从AN/APG-66到AN/APG-83，简述F-16机载雷达的过去、现在和未来
机载雷达是现代化战机的重要航电装备 ， 也是影响战机性能的关键因素 。 由于服役时间已久 ， 美军决定为F-16战斗机升级雷达系统 ， 以保证它的先进性 。 2020年2月28日 ， 美国空军授予诺斯罗普·格鲁曼公司（以下简称诺格公司）一份修订合约 ， 将向后者采购15部工程与制造发展型（EMD）和90部生产型雷达 。 在去年12月份 ， 诺格公司已经获得了价值10亿美元的合同 ， 为美国空军372架F-16战斗机升级有源电子扫描阵列雷达（AESA） 。
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F-16已经开始换装AN/APG-83有源相控阵雷达
早期生产的F-16战机搭载的是一部AN/APG-66雷达 ， 美国空军现役F-16战机搭载的是AN/APG-68雷达 ， 已开始换装的新雷达是AN/APG-83有源相控阵雷达 。 据诺格公司介绍 ， AN/APG-83是一种可变敏捷波束雷达（SABR） ， 基于F-22的AN/APG-77雷达和F-35的AN/APG-81雷达进行了改进 ， 具备了五代机AESA雷达的特性 。 另外 ， 诺格公司还为Block60批次的F-16战机研制了AN/APG-80雷达 ， 雷神公司为F-16战机研制了RACR雷达 ， 下面将一一进行介绍 。
一、F-16的首部雷达：AN/APG-66
F-16战斗机的早期型号是F-16A和F-16B ， 分别是单座和双座机型 ， 搭载的是AN/APG-66雷达 。 最开始生产的是F-16Block1和Block5批次 ， 后来它们中的大部分都升级到了Block10配置 。 Block10批次的F-16没有太大变化 ， 共生产了312架 。 之后是F-16Block15批次 ， 拥有更大的水平尾翼（面积增加了约30%） ， 进气口下方增加了两个外挂点 。 以上这些批次包括Block20批次的F-16战斗机 ， 搭载的都是AN/APG-66雷达 。
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早期F-16战斗机安装的是AN/APG-66雷达
AN/APG-66雷达是一种固体中程脉冲多普勒雷达 ， 是西屋公司在WX-160和WX-200雷达基础之上研制的 ， 后来西屋公司的这部分业务被诺斯罗普·格鲁曼公司收购 。 在设计WX系列雷达时 ， 西屋非常看重雷达的寿命周期成本、可靠性等 ， 所以尽可能地减少雷达部件 ， 尽量采用数字技术 ， 努力通过软件实现雷达的各项功能而不是依赖硬件 。 西屋将这些原则同样应用在了AN/APG-66雷达上 ， 在追求先进性、可靠性的同时 ， 还考虑到了成本因素 ， 打破了以往高性能意味着高成本的惯例 。
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AN/APG-66雷达
AN/APG-66雷达主要由平面阵列天线、发射机、低功率无线电射频装置、数字信号处理器、雷达计算机和控制面板等可更换单元组成 。 该雷达在I/J波段有4个工作频率 ， 模块化系统被配置为6个线性可更换单元 ， 每个单元都有独立电源 。 AN/APG-66雷达有11种工作模式 ， 分为空对空、空对地等 。 其中空对空模式涵盖搜索和交战 ， 主要有4种工作形式 ， 包括仰视（在水平面上搜索和跟踪）、俯视（在水平面下搜索和跟踪）、空战（在空战中自动截获目标）、自动（根据雷达获取的杂波存在与否自动选择工作方式） 。 在空对地模式下 ， AN/APG-66雷达有7种工作方式 ， 分别是空地测距、真实波束测绘地图、扩展的真实波束测绘地图、多普勒波束锐化、信标模式、海面搜索、被动工作模式等 。
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AN/APG-66雷达
在搜索模式下 ， AN/APG-66雷达可以进行向上和向下扫描 ， 也就是上面提到的仰视和俯视 ， 或者说是上视和下视 。 仰视模式下使用低脉冲重复频率（PRF）来检测低杂波中的中高海拔目标 ， 俯视模式下能够在强杂波环境中使用中等PRF对目标进行检测 。 AN/APG-66的搜索模式还可以显示搜索高度 ， 以及显示指定目标的相对高度 。 在搜索并确定目标后 ， AN/APG-66雷达会进入交战模式 。 在空战时 ， 可以为“阿姆拉姆”、“响尾蛇”和“麻雀”等导弹提供火控支持 。 其中的连续波照明装置（CWI）可以为“麻雀”导弹的半主动寻的导引头提供制导 ， 也可以兼容其他类似的半主动寻的导弹 。
