平衡木性能有限作用小：中国研发空警3000

预警机是系统战斗力的倍增器

预警机发展至今已约60年，其最初和最基本的研制目的是利用高度和机动性的优势，大幅减小地球曲率对雷达视野的影响，实现对全空域特别是低空目标、部分海面和地面目标的远程大范围搜索警戒，并提供目标信息，协调指挥和引导己方战斗机群、地面作战单位遂行攻防拦截等任务。预警机同时也是通信、指挥控制和情报综合系统（C3I）的空中枢纽，大大提高全系统武器使用的有效性，是名符其实的战斗力倍增器。在预警机领域发展最早并且综合实力最强的是美国，E-3、E-2预警机性能全球领先，在历次战争中发挥了巨大作用。

中国预警机性能已跨入世界先进行列

中国上世纪70年代曾启动“926”工程研制空警一号预警机，但终因技术落后、指控能力差等原因下马。90年代引进以色列Phalcon被美国阻挠，但却使得科研人员学习和掌握了研制现代化预警机、有源相控阵和数字化技术的主要方向和方法，在下定决心走自力更生道路后进步神速，并间接导致了引进俄罗斯A-50计划的中止。事实证明，空警2000在技术体制、数字化水平和探测距离、精度、数据更新率以及指挥控制能力等技战术指标上明显优于A-50，关键性能与E-3RSIP改型相当，同期研制的空警200在滞空时间和指挥控制能力等方面优于瑞典Erieye。出口型ZDK-03型预警机则成为装备Erieye的巴基斯坦空军改善预警空域覆盖和持续指挥控制能力的重要装备，得到巴方高度评价。

平衡木系统主要特点是结构简化

雷达的搜索探测距离主要取决于功率孔径积，在功率有限的情况下要提高探测距离可以采取加大天线口径的方法。Erieye采用迎面风阻较小的侧视阵列布置方式解决小机体承载大天线（8×0.6m）的问题，其PS-890雷达因外形特点被戏称为平衡木。空警200雷达设计与Erieye基本相同。

为降低成本和功耗，PS-890未完全按照有源相控阵结构设计，其每侧阵面约含2000个天线辐射单元，但两侧天线共用一套192个T/R组件，每个T/R组件按无源结构模式控制天线阵面上的一列子阵，俯仰方向不具备电扫能力，因此PS-890实际上属于混合结构相控阵，同一时间整套T/R组件只能向一侧阵列馈电，另一侧阵列空闲。结构上的简化也造成Erieye战术性能缺陷比较突出。

平衡木预警空域覆盖范围很有限

有源相控阵天线发射波束在阵面法线方向夹角最小，功率最集中，偏离法线方向时，由于天线孔径的投影面积减小，波束角增大，单位立体角内功率随之下降，同时阵列单元耦合间距和相位延迟关系也发生变化，天线副瓣升高，主瓣增益下降，造成雷达角分辨率下降、探测距离缩短。通常采取优化措施后，以单位角内功率下降一半为准（探测距离缩短16%），波束最大偏移角不超过±60°，因此Erieye在单侧方向上只能覆盖120°左右的空域范围，前后方各存在60°的扫描盲区。由于两侧阵列共用一套T/R组件，虽然理论上可以采取两个阵列交替循环馈电实现顺序扫描，但为保证信号累积时间和数据更新率，多数任务中Erieye只做单侧120°范围搜索。

扫描空域的局限在实战中容易被对手利用，面对大范围穿插和本机机动时问题可能会放大为决定胜负的致命缺陷。如果采取同时多机组合搜索互补的方式可以在一定程度上减轻这个问题，但又会带来机群数量需求增加、编队路径规划复杂和目标信息难统一等难题。

平衡木采用简化版雷达限制性能

由于俯仰方向上不具备电扫能力，PS-890采用了固定指向的10°宽角波束（水平夹角1°）实现中远距离上垂直空域覆盖。对空中目标的测高只能通过对比目标直接反射信号和地面/海面二次反射信号的时间差这类方式间接计算，精度和可靠性较差，误差最高可达数千米，容易造成目标群混批误判等问题。类似的案例还有E-2系列，其配套的UHF频段雷达也不具备俯仰扫描能力，为确保空域探测范围，俯仰方向上采用了20°宽角波束，同样也只能通过多径比较测高。

