一架F-35A戰機的價格利潤是6000萬美元?

oeda6565 wrote:

1.即使F-22不使用雷達,被動感應元件及美盟戰場管理,
都不是中國戰機能望其項背,其技術複雜性均難以逆向工程克服。
目前台灣中國的戰機,被動元件最先進者在幻象機上....
光是贏過更高端的飆風就有極高的技術複雜性,更何況是越級打怪!

2.F-22 與 J-20除了雷達之間技術差距之外,視距外敵我識別再加上
接收瀘波能力J-20還得再打上不少折扣!...七折算保守!~~0.5的七折
約0.35!.

3.20年前研發的F-22是落伍?...別說F-22,就算是四十年前
研發的F-16,現今照樣狂搶飆風、颱風、SU-30/35訂單!
BLOCK 50/52 PLUS魔改版大行其道...
SO.......量產版的F-22當然不是二十年前的YF-22可比!

4.推重比J-20比F-35高所以機動性更高?
另外要考量機體重量及武器重量、機身風阻與武器風阻...
無論是T-50或是J-20空機再加上武裝後,整個流體阻力+離陸戰鬥重量
老實講無法證明比F-22/35更高明。




1.~2你在看看原來的話是怎麼說的 非要曲解別人意思

作者沒有說"所有"F-22的性能J-20都能超過 作者是指航電

「"F-22雖然在隱形能力上有可能比J-20高一點點,在航速上也比J-20快一點,但是J-20的航程也比F-22大,電子設備至少持平有可能超過,因為F-22是二十年前的電子技術。"」 原話是這樣講的


依造你的論點 20年前的電腦能跟現在比?

航空電子技術日新月異

以摩爾定律18個月換一代

說什麼美軍40年前的航電都能跟現在比 完全是不懂半導體科技 根本是外行人

我跟你說就算是現在非洲國家拿的智慧型手機 也比40年前的工作站和桌上型電腦強

AEAS主動相控陣雷達(有源相控陣) 很多國家都有 並不是只有美國才有

例如台灣都會製造長白雷達(他也是有源相控陣) 更何況其他國家

主動相控陣的原理只是依賴一堆獨立的T/R收發單元和電子原件陣列在計算

你說得那些技術現在看來根本是沒什麼大不了的 但20年前他是很先進

但是現在全球有超過10個國家能設計出類似功能的雷達


4.你要不要看一看F-35爬升率是多少 SU-35等飛機爬升率是多少

他根本不是用來打空戰的 雖然他能發射AIM120也能打空戰

但是爬升比別人慢 單引擎的設計 會讓導彈失去高度和速度優勢減少射程

F-35推重比小於1 甚至低於F-16戰機 更別提J-20推重比高於1多少了

在空戰時都要先搶戰高度和速度以提升導彈的射程 而在甩開敵方導彈也是要靠推住丙增加垂直機動能力

F-35推重比低於1就注定垂直機動能力低於F-16了 因為他連垂直爬升都不能 論垂直機動連四代機都比不過



Last Updated Time:2013-09-02


電腦科技對美空軍航電系統之衝擊
提要
一、電子科技日新月異,雖賦予空軍強大戰力,但要維持龐大的空軍機群卻也面臨許多問題。
二、科技產品不斷推陳出新,電腦廠商為了追求商機,陸續停產老舊零件,使得各式軍機面臨無零組備件可換的窘境。
三、美國空軍為維持戰備,並領先各國航電科技,強力推動「開放性電子結構」來取代舊式軍規零件,除提高維修效率、降低零件成本,更可迅速提昇效能。

前言
電腦化的快速成長雖然賦予空軍許多卓越的能力,如隱密性、感應器結合運用、無人飛機及精確導引資料等等,但也讓老舊設備維護陷入困境。數位電子科技的快速更新意謂著航空電子設備很快就會過時老舊,也使得維持空軍機群越來越困難。


越來越多為美國空軍生產微處理器(電腦晶片)及相關硬體的廠商已決定不再生產過時之科技產品,而競相投入最新科技。如此常引發一些警訊:美國空軍一些計畫負責人為了符合新標準,不是倉促尋找替代品就是來不及規畫就匆匆拼湊升級。很不幸地,兩種做法都不能確保幾年後不再重蹈覆轍。因此在考慮電子零件快速變成老舊過時的情況下,儲存老舊零件根本不需要,也負擔不起。
這種問題即使是最新式的武器系統也無法避免。儘管F-22至少還要5年才能加入部隊服役,計畫負責人每年就必須編列預算五千萬美金來更新F-22戰機航空電子設備的軟、硬體。此外,美國空軍還將F-22戰機設計成一種可輕鬆替換零件的開放性電子設備結構。


老舊軍機的問題更嚴重,譬如:機齡近四十年的B-52H轟炸機仍使用各種為數不少的老舊電子系統,如50年代的真空管。B-52 H是一個很好的例證,它使用特殊的航空設備,無法與其他不同設備共同運作。並非只有B-52 H機面臨這種狀況,現美軍軍機機齡超過24年的約佔總數的41%。


巨大挑戰
這樣的問題非常具有挑戰性。美國俄亥俄州萊德彼得生(Wright-Patterson)空軍基地的美國航空系統中心指揮官雷吉歐(Robert F. Faggio)中將負責主導解決航空電子問題。他表示這種問題已經如滾雪球般難以解決。
雷吉歐解釋:所有買過電腦的人都能體會這樣的困難。在買後幾個月我們就發覺電腦老舊、跟不上時代,因為又有新的晶片問世。只要將這種個人經驗乘以6,000多架飛機,美國空軍所面臨的巨大壓力可想而知。再者,各軍種同樣面臨類似困境。雷吉歐又說道:「他們跟我們一樣面臨相同問題,我們更遭遇到有些飛機無法獲得零組件的困境。」


有一種使用在現代飛機座艙的平面顯示儀表板是個很好的例子:這種儀表板的主要供應商在去年停止生產該產品,影響到各軍種為數龐大的各式軍機。
雷吉歐表示:美國國防工業的廠商並不是不願合作,而是電子產業的前景遭受到劇烈變動。以前軍方訂單在極精密電子產業界極具份量,如今軍方需求在龐大的消費市場中顯得渺小。電子產業順應市場潮流,軍方過小的市場,根本不足以引發各公司興趣。


雷吉歐將軍引述:有一天,英代爾公司(晶片製造商)有可能來電表明他們將不再生產任何由政府委託的特定晶片。摩托羅拉公司也同樣跟進,做出這種純商業考量的決策。對廠商而言,係因繼續提供軍方特定零件已無商業利益,因此決定退出軍方市場。


1990年代早期,美國五角大廈在考量整體需求後,將各軍種零組件規格改為商業規格。好處是,市場現貨零件大量生產可以減低成本,更沒有軍方規格的重重枷鎖,較易獲得。壞處是,由於受到市場潮流影響,各軍種的電子設備將隨著18個月週期自然老舊、淘汰,相對付出高額代價。


依據美國空軍參謀長麥克‧萊恩將軍的說法,電腦的力量在現代戰機領域中極為重要。他並指出,電腦的力量每一年半就呈倍數成長,而空軍提出新系統需求,從設計、簽約到完成架設最少也需要一年半的時間。萊恩說:這樣的步調讓我們總是慢半拍,所以每當美國空軍完成新的航空電子系統,實際已落後民間電腦界的軟、硬體二個版本了。


軍規優勢不再
B-2轟炸機就是一個很好的例子。該型機設計於1980年代早期,為美軍較新機種之一。B-2具有四組由286-MHz處理器驅動的飛控系統,在1980年代是一種非常先進的處理器,但若用在現代電腦上,連驅動小孩子玩的電腦遊戲都不夠。這種轉變影響美軍訂購該型轟炸機數量的決策。編製預算者有異議:將來更新其航電系統及飛控軟體必將耗費大量預算。


