国外毫米波雷达制导技术的发展状况

虽 然 ＰＡＣ－ ３ 毫 米 波 导 引 头 不提供目标的图像， 但是提供 目标的仿形波形数据。仿形波 形数据由判别目标头部、尾部 和雷达质心的信息构成， 能使 制导处理器决定要击中目标的 位置 （ 导弹的弹头段） 。制导处 理器处理这些数据， 并向姿控 发动机提供指令， 引导拦截弹 飞向目标。
俄罗斯成功研制了一种毫米 波主动雷达试验导引头。导引头 重 ８ｋｇ， 工 作 频 率 ９４ＧＨｚ， 天 线 直 径 １２ｃｍ， 对 火 箭 发 射 架 、 履 带车等不同目标的探测距离在 ０．５～２．８ｋｍ范 围 内 。 该 导 引 头 已 进行了地面和飞行试验验证。试 验结果表明， 它能搜索、探测陆
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收机、常平架及附加电子设备、 中频处理器、数字处理器、行 波 管 放 大 器／调 节 器／功 率 电 源 、 主频发生器等组成， 其长度为 １．０４ｍ， 质量为２７．３ｋｇ。
该雷达导引头的技术特点 有：
（ １） 设 计 针 对 两 种 目 标 状 态： 高速、雷达反射截面小的战 术弹道导弹和低速、雷达反射截 面大的吸气式目标；
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四、毫米波雷达制导技术
毫米波自身的特点和技术优势， 各国都竞相发展使用毫米波导
!!!!!!!!自寻的导弹。如长弓海 尔法空地导弹、硫磺石反坦克
目前， 毫米波雷达制导技术 已大量应用于各类导弹以及末制
导弹等。 美国著名的阿帕奇武装直
毫米波制导技术的发展趋势 之一是发展毫米波成像制导技 术， 由非相参发展到了一维高 分辨成像， 目前正向宽带二维 乃至三维成像方向发展。另一 个 趋 势 是 向 毫 米 波／红 外 、 毫 米 波 主／被 动 复 合 制 导 等 多 模 复 合 制导发展。此外， 毫米波与光 学技术相结合是值得注意的发 展动向。
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三、典型的毫米波导引头
美国陆军用于反导的爱国者 ＰＡＣ－ ３ 导 弹 ， 采 用 了 毫 米 波 导 引头。针对弹道导弹和巡航导 弹 拦 截 任 务 ， ＰＡＣ－ ３ 主 承 包 商 洛马公司决定采用波音制导导 航 与 导 引 头 公 司 从 １９８４ 年 开 始 历 经１４年 研 制 成 功 的８ｍｍ雷 达 ， 改装成配备新型相控阵的毫米 波 导 引 头 ， 装 入 ＰＡＣ－ ３ 弹 头 。 爱 国 者 ＰＡＣ－ ３ 拦 截 弹 导 引 头 是 一个距离跟踪、角度跟踪的主 动 式 Ｋａ 波 段 多 普 勒 脉 冲 雷 达 ， 由天线罩及其可展开的盖和释 放装置、天线、三通道微波接
发 射／接 收 技 术 是 毫 米 波 雷 达的另一项关键技术。毫米波发 射系统的射频源大致可分为三 类： 第一类是电真空器件构成的 源； 第二类是固态器件构成的 源； 第三类是其他方式产生的 源， 例如光导毫米波源等。在电 真空器件中， 已得到成熟发展的 是回旋管。目前回旋管毫米波源 的效 率 可 达４０％， ６０ＧＨｚ频 率 上 源 的 连 续 功 率 达 ２００ｋＷ。 俄 罗 斯 和美国已经采用回旋管器件装备 雷达和制导系统。在目前研制出 来的各类固态器件中， 雪崩二极 管 （ ＩＭＰＡＴＴ） 和 耿 氏 二 极 管 （ Ｇｕｎｎ） 是最适合做毫米波射频 源的。准光学功率合成是美国提 出的一种具有很好的应用前景的 功率合成技术， 利用它能制造出 更为紧凑的毫米波导引头。准光
导引头头罩与天线合二为一， 充 分利用了导弹的有效空间， 使复 合探测更容易实现， 是非常理想 的弹载天线系统， 正得到世界 各国的高度重视。光控毫米波 转向天线技术， 利用了基于毫 米波与光学方法形成的电子－ 空 穴等离子体栅的相互作用， 从 而可以得到灵活而廉价的相控 阵天线。目前， 在毫米波导引 头天线罩上应用较多的是氮化 硅等陶瓷材料。
２地空导弹。 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 出 现 了 多 种
机载导弹的雷达导引头。由于
力， 可使载机发射导弹后立即隐 蔽， 最大限度地减少向敌火力暴 露的时间， 提高了直升机的生存
