綜合射頻技術(shù)發(fā)展的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)

0問題的表現(xiàn)—引言現(xiàn)代海軍對(duì)船運(yùn)輸系統(tǒng)的功能、性能和相互操作性提出了更高的要求。當(dāng)前,雷達(dá)、電子戰(zhàn)設(shè)備及通信系統(tǒng)融合程度不夠,軍艦上電子設(shè)備數(shù)目的增多也導(dǎo)致甲板及艦橋上天線的數(shù)量越來越多。從20世紀(jì)80年代到90年代10年間,美幾型軍艦上天線的數(shù)量增加了一倍,如圖1所示。天線數(shù)目的增加導(dǎo)致一系列問題:遮擋、電磁干擾、軍艦雷達(dá)反射面積增大、維護(hù)困難。先進(jìn)的“宙斯盾”軍艦并沒有解決艦上天線林立的問題:以“伯克”級(jí)驅(qū)逐艦為例,其較新型號(hào)上已配備有108副天線,隨著功能的擴(kuò)展,天線的數(shù)量還要增加,但在艦上尋找合適的安裝位置已非常困難,艦上電磁兼容問題日益突出。航空平臺(tái)的情況類似:20世紀(jì)50年代,航空電子系統(tǒng)占飛機(jī)總成本的比例不超過10%,80年代已經(jīng)達(dá)到30%;90年代后,這一比例繼續(xù)攀升。而在整個(gè)航電設(shè)備中,傳感器成本約占63%。經(jīng)濟(jì)可承受性是當(dāng)今各國(guó)空軍面臨的普遍問題,而降低飛機(jī)成本的有效措施就是從傳感器系統(tǒng)入手。綜合射頻傳感器技術(shù)是一個(gè)有吸引力的方向:美國(guó)空軍“寶石臺(tái)”計(jì)劃研究表明采用綜合射頻傳感器系統(tǒng)可將射頻電子部分的成本和重量降低50%。1綜合射頻技術(shù)長(zhǎng)期以來,戰(zhàn)斗機(jī)及軍艦都采用大量分別獨(dú)立開發(fā)的射頻傳感器并“松散”地綜合在整個(gè)航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi),完成所需各種功能。這種分布式射頻傳感器結(jié)構(gòu)的資源僅由專用功能利用,每個(gè)功能均由各自機(jī)箱、電源、處理機(jī)實(shí)現(xiàn),模塊化程度低,重量體積功耗大,成本高,可靠性差,改進(jìn)困難,難以適應(yīng)未來的信息化高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的要求。用幾個(gè)分布式寬帶多功能孔徑取代目前平臺(tái)上為數(shù)眾多的天線孔徑,采用模塊化、開放式、可重構(gòu)的射頻傳感器系統(tǒng)體系架構(gòu),并結(jié)合功能控制與資源管理調(diào)度算法、軟件,同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)與通信、導(dǎo)航、識(shí)別等多種射頻功能,這就是綜合射頻技術(shù)。綜合射頻技術(shù)將“綜合”推進(jìn)到天線及射頻前端,如圖2所示,基于共用射頻模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與資源共享、資源管理、資源分配,從而使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能用盡可能少的多功能射頻模塊構(gòu)建出一個(gè)兼具任務(wù)規(guī)劃,導(dǎo)航通信識(shí)別,態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、攻擊能力的多功能一體化綜合射頻航空電子系統(tǒng),而且使航空電子系統(tǒng)的成本、重量、功耗、失效率顯著下降。由于采用共用孔徑和通用模塊實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能,需要在多項(xiàng)不同甚至相互矛盾的要求間進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木C合權(quán)衡。