目前,較老舊的系統雖足以應付作戰,但位於維吉尼亞州藍利空軍基地(Langley AFB)的空軍作戰司令部司令強普將軍(John P. Jumper)表示:他不得不指出,空軍在系統提昇上,電腦的能力倍感不足。


沒有備用零件會嚴重削弱作戰能力。雷吉歐表示:我們不是要有最新、最棒的系統,而是要有足以維持未來三至五年的系統能量,這只是最基本的儲備量罷了。
萊恩補充說:每當系統無法再更新,空軍所能找到的零件製造廠商都會藉機獅子大開口。空軍為了讓這些老舊軍機繼續升空,不得已只好忍受大量的經費支出。


雷吉歐接著表示:就是因為這些額外支出不斷增加,空軍只好由萊恩將軍出面,成立航空電子系統中心(ASC)來面對航空電子設備老舊的問題。這種問題簡稱:DMS(Diminishing Manufacturing Sources),原意為零件來源日漸短缺。其最初成立的目的在規劃如何杜絕航空電子零件老舊過時所衍生的問題。


雷吉歐強調:我們不可能杜絕這些老舊過時所產生的問題,不論我們是否有妥善規劃,這些問題一定會產生。我們所能做的,只不過是事先做好準備而已。
他接著表示:美國空軍除了成立「飛機老舊問題研究室」外,還成立「航空電子設備老舊問題研究室」,這二個研究室都是由美國航空電子系統中心(ASC)的次級系統計畫辦公室主任薛羅上校(Col. Joseph Shearer)負責。雷吉歐宣稱:飛機老舊問題研究室將為美軍軍備司令部及美國空軍發展出理想的航空電子系統。美國航空系統中心的航空電子系統技術顧問阿迪斯(David G. Butch Ardis)最近接掌首席航空電子工程師的職務,他將與薛羅並肩作戰,共同整合各種不同的航空電子系統。


開放性結構新趨勢
經過多次研討,美國航空系統中心認為:要跟上電子科技潮流,就必須要求美軍軍機安裝開放性航空電子系統。也就是說,要能迎合不斷提昇的新科技,同時也要有結合相關產品與較老舊系統的能力。
美國空軍相關人士將這種系統與執行微軟視窗系統(Windows)的個人電腦(PC)作比較:由於電腦工業中所有廠商都遵守共同的連接、介面標準,個人電腦可以使用由不同廠商所生產的各式各樣軟、硬體,同時可以隨時升級,更可以結合各種周邊設備,如:掃瞄器、傳真機、印表機等。


雷吉歐說:每個人都遵守同樣的PC標準,每個人都用這樣的標準來發展軟體。這也使得PC的各種介面可以「隨插即用」(plug-and-play)。
再者,PC對配接線、連接阻抗等也有一定的規範,這使得整台電腦的各組件得以運作順暢。像PC這些優點(零件的共通性、廠商多家化、性能提昇及改良的潛力、共同的規格等)將可以運用到美國空軍,成為改良軍機航電設備,轉型為開放性結構的重要參考。


美國空軍強調:提出開放性結構的目的,在藉由增加廠商的數目,降低零組件的成本;並藉由一般商用規格的替換容易,來減少軍規零件老舊過時所造成的損失。
今年初美國空軍參謀長萊恩將軍及空軍部長彼得斯(F. Whitten Peters)簽署一份給各項計畫負責人的文件,指示各負責人要由其計畫案中抽調人力、經費來從事研究開放性結構的任務。


雷吉歐強調:我們還需要一些助力來推動開放性結構。雖然有些計畫案在這方面有很大的進展,但也有一些計畫案的負責人不願投入太多人力從事這方面的研究。雷吉歐反問道:既然如此,那何不由一個專責的單位來做呢?他自問自答:最近幾年來關於開放性結構,我們學聰明了許多。早在1990年代我們自以為瞭解開放性系統,其實不然。電腦科技像火車一般快速前進,要讓開放性結構能成功有效,我們必須提前規劃未來的十年。 要求美國空軍走向開放性結構是一回事,但要實現這個理想,則必須做詳細規劃。 首席航電工程師阿迪斯告訴本雜誌:各機種計畫辦公室都必須提出在2001年中期達到開放性結構的明確計畫,我們將這些次計畫再整合成一個主計畫。在考慮航空電子對空軍的重要性前提下,對未來爭取預算,這將是一項重要的考慮因素。

逐步實現理想 雷吉歐表示:雖然我們強制要求空軍未來增編開放性結構的預算,但還不能保證可以一次完全解決航空電子的所有問題。我們只是要各機種逐步漸進,直到所有軍機達到隨時可以更換零件、提昇性能等目標。這需要一步一步慢慢達成;比方說:先改善雷達系統、或檢測系統等等。 阿迪斯指出:F-15戰機正準備更新雷達系統,我們無法立刻要求廠商達到所有理想,但我們現在將這些考量列入,將來可以減少維修上令人頭痛的問題,也可以減少開支,將來省下的維修費用又可以用在其他性能提昇項目。雷吉歐補充說明:這個雷達系統採用開放性結構,裝設在F-15戰機上,形成整體開放性結構的次系統。像這樣一個個次系統陸續換裝,整架F-15戰機就可以一步步達成完全開放性結構的目標。 阿迪斯接著指出:即使只是飛機的一小部分,卻也具備無窮潛力。如果我們優先替換那些目前花費最高的項目,很快就能省下大筆經費。 雷吉歐也指出:C-17空運機就是所謂「包裹軟體」這種過渡時期的受益機種;像這種單獨發展的航電系統,用在一些機種上,可使這些機種具有部分開放性結構的功能。空軍正在研發這一類可以替代的系統,目的就是要早日達成開放性結構全面化。

實現開放性結構不但可降低維修花費,更可快速提昇飛機性能。如果美國空軍能持續努力跟上新科技,各機種要提昇性能就比現在更輕易達成。 雷吉歐接著表示:嶄新的開放性結構可以讓需要最新科技的機種(如戰鬥機、轟炸機)每二年在航電系統上做更新。雷氏把現行美國空軍將最新威脅、戰力、武器及改進方式等資料,加入作戰電腦系統中,可以輕鬆更換不同磁片的作法,和開放性結構作比較。未來希望在飛機硬體上的更新,能如同換磁片一樣輕鬆容易。 他同時指出:在我們開始從事更新武器系統研究後,在不同時期陸續產生各種要求更現代化的需求。這些需求有大有小,而且不定期發生;面對這些需求,只要我們做得到就照單全收。 這些性能提昇案可以是針對新的威脅作改進,也可能是為了逐漸改良成花費較少,維修較容易的系統而研發。

全面更新系統勢在必行 以現行預算編列方式,只有在預算額度許可時,才同意規劃性能提昇。但阿迪斯表示,如果現行提供零組件的廠商停產,而我們又找不到替代廠商;或是飛機妥善率低到無法忍受,戰鬥部隊就會提出性能提昇的需求。由於無法預知這些狀況何時會發生,美國空軍為讓這些飛機早日恢復戰力,只好匆忙設法改善問題,而無法兼顧經費支出、效率提昇等方面的考量。 雷吉歐也表示:我認為空軍必須提出如何分階段、逐步提昇武器系統航電設備的時間表。其中每一部份的提昇,都必須包含軟、硬體的考量。我們唯有重視這些問題,並且事先做好規劃,才能在每次性能提昇案中,順利解決零件找不到廠商承製的窘境。也唯有如此,美國空軍才能跟上競爭激烈的電子時代,並保持領先優勢。