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AN/APG-66雷达
在跟踪模式下 ， AN/APG-66雷达可以手动也可以自动捕获目标 ， 手动模式下又分为单目标跟踪和态势感知 。 在态势感知模式下执行扫描跟踪任务时 ， 允许飞行员在跟踪特定目标的同时继续观察搜索目标 。 在自动目标追踪模式下 ， AN/APG-66雷达有4种空战机动模式 。 在空对地测距模式下 ， 该雷达可以对指定表面位置的倾斜距离进行测量 ， 还能够和火控系统一起为空对地导弹进行制导 。 多普勒波束锐化模式可以进一步提高真实波束地形图的分辨率 。 在信标模式下 ， 雷达主要执行导航定位 ， 还可以用来定位使用空对空信标的友机 。 海面搜索模式能够对抗海面的高杂波环境 ， 有SEA-1和SEA-2两种子模式 。
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F-16A战斗机的座舱
AN/APG-66雷达的显示和控制系统包括控制面板、HUD、雷达显示器等 ， 关键控制装置集成到了油门手柄和侧杆控制器上 。 由于采用模块化结构 ， 所以该雷达的很多部件可以简单地更换 ， 而且不需要特殊的工具或设备 。 AN/APG-66雷达的平均修复时间只要5分钟 ， 更换天线单元只需要30分钟 ， 平均无故障时间为97小时（后续型号有所增加） 。 部分F-16战斗机升级了AN/APG-66雷达 ， 最大搜索距离可达150公里 。 从Block25批次开始生产的F-16C和F-16D换装了AN/APG-68雷达 。
二、F-16的现役雷达：AN/APG-68
虽然AN/APG-66雷达进行了多次升级 ， 增加了搜索距离 ， 提高了速度和可靠性 ， 但是依然无法满足改进型F-16战斗机的需求 。 因此 ， 从Block25批次开始 ， F-16C/D型战机换装了新型AN/APG-68雷达 。 虽然AN/APG-68也是一种脉冲多普勒雷达 ， 但是进行了大幅升级 ， 性能也有很大提升 ， 不仅增加了作用距离 ， 还拥有更多的工作模式和更高的分辨率 。 AN/APG-68雷达的到来 ， 使原本只能执行日间空对空任务的F-16战机 ， 转变成为一种全天候多用途战斗机 。
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【从AN/APG-66到AN/APG-83，简述F-16机载雷达的过去、现在和未来】F-16C/D开始换装AN/APG-68雷达
AN/APG-68雷达主要由4个模块化单元组成 ， 包括平板阵列天线、模块化低功率射频单元、双模发射机和可编程信号处理器 。 天线主要由合金和复合材料制造 ， 表面涂有一层保护膜 。 低功率射频单元采用了先进的相干频率振荡和微波处理技术 ， 提高了分辨率和高速数据采样 。 双模发射机含有一个双模行波管 ， 相当于两个独立的发射机 ， 在不同拦截模式下具有不同的峰值功率 。 可编程信号处理器集成了数字信号处理功能和单个LRU雷达的作用 ， 具有可编程实时处理能力 ， 更加灵活 ， 提高了可扩展性 。 采用超大规模集成电路后 ， 可靠性提高了4倍 ， 速度提高一倍 ， 功率降低7倍 ， 体积和重量则减少一倍 。
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AN/APG-68雷达
AN/APG-68雷达继承并提高了AN/APG-66雷达的多模式工作能力 ， 主要工作方式和AN/APG-66雷达相似 ， 同时具有7个方面的改进：
1、增加了作用距离 。 AN/APG-68雷达对空中目标的最大搜索距离提高到184英里（约296公里） ， 可以在更大范围内与目标交战 ， 并且比传统雷达更精确 。
2、提高了可靠性 。 AN/APG-68雷达的平均无故障时间超过200小时 ， 降低了周期寿命成本 。
3、兼容LANTIRN先进瞄准吊舱 。 AN/APG-68雷达可以和LANTIRN吊舱共同使用 ， 具有低空导航和红外探测跟踪能力 ， 使F-16战斗机可以在夜间或恶劣天气下进行低空飞行和战斗 。
4、提高了分辨率和目标检测识别能力 。 在俯视或下视模式下 ， AN/APG-68雷达可以进行中等多普勒波形和信号处理 ， 提高了目标检测能力 ， 即使是在重杂波情况下也可以提供较高的分辨率 。
