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国外毫米波导引头概览

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。

毫米波精确制导技术于20世纪70年代末被提出,由于半导体集成电子和毫米波技术的成熟,研制成功了一些较好的功率源固态器件、热离子器件,同时,在集成电路、高增益天线和鳍线波导等方面的技术也获得了巨大发展,因此美国提出把微波扩展到毫米波段,并应用于对复杂背景目标的探测中。

20世纪70年代末英国和瑞典开始研制可由迫击炮发射的反坦克末制导迫弹,经多年的努力,英国BAE公司研制成功了第一个采用主动毫米波雷达导引头的反坦克武器莫林(Merlin)。该反坦克武器的特点是具有全天候作战能力,它采用了3mm波段的毫米波探测器,能对付运动和静止的装甲目标,鸭式控制,地面有效搜索范围对动目标为300m×300m,对静止目标为100m×100m。在末制导阶段,弹上的毫米波寻的器对地面进行两次扫描,发现目标后,导引头将炮弹导向目标正上方,并以近似垂直的角度攻击目标。

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2地空导弹。

与此同时,美国军方也非常重视毫米波制导技术的研究,1975年,美国空军与WoneyWell公司签订合同,开展战术毫米波反导弹系统的设计和研制,旨在研制空空、空地导弹用的双模寻的器,即主动式雷达与被动式辐射计组合或主动式雷达与被动式红外传感器组合等,以增强恶劣环境下的制导能力。1975年,美国空军开始了名为“广域反装甲武器”(WAAM)的项目,以研制一系列新型反装甲空对地武器,供近距离支援飞机使用?!拔炙蛊铡?WASP),又称为“黄蜂”导弹是其中的项目之一,该项目始于1979年,当时合同授予波音和休斯。导引头采用毫米波制导技术,工作频带94GHz,天线直径6英寸,有效作用距离在晴天为5 km,能见度较低时为3 km。

美国海军于1978年开始研制用于17.78cm直径的空空导弹的双模制导技术,其中,主动式寻的器采用毫米波技术,被动式寻的器为微波接收方式。将这类寻的器用在空地导弹上是一种十分有效的现代雷达武器。此外,美国陆军和国防部高级研究计划局于1978年与Sperry公司签订了空地反装甲武器的毫米波制导技术研究合同,Sperry公司还接受了美国国防部提出的空地、地地导弹(用于反装甲群)主动/被动式制导技术的研究课题。

20世纪80年代后,人们重新意识到毫米波雷达相对于微波雷达和光学红外系统的优越性,又由于毫米波关键技术获得的突破,毫米波精确制导技术研究产生了强烈的复苏趋势。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。由国防部高级研究计划局(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1~100GHz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。

在这段时期,美国实施了LEAP计划,配套研制了平面相控阵雷达导引头,该导引头采用W波段(94 GHz),天线口径为127mm,内有368个积木块,每个积木块中设置6个收发???,共有2208个阵元,4个圆盘状固态发射??樽槌煞⑸浠?,每个圆盘产生7.8 w功率,考虑损耗后的总功率为25 w。导引头采用多??榉庾坝敫呙芏攘?HDI )技术,取消了大量引线,结构小而紧凑。

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。

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。随着在毫米波单片集成电路(MMIC)方面研制取得的重大突破,毫米波精确制导技术进入全新的发展阶段。这段时间新型高效、大功率W波段功率源、介质天线、集成天线、低噪声接收机芯片等相继问世。随着半导体集成电路技术的发展和毫米波技术的成熟,工作作于毫米波段的雷达导引头受到各国军方的重视。并迅速成为研制的热点和重点,这是因为和微波探测器相比,毫米波探测器重量更轻、体积更小、探测精度更高、抗干扰性能更强。从而更适弹上应用。