能力。它利用机械扫描天线进行 快速扫描， 锁定目标后进行圆锥 测角， 并对目标进行跟踪。导弹 弹径１７８ｍｍ， 射程０．５～１０ｋｍ， 于 １９９８年７月 装 备 部 队 ， 是 美 国 陆 军的重要武器装备之一， 代表了 未来直升机载武器系统的发展方 向。
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二、毫米波雷达制导 技术的发展现状
近几年， 随着计算机技术、 毫米波固态技术、信号处理技 术、光电子技术以及材料、器 件、结构、工艺的发展， 固体共 形相控阵天线和毫米波集成电路 技术等相关技术的成功应用为毫 米波导引头性能的提高打下了良 好的基础。
毫米波导引头的关键技术之 一是天线技术。常用的毫米波雷 达天线有以下几种： 反射面天 线、透镜天线、喇叭天线、介质 天线、漏波天线、微带天线、相 控阵列天线等。固态共形相控阵 天线由于采用固态器件， 能实现
Ｊａｎ． ２００７ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｉｎａ
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接收器
控制接口单元
战斗部
火简发动机
天线
ＩＭＵ ＧＲＳ
信号处理器
电源
图１ 长弓海尔法空地导弹结构图
基军事目标， 从地形背景中提取 目标特征， 然后自动跟踪， 并引 导导弹击毁目标。
这类导引头要求尺寸小， 而对 其作用距离的要求不是很远， 因而常选用毫米波频段。由于
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一、毫米波雷达制导技术 的发展历程
国外毫米波雷达制导技术研 究始于２０世纪７０年代， ８０年代初 研制成工程化导引头， 并进行了 挂飞试验。但由于采用分立器 件， 工艺复杂， 价格昂贵， 妨碍 了部署使用。从１９８６年开始， 美 国国防部为了解决毫米波分立元 器件离散以及价格昂贵的问题， 由国防高级研究项目局 （ ＤＡＲＰＡ） 发起并主持了一项历 时 近 ８ 年 （ １９８６ ～１９９４ 年 ） 的 微 波／毫 米 波 单 片 集 成 电 路 计 划 （ ＭＩＭＩＣ） 。 该 计 划 旨 在 开 发 １ ～
（ ２） 连续跟踪的双轴单脉冲 天线支撑在常平架上， 可最大限 度地隔离弹体运动对稳定天线的 影响， 使导引头具有在拦截弹助 推段高加速环境和交战中高机动 环境下作战的能力；
（ ３） 基于不同的多普勒频 移， 可全自动识别和确定目 标；
（ ４） 信号接收机提供多级变 换， 最后以中频数字脉冲放大器 输出， 至少可达到５０ｋＨｚ的 总 信 号处理带宽。
导炮弹、末制导迫击炮弹和末敏 升机上装备的长弓海尔法空地导
子母弹等武器系统上。
弹是海尔法系列导弹中的一种。
毫米波应用于导弹制导方面 它采用毫米波主动寻的制导方
的最早报道见于２０世 纪７０年 代 。 １９７８年， 英 国 部 署 了 采 用８毫 米 波段毫米波雷达指令制导的长剑
式， 可以在发射前或发射后锁定 目标， 具有“发射后不管”的能 力和在全天候条件下作战的能
集、动目标显示 （ ＭＴＩ） 、扩频、 频率捷变、极化捷变和合成孔径 以 及 线 性 预 测 法 、 Ｃａｐｏｎ 型 法 、 信号子空间法、参量目标模型滤 波法等这些超分辨技术都已经在 毫米波雷达中得到应用。随着计 算机技术、光学技术以及毫米波 技术的不断发展， 采用光学互连 的极高速信号处理器正受到技术 先进国家的重视。美国国防高级 研究项目局于２００２年启动了一项 模拟光学信号处理技术研究计 划， 旨在研究工作频段在 ２０ＭＨｚ～１００ＧＨｚ频 段 范 围 内 的 光 学信号处理技术。
毫米波导引头将被用在先进 反 辐 射 导 弹 （ ＡＡＲＧＭ） 上 。
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图２ 硫磺石导弹毫米波导引头及导弹系统
中国航天 ２００７ 年第 １期
２００６年４月 美 国 海 军 和ＡＴＫ公 司 成功完成了先进反辐射导弹的 关键设计评审。现役的高速反 辐射导弹 （ ＨＡＲＭ） 是美国压制 防 空 （ ＳＥＡＤ） 系 统 的 主 要 武 器 。 ＨＡＲＭ采用被动雷达制导， 依靠 敌方雷达信号实现自动寻的。 若 敌 方 雷 达 “关 机 ”， ＨＡＲＭ就 成 为 无 的 之 矢 。 为 了 将 ＨＡＲＭ升 级 为 ＡＡＲＧＭ， 将 在 ＨＡＲＭ上 加 装 工 作 频 率 为 ９４ＧＨｚ的 主 动 毫 米 波制导雷达， 变成被主动双模 复合制导。当导弹接近目标时， 若 目 标 雷 达 已 关 机 ， 则ＡＡＲＧＭ
