AESA與IRST在低可偵測度目標探測追蹤領域的應用——以F-16為例（一）

【摘要】

　　雷達無疑是戰場上最為重要之感測器，可針對飛行器進行早期預警及追蹤。現代戰機配備的主動相位陣列（Active Electronically Scanned Array，AESA）射控雷達能夠在50浬，甚至更遠的距離獲取並追蹤目標。然而，逐漸普及的低可偵測度／匿蹤技術能讓雷達的偵測／追蹤距離大幅減少約三分之一，挑戰了雷達的偵測能力。由於多數匿蹤飛行器著重在射控雷達使用的高頻段雷達波匿蹤能力上進行最佳化，導致戰機雷達面臨更嚴峻的考驗。

　　有鑑於此，其他電磁頻段的探測手段又再次受到重視，其中一個例子就是紅外線（Infrared Radiation，IR）。由於燃料燃燒、氣動摩擦與紅外反射等原因，每一架飛機都是紅外熱源。IR感測器就是透過這種原理在天空的低溫背景下探測到噴射戰機。故此，紅外線搜索暨追蹤（(InfraRed Search&Track，IRST）系統以雷達替代方案之姿重新出現在世人面前。除了具備探測目標（不論匿蹤與否）的能力，IRST也具備被動、抗干擾能力以及測角精度較佳等特點。

　　但另一方面，此類系統也易受天候條件的干擾——尤其是濕氣——也不能和雷達一樣直接進行目標距離量測。本研究探討並比較了AESA與IRST兩者的能力與性能極限，提供關於融合感測器優勢的建議。

【前言】

　　現今的多數噴射戰機大多配備機械掃描天線（Mechanically Scanned Antenna，MSA）雷達，即透過機械性方式來偏轉平面天線、控制雷達波束。縱使此類雷達系統技術成熟且具備不錯之性能，傳統的轉向天線卻也受到慣性限制。有鑑於此，採用大量輻射元件組成的電子掃描陣列（Electronically Scanned Array，ESA），可透過分別控制每個單元改變相位的方式控制波束[1]。能透過電子敏捷的改變波束方向是電子掃描陣列優於機械掃描天線的主要優勢，因其允許靈敏的控制波束以追蹤單個目標或目標機群[2]。

　　這些天線通常被稱作相位陣列，且依據訊號發射源的不同，常被分作兩類，被動（Passive Electronically Scanned Array，PESA）與主動電子掃描陣列：PESA採用傳統的訊號源，通常由一或兩個行波管（Travelling Wave Tubes）提供必要的射頻功率，並在每個輻射單元之前使用以電腦控制之相位變化器；而AESA則是由發射／接收模組（T/R modules ，下稱TRM）組成，這些模組包含獨立控制的訊號源、接收器以及通常藉改變相位進行的波束控制[2][3]。

　　AESA在波束靈敏性、操作運用的多樣性與可靠度上具顯著的優勢。TRM主要基於砷化鎵（GaA）技術。然而，由於GaA較差的導熱性（譯註1），近來出現了如矽鍺（SiGe）與氮化鎵（GaN）等新興技術，尤其後者已被多數的先進AESA開發計畫納入考量。[1][4]

　　而在面對以降低雷達截面積（RadarCross Section，RCS）為目標的低可偵測技術的挑戰時，光電感測器與IRST系統對雷達的優勢最為顯著。然而，這不代表應完全捨棄雷達——為了建立球形狀況意識（Situation Awareness），應該將所有可行的感測器納入考量。因此，需要融合多感測器數據，以便採多源量測進行目標追蹤。每個感測器都有其特定的優勢與限制，將它們聯合運用能夠在作戰上提供助益。

　　在下一章節，本文將討論AESA相關技術，分析自MSA升級至AESA的情形與局限。因此，我們也將探討IRST的潛力，以進行AESA雷達與IRST在抗衡匿蹤飛機能力的比較。最後，將討論融合多感測器的益處。

譯註1：即意味雷達功率容易受限於機體散熱系統，若機體散熱系統較差，雷達功率將無法完全發揮，如本文的主角APG-83即為一例。

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