虽然侧视布置方式使PS-890具有较大的天线孔径，但T/R组件数量偏少，其S波段T/R组件平均发射功率15W，整体平均功率只有3KW，俯仰方向上10°的宽波束角进一步加剧了功率分散的程度，影响探测距离。事实上如果不过分压低成本，增加T/R数量提高有源结构比例的话，侧视天线布置方式很容易实现大功率孔径积和俯仰方向电扫能力，获取更高性能，例如澳大利亚“楔尾”预警机的MESA侧视雷达。

平衡木指挥控制能力不足限制作战效能

Erieye系统只配备1个显控台和1名雷达操作员，在指挥控制、机群调度能力方面明显偏弱，虽然雷达可同时跟踪300个目标，但单个操作员实际能够及时处理的目标只有1/3~1/2左右，剩余信息需传送回地面指挥控制中心后再分析处理。对比E-2C设置3个显控台3名操作员，雷达可同时跟踪2000个目标，并处理其中300~600个目标，两者在指挥控制能力上存在很大差距。再考虑Erieye载机本身的滞空时间较短，单侧探测等不利因素，其对战场的监视范围不足、持续警戒和控制能力较弱，可能制约整体体系作战效能的发挥。

平衡木适合军费有限的中小国家使用

Erieye的主要优势是低成本，其单系统售价仅1亿多美元，维护使用成本仅为E-2C的1/6~1/5，对比中国出口巴基斯坦的ZDK-03约3亿美元的单价，其综合成本优势比较明显。仅就牺牲作战效能控制成本这点而言，平衡木确实更适合装备军费有限而不是追求军事优势的国家，穷人的预警机这一说法并不过分。

中国是一个地域辽阔的国家，周边存在领土、海权争议或非友好势力的地区无论是东北海、台海、南海还是中印边境等，地理边界都是多国环绕、错综复杂。如果发生局部战争或冲突，作为战术预警机使用的空警200一方面要求有较大范围的机动能力，另一方面因执行任务时不能离战场中心太远，扫描360°空域覆盖上不应存在限制，否则容易被对手利用形成突破。巴基斯坦空军对ZDK-03预警机的迫切需求，以及作为后续机型的空警3000设计上的大相径庭，客观上都说明了平衡木实际作战效能存在较大缺陷，并不符合我国的战术运用需求。

三面共架相控阵目标探测距离远

衡量机载预警系统优劣的首要指标是探测距离和空域覆盖范围，其次是搜索数据率、分辨率、多目标处理能力、抗杂波干扰和电子对抗能力等；载机本身的机动能力，包括巡航高度、速度和续航能力会显著影响任务周期内的总覆盖空域；此外还有可靠性、重量、功耗等基本要素。我们选择几个关键点分析空警3000采用的三面共架相控阵在战术性能上的优势。

在给定条件下检测到目标的最大距离即雷达威力，设计上首先要明确目标特征和探测距离要求，然后确定波长和功率孔径积。理论上雷达搜索距离主要取决于功率孔径积，跟踪距离取决于功率孔径增益积。

预警雷达多以小型战机δ=3m2和准隐身目标/巡航导弹δ=0.1~0.5 m2为标准来设计探测距离指标。由于目标散射面积δ与波长相关，F-117这样的隐身目标在C、X波段δ≈0.02 m2（迎头），L、S波段δ上升到0.1~1 m2，UHF波段则变成5m2左右，因此目标探测距离设计上δλ的设定已包含波长的选择（不同波长大气传播衰减率也需考虑）。雷达威力与波长的关系还体现在功率上，一般低频段微波功率器件输出功率较大、成本较低。但另一方面天线增益取决于孔径与波长平方之比，且相同孔径下波长越大波束越宽，过大的波长不利于提升雷达跟踪性能和精度。不过总体而言，现阶段L、S波段更适合机载预警。

空警2000采用L波段有源相控阵，T/R组件功率较高，每阵列宽度超过9米，最大高度约2米，具有大功率孔径积优势。工作时可以采取3面同时工作各自独立扫描120°空域的方式，也可以采取单面工作集中功率低速扫描提高探测距离的方式，灵活性较高。空警3000延续了空警2000雷达的大功率孔径积特点，每阵列宽度约7米，最大高度约1.5米，波长采用S波段的可能性较大。

