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殲20、「殲35」、F-22、F-35到底能打多少目標,是由什麽決定的?

2024-04-21軍事

前幾天「殲-35」GaN雷達的文章中有這麽一條回復:

粉絲就在問雷達到底能探測(跟蹤)多少個目標,攻擊多少個目標……答案其實是沒上限。

但是,這個問題吧,就有點像W君在介紹一個蒸鍋,忽然間有人問用這個蒸鍋蒸包子,包子上能有多少褶一樣,看似關聯的問題,實際上屬於兩個不同範疇的事物。

今天咱們把這件事分幾個步驟來搞清楚。

第一步,我們先了解一下最早的雷達的工作原理。

最早設計出的雷達系統就已經實作了「無上限」的目標跟蹤能力。只不過,這是一種過於常規的操作,在很多的軍事科普文章中並不會提及。

要知道,雷達波屬於電磁波,在傳播的時候遇到可以反射電磁波的物體後雷達波就會被被反射回來。

在雷達發出電磁波之後的一個時間點T之後雷達天線可以接受到目標反射回來的回波,雷達根據雷達波發出和接受到回波的時間差*光速/2 就可以得知目標的距離。

這樣雷達就可以完成探測目標的任務。

但是要註意到的是,目前我們只是說了雷達的探測原理,而目標的「視覺化」還沒有完成。

如何讓雷達探測到的目標顯示在螢幕上呢?雷達的螢幕實際上是一個很簡單的CRT顯示器。

CRT( C athode R ay T ube,陰極射線管)顯示器會在尾部透過加熱電熱絲的方式釋放出電子束,由於電子束是帶有負電荷的,因此在磁場中透過會被偏轉。

當磁場周期化的變化的時候連續輸出的電子束就會在螢幕上畫出一條線。這條電子束的「線」激發了顯示器中的熒光粉就可以讓CRT螢幕的正面顯示出一條發光的人眼可見的線。

這時候再在電子束的通道上加上一個垂直方向周期變化的磁場就可以驅動這一束電子上下移動,在CRT螢幕上形成掃描線。透過對熒光粉的配方調節,可以調節熒光粉在被電子束激發的時候的發光時間長短。這時候熒光粉就可以在螢幕上長時間的發光,人眼也就可以看到一個完整的畫面。

剛剛我們討論了CRT的成像原理,這裏面的電子束的強度是沒有變化的,螢幕會顯示出一片單一的熒光色,但如果電子束的強度有變化呢?這樣螢幕上就可以顯示出影像。

在雷達的設計中,當接收天線接到了一個回波訊號的時候,這個訊號就會被放大,讓電子束的強度增加。而配合雷達的轉動頻率調整磁場的變化周期和方向我們就可以在雷達上形成一個掃描線,同時,這個回波訊號的時間差所導致的訊號就會被放大脈沖就會在雷達的正確位置上被顯示出來。

——這就是雷達螢幕了,有多少回波就會在螢幕上顯示出多少亮點。所以,雷達可以探測到的目標實際上是沒有上限的。

那麽用什麽方法跟蹤目標呢?其實是調節熒光粉的配方,當熒光粉電子束被激發後會漸漸的熄滅,電子束的強度不僅僅決定熒光粉被激發的亮度,還會影響熒光粉亮度衰減的時間。透過調節配方,讓熒光粉衰減的時間達到3-5個雷達旋轉掃描周期(或更長),這時候目標在雷達螢幕上形成的光點也就由於熒光粉的亮度漸漸衰減而銜接起來。我們在雷達螢幕上看到的也就是目標的跟蹤路線了,在雷達上就可以根據這條線來判斷出目標的移動軌跡和速度等參數,這也就是「跟蹤」了。

和在雷達螢幕上形成的光點數量無上限相同,由無上限的光點組成的軌跡實際上也是沒有上限的。

第一步,我們得到的答案是,即便是在早期的老式雷達上,對目標的跟蹤和探測都是沒有上限的。

現在我們進入到第二步,雷達的無上限目標追蹤能力好嗎?

