有聖安東尼奧級船塢運輸艦的平台足以容納

直徑22英尺級(6.7m)的AMDR相位陣列雷達。

在X波段部分,AMDR中的AMDR-X計畫使用一部兼具多種功能的相位陣列雷達(含對空/對海搜索、目標追蹤、識別、航空管制、探測水面潛望鏡與小型目標等) ,天線陣面尺寸約4x6英尺,而雷松 集團已經開發完成的SPY-3是最有可能的候選者。不過值得注意的是,根據若干柏克Flight 3的構型模型,即便配備AMDR-X之後,仍裝備原有的三座SPG-62照明雷達 。一個可能原因是SPY-3為雷達飛彈提供照明的距離較低,無法滿足神盾艦長距離防空接戰的要求(神盾艦艇使用的增程型SM-2 Block 4與SM-6的最大有效射程在240km以上);另外,在原本神盾系統架構之下,SPG-62只是單純的僕役照射器,MK-99飛彈射控系統根據SPY-1雷達指示的方位直接指揮SPG-62對特定位置發送照射波,而如果照射功能改由AMDR-X這樣一部真正的X波段雷達來負責,神盾系統的射控機制勢必要做較大幅度的改變。 基於以上原因,AMDR-X可能直接刪除為飛彈提供照明的功能。

考量到柏克Flight 3的艦體載台排水量餘裕有限,如果在AMDR-S長程雷達之餘再加裝一套X波段 相位陣列雷達,艦體排水量與載重餘裕將所剩無幾;此外,裝備X波段相位陣列雷達將使柏克Flight 3的成本進一步攀高,對於2010年代面臨嚴峻預算刪減的美國海軍並非好事。在美國審計署(GAO)於2010年3月發佈的主要國防採購計畫審查報告中,就提到AMDR雷達系統初期會以SPQ-9B作為X波段雷達,而AMDR-X相位陣列雷達的開發與競標工作會在較晚的時候開始。原本美國海軍打算在2011年對廠商發出需求徵詢書(RFP),但實際上沒有進行。2012年4月,美國海軍決定擱置AMDR-X相位陣列雷達的開發工作,2016財年訂購的前12艘柏克Flight 3(DDG-123~134)使用簡化的雷達構型,以一部修改過的AN/SPQ-9B追蹤雷達作為AMDR的X波段雷達(與AMDR-S共用RSC雷達控制組件) ,安裝在主桅杆頂端,而AMDR-S取代原本的SPY-1D;由於SPQ-9B系統與原本定義的AMDR-X不同,AMDR的後端相關軟體必須做對應修改。

而後續至少10艘柏克Flight 3(13號艦開始)則可能會以一種新開發的X頻雷達來取代AN/SPQ-9B。在2017年8月,美國海軍研究辦公室(ONR)下達未來X波段雷達的信息徵詢書(RFI)。在2018年3月7日,ONR宣布售予雷松價值1999.7萬美元的固定價格合約,用於包括AMDR、NGJ和可擴展X波段雷達的研發工作。此種新型X波段艦載雷達應為一種主動相位陣列雷達,採用氮化鎵(GaN)半導體技術的T/R射頻組件、數位波束成形技術(DBF)以及模組化的系統架構等。

 

AMDR計畫時程

1.競標過程

如同前述,美國海軍在2006年到2007年委由洛馬海上系統與感測器部門、雷松整合防衛系統(IDS)、諾格電子系統等三家廠商進行AMDR的需求定義、降低風險等研究工作,因此這三家廠商也順理成章成為AMDR的競爭者。在2009年6月26日,美國海軍分別與這三家廠商簽署AMDR的概念研究合約 (以S波段雷達以及組合式雷達控制器為重點),三份合約總值3000萬美元 ,其中與雷松簽署的合約約為990萬美元,與洛馬、諾格的合約為1000萬美元 。

這三家競標者中,雷松擁有最豐富的雙波段雷達系統整合開發經驗,該集團是哈沃德.勞倫茲號(USNS Howard O. Lorenzen)飛彈觀測艦的Cobra King S/X雙波段相位陣列雷達的主承包商,負責CBE後端系統以及X波段雷達;此外,在DBR相位陣列雷達計畫中,雷松也負責開發X波段相位陣列雷達以及負責控制的信號資料處理器(SDP)。除此之外,雷松也是美國現役主要的彈道飛彈預警雷達承包商,實績包括戰區高空層飛彈防禦(THAAD)系統的TPY-2雷達、部署在大型鑽由平台的SBX-1 X波段海基探測雷達以及美國空軍部署在陸地上的FPS-108 Cobra Dane與FPS-115 PAVE PAWS彈道飛彈預警雷達。雖然前述雷達系統都不包括S波段,但雷松其實負責供應SPY-1相位陣列雷達的S波段發射機。另外,在T/R組件所需的氮化鎵(GaN)半導體技術上,雷神也在美國相關業界中領先。