5、增加了工作模式 。 AN/APG-68雷达具有25种工作模式 ， 包括地面测绘、地面移动目标捕捉、海上作业等模式 ， 可以对多达10个目标进行同时跟踪和扫描 ， 还改善了单目标跟踪模式下的性能 。
6、全天候地面测绘能力 。 AN/APG-68雷达具有合成孔径雷达（SAR）能力 ， 可以全天候提供高分辨率的地面测绘服务 ， 地面分辨率可达2英尺（约0.6米） 。
7、改进了火控系统 。 AN/APG-68雷达改进了武器火控系统 ， 可以兼容更多新型空对空和空对地导弹 ， 以及采用GPS辅助定位的精确制导武器等 。
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AN/APG-68雷达显示器
AN/APG-68雷达大量装备在F-16C和F-16D战机上 ， 生产批次从Block25到Block50/52 。 在生产和使用过程中 ， AN/APG-68雷达进行了多次升级 ， 拥有多达9个不同型号 ， 从AN/APG-68（V）1一直发展到AN/APG-68（V）9 ， 后来还推出了AN/APG-68（V）10 ， 但是并没有完工 。 下面着重介绍一下最新也是最先进的AN/APG-68（V）9版本 。
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AN/APG-68（V）9雷达
和之前F-16战机的雷达相比 ， AN/APG-68（V）9雷达能够在更大的距离上对空对空和空对地目标提供更高精度的搜索和跟踪 。 该雷达增加了33%的空对空探测距离 ， 具有合成孔径雷达(SAR)模式 ， 支持全天候的高分辨率地面测绘和24小时的精准攻击 。 在信息模式下 ， AN/APG-68（V）9雷达的处理速度是原雷达系统的5倍 ， 内存是原雷达的10倍 。 该雷达还可以与“狙击手”先进瞄准吊舱相兼容 ， 共享红外探测器、日间电视、激光点跟踪和先进算法 。 先进电子技术的应用 ， 增强了AN/APG-68（V）9在密集电子环境下工作的能力 ， 具有更强的抗干扰能力 。 该雷达还换装了先进的可更换数据部件 ， 提高了可靠性 ， 无故障时间长达390小时 ， 有效降低了成本 。
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AN/APG-68（V）9雷达
由于AN/APG-68雷达不断推陈出新 ， AN/APG-68（V）9直到新世纪之后才完成换装 ， 所以F-16战斗机在过去很长时间里都没有换装全新雷达 。 随着有源相控阵雷达的大规模应用 ， 其优势十分明显 ， F-16战机的AN/APG-68脉冲多普勒雷达显得落后了 。 在这种情况下 ， 美国开始为F-16战机寻找全新的有源相控阵雷达 。 诺格公司为F-16提供了AN/APG-80和SABR雷达 ， 雷神公司推出了RACR雷达 。 这三种雷达均应用在了F-16战斗机上 ， 其中AN/APG-80雷达被阿联酋采购的F-16Block60批次所采用 ， 美军的F-16战机选择了SABR也就是AN/APG-83雷达 ， RACR雷达暂时没有获得任何订单 。
三、美军F-16的新雷达：AN/APG-83
不同于之前F-16搭载的AN/APG-66和AN/APG-68雷达 ， AN/APG-83雷达是一款先进的有源相控阵雷达 ， 具有更好的态势感知、灵活性和更快的全天候目标瞄准能力 。 该雷达为飞行员提供了前所未有的目标区域细节和数字地图 ， 还具有旋转和缩放功能 。 诺格公司声称 ， AN/APG-83雷达利用了与F-22战机搭载的AN/APG-77雷达和F-35的AN/APG-81雷达相同的硬件和软件 ， 为F-16战斗机提供了具有五代机雷达水准的新型雷达 。 而且 ， AN/APG-83雷达在设计时考虑到了目前F-16战机的结构、动力和冷却限制等条件 ， 无需修改机身就能进行换装工作 。
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AN/APG-83是一款有源相控阵雷达
美军之所以为F-16战斗机更换AESA雷达 ， 是因为现在F-16的使用环境已经发生了很大变化 ， 其他国家的先进战机纷纷安装了新型AESA雷达 。 F-16已经服役了几十年 ， 曾经的优势几乎已经丧失殆尽 ， 如果美军打算继续使用F-16战机的话 ， 为其换装有源相控阵雷达是一个必须的选项 。 而且 ， AESA雷达的效果是立竿见影的 ， 即便是旧款战机换装AESA雷达 ， 也能重新焕发出光彩 。 因此 ， 美国空军决定对F-16的雷达进行升级 。
