夏肇毅觀點:國機國造─延續數十年持續努力的成果

2017-02-16 06:50

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2中科院自研AESA主動陣列雷達。(蘇仲泓攝)

2中科院自研AESA主動陣列雷達。(蘇仲泓攝)

中科院日前首度展示自行研發的空用主動電子掃描陣列雷達,AESA(Active Electronically Scanned Array),未來將應用在國機國造新一代戰機中。雷達是二次大戰前發明的古老科技,電影中常見一個圓形螢幕中,有一條線在那裡轉呀轉的。然後一些亮點突然出現,之後警報大作,就知道敵機來襲。雷達運用發出無線電脈波,然後靠偵測反射回波的時間,來判斷是否有東西在前方多遠的距離。再加上持續旋轉的機構,讓銀幕與天線同步旋轉,就可以做360度的掃描。之後再運用都卜勒效應原理,可由反射波的頻率改變,得知目標的速度。70多年後,同樣原理依然運行,只是系統變得更小更進步。

後來科學家慢慢發現,將數個天線裝在特定位置,再改變各天線電波的相位,因相互干涉的關係,使得天線的效益會向某一方向集中,讓偵測角度變小,方位解析度因而增加。如果再用電子信號來控制各個天線信號的相位,那麼就可以隨意快速地改變天線發收方向,這就是電子掃描陣列雷達ESA(Electronically Scanned Array)。相位陣列天線的技術原來是天文學家所開發,利用大量天線來增強增益,後來也為電子掃描陣列雷達所用。到現在的常見的神盾級戰艦,最明顯的特徵就是使用平面式的3D相位陣列雷達。

相位陣列天線。(圖片來源: wiki-Phased array)
相位陣列天線。(圖片來源: wiki-Phased array)

中科院設計與製造雷達系統已有超過50年的經歷史,從傳統的旋轉式平面搜索雷達到固定式全相列雷達都有。在2015年巴黎航空展中,中科院也展出過旋轉式三維相列雷達系統、主動相列雷達收發模組、可擴充式數位波束合成器等各種相列雷達系統與模組。隨著科技日新月異,微波不再是軍用的專利,從日常用品微波爐、手機、WiFi到處都是。電腦越來越快,信號處理也走向數位化,各種商用品也都能高速執行數位信號處理DSP(Digital Signal Processing)運算,甚至是用FPGA來自行設計IC來用。因為這個趨勢,中科院在產品簡介中揭示民國95年起也開始研發數位波束合成器,採用Xilinx FPGA晶片,並於民國100年裝配於相關雷達上。

雷達是軍事系統中不可或缺的元件,所以也隨著自各式製飛彈系統的投資,雷達系統也一併持續發展。這個今年最新展示的AESA空用主動電子掃描陣列雷達成果,未來將裝在國造的新一代戰機中。

早期軍方設有「航空工業發展中心」,民國72年,空軍航空工業發展中心改隸國防部中山科學研究院,更名為「中山科學研究院航空工業發展中心」,航空研究院改組為第五研究所。民國85年,航空工業發展中心轉型為「漢翔航空工業股份有限公司」。

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