洛馬集團的主要優勢在於是現役神盾作戰系統和SPY-1相位陣列雷達的主承包商,從1990年代末期就以SPY-1為基礎開發固態組件版SPY主動相位陣列雷達,同時也是DBR雷達系統中的SPY-4 VSR S波段相位陣列雷達的承包商。因此,洛馬集團是所有競爭者中開發S波段雷達經驗最豐富者,不過對於X波段雷達以及反彈道飛彈預警雷達的經驗較為缺乏;此外,洛馬集團在SPY-4 VSR雷達研製過城中出現時程大幅落後與成本超支等問題,雖然最後性能符合指標,然而似乎顯示該公司的計畫管理與成本控制不盡理想。早期外界有聲音懷疑,美國海軍最終必定選擇神盾系統的主承包商的洛馬來開發AMDR,公開競標只是個幌子。

諾格電子系統部門則以機載和陸基主動相位陣列雷達的發展經驗開發AMDR, 主要是諾格為美國海軍陸戰隊開發的AN/TPS-80 G/ATOR X波段雷達(使用GaN半導體技術的T/R單元,在2016年投入使用)取得的最新研發成果 ;此外,諾格也是AN/SPQ-9B X波段艦載追蹤雷達的供應商。不過,先前諾格電子系統部門在相位陣列雷達領域主要都是為戰鬥機提供的小型系統,例如F-22的APG-77與F-35的APG-81雷達等,在艦載雷達領域的成就不如洛馬跟雷松;為了彌補這項弱點,諾格與澳洲CEA集團(曾研發CEA-FAR/Mount等 艦載主動相位陣列雷達系列)進行合作。在2006年3月,諾格就與CEA簽署合作協議,合作推廣CEA的主動相位陣列雷達系列。

在2010年9月,AMDR從概念研究階段正式進入技術發展階段 (Technical Development);在9月30日,美國海軍分別與洛馬、諾格與雷松簽署AMDR的AMDR-S相位陣列雷達和RSC雷達控制組件發展合約,洛馬集團獲得的合約總值為1192萬美元,雷松集團獲得1123萬美元的合約,而諾格集團獲得的合約價值則為1200萬美元。

在2011年5月19日,雷松宣布製造出第一個AMDR-S雷達的S頻T/R收發單元 (由GaN半導體製造);隨後在6月7日,雷松宣布展開AMDR的系統需求審查(System Requirements Review,SRR),正式進入AMDR的里程碑B工程發展階段,此時該公司正進行RSC雷達組件控制單元進行技術演示。在2011年9月19日,雷松 宣布,其第一個AMDR-S雷達的S頻T/R收發單元已經通過全面測試,經過1000小時運轉後其性能沒有任何衰減,證實其性能表現完全符合或超過AMDR計畫的要求,也代表雷松已經為AMDR里程碑C(初期低量生產)做好了準備。

在2012年7月中旬,諾格與洛馬集團都已經交付AMDR-S的概念設計。至2011年12月 底,諾格集團宣布完成AMDR的系統功能審查(System Functional Review,SFR),驗證其主要設計已經成熟,並在數週之後完成測試審查(Test Readiness Review,TRR),對各項技術的測試工作準備就緒;在SFR程序之中,諾格集團的AMDR使用數位波束成形以及先進戰術控制軟體,其後段的RSC雷達組件控制單元還控制另一個早期預警雷達,整套雷達系統成功地捕捉了空中的目標。在2012年9月10日,諾格集團宣布其AMDR原型成功完成初始偵蒐距離測試,包括數位波束成形、波束轉向與可靠性等,隨後在諾格集團Baltimore雷達測試場也成功地進行了全功率運轉展示。

到2011年中,洛馬已經驗證了該集團S波段數位相控陣雷達的波束成形能力,證實此種先進雷達的技術已經趨於成熟,能部署在柏克Flight 3上。

到了2012年6月30日,三家AMDR競爭廠商向美國海軍提交正式的AMDR-S工程製造發展(Engineering and Manufacturing Development,EMD)提案,都採用基於氮化鎵(GaN)半導體製造的T/R模組,並採用模組化架構來擴展、縮減系統規模來適應大小不同的艦艇平台。

依照美國國會審計組織(GAO)在2013年初以前的計算,估計AMDR的研發成本為11億9000萬美元,生產購置成本以22套為基準(當時準備建造22艘柏克Flight 3)則為45億9000萬美元,合計總成本將達57億9000萬美元左右;而美國海軍的估計則認為AMDR的研發作業需要22億美元,並花費132億美元購置24套。然而到了2013財年,GAO刪減AMDR的總預算近100億美元;依照此時估計,AMDR項目將製造22套系統來裝備柏克Flight 3,總價65.98億美元,平均每套量產型的價格估計將近3億美元。依照2013年左右AMDR的計畫時程,AMDR項目在2013年5月通過里程碑B(Milestone B)審查 ,選擇承包商並進入工程發展(Engineering and Manufacturing Development,EMD)階段,2013年11月進入里程碑C(Milestone C)設計審查階段以及初期少量生產(Low-Rate Initial Production,LRIP)作業的決策規劃,2016財年展開AMDR的採購作業來裝備首艘柏克Flight 3,在2017財年進入初期少量生產階段(日後實際上於2017年4月進入LRIP,比原計畫提前四個月),第一套於2019年交付美國海軍,在2021年12月在船艦上展開實戰操作測試(OT),並在2023年3月達到初始作戰能力(IOC)。