一眼能看到周邊所有事物的雷達是不是就無敵了呢?恰恰相反,將任何東西都收錄進來的雷達並不好用,一只鳥、一座山、一片雲、一發戰場中飛行的炮彈都會在雷達的螢幕上形成影像,這時候大不服無用的資訊就會將雷達的顯示器填滿。而雷達操作員就很難從雷達上得到真正有意義的資訊了。

為了能看到真正有意義的東西,在雷達螢幕周圍我們一定可以找到兩個旋鈕「消除率」和「目標放大率」

受到背景雜訊和無關的資訊影響,雷達接收到的大部份電磁波是沒有什麽意義的。

最終只能在波形上顯示得讓雷達螢幕紛亂無比。那麽就不如將強度很低的訊號消除掉,同時將更有用的訊號脈沖放大。這就是剛剛提到的兩個按鈕的作用。在電子電路上實際上就是一個低切降噪電路和一個可調放大電路。

經過處理之後的訊號影像是不是就更易於辨識了呢?當然了,現代隱身戰鬥機的訊號也會很弱,就隨著低切降噪的處理就不會在雷達的螢幕上顯示出來了。

因此在第二步處理中,我們可以發現透過對電波強度的處理和過濾,就可以更有效的讓雷達操作員觀察雷達探測到的有價值目標。但要註意的一點是——即便是做了這些過濾處理,早期雷達上可以同時探測到和跟蹤到的目標依然是無限的。

第三步,要了解的是現代軍用雷達。

早期的雷達有一個問題,雷達發射出的電磁波和接收到的電磁波只要頻率一致就會被雷達天線所接受處理然後在螢幕上顯示出來。如果敵方利用一個更大功率的天線發送相同頻率的無線電訊號的話,這個雷達上所探測出的資訊就不可靠了。

例如人的眼睛所能接受到的光線也是一種電磁波,當人看向強光的時候,你會發現強光會阻擋你的視野。晚上開車的時候,駕駛員和車燈就構成了一個雷達系統。車燈是雷達的發射天線,眼睛是雷達的接手天線。當對面開遠光燈的時候,由於對面的燈光是可以被眼睛所接受的,因此,在對面遠光燈的燈光照射下,真正應該被車燈照亮的行人卻掩蔽在對面車燈的光線下。

說生活中的話來描述——司機被對面的大燈晃眼了。用作戰術語來說,司機被對面的大燈實施了「電子幹擾」。

雷達和人眼一樣,很容易被大功率同頻電磁波所幹擾,因此,現代的軍用雷達往往會采用分頻+載波的方式發送雷達波。

雷達訊號會在多個不同的頻率上同時發出,同時,發出的訊號還會攜有載波資訊。而不是像傳統雷達一樣只發出一個頻率訊號。這時候雷達在抗幹擾的能力上就有了大振幅的改進。

但相對的,接收訊號的處理系統也會復雜很多。

這是一個最簡單的雙鍊結訊號處理,我們就可以看出最終雷達訊號被轉化為了數位訊號。在目前的軍用雷達上,通常采用16或者32個通道的載波訊號對目標進行探測,在發射雷達波的時候也會采用跳頻和加密載波的形式作出更高的抗幹擾機制。

到了接收機的部份,處理和解碼這些龐大的數據就成了一個很大的瓶頸。要處理更多的訊號就需要更多的裝置,裝置一多,整體的雷達的體積也會變大,這是一個迴圈。地面可以擴大雷達站的規模來滿足增加的處理裝置所需要的空間,但是,在飛機上這件事並不現實。因此,在二代機到四代機的時候就形成了一個概念——「機載雷達可以探測多少目標和可以跟蹤多少目標」。