雷吉歐瞭解,要達成這個目標並不容易,需要很大的魄力,而且會佔用很多美國空軍用於改善航空電子設備的預算。 雷吉歐表示:空軍總司令及作戰司令、運輸司令必須在各項優先預算中做好取捨。雖然任何被延後的性能提昇案,都可以優先排入下年度預算;但我們必須瞭解,延後任何性能提昇案都必須付出代價,因為如此一來,這些裝備因更顯老舊,很容易面臨零組件短缺的危機。 美國空軍正委託波音(Boeing)及洛克希德馬丁公司(Lockheed Martin)進行研究,評估加快航電系統開放性結構的可行性。波音公司的研究稱為「航電系統開放性結構整合計畫」,是針對它們的飛機,如:B-1、B-52、C-17、F-15及與諾斯洛普公司(Northrop Grumman)合作的B-2飛機等,進行研究。雷吉歐表示:雖然研究結果尚未出爐,但我們已經瞭解,哪一種飛機的航電設備愈普遍化,問題就愈容易解決。 洛克希德公司的研究叫做「航空電子系統結構、科技改造與技術獲得計畫」,

是檢討F-16及F-22改良航電系統為開放性結構的可行性。雷吉歐透露:這個研究目前已完成三分之二,但洛克希德公司樂觀表示,一旦研究完成,造福的不僅限於這二型戰機,其他機種也可以適用。 美國空軍簽署的「作戰需求要則」(the Operational Requirements Document)就是要落實零組件全面改良的計畫,逐步漸進達成整體開放性結構的目標。 雷吉歐強調:空軍必須確遵「作戰需求要則」,〝逐步〞達成改良計畫。因為對於未來新的科技需求,我們無法一次完全訴諸文字詳述。由於科技不斷創新,我們目前一些計畫案,往往還來不及完成,就已經跟不上時代。所以要推動的改良計畫,將會使航電系統陸續成為許多新科技的混合體,不斷跟隨新科技成長、進步。其目的就是為了避免一開始就將規格寫死,造成爾後電子系統因科技進步,而無法順利運作。

雷吉歐解釋:如果「作戰需求要則」規定:「必須一次列出所有規格」,那未來測試驗收時,以後為因應需求而增加的零組件必定不同於原訂規格,而遭受無法通過測試的命運。 他接著表示:F-22戰機早期並沒有考慮要逐步改進的規格,但新的聯合攻擊戰機(Joint Strike Fighter)則朝這方面來計畫。大家可以發現,我們在這方面慢慢有了共識,而這不過是認知的改變罷了。一開始原型聯擊戰機(JSF)可能還無法達到我們的理想,但到了第三型,聯擊戰機應該可以達到我們的要求。這就是我們不再一開始就將所有規格固定的案例。 不需承受戰備存量的壓力 電子業界同意美國航空系統中心不需承受戰備存量的壓力的說法,所有廠商都同意,開放性電子結構符合大家的需求:可以使飛機跟得上科技潮流,承包廠商也不會礙於特定合約而失去其他商機。各廠商預期到未來性能提昇的潛力,可以更合理的投標,合約的內容也會更理想。 雷吉歐指出:廠商投資開放性電子結構,可以確定公司獲利。因為系統性能容易提昇,空軍才會樂意投資。只要我們持需提昇飛機性能,合作的廠商就能持續獲利。 後續零組件可否輕易獲得,在開放性結構中扮演重要角色。

雷吉歐表示:目前C-130機大規模更新航電系統案,在最後關頭被退回,因為該案無法達到開放性結構的要求,必須退回按這個標準重新研議。他接著說:退回C-130機案是我們跨出的一小步,而我們要追求的,則是將來所有系統都能達到全面開放性結構的目標。 阿迪斯與薛羅上校合作的研究室,就是要為空軍未來的性能提昇案研究出一套典範。雷吉歐解釋:未來招商的內容必須要說明正確,而且還要確認各廠商真的瞭解我們的需求。 雷吉歐接著說:要解決這些航電的問題,須要制訂準則,並詳述細節。聯合攻擊戰機是全新的系統,正好可以當作開放性電子結構的起步,將其未來性能提昇的計畫,從一開始就好好律定。反觀那些較老舊的機種,要規劃這些內容,就必須花費很長的時間。 阿迪斯也表示:像B-52轟炸機擁有數千項指定規格的零件,要完全規劃所有項目,就得花上很長的時間,並且投入許多精力。 雷吉歐表示:萊恩將軍和彼得斯所簽署的這份要則,就是要讓全空軍動起來。如此一來,各計畫案辦公室與各司令部都必須開始規劃未來的性能提昇案,且編列預算執行。

如何調整預算可能需要深思熟慮一番,併入平時採購零組件的計畫中,同步進行。 這份要則將強制所有性能提昇案,不能只考慮解決眼前作戰需求,而是要考量整體系統需求,將未來可能的性能提昇一併考量規劃。 雷吉歐強調:我們要求在所有計畫案會議中,將開放性結構列入討論。而且還建議萊恩將軍及彼得斯先生於每季會報中,提出討論。 他接著強調:我們以往推動開放性結構的方式,現在已經不管用。由於科技進步一日千里,我們的時間一再被壓縮。以前在F-4幽靈式戰機的時代,一旦出現新的航電科技,我們只需針對F-4戰機做性能提昇。那時我們會想說:這樣就不錯了!因為只要夠F-4戰機使用就可以了。以後再有新的科技出現,自然會研發新式戰機來取代F-4戰機。但現在不同了,我們不會一直研發新的戰機,而且新的科技比以往發展更迅速。 雷吉歐最後強調:我們別無選擇,只有站出來,面對這些電子設備老舊過時的問題。


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譯者簡介:
柴昌勝少校,空軍通校74年班,現任職空軍航技學校英訓小組教官。

資料來源:空軍學術月刊第530期
http://air.mnd.gov.tw/Publish.aspx?cnid=1726&p=51875&Level=3

abc003 wrote:
1.~2你在看看原來...(恕刪)


不要只會轉貼 要懂計算 懂理論 活學活用

你知道雷達公式是什麼媽?




其中

P_T =由雷達發射功率(瓦)
G_T= 雷達發射天線增益(存量);
Ř =從雷達到目標的距離(米)
\西格瑪 =目標的雷達截面積(米的平方....也就是所謂的RCS雷達反射截面積
A_ {} EFF =雷達接收天線的有效面積(米的平方)
P_R =接收來自目標的雷達功率(瓦)

由以上公式推導可以知道 在雷達接受到同樣的功率對探測距離的關係如下

雷達探測距離和RCS的四次方根成正比 RCS越小探測距離越短

雷達探測距離^4=(RCS*雷達功率*天線接受面積*天線增益)/(8*圓周率^2)

或者是 雷達探測距離=[(Rcs*雷達功率*天線面積*天線增益/(8*圓周率^2)]^(1/4)

為什麼RCS和探測距離的關係會開4次方根呢?

