毫米波雷達制導

國外毫米波雷達制導技術研究始於20世紀70年代，80年代初研製成工程化導引頭，並進行了掛飛試驗。但由於採用分立器件，工藝複雜，價格昂貴，妨礙了部署使用。從1986年開始，美國國防部為了解決毫米波分立元器件離散以及價格昂貴的問題。由國防部高級研究計劃局(DARPA)發起並主持了一項歷時近8年(1986～1994年)的微波毫米波單片集成電路計劃(MIMIC)。該計劃旨在開發1～100GHz頻率範圍內的各種單片集成電路，並要求成本低、性能好、體積小、可靠性高和具有批量生產能力。該計劃的順利實施並完成，直接推動了毫米波制導技術的飛躍發展。

20世紀90年代以來，隨着軍事鬥爭對毫米波制導需求的增長，以及在研製毫米波發射機、接收機、天線和無源器件等各個方面的重大突破，毫米波制導技術的發展進入了一個新的階段。

近幾年，隨着計算機技術、毫米波固態技術、信號處理技術、光電子技術以及材料、器件、結構、工藝的發展，固體共形相控陣天線和毫米波集成電路技術等相關技術的成功應用為毫米波導引頭性能的提高打下了良好的基礎。

毫米波導引頭的關鍵技術之一是天線技術。常用的毫米波雷達天線有以下幾種：反射面天線、透鏡天線、喇叭天線、介質天線、漏波天線、微帶天線、相控陣列天線等。固態共形相控陣天線由於採用固態器件，能實現導引頭頭罩與天線合二為一，充分利用了導彈的有效空間，使複合探測更容易實現，是非常理想的彈載天線系統，正得到世界各國的高度重視。光控毫米波轉向天線技術，利用了基於毫米波與光學方法形成的電子一空穴等離子體柵的相互作用，從而可以得到靈活而廉價的相控陣天線。在毫米波導引頭天線罩上應用較多的是氮化硅等陶瓷材料。

發射/接收技術是毫米波雷達的另一項關鍵技術。毫米波發射系統的射頻源大致可分為三類：第一類是電真空器件構成的源：第二類是固態器件構成的源；第三類是其他方式產生的源，例如光導毫米波源等。在電真空器件中，已得到成熟發展的是迴旋管。迴旋管毫米波源的效率可達40%，60GHz頻率上源的連續功率達200kW。俄羅斯和美國已經採用迴旋管器件裝備雷達和制導系統。在研製出來的各類固態器件中。雪崩二極管(IMPATT)和耿氏二極管(Gunn)是最適合做毫米波射頻源的。準光學功率合成是美國提出的一種具有很好的應用前景的功率合成技術，利用它能製造出更為緊湊的毫米波導引頭。準光學合成利用天線和透鏡在空間將微波及毫米波固態器件的功率組合在一起來實現。將光學導電效應用來控制毫米波固態器件時。其寬帶寬、損耗低、在控制和被控制元件之間幾乎完全隔離、抗電磁干擾性好、質量小、緊湊、響應迅速且可單片集成。近年來，毫米波接收機技術已取得相當的進展，非冷卻式毫米波外差接收機的性能水平已達到可與微波頻段的水平相比較的程度。實踐證明，在這些接收機中採用梁式引線的砷化鎵半導體器件，對於頻率在30～100GHz範圍內的接收機設計也是很合適的。隨着毫米波集成電路技術的發展，通常把振盪、放大、混頻和其他控制器件集成為一個子系統，這樣接收機/發射機集成在一起，能大幅度降低尺寸和質量，同時也降低了成本。頻率高達94GHz的集成振盪器、放大器、混頻器、衰減器和相移器已批量生產。特別是在利用光學外差作用產生精確的毫米波信號，準光學極化處理、濾波、功率合成、收發雙工、控制放大器增益。毫米波檢波和下變頻，光電轉換等方面具有獨特的優點。可以大大提高毫米波導引頭的性能。

信號處理器是導引頭的核心部件。它要完成許多重要的工作，例如控制發射機的工作射頻和脈衝重複頻率，多普勒頻率跟蹤，目標識別和抗干擾，末制導指令計算，導彈自檢和導引頭工作邏輯控制等。釐米波雷達中已廣泛採用的信號處理技術，諸如脈衝壓縮、視頻積累、極化分集、動目標顯示(MTI)、擴頻、頻率捷變、極化捷變和合成孔徑以及線性預測法、Capon型法、信號子空間法、參量目標模型濾波法等這些超分辨技術都已經在毫米波雷達中得到應用。隨着計算機技術、光學技術以及毫米波技術的不斷髮展，採用光學互連的極高速信號處理器正受到技術先進國家的重視。美國國防高級研究項目局於2002年啓動了一項模擬光學信號處理技術研究計劃，旨在研究工作頻段在20MHz～100GHz頻段範圍內的光學信號處理技術。

毫米波制導技術的發展趨勢之一是發展毫米波成像制導技術，由非相參發展到了一維高分辨成像，正向寬帶二維乃至三維成像方向發展。另一個趨勢是向毫米波/紅外、毫米波主/被動複合制導等多模複合制導發展。此外，毫米波與光學技術相結合是值得注意的發展動向。

美國陸軍用於反導的愛國者PAC-3導彈，採用了毫米波導引頭。針對彈道導彈和巡航導彈攔截任務。PAC-3主承包商洛馬公司決定採用波音制導導航與導引頭公司從1984年開始歷經14年研製成功的8mm雷達，改裝成配備新型相控陣的毫米波導引頭，裝入PAC一3彈頭。愛國者PAC-3攔截彈導引頭是一個距離跟蹤、角度跟蹤的主動式Ka波段多普勒脈衝雷達，由天線罩及其可展開的蓋和釋放裝置、天線、三通道微波接收機、常平架及附加電子設備、中頻處理器、數字處理器、行波管放大器/調節器/功率電源、主頻發生器等組成，其長度為1.04m，質量為27，3kg。

