“宙斯盾”SPY-1系列相控阵雷达参数

“宙斯盾”SPY-1相控阵雷达是宙斯盾作战系统的一部分，该系统部署在美海军巡洋舰和驱逐舰上以及一些外国舰船上。最初为防空设计，许多美海军巡洋舰和驱逐舰的宙斯盾系统已经升级为具有弹道导弹防御(BMD)能力。

SPY-1系列

美国军舰上的宙斯盾SPY-1雷达有四个或五个不同版本，其中只有两个或三个版本的雷达所在舰船已升级为BMD，这可能是由于BMD和其它升级可能已经消除了一些不同版本之间的区别。

SPY-1，这是一个从未部署过的雷达测试版。

SPY-1A，目前部署在7艘最老的仍在服役的巡洋舰上，到编号CG-58(5艘更早的带有SPY-1A但没有垂直发射系统的巡洋舰已经退役)。没有任何装备SPY-1A的巡洋舰已经或将要获得BMD能力。

SPY-1B/SPY-1B(V)，SPY-1B部署在总共15艘巡洋舰中的前6艘，从CG-59到CG-64，包括后来获得BMD升级的CG-62。1B版本有一个比1A天线有更好副瓣特性的新型天线，这对于必须经常工作在地海杂波环境下的宙斯盾雷达来说是很重要的。SPY-1B的平均功率是1A版本的大约两倍，还加上其它一些改进。平均功率的增加是通过增加雷达的占空比而不改变峰值功率来实现的。

SPY-1B(V)安装在最后9艘巡洋舰上，从CG-65开始，包括4艘随后获得BMD升级的舰船。关于1B(V)升级的可用信息很少，它可能主要包括一组新的宙斯盾计算机，与最初的宙斯盾驱逐舰使用的计算机相同。早期的1B雷达可能已经升级到1B(V)版本了。

SPY-1D，部署在最早的40艘驱逐舰上(从DDG-51到DDG-90)。它类似于1B(V)版本，区别为在驱逐舰上使用一个发射机为所有4个雷达阵面供电，而不是使用两个发射机各自给2个阵面供电。这些舰船中前28艘(DDG-51 Flight I 和Flight II驱逐舰)接受了BMD升级。4艘作为EPAA的一部分部署在西班牙罗塔的宙斯盾BMD舰都是安装的1D雷达。

SPY-1D(V)，部署在随后的宙斯盾驱逐舰上的“沿岸作战”(离海岸较近)版本的雷达，从2005年的DDG-91开始至今已有22艘。该升级增加了一些波形，用于改进杂波抑制和动目标检测，以提高宙斯盾雷达在地面和其他近表面杂波环境中的性能。

它还提升了至少33%的发射机平均功率，并增加了双波束能力，能够从背对的两个阵面同时给出两个波束。还未有一艘1D(V)舰获得BMD升级。

雷达参数

每个SPY-1雷达都有四个天线阵面，每个阵面覆盖的方位角都略大于90°。巡洋舰上的1A、1B和1B(V)版本雷达有两个发射机，每个都是在一个舱面船室上的两个天线阵面间复用的。驱逐舰上的1D和1D(V)版本雷达使用一台发射机驱动所有位于单一舱面船室上的4个天线阵面。此处描述的重点是1B/D版本，以及其与BMD使用相关的物理特性。

工作频率和带宽

“宙斯盾”系统工作在S波段，从大约3.1GHz到3.5GHz(波长λ为8.6厘米到9.7厘米)。早期的描述表明，该系统有10MHz的“持续的相干带宽”和40MHz的瞬时带宽。宙斯盾系统的带宽随后明显增加，最大可能达到400MHz。目前正在服役的宙斯盾BMD系统添加了辅助BSP信号处理器，使得形成的二维逆合成孔径图像有比以前更高的分辨率，体现了宽带能力。

1999年的林肯实验室提出了“AN/SPY-1雷达宽带波形概念”，它采用了由10个40MHz带宽的脉冲构造的从3.1GHz到3.5GHz的400MHz宽带的波形。一篇2002年的论文引述了宙斯盾300MHz的带宽，达到大约0.5米到1.0米的距离分辨率。

天线和波束宽度

每个宙斯盾雷达系统都有4个雷达天线阵面。从SPY-1B开始采用了一个新型天线，虽然它表面上与SPY-1A的天线相似，却包含了一些重大的改进。特别是1B相对于1A版本改善了最大和平均副瓣, 并消除了天线扫描角度范围内的栅瓣。