 

2.工程發展階段

在2013年9月,AMDR通過國防部採購委員會(DAB)的milestone-B審查,準備進入工程製造發展(EMD)階段,接下來就是要決定承包商。在2013年10月10日,美國海軍正式 宣布雷松成為AMDR的主承包商,隨即獲得美國海軍價值3億8574萬2176美元的工程發展階段(EMD)合約,執行期45個月,屬於加激勵合約(cost-plus-incentive-fee contract),包括對AMDR-S以及RSC雷達組件控制單元的設計、發展、系統整合、測試;此外,此合約還包括2017財年的里程碑C初期少量生產階段 (LRIP)的優先選擇權,如果簽署,則雷松獲得的合約總值(含EMD階段)將達到16億3336萬3781美元。 由於初期AMDR將結合諾格的SPQ-9B X波段雷達,因此諾格集團也將參與AMDR的發展合約。

而原本神盾系統AN/SPY-1相位陣列雷達的主承包商洛馬集團在競爭失敗後,隨即 在2013年10月22日向美國海軍發出了正式的抗議,認為洛馬集團交付了完善的工程方案以及相當合理的報價,但在審查過程中沒有獲得美國海軍公正的對待;隨後,美國政府審計組織(GAO)將暫停與雷松的簽約,並在100天內對競標過程進行調查,結果在2014年1月底揭曉。 在2014年1月13日,洛馬集團宣布撤銷抗議,而此抗議並沒有拖延AMDR計畫的相關進度。

在2014年7月23日,雷松宣布AMDR通過初步設計審查( Preliminary Design Review,PDR)與整合基線審查(Integrated Baseline Review),正式進入工程發展階段(Engineering and Manufacturing Development ,EMD)。AMDR在2014年5月21日進行硬體初步設計審查(Hardware Preliminary Design Reviews),在2014年8月27日通過系統初步設計審查(Systems Preliminary Design Reviews)。 在2014年10月24日,美國海軍為AMDR賦予SPY-6(V)的正式編號,柏克Flight 3使用的版本稱為AN/SPY-6(V)1。

在2014年12月3日,美國海軍與雷松公司成功完成了一個關於AMDR硬體的關鍵設計審查 (Critical Design Review,CDR),這是建立基線設計的基礎,演示了所有技術性能評量( Technical Performance Measures),也證明硬體設計成熟度以經足以開始製造AMDR的工程發展原型(Engineering Development Model,EDM);此時,美國海軍已經完成AMDR軟體四個Build階段的第一個(Build 1)。在EMD階段中,雷松會製造第一個完整的AMDR的RMA單元,然後以此為基礎發展出一個擁有完整功能的AN/SPY-6雷達縮尺單元(只有一個RMA),包含後端軟體。第一個有完整功能並在迴路中(Hardware in the Loop,HWIL)的AMDR陣列單元安裝在麻薩朱塞州的薩德伯里(Sudbury, Massachusetts)的設施進行測試。 在EMD階段,需要生產超過45000個GaN與GaAs半導體技術的微波積體電路組件,以及400個T/R單元,隨後要繼續製造1000個T/R單元。 在2015年5月中旬,雷松宣布完成對AN/SPY-6 AMDR雷達的關鍵設計審查(CDR),項目包括硬體規格、軟體開發、降低風險、可量產性分析、項目管理、測試與進度評估、成本評估等,證實其設計與技術成熟、能付諸量產並降低風險,可望在符合時程、預算之下滿足預定的性能指標;此時,AMDR的EMD階段已經完成超過40%。雷松表示,該集團在AMDR計畫實施了敏捷的研發和管理方法,是AMDR專案至此相當成功順利的主因;此種執行方式能持續支持軟體與硬體的設計驗證、技術成熟度、可生產性和降低風險等,對AMDR的生產、質量和成本可負擔性等都有好處。

在2015年7月29日,AMDR的次承包商Major Tool and Machine將第一套AN/SPY-6(V)的框架結構交付雷松,雷松在同年9月1日之前將所有的被動射頻組件安裝在框架結構上;第一個RMA在2015年10月正式啟動並開始測試;所有的RMA底座(含電力供應、冷卻管線、光纖控制線路、資料傳輸介面等)在10月16日安裝完成。在79天之內,所有的陣列基礎設施都組裝完成,而包含整合式多通道T/R模組(Transmit Receive Integrated Multi-channel Modules,TRIMM)以及分散式接收/激勵器( Distributed Receiver/Exciter)的線上可替換單元(Line Replaceable Units,LRU)在12月16日安裝完成。在2016年1月中旬,雷松宣布完成一個全功能AN/SPY-6(V)的陣面,其上有包含超過5000個TRIMM單元 。在短短不到兩年的時間,AMDR就從設計、建造進入到測試階段,工程研製發展(EMD)階段在2016年初已經完成66%。