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AN/APG-83可变敏捷波束雷达（SABR）
与AN/APG-66和AN/APG-68雷达相比 ， AN/APG-83雷达具有以下优点：
1、合成孔径（SAR）雷达能够比机械扫描阵列雷达提供更广域的高分辨率地图；
2、自主、全环境远程精确定位；
3、高质量以及协调工作能力；
4、更大的目标搜索和跟踪范围；
5、更高的处理器功率和增加的内存可提供更快的搜索和目标获取速度；
6、增强了小型目标监测能力；
7、可以进行多目标跟踪和分类 ， 能同时跟踪20多个空中目标；
8、强大的电子保护（A/A和A/G） ， 先进的干扰屏蔽单元；
9、增强武器系统和火控性能；
10、可以进行交叉模式操作 ， 提高了态势感知能力；
11、增强了海洋模式；
12、3~5倍的可靠性和可用性 。
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AN/APG-83雷达也称为可变敏捷波束雷达（SABR） ， 它的研制开始于2007年前后 ， 在2008年11月开始首次飞行 ， 进行了一系列的飞行演示验证 ， 成功地检测并显示了多个空中目标 ， 还产生了高分辨合成孔径雷达（SAR）地图 。 2009年6、7月间 ， AN/APG-83雷达成功安装到一架F-16战斗机上 ， 用时还不到5个小时 ， 在保持现有F-16战机机身结构不变的情况下 ， 实现了与发动机、制冷和航电系统的无缝集成 。 2010年初 ， 搭载AN/APG-83雷达的F-16验证机进行了一系列试飞 。 2011年6月底 ， 美国空军发布了一份信息征询书 ， 准备从2017年起对300~600架较新的F-16战斗机进行升级 。
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AN/APG-83雷达安装在F-16战斗机上
2014年12月12日 ， 诺格公司向洛马公司交付了首部工程研制与发展（EMD）型AN/APG-83可变敏捷波束雷达 。 在完成所有的设计评审工作后 ， 诺格公司从2015年开始批量生产AN/APG-83雷达 。 2017年3月 ， 美国空军开始在F-16战斗机上安装AN/APG-83雷达进行进一步的测试 。 2017年5月 ， 美国空军授予诺格公司一份价值2.439亿美元的合同 ， 采购72部AN/APG-83雷达 。 2019年12月19日 ， 美国空军又投入10亿美元 ， 计划为372架F-16战斗机换装AN/APG-83有源相控阵雷达 。
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F/A-18C战斗机搭载的AN/APG-83雷达
有分析认为 ， AN/APG-83雷达具有更大的带宽、速度和灵活性 ， 使F-16能够更快、更远距离地探测、跟踪和识别更多数量的目标 ， 还可以提高F-16战斗机的空中格斗能力、空对地跟踪能力、武器投放和抗电子干扰能力等 。 AN/APG-83可变敏捷波束雷达具有很强的兼容性 ， 除了F-16战斗机外 ， 还可以安装在美国海军陆战队的F/A-18战斗机以及美国空军的B-52H、B-1B轰炸机上 。 除了对已有的F-16C/D战斗机进行升级外 ， 新生产的Block70/72批次的F-16也将搭载AN/APG-83有源相控阵雷达 ， 按F-16V标准配置的战斗机也将换装AN/APG-83雷达 。
四、F-16的其他选择：AN/APG-80和RACR
前面已经提到 ， 除了AN/APG-83雷达外 ， F-16战机还可以选择其他型号的有源相控阵雷达 ， 主要包括诺格公司的AN/APG-80雷达和雷神公司的RACR雷达 。
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AN/APG-80雷达
1998年5月 ， 阿联酋决定购买F-16Block60战斗机 。 2000年3月 ， 阿联酋与洛克希德·马丁公司签订了购买80架F-16Block60批次战斗机的协议 。 2005年5月 ， 首批F-16Block60战机交付 。 和之前批次的F-16相比 ， F-16Block60型战斗机进行了一系列现代化升级 ， 包括保形油箱、新的驾驶舱三色液晶显示器、一个内部传感器套件、一个改进型任务计算机 ， 还有新的空气数据系统和扩展的数字飞行控制系统等 。 Block60的最大变化之一还包括一个新的敏捷波束雷达 ， 这就是采用有源电子扫描阵列（AESA）天线的AN/APG-80雷达 。