这些改进是通过将天线细分为比1A天线(68个阵，每个子阵64个单元，总共4352个单元)更多的子阵(2175个，每个子阵2个单元，总共4350个单元)，以及改进加工和校准技术。

天线阵面的物理结构为八边型，高度为4.06米，宽度为3.94米。在1A版本中，天线单元本身包含在一个类似六边形中，其高度约为3.84米，宽度为3.67米。由天线单元填充的区域(孔径)大概是大12平方米。

在1B/1D版本中，天线阵面本身(由天线单元占据的区域)比1A 天线更接近圆形，但是由于单元的数量本质上是相同的，所以它的孔径区域很可能也是相同的。

据报道，“宙斯盾”雷达增益G=42dB=15800，波束宽度1.7°×1.7°。然而，所述的1.7°波束宽度大于42dB增益和天线直径对应值，从这两个值得到的实际波束宽度约为1.3°。

发射功率

如上所述，1B和1D版本几乎是相同的，除了1B版本使用两部发射机，每部给两个天线阵面供电，而1D版本只有一部发射机为所有四个天线阵面供电。然而，由于发射机明显只能同时用于一个阵面(1D(V)可以给两个阵面)，可以从任何天线阵面辐射的最大功率两个版本应该是相同的。

据报道，SPY-1A的原始版本峰值功率高达5MW，平均功率为32kW。SPY-1A的发射机输出由32个正交场放大器提供，每个放大器峰值功率为132kW，最终组合成4.2MW峰值功率。

据报道，SPY-1B的平均功率为58kW，峰值功率为4-6MW。这些数值与一些报道的描述是一致的，即称1B版本与1A峰值功率相同但平均功率高一倍(即占空比提高一倍)，具体点说，SPY-1B/1D采用新型CFA提高了占空比。

2004年国防科学委员会报告指出，“宙斯盾雷达系统的平均辐射功率孔径为485kW㎡”。假设该报告内容适用于SPY-1D，即天线口面12㎡，那么平均功率大概会是40kW。

这一较低的平均功率可能部分说明了，报告中提到的雷达峰值功率和平均功率是指发射机功率，而不是实际发射功率，由于发射机和天线间存在插损，实际发射功率将更小；另外，天线有效口径是少于12㎡的，可能就像报告中提到的有1.7°x1.7°波束宽度。

脉冲宽度

宙斯盾雷达(SPY-1B版本)可以产生脉宽为6.4、12.7、25和51μs的脉冲，脉冲压缩比为128。51μs的最大脉宽与1997的研究称由“宙斯盾”雷达脉冲产生的电磁干扰将最多持续52μs的说法是吻合的。然而，鉴于对宙斯盾进行了包括BMD升级在内的许多系统升级，这些脉宽数值可能已经发生了重大变化。

噪声系数

一篇1978年的论文指出，宙斯盾SPY-1A接收机的噪声系数约为4.25dB=2.66。同样，随着系统的改进和升级，这个数值可能会发生重大变化。

SPY-1D(V)是目前正在建造宙斯盾雷达的版本，2005年从DDG-91开始首次部署在美国海军驱逐舰上。对雷达的这种升级似乎并不涉及对天线的重大改变。增加33%的占空比显然SPY-1D(V)升级的一个需要。

在SFD-268 CFA上实现放大器占空比比SFD-262 CFA上增加了“超过33%”，目的是为了使用在SPY-1D(V)雷达上，部分原因是使用了改进的冷却技术。如果根据1B/1D版本58kW发射机平均功率计算的话，占空比增加后将使发射机平均功率达到至少77kW。

探测距离和BMD能力

宙斯盾对特定目标探测距离的一个公开数字是，SPY-1D“可以在165公里外跟踪一个高尔夫大小的目标”。高尔夫球大小(直径1.68英寸)的球体在3.3GHz的雷达散射截面(RCS)约为σ=0.0025㎡。

这一描述是在当时即将部署的SPY-1D(V)雷达的背景下的，用以在杂波环境下检测迫击炮和火炮外壳和小口径火箭，因此推测它适用于1D(v)版本。对应到雷达散射截面更典型的弹道导弹最终助推器级(1.0㎡)或弹头(0.03㎡)，探测距离将分别能够达到至少740公里和310公里。

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