在2016年初,AMDR計畫已經完成了9個主要里程碑(milestone),包括軟硬體關鍵設計審查( hardware and software Critical - Design Reviews)、第二次研發測試事件(Development Test Event 2,DT-2)預備審查(Readiness Review)等。DT-2會在2016年進行,包括驗證硬體層級的需求規格,隨後就會轉移到位於夏威夷的太平洋飛彈測試場(Pacific Missile Range Facility)進行第三次研發測試事件(DT-3)。在2016年上旬,AMDR完成軟體開發的Builld 2階段,包含30項主要功能,在2016年7月進行測試,同時軟體的Build 3也會達到75%的進度。AMDR的EMD硬體在2016年初完成度達95%,並等待第一套動力轉換模組在2016年上旬交付。

在2016年7月初,雷松將第一套完整的SPY-6 AMDR雷達(包含一個S波段主陣面以及一個修改自SPQ-9B的X波段雷達)交付位於夏威夷的美國海軍太平洋飛彈測試場(Pacific Missile Range Facility),進度比原訂超前,至此EMD階段完成了80%。在接下來12個月,AMDR會在太平洋飛彈測試場進行各項實際情境的測試,包含探測、防空飛彈射控、防空作戰與反彈道飛彈等測試項目。在2017年夏季於夏威夷完成測試之後,AMDR就會移到維吉尼亞東岸Wallops島的美國海軍水面作戰系統中心(Surface Combat Systems Center,SCSC)進行戰鬥系統整合測試工作,地面系統測試工作會持續到2017年7月。 

AN/SPY-6與柏克Flight 3載台的整合工作會在2016財年展開,而第一個AMDR功率調節模組會在2017財年安裝在位於費城的海軍地面設施進行測試。依照當時資料,第一套完整的AN/SPY-6在2016年結束前獲得先期備料合約,在2017財年達成里程碑C(Milestone C),在2019年交付並 安裝於首艘柏克Flight 3飛彈驅逐艦上,2021年展開作戰測試,2023年中期達成初始作戰能力(IOC);不過由於伯克Flight 3建造與測試進度延後,SPY-6進行系統整合與測試的時間也跟著延後,第一套在2019年底交付造船廠裝艦,預定在2023年5月隨艦進行作戰測試,2024年2月達成IOC。 

在2017年4月,五角大廈項目執行單位證實,美國海軍將AMDR計畫從工程發展階段(EMD)轉入接下來的初期小批量生產( LRIP),比原訂期程提早四個月,並在5月初動用價值3.27億美元的選擇權(屬於2013年10月簽署的EMD合約)來生產三套AMDR系統(之後合約總價值可望達16億美元)。依照2017年7月美國國會的選擇與採辦告(Selected Acquisition Report sent),AMDR計畫總經費在2016年增加了2.18億美元,使計畫總經費從原本59億美元增為61美元。這2.18億美元的增幅包含1.59億的研究發展(R&D)階段成本,含之後將AMDR系統裝在美國海軍水面作戰研究中心(Naval Surface Warfare Center,NSWC)的保羅.佛斯特號(ex-USS Paul F. Foster DD-964)防衛系統測試艦(Self Defense Test Ship,SDTS)上進行測試的費用;此外,還有5900萬美元的增幅是來自於生產購置費用的估算(計算到2027年)。

在2017年7月27日,在夏威夷太平洋飛彈測試場的AMDR型首次進行探測中程彈道飛彈目標的測試,測試代號為「靈敏泰坦」(Vigilant Titan),結果相當成功;在8月15日,雷松宣布「靈敏泰坦」項目包含一個具有複雜特性的目標,而此次測試的主要目的就是挑戰AMDR雷達系統的能耐。此次測試是AMDR在2017年進行的一系列測試中的的第二次,屬於發展測試-3(Developmental Testing-3,DT-3)的其中一環;發展測試-3階段包含一系列對空中、水面與彈道飛彈目標的測試。美國海軍本來也打算在2017財年在DT-3中排入作戰評估測試(Operational Assessment ),但美國海軍作戰測試評估辦公室(Director of Operational Test and Evaluation,DOT&E)認為此時AMDR尚未與神盾作戰系統整合,無法光靠人員讓AMDR雷達像在實際情況下運作,因此本階段進行作戰評估的意義不大;因此DOT&E的代理助卿(acting deputy assistant secretary)J. Brian Hall在2017年3月提交國會的報告中建議取消這項原訂的作戰測評,等到日後與神盾系統整合之後再進行完整的DOT&E測試。