通常而言,雷達(dá)需要低旁瓣、高頻譜純度和低噪聲系數(shù);通信系統(tǒng)需要能夠在可接受的誤碼率前提下優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈傳輸;電子戰(zhàn)系統(tǒng)則需要有選擇性地在雷達(dá)及通信設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)及帶寬之間進(jìn)行平衡,確保對(duì)于盡量多的信號(hào)類型獲取盡量高的截獲概率。從技術(shù)角度而言,綜合射頻技術(shù)需要綜合權(quán)衡的參數(shù)、指標(biāo)及架構(gòu),包括:頻率規(guī)劃,天線形式及子陣劃分,RF/IF/LO/定時(shí)信號(hào)分配、電源、模塊控制、射頻功放、孔徑接口單元形式,模塊功能劃分,集成架構(gòu)等。為滿足各種需求,綜合射頻系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括:大帶寬、多極化、多子陣、多通道主動(dòng)電掃天線陣面;寬帶T/R組件;RF/IF開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、可編程多通道波形發(fā)生器及接收機(jī);資源的動(dòng)態(tài)規(guī)劃、分配及調(diào)度算法等。2美國(guó)20世紀(jì)80年代以來的發(fā)展成就由于綜合射頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),因而在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展勢(shì)頭:美國(guó)自20世紀(jì)80年代以來通過持續(xù)不斷的研究和發(fā)展,目前已經(jīng)取得了引人矚目的成績(jī)。本節(jié)主要介紹美海軍、空軍及國(guó)防先進(jìn)預(yù)研計(jì)劃局(DARPA)在綜合射頻領(lǐng)域的研究項(xiàng)目、發(fā)展歷程及動(dòng)態(tài)。2.1研制并進(jìn)行綜合射頻技術(shù)的應(yīng)用美各大軍種中,海軍是最早進(jìn)行綜合射頻技術(shù)研究的軍種,從1985年起就資助一系列用于打擊/戰(zhàn)斗機(jī)的研究和發(fā)展項(xiàng)目。在1990年至1994年間,開展先進(jìn)共用孔徑(ASAP)項(xiàng)目;1996年,海軍研究局(ONR)啟動(dòng)先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)(MARFS)項(xiàng)目,后演變成為先進(jìn)多功能射頻概念(AMRFC);2004年,海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)完成對(duì)AMRFC平臺(tái)的測(cè)試;之后ONR啟動(dòng)綜合上層建筑(InTop)項(xiàng)目,進(jìn)一步推動(dòng)綜合射頻技術(shù)的發(fā)展。美海軍的DDG-1000驅(qū)逐艦項(xiàng)目的雙頻段雷達(dá)(DBR)方案部分吸收了以上概念研究及演示的成果。2.1.1asap的熱容量設(shè)計(jì)1990年至1994年,美海軍資助TI公司防務(wù)系統(tǒng)及電子部(現(xiàn)已并入Raytheon公司)負(fù)責(zé)ASAP項(xiàng)目研制。ASAP研究帶寬覆蓋C～Ku頻段的陣列,確保同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、ECM、ESM、通信功能,以更小的重量和造價(jià)為載機(jī)帶來更強(qiáng)的任務(wù)靈活性、更強(qiáng)的效能和對(duì)抗能力、增強(qiáng)的生存性。ASAP項(xiàng)目根據(jù)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)前視雷達(dá)功能需求確定天線增益及發(fā)射功率等指標(biāo),同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子戰(zhàn)及通信功能。陣列被分成16個(gè)子陣,如圖3所示,在同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)個(gè)功能的同時(shí)確保天線口徑尺寸滿足需求。