他用于计算的公式就是下面这个雷达方程,但是如何确定每个参数,却是门学问。

雷达方程的一种表现形式

  这其中Pav是雷达平均功率,单位是瓦。TPY-2的天线使用了第三代收发模块,据估计,其峰值功率为16瓦,平均功率为3.2瓦,雷达共有25344个模块,因此,其平均功率为81千瓦。

  ρ表示天线孔径效率,设定为0.8,两位专家认为这是一个偏高的值。

  A表示雷达天线面积,单位是平方米。这个数好查,TPY-2的天线面积9.2平方米。

  G为雷达增益,按照G=ρ(4πA/λ2)的公式计算,增益为103000。

  n为驻留脉冲个数,设定为20个。

  σ为目标的雷达散射截面积(RSC),按照0.01平方米计算。

  FN噪声系数,专家的估计值为1.4。

  fP:脉冲重复频率。也就是说,雷达以怎样的频率发射探测脉冲。专家认为其为200Hz,也就是一秒钟发送200个脉冲。而驻留脉冲为20,也就是说波束在一个波位要收发20个脉冲,波束驻留时间为100毫秒。

  LS为系统损失,评估为6.3。

  S/N为信噪比,作者分为两种情况,跟踪模式下S/N=20;识别模式下S/N=100

  将上述数值带入公式则得到以下结果:

  R=870km 跟踪(S/N=20)

  R=580km 识别(S/N=100)

  在这个基础上,美国国家科学院(NAS)委员会的一份声明称,将S/N从20减少到12.4,而波束驻留时间从0.1秒增加到1.0秒,其他参数不变的话,将获得1732公里的探测范围。

  上述计算的关键假设和参数是:弹头的RCS为0.01平方米;对每个目标0.1秒的雷达波束驻留时间;用于检测的信噪比S/N=20,噪声系数为1.4。这个结果表明,雷达可以每秒在870公里的范围内每秒跟踪10个来袭目标,或者进行10个波位的搜索,或者每10秒对100个目标进行一次检测。

  我们先科普一下波束驻留时间,驻留时间实际上就是雷达波束在一个波位/目标停留的时间。在一个波位上停留的时间越长,可能接受的目标反射脉冲就更多,进行相关运算后就能探测更远的目标或者可以探测到目标更多细节,但是代价是扫描的周期增加了。

  不过笔者认为,波束驻留时间的0.1秒的假设偏大。亦驰君之前接触过的很多火控雷达的波束驻留时间不到10毫秒。100毫秒的驻留时间意味着极差的搜索能力。例如,对于一个10度X64度的空间,如果波束宽度为1度的话(X波段火控雷达的波束通常是很窄的针状波束),扫描下来的时间需要64秒,也就是一分多钟。这将导致其搜索速度、数据更新率下降。对于X波段的火控雷达来说,其波束宽度本来就小,如果搜索速度降低,那将极大降低其搜索能力。可能是无法忍受的。因此,至少在终端模式中,驻留时间应该更短。当然,如果是依靠外部目标指示的雷达来说,100毫秒仍然是可以忍受的。

  另外,这个探测距离要超出笔者的预期。毕竟,0.01的平米的目标是一个非常小的目标了。

根据美国专家的计算,TPY-2雷达对RCS为0.45平方米的目标的探测距离可以达到3000公里。这个数值显然略高

  为此,笔者专门咨询了中电科的一位知名雷达专家。这位专家认为,上述公式中各个变量中噪声系数和系统损失取值过低。噪声系数选为1.4(即1.2dB),系统损失总共才8dB,不太合理。其中,噪声系数应至少增加1dB,系统损失更应增加至少3dB(主要是远距离下X波段大气衰减很大)。即使不考虑由于大气衰减引起的额外系统损失,仅按噪声系数2.5dB计算,他的团队得到的结果是,对RCS为1平米的目标探测距离约1800公里,对0.01平米目标的探测距离大约为570公里。这位专家强调,即便如此,其中带入的噪声系数和系统损失值仍然是根据“料敌从宽”的原则取得比较小的数值,实际中的系统损失可能更大,最终的实际探测距离可能更低。

  总的来看,中国专家的计算值还是比较接近韩国媒体公布的数据的,但是要比美国专家估计的数据(870)更小,按照雷达方程计算,美国专家的算法对1平米目标探测距离应该是2700公里多一些。

  这位专家称,他的团队根据天线尺寸算出的水平波束宽度0.37度,俯仰方向为0.84度,如果按照20个驻留脉冲、100ms驻留时间来算,覆盖120平方度空域大约30余秒。

  根据计算我们看到,上面谈到的数百英里和600公里的参数明显是与雷达的终端模式匹配的,应该针对的是反射面积0.01平米甚至更大一些的但是符合再入弹头特征的目标。从这个角度看,600公里这个数值以及中国专家的计算还是比较可信的。

  现在再来看看“大于1000公里”、1500公里和1732公里的距离的说法。大于1000公里是美国陆军部的出版物对前沿部署型TPY-2探测距离的明确说法,这个数值过于笼统,但由此来判断,1500公里、1732公里的说法,也应该是其前沿部署型雷达的探测距离。美国陆军部和NAS报告中使用的雷达和目标参数属于机密。但这可以理解为针对的是较大的、处于上升段的目标,这个阶段的目标大致是多大呢?2003年美国物理学会助推段研究报告引用的超出地平线,进入TPY-2雷达探测范围的固体燃料导弹的雷达截面为0.094平方米(液体燃料导弹为0.45平方米)。如果根据这个两个数值计算,按照美国专家的算法其探测距离为1523公里和2253;如果按照中国专家的算法为998公里和1476公里,显然,中国专家的算法分别与大于1000公里和1500公里的报道接近。

2003年美国物理学会助推段研究报告给出的液体燃料导弹(左)和固体燃料导弹(右)的第一和第二级的S波段雷达散射截面积特性

  而1732公里这个数值,相对于870公里探测距离的主要差异是由于较长的波束驻留时间导致的,驻留时间增加10倍得到1732公里的探测距离,这是探测距离增加1.78倍的重要因素。也就是说,探测距离的增加,是以单位时间内跟踪目标数量降低为原有的十分之一,或者说对每个目标的检测时间增加十倍为代价的。俄罗斯苏-35雷达的最远探测距离达到400公里,实际上也是在某种模式下延长波束驻留时间、恶化搜索速度和数据更新率得到的。