為了因應AN/SPY-6以及後續雷達的生產工作,雷松在2017年初決定在麻州的安多佛(Andover, Massachusetts,雷松的設計研究中心也位於此處)建造一個面積30000平方英尺、挑高60英尺的新生產設施,共耗資7200萬美元,在2018年8月啟用。這個新廠區使用高科技自動化生產程序,例如產品的搬運移動都由全自動化的機器人完成, 內有舉升能力達50噸的起重設備來迅速搬運移動雷達;此一場房還包括一間長88英尺、寬50英尺、高52英尺的電磁靜默測試室(牆壁上總共有92000個消除雜訊的角錐),是此時雷達業界最大的測試設施之一。此一設施也能夠組裝測試比SPY-6更大型的雷達,例如雷松的海基X波段反彈道飛彈探測雷達等。

 

各型AMDR規模與性能

 依照美國海軍的規劃,AMDR陣面是由雷達模組總成( Radar Module Assemblies,RMA)構成,每個RMA就是一個獨立而完整的小型雷達,透過不同數量的RMA組成一個較大的雷達,具備模組化以及能彈性擴充/裁減等特性。依照不同的任務以及平台需求,AMDR陣面可由不同數量的RMA組成。最初美國海軍估算AMDR各版本性能時,由於美國的氮化鎵(GaN)半導體器件技術尚未成熟,因此當時AMDR打算使用的T/R組件材料仍是砷化鎵(GaAs)半導體;然而隨後GaN半導體技術發展成熟並應用於雷松的AMDR,實際測試的性能遂超過了先前紙面上預測的水平。

以下就是美國海軍對於AMDR陣面構型與性能的估算,並以現有的SPY-1D(V)相位陣列雷達作為靈敏度(信噪比,單位為分貝)的基線。

SPY+0:理論上雷達增益和SPY-1D(V)相當,陣面由9個RMA構成(T/R單元數量超過1200個),陣面孔徑大小約為1.8x1.8m(SPY-1D天線孔徑為12英尺級,3.65 x 3.65m)。日後美國海軍規劃的企業監視雷達(EASR,見下文)就採用此種陣面,由於之後雷松的SPY-6/AMDR-S雷達工程原型實測性能超過最初指標,因此EASR的實際靈敏度估計會超越SPY-1D(V)。

S
PY+11:陣面由24個RMA組成(T/R單元數量超過3400個),天線孔徑與現有SPY-1D(V)類似(12英尺級),信噪比比SPY-1D(V)提高11分貝 (相當於靈敏度提高12.6倍);依照雷達偵測距離與功率、天線面積與增益的公式,其偵測距離理論上比SPY-1D(V)增加1.88倍。此種構型可用來替換原本神盾巡洋艦、驅逐艦上的SPY-1系列被動相位陣列雷達。

SPY+15:就是伯克級Flight 3的AMDR-S(AN/SPY-6)的構型,陣面由37個RMA組成(T/R單元數量超過5300個),天線直徑放大到14英尺級(柏克級設計可搭載的極限)信噪比高於原SPY-1D(V)天線達15分貝( 相當於靈敏度增加31.6倍 ),理論上偵測距離比SPY-1D(V)提高2.37倍。理論上,AMDR-S相較於SPY-1D(V),可以在兩倍距離外探測到雷達截面積(RCS)小一半的目標,且同時支援的飛彈中途導引數量提高3倍。日後雷松SPY-6/AMDR-S雷達工程原型實測性能比指標更高,因此雷松兩度提高了宣傳數字,最新的說法是SPY-6信噪比比SPY-1D(V)高18.45分貝(等於靈敏度強70倍)。每個SPY-6雷達陣面孔徑為4.3 x 4.1 x 1.5m。

SPY+25: 這個尺寸是針對現有DDG1000驅逐艦,在不大幅修改上層船樓的情況下可以容納的尺寸;每個陣面由69個RMA組成(T/R單元數量超過9900個),天線直徑約18英尺級( 5.49m),信噪比比SPY-1D(V)高25分貝以上(約316.2倍);相較於SPY-1D(V),SPY+25可以在4倍距離外探測到RCS小一半的目標。而設計DDG-1000的BIW廠則估計, 依照DDG-1000現有設計,上層結構應該有能力搭載21英尺(6.4m)級的AMDR雷達。

SPY+30:主要是為了2000年代規劃的CG(X)巡洋艦(在2009年被取消)而規劃,天線直徑為22英尺級(6.7m)。依照美國海軍的估計,如果要因應未來30~40年間可能的最高強度空中威脅(包括彈道飛彈、匿蹤目標等) 並支援KEI等級的遠程反彈道飛彈攔截器,AMDR S頻雷達的信噪比最好能比SPY-1D(V)高30分貝(1000倍)以上,但如此大型的系統只能安裝於新設計的巡洋艦或聖安東尼奧級船塢運輸艦大小的載台上。當時以DDG-1000修改為CG(X)巡洋艦的方案,使用這種22英尺級的AMDR天線,信噪比高於SPY-1D(V)30分貝(1000倍);而美國海軍手頭上的現成設計中,只有由LPD-17聖安東尼奧級船塢運輸艦才有能力搭載這種版本的AMDR。根據雷松在2015年公布的想像圖推算,SPY+30陣面由97個RMA組成(T/R單元數量超過13900個)。值得一提的是,在2000年代CG(X)進行時,AMDR仍打算使用砷化鎵(GaAs)半導體製作的T/R器件,因此信噪比達不到比SPY-1D(V)高30分貝的水平;然而到2013年時,美國海軍表示,氮化鎵(GaN)半導體T/R器件發展成熟並用於SPY-6之後,伯克Flight 3的14英尺級SPY-6雷達陣面信噪比性能已達到早先計劃在CG(X)上使用的22英尺級、GaAs器件陣面的水平。 