陣列側(cè)面和上部的線陣用于寬波束功能(如干涉儀),線陣中包括數(shù)個(gè)陣元用于旁瓣對(duì)消或作為保護(hù)天線,由于僅利用少部分陣列實(shí)現(xiàn)這些功能,孔徑的RCS特性滿足要求。這樣的孔徑設(shè)計(jì)可滿足戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)在高頻段的多功能需求,通過發(fā)展低頻段組件和陣列,ASAP概念可擴(kuò)展到UHF甚至更低的頻段。采用共用孔徑設(shè)計(jì)可大幅減小重量和功耗要求,且總采購(gòu)及全壽命周期成本低于目前的多個(gè)單功能孔徑的方案,共用口徑還可確保自衛(wèi)ECM及高定向微波數(shù)據(jù)鏈等功能實(shí)用化。該項(xiàng)目的難點(diǎn)包括寬帶輻射孔徑,T/R組件、波束分配網(wǎng)絡(luò)及時(shí)間資源調(diào)度等。ASAP輻射孔徑需要具備寬帶(C～Ku)、多極化、寬角波束掃描、低RCS特性。每個(gè)陣元位置放置一對(duì)體積小、具有寬帶特性的喇叭狀輻射槽,水平向和垂直向正交放置可實(shí)現(xiàn)垂直、水平和圓極化輻射;為確保無柵瓣寬角掃描,陣元之間間隔小于0.4″。陣面的RCS特性由孔徑柵格,陣列邊緣處理、單元阻抗匹配、孔徑內(nèi)匹配特性變化、陣元位置,以及其他公差決定。為實(shí)現(xiàn)天線隱身設(shè)計(jì),采取的措施包括:合理設(shè)置孔徑柵格以確保散射柵瓣的有效抑制;在陣列的周邊設(shè)置傳導(dǎo)率漸變的“邊緣板”實(shí)現(xiàn)孔徑和地之間平緩過渡以降低RCS模式項(xiàng)旁瓣。孔徑反射系數(shù)的隨機(jī)誤差影響RCS模式項(xiàng)噪聲電平,反射系數(shù)受多個(gè)參數(shù)影響,具體與陣元和陣面饋電設(shè)計(jì)相關(guān)。允許的RCS模式項(xiàng)噪聲電平以及陣元參數(shù)的影響決定了陣元所容許的最大公差。所測(cè)試陣列的陣元位置公差約為±0.004″。陣面后的阻抗公差由寬帶環(huán)流器控制;陣元位置公差則由集成于孔徑地板上用于固定槽形輻射陣元的鋁制件控制。ASAP項(xiàng)目制造并測(cè)試了兩個(gè)測(cè)試陣面,如圖4所示:具有8個(gè)T/R組件、10×10陣元的主動(dòng)掃描陣列,37×37雙極化負(fù)載陣元的被動(dòng)陣列。前者用于測(cè)量掃描波束特性,后者用于測(cè)量RCS特性;實(shí)際測(cè)試性能與預(yù)測(cè)能夠很好吻合。ASAP于年研制出的寬帶T/R組件,如圖5所示。在整個(gè)工作頻段內(nèi)的平均輸出功率超過2.75W,中心頻率附近的輸出功率超過4W,發(fā)射增益高于35dB,占空比為45%時(shí)組件效率為5%～10%。小規(guī)模測(cè)試陣及組件演示項(xiàng)目表明基于當(dāng)時(shí)技術(shù)可研制出多倍頻程天線陣列。共用孔徑與先進(jìn)航電架構(gòu)的組合:將天線數(shù)量減少到原來的1/4,從致RCS的減小,減小整個(gè)航電系統(tǒng)的尺寸、重量、功耗和造價(jià);提高應(yīng)用效能;減少專用飛機(jī)的數(shù)量;功能變化及提升更加容易。2.1.2amrfs測(cè)試平臺(tái)ONR于1996年啟動(dòng)先進(jìn)多功能射頻系統(tǒng)(AMRFS)項(xiàng)目,意在應(yīng)對(duì)海軍提高艦船上層建筑射頻功能、同時(shí)減少艦船信號(hào)輻射的需求。AMRFS是原理演示項(xiàng)目,主要通過共用、低信號(hào)特征孔徑同時(shí)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子戰(zhàn)及通信等功能。該項(xiàng)目可極大壓縮艦船上層建筑射頻系統(tǒng)孔徑的數(shù)目,同時(shí)增加有效功能和帶寬,且減小整個(gè)艦船的RCS。AMRFS通過軟件的調(diào)度實(shí)現(xiàn)多種功能,除原理演示外,AMRFS還發(fā)展新的組件技術(shù)以確保廉價(jià)、有效的設(shè)計(jì)架構(gòu)。大帶寬天線可減少滿足頻帶覆蓋所需的天線數(shù)目,天線需具有4∶1～5∶1的倍頻程。