原因在於雷達是以發射到目標的電磁波打到目標表面在反射回來

而根據基本的物理學公式電磁波的功率密度和距離平方式成反比的

而雷達波反射回來和發射過去來回兩趟就變成和距離的4次方成反比

就以你文章的內容的推論來說他說F-22 RCS=0.06平方米

而一般三代機四代機RCS=1~10平方米 到後期的四代半很都戰機都已經做了部份的隱身處理

假設同一部雷達對F16CD雷達探測距離是100公里

例如F-16CD大約是RCS=5平方米 跟F-22的0.06比起來縮小了83倍 而開4次方根以後

大約只使雷達探測距離縮小了3.021倍 也就是從100公里縮短到33公里

而T-50 或F-35 J-20等戰機 RCS約是0.3~0.5平方米 雖然不如F-22的0.06 但RCS只相差5倍

4次方根以後跟F-22探測距離縮小到只剩33%

也就是看F-16C/D等四代機探測距離有100公里的雷達

看F-22距離只剩下33公里

而看T-50 F-35 J-20這類隱身能力次一等的五代機探測距離為50公里

多出16公里的距離在雙方開啟後燃器以音速2+2馬嚇相對速度達4馬嚇相互接近的情況下相對速度達1.36公里/秒

只不過提早了12.5秒的先敵探測時間

12秒過後雙方還是會進入近距離交戰的狀態

F-22目前的確是空戰性能最高的戰機沒錯 但是他的性能差距和性價比並不是很明顯

至於低一檔次的F-35國外之前有做過空戰模擬測試F-35交換比輸給SU-35 對上PAK FA(T-50)等五代機會更慘

F-35不能超音速巡航 F-35沒有失量推力 F-35是單引擎推重比低於其他五代機 F-35氣動佈局輸給T-50

F-35隱身能力不是特別優秀跟F-22差一檔次

abc003 wrote:
依造你的論點 20年前的電腦能跟現在比?(恕刪)


1.不然呢?
YF-16 能跟F-16 BLOCK 50/52 PLUS版比嗎?
YF-22 能跟F-22A比嗎?
依F-16/18/15改良慣例來論,世上鮮少有一個國家戰機能在改良週期、程度及
配套模式能美國相比的。

2.無論機掃或電掃,電能轉換成輻射電波的放射功率,雖然說是越大越好
但是射出效率卻是另一回事,回收分析效率卻也是一回事,T/R雖然射收一體,但
是絕對不代表能造出大功率,就能造出絕佳的接受分析,台灣要花大錢製造T/單元並不
難,但是射出效率及接受分析效率要追上美日又是另一回事,我相信中國肯定會利用大
功率射出來彌平上述的不足,但是加大功率也會增加雷達不可逆的缺點出現,更尤其
加大功率而其射收彼此的轉換效能無法相對提昇的話!

3.如果你用貼文來回覆我的論點
那我是不是可以貼出近十年來飆風、颱風、F-18、MIG-29、F-16VSF-22各項演習評價,
及飛彈在實戰依各種不同機型可能出現的射程來洗這個板。

BUT重點是.....F-22有機會與各國頂尖好手過招,除了證明其戰場上高交換比的價值外,
就是把各項數據又回饋給F-22母廠再修改其不足之處,這也是中國無法去追求的一點!
............討論又輪迴到第一點...今日或明日F-22當然不是當初J-20所想像的F-22。

4.>>>"所以每當美國空軍完成新的航空電子系統,實際已落後民間電腦界的軟、硬體二個版本了"

這句話有問題,在工業上其規格設計與一般的商規考量極為不同!
現行能製造出高度精密及複雜切面的CNC加工的電腦模組以32位元為主甚至有一部份還是16位元。
但是這全套CPU運算器卻比64位元所謂民間商規更昂貴數十倍,如果這要這樣子論,工業(含軍工業
)都是笨蛋了!..豈不是去光華商場隨便買一顆CPU都比高階CNC或是F-22上頭航電的運算器都好上N倍!
無論軍規還是工業規格,都不能光以運算速度、批量多寡來論的。
如果中國戰機能搞到商規與軍規混然天成,在下也樂見其行,但是妥善、壽命等不可逆情況必然成災情!


5.我絕對相信數學對軍事極為重要,電波輻射弄個高等微積分及工程數學順便來個比雷達模式更高階
的混合截面積的震盪原理更令人發暈!...數學不但能活用,而且能像嗑藥般更人著迷呢!

oeda6565 wrote:
1.不然呢?YF-1...(恕刪)

好像有人不認為F-22戰機不會改良航電設備似的

oeda6565 wrote:
1.不然呢?YF-1...(恕刪)

戰機所用的軍規CPU必須要能長期承受巨烈的溫度.氣壓與應力變化

但是軍 艦的電腦則較無需如此嚴苛的要求

所以許多軍艦上的電腦都已經改採商規架構了
oeda6565 wrote:
1.不然呢?YF-1...(恕刪1.不然呢?
YF-16 能跟F-16 BLOCK 50/52 PLUS版比嗎?
YF-22 能跟F-22A比嗎?
依F-16/18/15改良慣例來論,世上鮮少有一個國家戰機能在改良週期、程度及
配套模式能美國相比的。
2.無論機掃或電掃,電能轉換成輻射電波的放射功率,雖然說是越大越好
但是射出效率卻是另一回事,回收分析效率卻也是一回事,T/R雖然射收一體,但
是絕對不代表能造出大功率,就能造出絕佳的接受分析,台灣要花大錢製造T/單元並不
難,但是射出效率及接受分析效率要追上美日又是另一回事,我相信中國肯定會利用大
功率射出來彌平上述的不足,但是加大功率也會增加雷達不可逆的缺點出現,更尤其
加大功率而其射收彼此的轉換效能無法相對提昇的話!
3.如果你用貼文來回覆我的論點
那我是不是可以貼出近十年來飆風、颱風、F-18、MIG-29、F-16VSF-22各項演習評價,
及飛彈在實戰依各種不同機型可能出現的射程來洗這個板。
BUT重點是.....F-22有機會與各國頂尖好手過招,除了證明其戰場上高交換比的價值外,
就是把各項數據又回饋給F-22母廠再修改其不足之處,這也是中國無法去追求的一點!
............討論又輪迴到第一點...今日或明日F-22當然不是當初J-20所想像的F-22。
4.>>>"所以每當美國空軍完成新的航空電子系統,實際已落後民間電腦界的軟、硬體二個版本了"
這句話有問題,在工業上其規格設計與一般的商規考量極為不同!
現行能製造出高度精密及複雜切面的CNC加工的電腦模組以32位元為主甚至有一部份還是16位元。
但是這全套CPU運算器卻比64位元所謂民間商規更昂貴數十倍,如果這要這樣子論,工業(含軍工業
)都是笨蛋了!..豈不是去光華商場隨便買一顆CPU都比高階CNC或是F-22上頭航電的運算器都好上N倍!
無論軍規還是工業規格,都不能光以運算速度、批量多寡來論的。
如果中國能搞到商規與軍規混然天成,在下也樂見其行,但是妥善、壽命等不可逆情況必然成災情!
5.我絕對相信數學對軍事極為重要,電波輻射弄個高等微積分及工程數學順便來個比雷達模式更高階
的混合截面積的震盪原理更令人發暈!...數學不但能活用,而且能像嗑藥般更人著迷呢!)


1.F-22的航電雖然也會隨時間汰換 但是他當初的航電水準和設計理念是20年前看來很不可思議的事情

但是現在至少有10個國家製造的出APG-77性能相近的雷達 這10個國家都是半導體產業發達的國家

2.雷達功率的確是不能無限放大因為機載的電源功率和重量是有限的

而天線接收尺寸同樣受限於機頭雷達罩大小機體大小

能夠提升雷達性能的唯一辨法就是提升天線增益dbm 和提升靈敏度 要而一個好的天線設計和增加訊號分析

所謂天線設計在同一個時代的不同國家 最多也就相差10db(分貝)