SPY+40:這是原本美國海軍規劃的「最強力版本」AMDR S頻雷達天線,直徑則高達36英尺(10.97m),信噪比比SPY-1D(V)高40分貝(靈敏度強10000倍),但這樣巨大尺寸的雷達天線只有陸上設施或上萬噸級的彈道飛彈觀測艦才裝得下,所以遭到取消。依照雷松在2015年公布的想像圖推算,每個SPY+40陣面由216個RMA組成(T/R單元數量超過31100個)。

 

AN/SPY-6簡介

 

AMDR的雷達陣列以及RMA總成。

SPY-6 AMDR工程原型天線在一個電磁波暗室裡進行測試。

依照2015年3月公布的伯克Flight 3相關資訊,每組SPY-6V(V)1/AMDR-S天線陣列高14.1英尺(4.298m)、寬13.6英尺(4.145m)、深5英尺(1.524m),陣面外框依舊為類似AN/SPY-1的八角形。每組SPY-6/AMDR-S雷達陣列由37組稱為雷達模組總成( Radar Module Assemblies,RMA)以及37個天線輻射單元(Radiator)構成。RMA等於是一個可獨立運作的完整小型主動相位陣列雷達,每個RMA單元長寬各2英尺(60.96cm) ,由四個線上可替換單元(Line Replaceable Units,LRU)構成,每個LRU由包含許多快速抽換的多頻道收/發模組(Transmit-Receive Integrated Multichannel Module,TRIMM)以及若干周邊組件,兩個結合數位接收器激勵器(Digital Receiver Exciter,DREX) 的雙頻道轉換器(Dual Channel Converter)、DREX頻率合成器(DREX Frequency Synthesizer)以及DREX輔助電力控制器(DREX Auxiliary  Power Controller)等,並內建液冷系統,能在不關閉液冷回路的情況下直接更換天線陣列上的TRIMM,六分鐘內能完成LRU的抽換。依照雷松在2016年1月公布的資料,每面SPY-6陣列天線擁有超過5000個T/R單元 ,意味每組RMA至少有135個T/R單元,而RMA中的每個LRU單元則有34個左右的T/R單元。雷達輻射組件與外罩(radiator/radome)採用模組化設計,只需要使用簡單的工具,就能在海上值勤期間拆換。雷松宣稱,9個RMA構成的陣面(即SPY+0)就已經可以執行反彈道飛彈任務,37個RMA的陣面(即AN/SPY-6的規模)能在原有神盾系統SPY-1D(V)雷達兩倍的距離探測到雷達截面積一半的目標(即靈敏度提高30倍);而69個RMA的陣面則可在原有神盾系統SPY-1D(V)雷達四倍的距離探測到雷達截面積一半的目標(即靈敏度提高300倍)。

SPY-6/AMDR -S每面天線的直徑比AN/SPY-1D(V)略高,但重量與深度比AN/SPY-1D(V)增加不少;透過縮小分段模組、提高結構強度 (包括增加低截面強化樑)等方式,伯克Flight 3的上層結構在沒有重大修改的情況下就可以安裝。SPY-6/後端系統的冷卻系統稱為冷卻裝備單元(Cooling Equipment Unit,CEUs)。由於AMDR的T/R收發單元都集中在天線上,因此需要更強的天線冷卻能力,為此柏克Flight 3還將原本為SPY-1D相位陣列雷達供應風冷的風扇室擴大。

供柏克Flight 3使用的SPY-6 S波段雷達,總功率可能約10MW之譜,大致是原本AN/SPY-1D相位陣列雷達的兩倍;以其天線T/R組件效率約30%、佔空比20%計算,四個陣面的總合平均功率約600KW(單一天線150KW);而AN/SPY-1D(V)的 功率放大器效率(CFA efficiency)約10%、佔空比約13.3%,四面天線總和的平均功率約77~111KW,足見SPY-6由於使用主動相控陣技術以及新型高性能GaN組件的高功率與高效率,性能有 了驚人的成長。相較於SPY-1D(V),柏克Flight 3使用的SPY-6/雷達可望在兩倍的距離上偵測到一半大小的目標,同時追蹤的目標軌跡數量增加六倍,同時支援資料更新的防空飛彈(飛行中)數量增加三倍。然而, 作為彈道飛彈防禦功能時,相較於美國海軍原本希望獲得的20+英尺版本AMDR雷達(SPY+25與SPY+30),柏克Flight 3的14英尺級AMDR由於使用距離較低,因此只能冒險更貼近敵國海岸來搜索可能升空的彈道飛彈,也因此更容易遭到敵方反擊。