收發(fā)合一的天線為確保高收發(fā)隔離度不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)收發(fā)功能。真正的多功能雷達(dá)可能會(huì)有長(zhǎng)接收時(shí)間的需求,這導(dǎo)致天線發(fā)射功能受限;而電子攻擊(EA)及通信等功能甚至需要連續(xù)的發(fā)射和接收,這就使得接收(或發(fā)射)的時(shí)間受到極大限制。收發(fā)分離體制可使發(fā)射和接收功能更為靈活地規(guī)劃,具有壓縮射頻孔徑的潛力,因而AMRFS選擇了收發(fā)分離天線體制。AMRFS測(cè)試平臺(tái)的方案是采用4部低頻段和高頻段收發(fā)陣列孔徑:將1～20GHz頻率覆蓋范圍分為1～5GHz和4～18GHz兩個(gè)頻段。每個(gè)接收陣列均包括接收陣列子系統(tǒng)、RF下變頻子系統(tǒng)、數(shù)字接收機(jī)、支持同時(shí)及分時(shí)多功能接收的處理及控制系統(tǒng)。每個(gè)發(fā)射子系統(tǒng)均包括發(fā)射陣列、RF上變頻、波形產(chǎn)生合成、支持同時(shí)及時(shí)分多功能發(fā)射的處理及控制系統(tǒng)。1997年,工業(yè)界提供了包括寬帶雷達(dá)、寬帶電子戰(zhàn)、寬帶通信等在內(nèi)的支持AMRFS的技術(shù)資料。AMRFS后進(jìn)一步發(fā)展成為AMRFC項(xiàng)目,相對(duì)于初始方案,AMRFC設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,發(fā)射和接收均采用單部天線,頻段覆蓋范圍也相應(yīng)調(diào)整為6～18GHz。AMRFC功能框圖,如圖6所示。三家主要承包商(LockheedMartin、NorthropGrumman和Raytheon)分別提供接收天線、發(fā)射天線和數(shù)字接收機(jī),另一家公司(GeneralDynamics)提供了中間層以及軟件支持設(shè)備。寬帶多功能發(fā)射陣列包括分布于四個(gè)象限中的1024個(gè)多極化輻射元,每個(gè)象限再進(jìn)一步分成四個(gè)子陣,每個(gè)子陣由16個(gè)射頻輸入端中的一個(gè)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。接收天線包括天線陣元、接收模塊和為實(shí)現(xiàn)同時(shí)多波束必需的射頻合成器。接收天線包括1152個(gè)陣元和相應(yīng)的接收模塊,分9個(gè)子陣,每個(gè)子陣具有128個(gè)雙極化陣元。收發(fā)天線設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有同時(shí)形成4個(gè)發(fā)射波束和36個(gè)接收波束的能力,具有強(qiáng)大的資源重組能力(如圖7所示)。測(cè)試和評(píng)估工作于2004年在NRL的Chesapeake灣測(cè)試基地實(shí)施,海軍提供的硬件和軟件被集成到測(cè)試平臺(tái)(如圖8所示)上,在測(cè)試過程中,海軍還從海軍水面戰(zhàn)中心(NSWCDD)和海軍空戰(zhàn)中心飛機(jī)分部(NAWCAD)派出了重要人員。演示功能包括:X頻段國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)鏈路通信;Ku頻段戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)量(TCDL)通信;采用7～16GHz頻段實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測(cè)功能;同時(shí)對(duì)抗4個(gè)導(dǎo)引頭和3部雷達(dá)的電子攻擊能力;天線極化分集;對(duì)P-3、船只及Tilghmann上導(dǎo)航雷達(dá)輻射信號(hào)的電子偵收等。AMRFC作為原理演示項(xiàng)目驗(yàn)證了采用收發(fā)分離的多波束、多功能天線同時(shí)支持電子戰(zhàn)、通信和雷達(dá)功能的可行性。AMRFC還在單元之間接口明確定義的基礎(chǔ)上提供了模塊化架構(gòu)。