最極端狀況下 只要有健的全國防工業體系 和軍用電子 即便對手國家能力在弱也不可能會差到15dbm

假設對手雷達設計和航電在如何濫好了 頂多天線增益和靈敏度+10db

10db是多少呢 功率密度增加3.162倍 根據雷達公式在開4次方 雷達性能只能升33%而以

4.訊耗過濾靈敏度以及雜訊處理方面主要是看電子原件的半導體製程

現在已經不可能有前蘇聯米格-31那種狀況 用真空管在做雷達瘋狂放大雷達功率的國家了

在摩爾定律18個月換一代的情況下 各國的半導體製程相差不會超過3~5年

也就是大家其實都差不多 你有的對手5年後一定也會追上來


你可以參考這裡
http://www2.cna.edu.tw/961213/month/cnadata/mm/22-4/22-4-7.htm

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前 言

隨著科技發展的日新月異,雷達技術及其應用也不斷地推陳出新。例如從早期最基本的「脈波測距雷達(Pulse-echo Radar)」與僅能偵測活動目標卻無法偵測距離的「連續波雷達(Continuous-wave Radar)」,發展到後來能同時偵測目標距離與活動目標的「頻率調變連續波雷達(Frequency-modulated CW Radar)」、「脈波都卜勒雷達(Pulse-Doppler Radar)」與「活動目標顯示雷達(MTI Radar)」,再到最近利用雷射光束具有高精確度且不受電磁波干擾等優點的「激光雷達(Laser Radar)」。然而,不論是最早期的或是最先進的雷達系統,其基本原理卻是共通的。因此,唯有清楚認識雷達的基本原理及影響雷達效能的因素,才能進一步地學習與運用各種最先進的雷達系統。

影響雷達效能的因素

一般而言,影響雷達效能的因素很多,但主要的因素有:
(1)發射與接收信號的強度;
(2)雷達接收機的靈敏度;
(3)雷達接收機的頻寬;
(4)信號與雜訊比;
(5)脈波的寬度;
(6)脈波的形狀;
(7)發射功率與平均功率;
(8)掃瞄率與雷達波束寬度;
(9)脈波來復率;
(10)載波頻率;
(11)天線增益;
(12)天線孔徑;
(13)目標雷達截面積等,
茲分述如后:

一、 發射與接收信號的強度

空間中的能量有各種不同的形式,例如聲音、光線與電磁波。然而,無論能量的面貌為何,它們有一個共同的特色-能量愈強,傳播的距離就愈遠。為了能偵測遠距離的目標,搜索雷達發射機的功率範圍一般為十萬至百萬瓦(如表一),但其中大部分的能量會在傳播的過程中損失,而僅剩一小部分的能量觸及目標並反射回來。這一小部分反射回來的能量在回到雷達接收天線前,會再經歷一次傳播的損失,而當抵達雷達接收機時,其強度經常只有10-12瓦(Pico Watts)。
電磁波在傳播過程中的損失大致可分為兩種:擴散(Spreading)與吸收(Absorption)。擴散,係與傳播的距離有關,因為電磁波能量與其傳播距離的平方成反比。傳播的距離愈遠,電磁波能量因擴散所造成的損失就愈嚴重;至於吸收,則與自然環境因素有關,如降雨、空氣中的氧氣與水蒸氣【1】。尤其是降雨,通常雨下的愈大,就愈會吸收電磁波的能量。電磁波能量因空氣中的氧氣與水蒸氣所造成的損失可由「圖一」來觀察。其中,X軸的單位為頻率,Y軸的單位為單向的電磁波衰減量(以dB表示),而「0 Km」為海平面高度。從「圖一」中我們可以清楚地發現,當頻率愈高時,電磁波能量的衰減就愈嚴重;另外,空氣中的水蒸氣(H2O)對22 GHz附近頻段的衰減最強;而空氣中的氧氣則分別對60及120 GHz頻段電磁波能量的衰減最為嚴重(海平面至4000公尺高度範圍內的電磁波大約衰減了100 dB)。
由於經過兩次傳播的損失,所以由目標反射回來的電磁波能量非常微弱,但只要其強度仍高於背景雜訊的強度,或經由適當地設定雷達接收機的靈敏度,雷達接收機還是能夠接收到微弱的反射信號,並能將其放大為適當的強度,然後再經信號處理成「視頻(Video)」而顯示在雷達幕上。所謂「接收機靈敏度」,係雷達接收機在背景雜訊下仍可接收到最小的反射信號強度,通常以「分貝(dB)」表示;換句話說,雷達接收機能處理愈微弱的信號,雷達的偵測能力就愈佳。

表一、美軍現役搜索雷達的發射功率

二、 雷達接收機的靈敏度

如前所述,在環境背景雜訊下,雷達接收機仍可接收到最小的反射信號強度(Smallest Discernible Signal; Smin),即為接收機的「靈敏度」。習慣上,最小反射信號強度所使用的單位為mW(10-3 Watts),而雷達接收機的靈敏度則以dBm表示。雷達接收機的靈敏度與可接收到的最小反射信號強度(Smin)之間的關係,可用下列公式表示【2】:



圖一、頻率與大氣的衰減

例如,若已知某雷達接收機的靈敏度為!87dBm。利用上述公式,我們可以解算出該接收機能偵測到的最小信號強度(Smin)為




也就是說,假如自目標反射回來的信號低於此信號強度,雷達接收機就無法察覺而失去偵獲目標的機會。一般而言,雷達接收機愈靈敏,目標偵獲率就愈高。然而,如果接收機的設定過於靈敏,雷達的偽警率(false alarm)就會增加。

三、 雷達接收機的頻寬

由於應用的不同,各型雷達各有特定的發射頻率;但在接收的部分卻有一個共同的特點,那就是接收機的頻寬必須涵蓋整個系統所可能使用到的頻帶。在決定接收機頻寬的大小時,通常須考量兩個因素:首先,頻寬必須涵蓋整個系統所可能使用到的頻帶;其次,必須考量因都卜勒效應所造成的頻率偏移(Frequency Shift)。
都卜勒頻率的偏移量大小,是由發射源與目標間相對運動的速度決定。當發射源與目標相對地接近時,都卜勒頻率偏移量會隨著發射源與目標間相對運動速度的增加而增加;反之,當發射源與目標相對地遠離時,都卜勒頻率偏移量會隨著發射源與目標間相對運動速度的減少而降低。都卜勒頻率偏移量(fd)的計算公式為【3】:




其中,v為發射源與目標間相對運動的速度, 單位為公尺每秒(m/s);8為雷達射頻的波長,單位為公尺(m)。
一般而言,雷達接收機的頻寬範圍約在1至10MHz間(如表二),而頻寬的大小也各有其優缺點。例如,當雷達接收機的頻寬較小時,接收機的靈敏度與信號的增益就會增加,而系統的雜訊也會減少,但缺點為脈波形狀較容易失真(Distortion),進而降低雷達的距離解析度(見後續「脈波形狀」之說明);當接收機的頻寬較大時,不僅能維持脈波原有的形狀,更能增加雷達的距離解析度。但是,如果頻寬過大,就會產生過多的雜訊,因為雜訊的多寡是與頻寬的大小成正比。


表二、美軍現役搜索雷達的接收機頻寬

四、 信號與雜訊比(Signal-to-Noise Ratio; SNR)

「雜訊」給人的一般的認知是不重要的,但事實上並非如此。簡單地說,雜訊就是「不想要的信號」。然而,對任何通訊或雷達等電子系統言,雜訊是永遠存在且揮之不去。基本上,雜訊的種類及來源可分成「自然」及「人為」兩部分。其中,自然的雜訊又可分為「系統內部雜訊」與「系統外部雜訊」兩種;而人為的雜訊最主要的來源是敵方的干擾。由於,敵方干擾(hostile jamming)非本文討論之範圍。因此,以下僅就兩種「自然雜訊」詳加說明:
1. 系統內部雜訊:主要為「熱雜訊(thermal noise)」,係因系統內部線路中電子的流動,使得系統溫度上昇而產生的雜訊。由於熱雜訊的Power Spectral Density(PSD)是均勻分佈於100至1012的頻段(類似光譜中「白光」的頻段),因此又稱為「白雜訊(white noise)」。在隨機過程(Random Process)中,白雜訊可被視為一個「平均值為零的高斯隨機過程(Zero-mean Gaussian Random Process)」,以n(t)表示,而其「機率密度函數(Probability density function;pdf)」為【4】:


其中, 2為白雜訊的變差(Variance),而 為標準偏差(Standard Deviation)。當 =1時,平均值為零的「高斯機率密度函數」又稱做「標準化的機率密度函數」(如圖二)。另外,Nyquist(1928)在其熱雜訊實體模型中發現最大的熱雜訊功率(N)為【5】



圖二、標準化機率密度函數

其中,

為「波士曼(Botlzmann's)」常數;Ts為絕對溫度(單位為Kalvin);而Bn為雷達接收機的頻寬(單位為Hz)。由上述的公式,我們可以發現:熱雜訊的大小與雷達接收機的頻寬成正比。所以,當雷達接收機的頻寬愈大,熱雜訊的功率就愈強。

2. 系統外部雜訊:主要來自於大氣、太陽,或其他星體。先前我們曾談到,大氣中分子的「吸收」會造成電磁波能量在傳播過程中的損失。此外,這些分子在吸收後也會釋放出相當的能量而產生雜訊。同樣地,太陽與其他的星體也會釋放出相當的雜訊能量,而降低系統的「信號與雜訊比」。
對雜訊有了正確的認識後,接下來討論「信號與雜訊比(SNR)」。簡單地說,SNR係自目標反射回來的微弱信號與系統雜訊在功率上的比值。SNR的比值愈高,即代表信號強度遠大於系統雜訊的強度,所以SNR是愈高愈好。由於比值的關係,SNR是沒有單位的,但經常用「分貝(dB)」表示,即 。 例 如 ,
,即表示信號的強度為雜訊強度的10倍;而 ,即表示信號的強度為雜訊強度的100倍(因為

雜訊對雷達系統效能的影響,不容小覷。我們先前曾經談到,自目標反射回來的信號經常是非常的微弱,如果此一微弱的信號強度小於系統雜訊的強度,雷達接收機即無法偵測到目標;換句話說,系統雜訊的強度宛如雷達接收機靈敏度的最下限,當目標信號低於此門檻,雷達即無法偵獲目標。由於系統雜訊不可能消失,而自目標反射回來的信號又經常是非常微弱,在此情形下,維持雷達系統效能的最佳方法,即為降低系統雜訊的強度。
降低雜訊強度的技術很多,例如在雷達接收機前端使用「低雜訊放大器(Low Noise Amplifier)」,便能使目標信號被適當的放大,而非系統雜訊。除此,另一個有效而廉價的技術,係於雷達接收機輸入端設定一個「門檻(Threshold)」,凡低於此門檻的訊號均會被認定為雜訊。「圖三」說明了此門檻的作用方式【6】。


圖三、雜訊與門檻設定

其中,兩個黑色的突起為目標信號,兩個白色的突起為假目標(訊號較強的雜訊),其餘為白雜訊。當門檻設定在 號位置時,由於門檻太低,偽警率會大幅增加;當門檻設定在 號位置時,偽警率下降至僅剩下兩個假目標;而當門檻設定在 號位置時,雖然偽警率為零,但雷達系統也失去了偵測目標的能力。因此,門檻位置的設定,應參考現場的戰術環境而慎重處理。在上述的例子中,門檻設定在 號位置較為理想。

五、 脈波寬度(Pulse Width;PW)

一個典型的脈波雷達,其脈波來復時間(Pulse Repetition Time;PRT)、靜止時間(Resting Time;Trest),與脈波寬度之間的關係,可用「圖四」來說明。

圖四、PRT與PW


如圖所示,PRT係自雷達發射脈波開始至發射下一個脈波間的時間間隔,其長度等於脈波寬度加上靜止時間,即。其中,靜止時間( )

為雷達發射機停止發射的時間,同時也是接收機作業的時間。由於雷達的偵測距離為
[7],所以當t=PRT時,我們可以算出雷達的最遠偵測距離為 。其中,c為電磁波在空間中的傳播速度,由於接近光速而以
表示;當PRT的時間愈長,雷達的偵測距離就愈遠。至於脈波寬度(PW),則為一個脈波前後緣的間隔,單位為秒。由PW,我們可以算出雷達最小的偵測距離,因為
,單位為公尺。另外,由脈波寬度,我們還可以算出雷達的「距離解析度」(Range Resolution; )。所謂「距離解析度」,係指雷達在某特定距離能夠分辨出目標數量的能力,其計算公式為 【8】,單位為公尺。例如,當AN/SPS-55導航雷達選擇「長脈波」(脈波寬度為1 sec)發射模式時,其距離解析度為



此時,若遠方有兩個目標相鄰145公尺,AN/SPS-55導航雷達卻只會認定為一個目標,而非兩個目標。增加雷達距離解析度的方法非常簡單,那就是縮小雷達的脈波寬度。以上例言,若將AN/SPS-55導航雷達的發射模式選擇為「短脈波」(脈波寬度為0.12 sec),其距離解析度即變成


如此,AN/SPS-55導航雷達便能正確的偵測並顯示出兩個目標。幾種搜索雷達的脈波寬度如「表三」所示。

表三、美軍現役搜索雷達的脈波寬度

運用上述的公式,我們可以算出雷達最小的偵測距離與距離解析度。值得注意的是,雷達的最小偵測距離(Rmin)與距離解析度( )的計算公式相同,即,單位為公尺。

六、 脈波形狀(Pulse Shape)

對任何脈波雷達言,脈波的形狀決定了雷達偵測距離的精確度、最小偵測距離,以及距離解析度。一個理想的脈波形狀為矩形(如圖五),也就是說,脈波的前後緣為垂直,如此,脈波的寬度才能清楚地界定,進而精確地計算出雷達偵測距離、最小偵測距離(Rmin),以及距離解析度( )。

圖五、理想的脈波形狀

 

然而,矩形的脈波在現實生活中是不可能獲得的,因為由「傅力葉轉換(Fourier Transformation)」我們知道,在「時域(Time Domain)」中的矩形波會佔據整個「頻域(Frequency Domain)」的頻寬(如圖六所示),但在現實的雷達系統中是不可能有「無限的頻寬」可以盡情運用。現實生活中,較常見的雷達脈波形狀如「圖七」所示【9】。其中,在脈波前緣的「上升時間(Rise Time)」,其一般長度為0.05毫秒( sec)。同時,脈波前緣的陡峭程度決定了雷達偵測距離的精確度,而脈波後緣的斜率,則影響脈波的寬度,並進而影響雷達的最小偵測距離(Rmin)及距離解析度( )。另外,「圖七」中虛線的部份,代表「雜訊」附加於「理想信號」後的脈波形狀。由此可見,「雜訊」會影響「理想信號」的脈波寬度,進而影響雷達的最小偵測距離(Rmin)及距離解析度( )。

圖六、理想脈波之頻寬

圖七、實際的脈波形狀



七、 發射功率與平均功率

之前我們談過,脈波雷達的脈波來復時間(PRT)等於脈波寬度加上靜止時間
。其中,PW為雷達發射機工作的時間,而 為雷達發射機休息的時間,同時也是接收機工作的時間;也就是說,脈波雷達係間歇性地發射脈波。當脈波寬度內所含的電磁波能量愈強,雷達偵測的距離也就愈遠,而發射脈波寬度內所含的能量,即為所謂的「峰值功率(Peak Power;)」。另外,經常與「峰值功率」相提並論的是「平均功率(Average Power;
)」,係脈波來復時間內的電磁波平均能量。對脈波雷達系統言,其「峰值功率」經常遠大於「平均功率」(如圖八)

圖八、峰質功率/平均功率

;而「峰值功率」與「平均功率」,以及「脈波寬度」(PW)與「脈波來復時間」(PRT)之間的關係,經常用「工作週期」(Duty Cycle)來表示【10】,即



例如某脈波雷達,其脈波寬度為(PW)為2 sec、脈波來復率(PRF)為5,000Hz。則其Duty Cycle=0.01,因為PRT=1/PRF=1/5000=200 sec
,所以