該雷達導引頭的技術特點有：

(1)設計針對兩種目標狀態：高速、雷達反射截面小的戰術彈道導彈和低速、雷達反射截面大的吸氣式目標：

(2)連續跟蹤的雙軸單脈衝天線支撐在常平架上，可最大限度地隔離彈體運動對穩定天線的影響，使導引頭具有在攔截彈助推段高加速環境和交戰中高機動環境下作戰的能力；

(3)基於不同的多普勒頻移，可全自動識、別和確定目標：

(4)信號接收機提供多級變換，最後以中頻數字脈衝放大器輸出，至少可達到50kHz的總信號處理帶寬。

雖然PAC-3毫米波導引頭不提供目標的圖像，但是提供目標的仿形波形數據。仿形波形數據由判別目標頭部、尾部和雷達質心的信息構成，能使制導處理器決定要擊中目標的位置(導彈的彈頭段)。制導處理器處理這些數據，並向姿控發動機提供指令，引導攔截彈飛向目標。

俄羅斯成功研製了一種毫米波主動雷達試驗導引頭。導引頭重8kg，工作頻率94GHz，天線直徑12cm，對火箭發射架、履帶車等不同目標的探測距離在0.5～2.8km範圍內。該導引頭已進行了地面和飛行試驗驗證。試驗結果表明。它能搜索、探測陸基軍事目標，從地形背景中提取目標特徵，然後自動跟蹤，並引導導彈擊毀目標。

毫米波雷達制導技術已大量應用於各類導彈以及末制導炮彈、末制導迫擊炮彈和末敏子母彈等武器系統上。

毫米波應用於導彈制導方面的最早報道見於20世紀70年代。1978年，英國部署了採用8毫米波段毫米波雷達指令制導的長劍2地空導彈。

20世紀80年代出現了多種機載導彈的雷達導引頭。由於這類導引頭要求尺寸小，而對其作用距離的要求不是很遠，因而常選用毫米波頻段。由於毫米波自身的特點和技術優勢，各國都競相發展使用毫米波導引頭的自尋的導彈。如長弓海爾法空地導彈、硫磺石反坦克導彈等。

美國著名的阿帕奇武裝直升機上裝備的長弓海爾法空地導彈是海爾法系列導彈中的一種。它採用毫米波主動尋的制導方式，可以在發射前或發射後鎖定目標，具有“發射後不管”的能力和在全天候條件下作戰的能力，可使載機發射導彈後立即隱蔽，最大限度地減少向敵火力暴露的時間，提高了直升機的生存能力。它利用機械掃描天線進行快速掃描，鎖定目標後進行圓錐測角，並對目標進行跟蹤。導彈彈徑178mm，射程0，5～10km。於1998年7月裝備部隊，是美國陸軍的重要武器裝備之一，代表了未來直升機載武器系統的發展方向。

硫磺石導彈是英國MBDA公司研發的一種先進的毫米波雷達主動尋的制導反坦克導彈。該導彈在波音公司海爾法導彈基礎上發展而成，採用3mm毫米波導引頭，信號形式為FM，CW，發射機功率0.3W，單向圓極化發射，雙向圓極化接收，採用卡塞格倫天線。導引頭可以提供高分辨率的目標雷達回波圖像，利用彈上算法進行實時目標識別和分類。一旦識別出目標，導彈即可對目標進行掃描以選擇最佳瞄準和打擊部位，從而可以最大程度地殺傷目標。導彈彈長1.81m，彈徑178mm，彈重48.5kg，推進部分採用澆注雙基推進劑固體火箭發動機，可採用空基或地基發射方式。導彈研製工作於1996年開始，2004年底開始批量生產，2005年3月開始進入英國皇家空軍裝備。

毫米波導引頭將被用在先進反輻射導彈(AARGM)上。2006年4月美國海軍和ATK公司成功完成了先進反輻射導彈的關鍵設計評審。現役的高速反輻射導彈(HARM)是美國壓制防空(SEAD)系統的主要武器。HARM採用被動雷達制導，依靠敵方雷達信號實現自動尋的。若敵方雷達“關機”，HARM就成為無的之矢。為了將HARM升級為AARGM，將在HARM上加裝工作頻率為94GHz的主動毫米波制導雷達，變成被主動雙模複合制導。當導彈接近目標時，若目標雷達已關機，則AARGM的毫米波雷達啓動搜索模式，對目標區域進行搜索，一旦發現雷達天線等強回波信號，隨即予以跟蹤並制導AARGM命中目標。

靈巧彈藥又稱自導彈藥，實際上是一種小型自主制導式導彈、炸彈和炮彈。靈巧彈藥對於體積、重量、功耗以及戰場惡劣環境中工作等方面的要求，使毫米波制導技術成為其優選制導技術。一些採用毫米波制導的靈巧武器已經裝備部隊，如美國的薩達姆、靈巧的目標激活發射後不管系統反坦克導彈，美國“陸軍戰術導彈系統”的改進型子母彈IBAT(採用毫米波/紅外雙模複合指導)，英國的灰背隼制導炮彈，法國的TACED子母彈、阿帕奇導彈，德國的ZTEPL子母彈、Smart反裝甲炮彈，瑞典的BOSS制導炮彈，俄羅斯的標準靈巧反裝甲子彈藥等。

可以預見，毫米波制導技術作為全天時、準全天候的精確制導技術，將被更多的精確制導武器所使用。