然而ONR不滿足于此,于2008年推出InTop計(jì)劃,目的是在AMRFC原理演示項(xiàng)目的基礎(chǔ)上發(fā)展支持多級(jí)軍艦和平臺(tái)的可擴(kuò)展電子戰(zhàn)、雷達(dá)和通信功能,采用模塊化/開放式設(shè)計(jì)以利于技術(shù)升級(jí)。該項(xiàng)目針對(duì)實(shí)際應(yīng)用,發(fā)展愿景是統(tǒng)治射頻頻譜、采用射頻開放式架構(gòu)、適裝于不同平臺(tái)的可擴(kuò)展、可承擔(dān)系統(tǒng)。InTop將由研究部門、采購(gòu)部門及工業(yè)部門共同定義射頻的形式、功能及接口,研究不同的陣面形式、利用部件技術(shù)的發(fā)展降低陣面的成本。ONR已與工業(yè)部門進(jìn)行了接洽,并要求后者提供InTop概念及模塊化、開放式、可擴(kuò)展模塊途徑。2.1.3擴(kuò)展的sdg1和spy-4與ASAP及AMRFC不同,DBR是面向DDG1000級(jí)驅(qū)逐艦研制的實(shí)際裝備的雷達(dá),其方案相對(duì)比較保守,未采用AMRFC中的超寬帶陣列和收發(fā)分離天線設(shè)計(jì)。DBR由LockheedMartin公司的SPY-4體搜索雷達(dá)(VSR)和Raytheon公司的SPY-3多功能雷達(dá)(MFR)綜合而成,兩部雷達(dá)的后端綜合由Raytheon公司負(fù)責(zé)。SPY-3和SPY-4均采用有源相控陣體制,分別工作于X頻段和S頻段。雙頻段設(shè)計(jì)可提高多徑及不規(guī)則傳輸條件下的檢測(cè)能力。此外,當(dāng)一個(gè)頻率被用于特定功能(如為多枚導(dǎo)彈提供照射)時(shí),另一個(gè)頻率可用于分擔(dān)負(fù)荷,許多搜索及跟蹤功能可由單個(gè)頻率或同時(shí)兩個(gè)頻率實(shí)現(xiàn)。DBR可代替原來艦上5～10部雷達(dá)的功能,通常SPY-3用于海面/低空搜索、潛望鏡/水雷檢測(cè)、數(shù)據(jù)鏈、電子保護(hù)、導(dǎo)彈跟蹤及目標(biāo)照射等,SPY-4則用于大空域連續(xù)搜索(如圖9所示)。雷達(dá)功能的一體化使得軍艦天線數(shù)目減少,利于軍艦的隱身設(shè)計(jì),因而DDG1000的RCS比CG47和DDG-51明顯減小(如圖10所示)。SPY-3型X波段雷達(dá)已于2008年秋季完成了海上測(cè)試,首批2套SPY-3雷達(dá)陣列目前正在裝配之中,Raytheon公司于6月開始對(duì)首批雷達(dá)陣列進(jìn)行測(cè)試。LockheedMartin公司開發(fā)的SPY-4型S波段雷達(dá)甲板下的組件部分已進(jìn)入全速生產(chǎn)階段,用于DDG1000驅(qū)逐艦和“Ford”號(hào)航母的6套雷達(dá)合同也已簽訂。2.2綜合射頻探測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)美空軍的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF,其成果是F-22戰(zhàn)斗機(jī))基于“寶石柱”計(jì)劃發(fā)展了綜合式航電架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和數(shù)據(jù)處理模塊的模塊化、開放式設(shè)計(jì),然而其傳感器孔徑及射頻電路仍是分立的。聯(lián)合攻擊機(jī)(JSF,成果為F-35)項(xiàng)目在航電方面比ATF獲得進(jìn)一步的提升,其航電架構(gòu)基于更加先進(jìn)的“寶石臺(tái)”計(jì)劃。1997年9月JSF辦公室經(jīng)過3年系統(tǒng)方案定義和演示,公布了2.0版“JSF航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義(JAAD)”,主要內(nèi)容包括:總層次劃分、航空電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、綜合核心處理、座艙人機(jī)接口、綜合射頻探測(cè)及綜合光電探測(cè)、機(jī)械和電氣接口、軟件等。“寶石臺(tái)”航電系統(tǒng)架構(gòu)如圖11所示。