若已知此雷達之發射平均功率為20 Kilowatts,其「峰值功率」即為




上述例子的峰值功率、平均功率、脈波寬度、脈波來復時間,以及工作週期間的關係如「圖九」

圖九、雷達工作週期

所示。基本上,峰值功率是愈高愈好,因為發射脈波的信號愈強,雷達的偵測距離就愈遠;至於平均功率,則是愈低愈好,因為較低的平均功率代表雷達系統的操作功率需求較小,且雷達的體積也可以更小巧。因此,工作週期(Duty Cycle)是愈小愈好。另外,當PRT維持不變時,Duty Cycle值愈小,PW值就相對的愈小,則雷達的最小偵測距離(Rmin)及距離解析度( )就能相對的改善;而當PW維持不變時,Duty Cycle值愈小,PRT值就相對的愈大,則雷達的最大偵測距離就愈遠。

八、 掃瞄率(Scan Rate; )與雷達波束寬度(Beam Width; )

掃描率,係雷達天線旋轉的角運動率,單位為degrees/sec。對脈波雷達言,為了有效偵獲目標,雷達在掃描的瞬間必須收到至少10個以上由目標反射回來的脈波,因此掃描率不宜太快。若掃描率太快,雷達接收不到10個反射回來的脈波,則偵測機率下降。另外,雷達的波束寬度也會影響目標的偵測。一個波束較窄的雷達必須發射更多的脈波,才能與波束較寬的雷達有相同的偵測機率。當雷達天線旋轉掃瞄時,可接收到自目標反射回來的脈波數量,可由以下公式算出【11】


其中, 為雷達波束寬度,PRF為脈波來復率,而 為天線掃瞄率。例如,某雷達的波束寬度為3.4度,脈波來復率為280 Hz,天線掃瞄率為6 RPM。當雷達旋轉掃瞄時,每秒鐘可接收到自目標反射回來的脈波數量為






九、 脈波來復率

先前我們曾談過,由脈波來復時間(PRT),我們可以計算出雷達最遠的偵測距離,因為 。 PRT的倒數為「脈波來復率(Pulse Repetition Frequency;PRF)」,即,單位為赫茲(Hz)或每秒多少個脈波(pulses per second;pps)。也就是說,當PRT愈長時,PRF就愈低,而雷達偵測距離就愈遠,但偵獲目標的機率會隨著脈波數量的減少而降低。除此,PRF愈低(即PRT愈長)的另一個好處是,可以避免偵獲距離上的混淆(range ambiguity)。因為,當PRT較短時,自遠距離目標反射回來的脈波,由於行進的距離較遠,所以在回到雷達時已經過了接收機作業的時間,並進入下一個脈波週期的發射機作業時間;此時,若雷達又發射了另一個脈波,而這個脈波又恰巧從另一個較近距離的目標反射回來時,即會造成雷達接收機的混淆,無法正確地判斷收到的脈波是來自遠距離或近距離的目標。PRF與Range
un-ambiguity之間的關係可由下列公式來表示【12】:


其中,c為光速, ;為不會產生偵測混淆的距離,也就是說,當目標在此距離內,雷達接收機就不會「搞不清楚狀況」,而能正確無誤地分辨偵獲的目標。由於光速的值是固定的,所以由上述的公式我們可以發現,只要知道PRF或 ,我們即可算出另一項參數。例如,某雷達的PRF若為800 Hz,其即為187.5公里,也就是說此雷達在187.5公里的範圍內作業時,不會產生偵測上的混淆。幾種美軍現役搜索雷達的PRF及其可能產生混淆的距離如「表四」所示。

表四、美軍現役搜索雷達的脈波來複率

(摘自http://www.fas.org)



十、 載波頻率

由雷達基本原理中,我們知道雷達載波頻率( f )與波長( 8 )之間的關係為 ,其中c為光速, 。也就是說,雷達載波頻率與波長成反比,即頻率愈高,波長愈短。例如,某雷達的載波頻率為1010Hz,其相對的波長即為0.03公尺;若載波頻率為107Hz,其相對的波長即為30公尺。載波頻率的高低,對雷達的效能影響甚鉅。例如,高載波頻率的雷達具有波長短、天線體積小,及目標解析度佳等優點外,也具有雷達波束窄(掃描時,反射的脈波數量因而減少)、偵測距離短(由於更多的大氣衰減)、多盲速,以及多雜跡等缺點。另外,低載波頻率的雷達則具有寬波束(掃描時,反射的脈波數量較多)、長距離(大氣衰減小)、少盲速,少雜跡等優點,以及天線體積大,旁波大,以及目標解析度較差等缺點。一般言,常用的雷達載波頻率介於100至20,000之間,而較先進的雷達還具有ECCM的「頻率跳變(Frequency Agility)」的功能。幾種美軍現役搜索雷達的載波頻率如「表五」所示。

表五、美軍現役搜索雷達的載波頻率
(摘自http://www.fas.org)

十一、 天線增益(Antenna Gain)

雷達天線將電磁波能量集中在一個特定方向的能力,我們稱之為「天線增益」。如果進一步細分的話,天線增益包括「指向性增益(Directivity)」及「功率增益(Gain)」兩種。其中,「指向性增益」係用來描述雷達波的輻射場型;而「功率增益」則用來表示雷達天線的效率。當沒有任何的天線損失時(天線效率為100%),「功率增益」等於「指向性增益」。然而,天線損失總是存在。因此,「功率增益」永遠小於「指向性增益」。接下來,讓我們對此兩種增益詳加介紹:
1. 「指向性增益(GD)」:為指向性天線電磁波強度 與全向性天線電磁波強度 的比值【13】,亦即



其中,R為雷達的輻射距離; 為方位部份的半功率雷達波束寬度,而 為俯仰部份的半功率雷達波束寬度,兩者的單位均以弧度(radians)表示(如圖十)。

圖十、方向性雷達波束

運用上述的公式,我們可以計算出雷達天線的指向性增益。例如,某雷達的 與
若均為 ,則此雷達的指向性增益為

注意,一弧度大約等於57.3度。現在,如果我們將雷達的雷達的 與 均增為 ,此雷達的指向性增益則會降低為



因為波束愈寬,即表示雷達天線將電磁波能量集中的能力愈差。換句話說,雷達的指向性增益愈高,雷達波束就愈集中,而雷達的偵測就愈精確。
2. 「功率增益(G)」:前面曾提到,當沒有任何的天線損失時,「功率增益」等於「指向性增益」,即G=GD。所以,當我們將天線損失納入考量時,「功率增益」可以由「指向性增益」來推導。由於,方位及俯仰部份的半功率雷達波束寬度可以分別以

表示【14】,將它們帶入方向性增益的公式,我們就會得到「功率增益(G)」的計算公式如下:




其中,8為雷達電磁波的波長;L與W為雷達天線孔徑的長度與寬度,所以, 為雷達天線的孔徑面積。

十二、 天線孔徑(Antenna Aperture)

對大多數的人而言,「天線孔徑」是一個蠻陌生的名詞。其實說穿了,「天線孔徑」就像是照相機的光圈,只不過是光圈是用來處理光線,而「天線孔徑」是用來處理電磁波。一般而言,照相機的光圈是愈大愈好。因為光圈愈大,瞬間的進光量就愈充足,照相的效果就愈好;同樣地,雷達天線的孔徑愈大,瞬間接收到的電磁波信號就愈強,偵獲目標的機率就愈高。所以,除了電磁波(或反射波)本身的強度外,雷達接收機所接獲的電磁波強度是與天線孔徑的大小息息相關。
天線孔徑的大小,通常又稱為「天線有效面積(Antenna effective area; )」。這裡要注意的是,天線有效面積( )並非是天線的實際面積,而是與雷達的載波頻率、天線的結構,及天線的實際面積有關。天線有效面積( )與實際面積(A)間的誤差,我們稱為天線效率(Antenna efficiency; ),即
。因此,當有效面積等於實際面積時, =100%;通常,天線效率的範圍是介於65%至85%之間。
現在如果將 帶入「功率增益(G)」的公式,我們可以得到另一個「功率增益(G)」的公式,即