出現這件事的原因其實是因為當年電腦的處理能力相對比較弱。

以F-15為例子,早期的F-15A/B上面配備的是IBM System/4 Pi電腦。

這台電腦在1965年開始研制,在1967年交付使用。 這台電腦在F-15上叫做PSP(Programmable Signal Processor,可編程單處理機),名字看起來很高大上,但是如果從現在的眼光來看,這台IBM的產品的處理能力甚至不如大家家裏的一個小算盤。W君手裏有這台電腦的資料:

從資料上看這個36公斤重的電腦完成了F-15A上從最初的訊號設定到最終的顯示輸出所有的雷達數據計算功能。但即便是出於IBM的手筆,這台電腦本身只有24K記憶體。這就限制了F-15最終能跟蹤的目標數量。讓F-15只能跟蹤14個空中目標,並對其中的6個目標進行攻擊。

到了F-15 C/D的後期型號,這台電腦也隨之更新了一下,記憶體被擴充套件到了96K,使得F-15的 AN/APG-63(V2)雷達可以跟蹤20個目標並對其中的6個目標進行攻擊。

同樣的一個案例——F-22上面使用的AN/APG-77雷達,在F-15上測試的時候也只只能跟蹤20個目標和對6個目標進行打擊。

但將相同的雷達放置在F-22上,得益於F-22上面所裝備的CIP(Common Integrated Processor,通用整合處理器)

就可以直接跟蹤100個目標並對其中的6個進行打擊。

原因其實就是機載電腦的效能得到了提高。如果對比記憶體來說,F-22的每塊CIP處理單元上預設配置了300MB的記憶體,處理起雷達數據的時候也就有了更大的處理量。

到了F-35,采用了AGP81雷達系統,而機內的電腦換成了ICP(INTEGRATED CORE PROCESSOR ),跟蹤的目標數量可以達到50個,並同時對其中的50個目標進行攻擊。

所以說,雷達先進與否,是雷達的事情,至於一架戰鬥機能跟蹤多少個目標和攻擊多少個目標其實是和機載電腦有關聯的,和雷達反而沒有太大的關系。

那麽為什麽會有人將戰鬥機能跟蹤和攻擊的目標數量關聯到雷達上呢?主要的原因在於這兩個數量和雷達有關聯性,因此大家就會把他們放在一起說了。

再有最後的一步,我們還需要了解一下火力通道。

一架戰鬥機可以攜帶多少武器,並能夠發射多少武器在同一時間攻擊目標取決於這架戰鬥機設計的時候的火力通道配置。

戰鬥機的FCS(射控系統)在探測、釘選、裝定和攻擊目標的時候往往取決於他們的射控系統的通道數量。這也是為什麽,前面在提到戰鬥機的雷達可以同時跟蹤多少個目標後還緊跟著一個可以同時攻擊多少目標的數位的原因。

通常,火力通道的配置是和機載武器的數量有一定關聯性的,都是為了發揮出最大的機載武器效率。

如果大家很細心的看前面會發現F-35的同時跟蹤和攻擊的數量相同,都是50個。這裏面就又有了一個火力通道外擴的概念。F-35本身自己的射控系統有四個火力通道,按照設計來說,F-35最多可以同時攻擊4個目標。但是由於其電腦系統和通訊系統更加先進,就可以將一架探測到的目標的數據裝定到其他飛機或者艦船上,這樣同時攻擊的目標數量就可以等同於跟蹤到的目標數量了。

其實得益於現代電腦技術的發展,我們的殲-20或者「殲-35」,本身的機載電腦系統的運算、儲存、處理能力也都大大的得到了提高。因此,跟蹤的數量基本上也是和F-35在一個等級上。

如果更細心的讀者也會發現,為什麽F-35反而比F-22的跟蹤數量降低了呢?其實還有一個更直接的原因——現在空中的敵機數量越來越低了,50架飛機出現在同一個戰場上的可能性並不高,也就沒有必要跟蹤那麽了。

所有的數據類的東西其實都是在最佳化和取舍後作出的實施方案。其實到了四代機末期,同時跟蹤和攻擊多少個目標的指標在新型號的戰鬥機上已經被淡化了也就不是現代戰鬥機追求的目標了。