綜合射頻探測(cè)部分主要分析了綜合射頻傳感器系統(tǒng)和射頻孔徑劃分問題。射頻孔徑劃分主要原則是采用盡量少天線孔徑滿足雷達(dá)、電子戰(zhàn)、敵我識(shí)別和CNI等任務(wù)。天線孔徑的類型選擇和排布(如圖12所示)需考慮到戰(zhàn)斗機(jī)的潛在功能需求。傳感器頻段覆蓋2MHz～18GHz。JSF將天線孔徑壓縮為21部,后進(jìn)一步減為13部。對(duì)于綜合傳感器系統(tǒng),JSF項(xiàng)目的目標(biāo)是發(fā)展完全綜合的射頻支持設(shè)備(IRSE),基于飛機(jī)的射頻孔徑與收發(fā)射頻開關(guān)相連,任何形式的天線都可通過“定制”射頻開關(guān)相連。此外,射頻開關(guān)可設(shè)計(jì)成為一個(gè)單獨(dú)的單元或分布式排布于載機(jī)的不同位置,分布式布置對(duì)于機(jī)翼或尾部的傳感器更加有利。用于特定頻帶的射頻轉(zhuǎn)換模塊可將射頻下變頻為中頻或?qū)⒅蓄l上變頻為射頻。頻率轉(zhuǎn)換模塊的類型和數(shù)量由MMIC技術(shù)的成熟程度及射頻開關(guān)與頻率轉(zhuǎn)換器之間的接口決定。中頻轉(zhuǎn)換器同樣會(huì)隨著MMIC、微型濾波器、聲光設(shè)備以及ADC技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。未來,模塊的類型和數(shù)量都會(huì)大幅減少。為降低射頻探測(cè)功能區(qū)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),JSF項(xiàng)目辦公室在其技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)減縮研究計(jì)劃中包括了綜合傳感器系統(tǒng)(ISS)計(jì)劃和多功能綜合射頻系統(tǒng)(MIRFS)計(jì)劃。2.2.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)的選擇ISS計(jì)劃是美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)和JSF計(jì)劃聯(lián)合資助的一項(xiàng)3400萬美元的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)減縮研究計(jì)劃。基于“寶石臺(tái)”第一階段項(xiàng)目,美國(guó)空軍決定提高傳感器射頻設(shè)備的通用性和綜合性。因?yàn)椤皩毷_(tái)”項(xiàng)目研究結(jié)果表明:在傳感器領(lǐng)域采用通用模塊、資源共享及重構(gòu)設(shè)計(jì)概念后,航電系統(tǒng)的造價(jià)和重量減少一半,可靠性變?yōu)樵瓉淼娜丁SS由LockheedMartin和Boeing公司領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)小組在4年內(nèi)完成,目標(biāo)是采用相對(duì)較少的開放式射頻模塊類型構(gòu)成綜合的、可重構(gòu)的射頻處理結(jié)構(gòu)。兩個(gè)小組的專家認(rèn)為,ISS的研制工作不是由技術(shù)推動(dòng),而是由經(jīng)濟(jì)可承受性推動(dòng),他們只需要重新組合現(xiàn)有的功能,來達(dá)到尺寸、重量、體積和費(fèi)用目標(biāo)。Boeing公司小組估計(jì)在以資源共享為特征的ISS結(jié)構(gòu)中,采用1998年的技術(shù)可以花費(fèi)相當(dāng)于F-22飛機(jī)的50%～60%的費(fèi)用,而達(dá)到與F-22飛機(jī)相同的射頻功能。ISS焦點(diǎn)是減少總壽命周期成本而不是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)的最優(yōu),雖然經(jīng)濟(jì)可承受性是進(jìn)行ISS研制的主要推動(dòng)力,通過故障重構(gòu)增強(qiáng)任務(wù)的可靠性、通過信號(hào)及發(fā)射裝置的綜合控制獲得較好的電磁兼容性也是非常重要的。ISS的主要研究范疇如圖13所示。