運用這個公式,我們可以解算雷達天線的「功率增益(G)」。例如,若已知某雷達的操作頻率為9.8 GHz,天線寬度為1.07公尺,天線高度為0.61公尺,以及天線效率為77%。此雷達的功率增益可由下列步驟獲得:首先,由雷達的操作頻率我們可以算出電磁波的波長,即


接著將天線的實際面積(寬度乘上高度)及天線效率,連同電磁波的波長代入上述公式,即可求出雷達天線的「功率增益(G)」如





十三、 目標雷達截面積(RCS of Targets)

到目前為止,我們討論過的每一項影響雷達效能的因素,都與雷達系統本身的性能有關。接下來,我們要討論一項與雷達本身性能無關、但卻能嚴重影響雷達效能的「目標雷達截面積」。一般而言,目標雷達截面積的大小沒有簡單的公式可以解算,但與下列五項因素有關:
1. 目標大小。通常目標的體積愈大,其RCS也就愈大。
2. 目標外形。為了降低RCS,現代的船艦和戰機幾乎都是採用隱形結構的設計。以船艦而言,隱形結構設計的特點為:(1)改變主甲板以上的艦形,以曲面板代替平板,避免鏡面的反射;(2)將主甲板以上的垂直面改為傾斜面,使敵方的雷達波不會循原方向反射回去;(3)減少外漏的武器裝備或天線。
3. 雷達吸波塗料。吸波塗料能有效地吸收雷達波,使得返回雷達的信號變得非常微弱而使接收機無法偵獲目標。一艘典型的驅逐艦,其RCS約20,000至25,000平方公尺【15】,若在水線以上部位塗上一層低性能吸波塗料,即可使RCS降低50%;若使用高性能吸波塗料再加上隱形結構的設計,可將RCS降低為600平方公尺。
4. 目標的位向。在雷達偵搜期間,由於目標本身不斷地運動(正對雷達波的位向不斷地改變),使得目標的雷達截面積也不斷地改變。例如一架大型飛機,其RCS變化的差異可以達到33 dB(如圖十一);換句話說,因RCS的變化,雷達反射信號的最大強度與最小強度之間的差異可以達到2,000倍(因為 )。

圖十一、RCS


5. 雷達的載波頻率。通常,RCS與雷達的載波頻率之間的關係,容易給人有「頻率愈高,雷達截面積值愈大」的聯想。其實,「雷達截面積值隨頻率的升高而增大」的法則,只有在雷達波相對於目標之入射角度為鏡射方向的條件下才成立【16】。對於複雜外型物體之雷達截面積,並沒有隨頻率的增加而增加,而是隨頻率的變化呈現快速的震盪起伏。在不同的雷達載波頻率下,雷達截面積值的差異可能達20 dB以上。

結 語

在這篇文章中,我們討論了許多影響雷達效能的主要因素。其中,除了「目標的雷達截面積」外,大部份的因素均與雷達本身的性能或操作設定有關。限於篇幅的關係,我們雖然沒有介紹任何先進的雷達系統,如相位陣列雷達或激光雷達。但是,不論是最早或最先進的雷達系統,其基本原理都是共通的。
雷達為艦隊的耳目。瞭解雷達,不只是雷達專業人員的職責,更是身為現代化海軍軍官必備的本質學能。雖然在現代戰爭中,雷達的優劣往往為戰爭成敗的重要因素。然而,愈是先進的雷達,其性能就愈趨精密複雜。如果我們不能在平時就徹底了解雷達的基本原理及影響雷達效能的因素,戰時我們就無法充分發揮雷達的功能,進而喪失制敵機先、立於不敗的良機。

參考文獻

1.Sklar, B., Digital Communications: Fundamental and Applications, 2nd ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2001, pp. 249.
2.David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp. 61.
3. Guy Morris, Linda Harkness, Airborne Pulsed Doppler Radar, 2nd ed. Artech House, MA, 1996, pp. 6.
4.Sklar, B., Digital Communications: Fundamental and Applications, 2nd ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 2001, pp. 30-31.
5. Fred E. Nathanson, J. Patrick Reilly, Marvin N. Cohen, Radar Design Principles, 2nd ed. McGraw-Hill, Inc., 1990, pp. 54-55.
6.David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp. 60.
7.David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp. 30.
8.Bassem R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB, Chapman & Hall/CRC, FL, 2000, pp. 9.
9. David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp. 62.
10.David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp. 29.
11.David R. Frieden, Principles of Naval Weapons Systems, United States Naval Institute Annapolis, Maryland, 1985, pp.65.
12.Bassem R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB, Chapman & Hall/CRC, FL, 2000, pp. 7.
13. 方士庭,「藍牙天線技術分析與應用介紹」,[On Line] available from http://www.2cm.com.tw/docs/serial/9/c00923.htm
14. Antenna Introduction / Basics, [On Line] available from http://www.tscm.com/ antennas.pdf
15. 新華網,「談隱形技術在軍艦上的應用」,[On Line]
Available from http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news.xinhuanet.com/mil/2003-02/25/Content_743539 .htm
16. 陳信宏,「頻率對飛機雷達截面積影響之研究」,[On Line] available from

作者

海軍中校 高其瀚
海軍官校正期七十八年班
美海軍研究所電信工程碩士
現服務於海軍官校戰術組


abc003 wrote:
1.~2你在看看原來...(恕刪)

hn1271n wrote:
比航程有什麼用解放軍...(恕刪)



航程長首先滯空時間就長,這點你不會不知道吧。


況且,J20隱匿能力雖然比不上F22,但是相對於F-35A,T-50來講那都是優勝,J20是F22之外唯一一個無框風擋的戰機,都已經細緻到這個地步,完全可以想象到隱匿能力之高。


不過你關注這些沒有意義,因為台灣不可能拿得到F-35A。
oyhwcaak wrote:
還是很多人搞不清楚空...(恕刪)


問題是妳買什麼型號人家也不賣你。



對岸新機種服役台灣肯定對抗不了,只有被虐殺的結果。你要是開著F-104能和對岸的J-10有效對抗,你想想是什麼結果。況且對岸是有完整戰爭體系的國家,台灣不是,這樣差距就更大。
不用買了啦,把經濟搞好點,就直接送給對岸好了
現在的政府 跟屁一樣,好像對岸還比較利害咧
lab2010 wrote:
問題是妳買什麼型號人家也不賣你。

對岸新機種服役台灣肯定對抗不了,只有被虐殺的結果。你要是開著F-104能和對岸的J-10有效對抗,你想想是什麼結果。況且對岸是有完整戰爭體系的國家,台灣不是,這樣差距就更大。


開F-104對J-10?中國的J-10服役時台灣的F-104已退役了!雙方見不到面所以不會有結果

對岸有完整戰爭體系而台灣不是?可否請教何為完整的戰爭體系?

用武器先進與否就可以推論台海作戰勝負?
如果有那麼簡單及容易,台灣早就是中國的、美國就可以打贏越南、蘇聯打下阿富汗,請問沒打贏是因為美國及蘇聯體系不完整嗎?

要捧中國也要看是否真的了解再捧,不是有了先進武器裝備就表示完整或可以完勝
越是自卑就越戰狼,越是戰狼就更顯得自卑!
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