AMDR的後端機櫃供電系統,分為三套,每套有一個UPS不斷電系統來連接AMDR後端

設備(包含冷卻),並且連接電池以防船艦供電突然中斷。

電力供應方面,以2015年3月美國海軍提交國會的柏克Flight 3技術報告為例,柏克Flight 3的AMDR雷達系統使用的電力是透過艦上的1.4MW電力轉換模組(Power Conversion Modules,PCM) ,將4160V交流電轉為1000V直流電輸入AMDR的雷達陣面。AMDR的後端機櫃系統則使用208V交流電,艦上的450V交流電(由原始的4160V降壓而來)通過單一的440/280VAC變壓器(300kVA)降壓成208V交流電,然後分流進入三套AMDR後端供電系統;每套供電系統首先是一個整流器,然後通過一個90kVA/79.3kW的不斷電系統(UPS)機櫃,再連接一個配電盤,提供AMDR後端各機櫃運作、控制以及冷卻所需的電力;每個UPS還並聯一個備用電池機櫃,萬一船艦供電中斷就可立刻接上,使AMDR後端系統不至於立刻停擺,避免資料流失。 為了節約電力消耗,AMDR-S雷達在平時以省電狀態(reduced power states)運作,操作模式由戰鬥管理系統控制。

在狀況一(State 1)的戰備情況之下,AMDR的主電源功率消耗上限的目標值是1100KW,門檻值為1235KW;在戰備更低的狀況二(State 2)之下,AMDR的功率消耗上限目標值降至850KW,門檻值為950KW。

依照美國海軍的資料,AN/SPY-6的靈敏度約是SPY-1D(V)的30倍(信噪比高15分貝),同時追蹤的目標數量是後者6倍,而能同時提供射控支持(上/下鏈傳輸)、飛行中的防空飛彈數量是後者的3倍;此外,相較於SPY-1D(V),AMDR能在兩倍的距離外探測到尺寸一半的物體。值得一提的是,AN/SPY-6的信噪比較SPY-1D(V)提高15分貝是基於最初的紙面估算(依照天線陣面尺寸、雷達原器件性能等);而在2016年5月海上-空中-太空展(Sea Air Space 2016)上,雷松公司宣稱,SPY-6的第一套全功能陣面在實際測試中,信噪比的表現比SPY-1D(V)提高了17分貝,意味靈敏度提高50倍,比最初預估還要高一截。

 

EASR企業對空監視雷達

由雷松研製的EASR固態電子掃描雷達,其陣面使用與AMDR相同的RMA模組構成,

數量只有9個,是一個SPY-6陣面的1/4。

由於無論是AMDR或先前的DBR雷達,對於航空母艦、兩棲艦艇(只需要配置短程防空自衛系統)都過於昂貴 ;而洛馬集團開發的AN/SPY-4 S波段VSR雷達也面臨落後超支,因此美國海軍隨後又決定發展企業對空監視雷達(Enterprise Air Surveillance Radar,EASR)來取代VSR,成為美國海軍現役的AN/SPS-48、49等舊型對空搜索雷達的接替者。EASR將是一種新型固態電子掃描雷達 (AESA),兼具對空監視、防空作戰、航空管制、對水面搜索等能力,價格比AMDR低廉,性能、功能也較為簡化。

在2013與2014年6月,美國海軍研究辦公室(Office of Naval Research,ONR) 分別與諾格集團和雷松簽署EASR的先期研究與概念展示合約,雙方的合約價值都是600萬美元的合約。在先期概念研究與展示完成後,美國海軍綜合武器系統項目辦公室(PEO IWS)會進行公開競爭程序,從兩家競爭團對中選擇其一。在EARS的先期概念研究階段中,諾格集團延續在AMDR時期的提案,用先前該公司為海軍陸戰隊發展的TPS-80G/ATOR陸基多功能AESA雷達為基礎;而雷松方面則以先前AMDR所發展的雷達模組總成( Radar Module Assemblies,RMA)架構來設計,盡量使用AMDR已經研發的成果來降低成本。

原本美國海軍希望在2027財年交付的第三艘福特級航空母艦企業號(USS Enterprise CVN-80)以及LHA-8兩棲突擊艦可以開始採用EASR;而為了節約海軍開支,美國海軍 海上系統司令部負責航母計畫的執行官湯姆.摩爾少將(Tom Moore)在2015年3月17日宣布,提前在福特級航空母艦的二號艦甘迺迪號(USS John F. Kennedy CVN-79)上以EASR取代原本首艦福特號的DBR雷達,估計可以節省1.2億美元。如果甘迺迪號在2022年建成時就交付,此時EASR將趕不及裝艦,屆時可能採用分階段交付的方式,日後再補裝EASR雷達。