圖13表明,ISS架構(gòu)由具有標(biāo)準(zhǔn)接口的功能塊組成,RF信號(hào)通過共用口徑進(jìn)行收發(fā),RF開關(guān)允許各孔徑間共用頻率轉(zhuǎn)換模塊,頻率轉(zhuǎn)換功能塊實(shí)現(xiàn)RF信號(hào)和IF信號(hào)的轉(zhuǎn)換。IF開關(guān)進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可重構(gòu)性。接口是單獨(dú)定義的,確保提供一定程度的設(shè)計(jì)靈活性以利于平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。ISS不是用于裝機(jī)的綜合射頻航電系統(tǒng),而是為可承擔(dān)綜合射頻航電發(fā)展提供框架:基于經(jīng)過驗(yàn)證的互連和控制策略實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì);資源共享的綜合多功能策略;COTS技術(shù)的綜合;針對(duì)多平臺(tái)的應(yīng)用;通用模塊的競(jìng)爭(zhēng)購(gòu)買思想。作為比較,F-22的雷達(dá)、電子戰(zhàn)及CNI的專用射頻模塊種類分別為20、21、22,ISS計(jì)劃將JSF專用射頻模塊的種類壓縮到20,減少了2/3。2.2.2無線發(fā)射apg-77無論從造價(jià),重量還是從飛機(jī)總體設(shè)計(jì)角度分析,一個(gè)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、電子偵聽和電子干擾功能的綜合射頻孔徑都是有吸引力的。MIRFS演示項(xiàng)目就是針對(duì)此領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)。MIRFS于1996年2月啟動(dòng),合同總額為1.1億美元,承包商包括Hugh公司(后并入Raytheon公司)和NorthropGrumman公司。要求兩家公司在5年時(shí)間內(nèi)完成雷達(dá)系統(tǒng)的研制和試飛演示。根據(jù)合同要求,新的有源多功能陣列(MFA)可支持雷達(dá)、通信和電子戰(zhàn)功能,且將JSF航電系統(tǒng)成本減少30%、重量減少50%。NorthropGrumman公司在研制過程中充分借鑒了APG-76、APG-77的技術(shù),雷達(dá)由先進(jìn)的AESA天線、高性能的接收機(jī)/激勵(lì)器及商業(yè)化處理器組成。AESA技術(shù)的創(chuàng)新使得系統(tǒng)造價(jià)和重量大幅下降、可靠性和效能大幅提升。比如,NorthropGrumman的T/R組件相對(duì)于上一代產(chǎn)品具有更少的組成和更少的連接器,AESA的集成也大幅簡(jiǎn)化。在MIRFS項(xiàng)目中,NorthropGrumman公司實(shí)現(xiàn)了T/R組件100%的自動(dòng)化生產(chǎn);且美海軍的單獨(dú)測(cè)試也驗(yàn)證了T/R組件性能和可靠性。雷達(dá)于1998年12月起開始在BAC-11航電試驗(yàn)飛機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行飛行測(cè)試(圖14),測(cè)試項(xiàng)目包括空空、合成孔徑、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、電子戰(zhàn)等。2004年12月,AFRL完成對(duì)MIRFS/MFA天線的測(cè)試;2005年8月,工程發(fā)展型的MIRFS/MFA(APG-81)完成了在BAC-11上的首飛,并計(jì)劃到2009年完成120個(gè)架次的試飛。在阿拉斯加舉行的美空軍“北方利刃2009”演習(xí)中,APG-81展示了其電子保護(hù)功能。在演習(xí)中,雷達(dá)可同時(shí)應(yīng)對(duì)多種類型的先進(jìn)干擾機(jī)。依靠在MIRFS項(xiàng)目中的技術(shù)積累,NorthropGrumman公司在APG-77雷達(dá)中集成了通信功能,發(fā)送速率達(dá)548MB/s,接收速率達(dá)1GB/s。2.3recap方