信号处理器是导引头的核 心部件。它要完成许多重要的 工作， 例如控制发射机的工作射 频和脉冲重复频率， 多普勒频率 跟踪， 目标识别和抗干扰， 末制 导指令计算， 导弹自检和导引头 工作逻辑控制等。厘米波雷达中 已广泛采用的信号处理技术， 诸 如脉冲压缩、视频积累、极化分
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国外毫米波雷达制导技术的
□祝 彬
发展状况
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通 常 毫 米 波 是 指 ３０￣３００ＧＨｚ 频 域 （ 波 长 为１～１０ｍｍ） 的 电 磁 波。毫米波的波长介于厘米波 和光波之间， 因此毫米波雷达 制导兼有微波制导和光电制导 的优点。同厘米波导引头相比， 毫米波导引头具有体积小、质 量轻和空间分辨率高的特点。 与红外、激光、电视等光学导 引头相比， 毫米波导引头穿透 雾、烟、灰尘的能力强， 具有 全天候 （ 大雨天除外） 全天时 的特点。另外， 毫米波导引头 的抗干扰、反隐身能力也优于 其他微波导引头。
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１００ＧＨｚ频 率 范 围 内 的 各 种 单 片 集成电路， 并要求成本低、性能 好、体积小、可靠性高和具有批 量生产能力。该计划的顺利实施 并完成， 直接推动了毫米波制导 技术的飞跃发展。
２０ 世 纪 ９０ 年 代 以 来 ， 随 着 军事斗争对毫米波制导需求的 增长， 以及在研制毫米波发射 机、接收机、天线和无源器件 等各个方面的重大突破， 毫米 波制导技术的发展进入了一个 新的阶段。
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中国航天 ２００７ 年第 １期
学合成利用天线和透镜在空间将 微波及毫米波固态器件的功率组 合在一起来实现。将光学导电效 应用来控制毫米波固态器件时， 其宽带宽、损耗低、在控制和被 控制元件之间几乎完全隔离、抗 电磁干扰性好、质量小、紧凑、 响应迅速且可单片集成。近年 来， 毫米波接收机技术已取得 相当的进展， 非冷却式毫米波 外差接收机的性能水平已达到 可与微波频段的水平相比较的 程度。实践证明， 在这些接收 机中采用梁式引线的砷化镓半 导 体 器 件 ， 对 于 频 率 在 ３０ ～ １００ＧＨｚ范 围 内 的 接 收 机 设 计 也 是很合适的。随着毫米波集成 电路技术的发展， 通常把振 荡、放大、混频和其他控制器 件集成为一个子系统， 这样接 收机／发射机集成在一起， 能大 幅度降低尺寸和质量， 同时也 降低了成本。目前， 频率高达 ９４ＧＨｚ的 集 成 振 荡 器 、 放 大 器 、 混频器、衰减器和相移器已批 量生产。特别是在利用光学外 差作用产生精确的毫米波信 号， 准光学极化处理、滤波、 功率合成、收发双工、控制放 大器增益， 毫米波检波和下变 频， 光电转换等方面具有独特 的优点， 可以大大提高毫米波 导引头的性能。
硫 磺 石 导 弹 是 英 国 ＭＢＤＡ公 司研发的一种先进的毫米波雷 达主动寻的制导反坦克导弹。 该导弹在波音公司海尔法导弹 基 础 上 发 展 而 成 ， 采 用 ３ｍｍ毫 米 波 导 引 头 ， 信 号 形 式 为 ＦＭ－ ＣＷ， 发射机功率０．３Ｗ， 单 向 圆 极化发射， 双向圆极化接收， 采用卡塞格伦天线。导引头可 以提供高分辨率的目标雷达回 波图像， 利用弹上算法进行实 时目标识别和分类。一旦识别 出目标， 导弹即可对目标进行 扫描以选择最佳瞄准和打击部 位， 从而可以最大程度地杀伤 目 标 。 导 弹 弹 长 １．８１ｍ， 弹 径 １７８ｍｍ， 弹 重４８．５ｋｇ， 推 进 部 分 采用浇注双基推进剂固体火箭 发动机， 可采用空基或地基发 射 方 式 。 导 弹 研 制 工 作 于 １９９６ 年 开 始 ， ２００４ 年 底 开 始 批 量 生 产 ， ２００５年３月 开 始 进入英国皇 家空军装备。