三面共架相控阵可实现360°覆盖

空域覆盖是指预警雷达波束扫描的范围，包括水平方位和俯仰观察空域。一般机载预警要求全方位360°覆盖，俯仰方向按照50km外高度全覆盖要求，如载机飞行高度为8000m，波束俯仰角至少要求有±10°，考虑飞机姿态变化最好为±20°。E-2C在俯仰方向波束角为20°（水平线上下各10°），E-3为7°，可电扫扩大俯仰，相对而言俯仰面仅10°角的Erieye对飞行姿态要求会比较苛刻。此外，E-2C为保证360°全方位扫描，把垂尾拆为4段以降低高度，同时垂尾上半部分结构采用透波玻璃纤维材料以减少干扰。E-3和A-50保留了高垂尾，为避免对雷达波束形成强烈干扰，天线在旋转至后方时会切断发射通道，因此A-50在机尾方向存在约22°的扫描盲区，E-3也存在同样问题。

空警2000/3000三面天线共架设计巧妙避开了垂尾遮挡干扰，真正意义上实现了360°空域覆盖，且俯仰面具备电扫能力，在空域覆盖指标上是所有机型中最优的。

空警3000即可单面也可三面扫描

雷达搜索到目标信号后一般要连续确认2~3次才能判断目标类型和是否虚警，6~7次连续点迹才能建立目标跟踪矢量，搜索数据更新的快慢是雷达的关键性能参数。目前机械扫描预警雷达转速一般是6rd/min，即0.1次/s的数据更新率，目标从发现到截获跟踪需要1分钟以上（E-3是7次后建立跟踪矢量）。

如果目标运动速度较高，在一到数个更新周期内就可能脱离原跟踪范围造成目标丢失，需要重新搜索。提高天线转速的话，由于雷达主瓣波束很窄（水平方位1°左右），远距离目标回波时间较迟，到达时可能已在接收波束主瓣之外造成目标丢失。因此机械扫描预警雷达在搜索数据率和目标跟踪能力上不具优势。

相控阵雷达电扫方式下建立跟踪快而灵活，在首次发现目标后下一个脉冲搜索周期就可以向该方位插入确认波束，最快在6个脉冲搜索周期后（不论此时搜索波束偏移到何角度）就可建立目标跟踪矢量。另外也可以根据需要在重点观测区域进行长周期扫描，以低数据更新率换取较远的探测距离。空警3000三面同时扫描时可实现全空域高搜索数据率，三面顺序扫描可保持中等搜索数据率，单面搜索时也可自由设定低扫描周期和数据率，战术选择十分灵活。

现代相控阵采用数字化技术重量降低

早期相控阵雷达体积、重量较大，随着数字化技术的发展，超大规模集成电路技术和数字化组件逐步替换了较为笨重的模拟器件，系统体积和重量大幅减少，波束、波形控制灵活性和响应速度则得到提升（从毫秒量级提升到微秒、纳秒量级），信号带宽得到扩展，雷达性能和功能大幅提高。系统重量的减轻也有利于提高载机的续航能力，这一点对比A-50因设备笨重庞大严重影响了起降载油量就可略见一斑。

中国近十多年来在数字化相控阵技术方面进步很快，数字波束成形（DBF）和直接数字频率综合（DDS）等技术在新型雷达中已陆续应用，使得空警2000和空警200在定型时具备了较高的数字化水平。

空警3000能够在安装三面大型相控阵天线的同时保证足够的飞行稳定性，说明新型雷达的重量能够控制在一个可以接受的水平，其数字化程度有可能在空警2000和空警200基础上更进一步。从天线罩外形来看，与空警2000的钝圆不同，为每侧外罩更平直的近似三角形，表面积更小更紧凑，其原因固然有可能是为获取较好的空气流场改善尾部紊流，但更合理的推测应是减轻天线罩重量降低重心。

空警3000继承了空警2000三面相控阵在战术性能上的优势和灵活性，也保留了空警200载机平台国产化的独立性和增程优势，且数字化程度高，方案上可谓是扬长避短、集国内现有技术之大成。只需增加显控台和操作人员数量，提高系统自动化程度和通信控制能力，综合性能就可大幅超越空警200和ZDK-03，是真正符合解放军战术发展需求、具备国际先进水平的中型预警机，也意味着中国预警机发展又掀开了新的一页。