在2015年8月,美國海軍海上系統司令部(Naval Sea System Command,NAVSEA)發佈EASR的工程發展階段的需求徵詢(Request for Proposal,RFP);然而先前參與先期概念研究展示階段的兩家廠商中,只有雷松團隊回覆了需求徵詢並提交本身的提案,諾格團隊則放棄參與。在2016年8月19日,NAVSEA與雷松整合防衛系統(Raytheon Integrated Defense System)簽署EASR雷達的工程發展階段的合約,價值9206萬美元,研發、設計、製造一座EASR雷達的工程發展模型(Engineering Development Model,EDM)並進行整合測試工作,合約執行期間42個月,預計在2020年2月完成,屆時EDM雷達原型會交付在維吉尼亞州的Wallops島的美國海軍水面作戰系統中心(U.S. Navy's Surface Combat System Center)進行各項作戰評估測試。工程發展階段完成後,此一合約還包括後續生產EASR雷達的選擇權,如果獲得執行,則合約總值會增加到7.23億美元。此一合約簽署後,美國2016財年國防預算中就編列首筆1100萬美元的EASR雷達的研究、發展、測試、評估項目經費。 成為EASR雷達的主承包商之後,雷松集團堪稱囊括美國海軍接下來所有艦載固態主動相位陣列雷達系統,包括X波段的SPY-3 MFR雷達、SPY-6 AMDR以及EASR。

EASR的EDM原型採用單面旋轉天線,在測試固定式天線的版本時則停止轉動。依照此時的規劃,EASR會發展兩種版本:版本1(Version 1,就是EDM階段發展的型式)採用單面旋轉天線, 首先用於第二批美利堅級(LHA-8起)兩棲突擊艦、LH(R)船塢登陸艦等兩棲作戰艦艇,取代過去的AN/SPS-48E;而版本2(Version 2)則由三面固定式相位陣列天線組合,首先裝備於甘迺迪號(CVN-79)開始的第二艘福特級(Ford class)航空母艦上。

在2016年11月初,美國海軍與雷松簽署價值9200萬美元的研製合約。在2020至2026年,雷松將供應16套EASR雷達系統(包含旋轉、三面固定天線構型)給後續的福特級航空母艦(CVN-79、80)以及新造大型兩棲作戰艦艇(包含替換惠德比島級/哈潑渡口級船塢登陸艦的LX(R)以及LHA-8起的美利堅級Flight 1兩棲攻擊艦)計畫。此種EASR雷達的天線陣面由9個與AMDR相同的RMA組件構成,約是一個SPY-6陣面的四分之一,理論上此天線的靈敏度表現已經與一個AN/SPY-1D(V)相位陣列雷達天線相同。此外,美國海軍在2017年展開競標的FFG(X)飛彈巡防艦(接替LCS的計畫,打算建造20艘),也會採用固定式EASR相位陣列雷達,每個陣面同樣由9個RMA組件構成。

第一套採用三面固定陣列天線的EASR在2022年交付美國海軍並裝上福特級航空母艦的二號艦甘迺迪號(USS John F. Kennedy CVN-79),而第一套旋轉天線構型EASR則在2024年交付布干維爾號兩棲突擊艦(USS Bougainville LHA-8)。

依照2018年的信息,美國海軍正式確定EASR旋轉版本的型號為AN/SPY-6(V)2。

現役神盾艦換裝AMDR 

在2018年9月17日,美國海軍部長和海上系統司令部(NAVSEA)向業界發佈2021至2015財年SPY-6/EASR雷達硬體生產工作的信息徵詢書(RFI),其中記載的雷達型號包括柏克Flight 3的AN/SPY-6(V)1、裝在兩棲艦上的旋轉式EASR(型號為SPY-6(V)2)、裝在新造福特級航空母艦(CVN-79甘迺迪號起)上的三面固定陣面EASR(型號未定),以及用來為現役伯克級換裝的AMDR(AMDR Backfit)。這份信息不只首度確定旋轉型EASR的型號為SPY-6(V)2,而且首度具體提到為現役伯克級換裝AMDR雷達的計畫,使用的構型應該是天線尺寸與現有SPY-1類似的SPY+11,每個陣面由24個RMA模組構成。依照這份計畫,第一套用來改裝現役伯克級的AMDR Backfit打算在2021財年交付,2024財年完成裝艦。

在2011年左右,雷松就表示AMDR可以用於換裝現有神盾艦艇的SPY-1相位陣列雷達,而洛馬以SSR固態雷達為基礎的提案雖然在AMDR競爭中不敵雷松,但仍繼續發展SSR並瞄準現役神盾艦更換相位陣列雷達的市場。不過,隨著美國海軍正式將AMDR Backfit排入時程,意味洛馬向美國海軍推銷SSR雷達、替換現役SPY-1的計畫可能落空。