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阿联酋的F-16战斗机
AN/APG-80雷达是第一个应用诺斯罗普·格鲁曼公司的第四代发射/接收模块技术的雷达系统 ， 性能比之前的AN/APG-68雷达有显著增强 。 AN/APG-80敏捷波束雷达的空对空探测距离几乎是采用机械扫描天线的AN/APG-68雷达的两倍 ， 可靠性也提高了两倍 ， 具有1英尺（约0.3米）或更高的SAR地面成像分辨率 。 该雷达可以连续搜索和跟踪多个目标 ， 飞行员将能够同时进行空对空搜索和跟踪、空对地目标瞄准和地形跟踪等操作 。 AN/APG-80雷达具有新的先进敏捷波束技术 ， 是多模火控雷达的一个巨大飞跃 ， 为飞行员提供了改善的态势感知能力 。 不过 ， AN/APG-80很快被AN/APG-83雷达所取代 。
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雷神公司的RACR雷达
最后介绍一下雷神公司的RACR雷达 。 雷神公司也是美国著名的雷达制造商 ， 所以看到F-16升级雷达的计划后 ， 也研制了一款先进的有源相控阵雷达 ， 这就是RACR雷达 。 RACR雷达同样是一种有源电子扫描阵列雷达 ， 提供了可扩展、适应性强的AESA技术 ， 能够在美国空军和海军使用的现有硬件和软件基础上进行升级 。 RACR雷达的主要优势包括：更高的分辨率和更远的作用距离；能够同时探测、识别和跟踪多个空中和水面目标；作战性能比MSA雷达提高5到10倍；增强了精确打击能力；可以同时进行空对空和空对地操作；先进的电子战、通信和数据共享能力等 。
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RACR雷达也是一款有源相控阵雷达
RACR雷达的技术主要建立在F/A-18所搭载的AN/APG-79雷达 ， 后者也是雷神公司研制的一款有源相控阵雷达 ， 所以RACR雷达虽然是新推出的 ， 但是技术已经很成熟 ， 采用了模块化结构 ， 可以做到“即插即用” ， 换装非常方便 。 RACR雷达接收的数据可以在它的模块中处理 ， 孔径大小可以通过T/R模块的数量和排列来进行改变 ， 因此拥有很高的兼容性 ， 能够最大限度地减少对机身的更改 。 而且 ， RACR雷达还能与雷神公司的电子战系统和机载处理器相结合 ， 形成一个集成传感器套件 ， 进而提高整个航电系统的综合性能 。 但是RACR雷达并没有被美国空军采纳 ， 仅获得一个订单后来也取消了 。
结语
作为全世界生产数量最多的现代化战机之一 ， F-16至今仍很活跃 ， 机群规模十分庞大 。 因此 ， F-16机载雷达系统的升级是一个巨大工程 。 同时 ， 随着机载雷达技术的不断进步 ， 先进的有源相控阵雷达逐渐成为新型战斗机的标配 ， 仍需要继续服役下去的F-16战斗机必须对雷达系统进行更新换代 ， 才不至于沦为一款过时的战机 。 诺斯罗普·格鲁曼公司首先利用五代机雷达的技术优点推出了AN/APG-80雷达 ， 后来又进一步研制了AN/APG-83可变敏捷波束雷达（SABR） ， 成为了F-16升级雷达系统的首选 。 由雷神公司研制的RACR雷达虽然也很先进 ， 也能够匹配F-16战斗机 ， 但发展前景并不明朗 。
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AN/APG-83可变敏捷波束雷达
从过去的脉冲多普勒雷达到现在的有源相控阵雷达 ， 从最早的AN/APG-66雷达到后来的AN/APG-68雷达 ， 再到最新的AN/APG-83雷达 ， F-16的机载雷达一直处于同时期战斗机的先进水平 ， 保持了相当高的性能优势 。 美国拥有全世界最顶级的机载雷达 ， 目前正计划为所有现役战机更换有源相控阵雷达 ， F-16战斗机换装AN/APG-83雷达正是该计划的一部分 。 同时 ， F-16雷达的更新换代也反映出了战斗机机载雷达的发展和演进过程 ， F-16换装有源相控阵雷达代表了现代化战机航电系统的一个发展方向 。
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