1991年9月,由Hercules公司研制的基于主动毫米波制导技术的“小?!保∕averick)改进型AGM-65H导弹试射标志着毫米波雷达制导导引头首次在空地导弹中得到应用。该导引头雷达工作在FMCW体制下,工作频段为Ka波段,口径尺寸为12英寸。MTI技术是其主要检测手段。因此,其不具备目标识别、分类的能力,没有得到正式地装备使用。

1995年,美国成功研制出的采用的毫米波雷达制导方式的“长弓海尔法”(Long-bow Hellfire ) AGM-114L空地导弹,使用了8mm毫米波导引头雷达,工作在35GHz频段,测角方式为单脉冲测角体制,导弹口径17.8cm。长弓海尔法空地导弹被装备在美国著名的武装直升机阿帕奇上,能够完成目标的锁定与跟踪,具有发射后不理和全天候的作战能力,于1998年7月被部队正式装备。

同年,由英国MBDA公司研制的“硫磺石”(Brimstone)空地导弹也使用毫米波雷达制导技术。该导弹基于海尔法导弹发展而来,使用了3mm毫米波导引头雷达,工作在94GHz频段,FMCW体制下,天线类型为卡塞格伦天线,测角方式为单脉冲测角体制,导弹口径17.8cm。该毫米波雷达导引头能够对目标回波完成高分辨的成像,利用弹上处理系统对目标实现实时识别与分类。对于识别出的目标,导弹可以定位目标的最佳打击部位,最大程度地对目标造成杀伤破坏。该导弹于2004年底量产,正式装备英国皇家空军是在2005年3月。

2008年底,欧导公司推出了硫黄石的双模改进方案( Dual Mode Brimstone DMB),利用激光半主动探测模式提高导引头在复杂背景下的目标选择能力。在双模硫黄石导引头中,雷达与激光半主动系统共用抛物反射面天线。

硫黄石导弹技术难点是需要解决毫米波与光学选择透射—反射材料,长期以来,这种材料一直未得到很好的解决,导致雷达和红外探测系统的探测距离都受到很大影响,因此又有人开始尝试分口径设计,即口径的一部分只用于雷达探测,另一部分只用于光学探测。典型的实现方案如泰勒斯( Thales)研制的双模复合导引头。

为在强杂波、恶劣天气条件和复杂电磁环境下对目标进行检测、识别、跟踪、定位以及攻击点选择,并满足小型化和低成本需求,德国EADS公司于2001年研制了一款高分辨率MMW-SAR导引头,既可用在森林防火无人机上,也可用在精确制导导弹上。

二十一世纪后,美国大力发展新一代名为联合空地导弹(JAGM)的中近程轻型空地导弹,旨在取代现正大量服役的小牛AGM-65,海尔法AGM-114等空地导弹。JAGM导弹合同由洛克希德.马丁公司获得,于2011年进入工程研制阶段,2012年试飞。JAGM空地导弹首次采用三模制导技术,包括毫米波雷达、红外和激光制导技术,导弹弹径为17.8cm。该导弹充分应用了三种制导方式的优势,能够克服战场中的各种复杂环境,具有较高的抗干扰能力。

同时,美国对AGM-88高速反辐射导弹进行了升级,升级后的型号为AGM-88E 先进反辐射导引导弹(AGM-88E Advanced Anti-Radiation Guided Missile,AARGM),该导弹使用了最新的软件、频率覆盖范围更大的数位式反辐射自动搜寻传感器、全球定位/惯性导航导弹导引和主动毫米波雷达末导引组成的多模复合导弹导引技术。AARGM 由美国国防部和意大利国防部共同投资研发,交由原轨道ATK公司(现诺斯罗普·格鲁门创新系统公司)生产。先进反辐射导弹AGM-88E AARGM是美国空中力量由对敌“防空压制”向对敌“防空摧毁”作战模式转变的重要标志,为美军提供了在复杂威胁环境下摧毁敌防空系统的精确打击能力、近实时战场毁伤评估能力。

2018年,印度国防研究与发展组织(DRDO)发布消息称,科研阶段长达35年的NAG反坦克导弹在最后一次测试中成功击毁了两辆安置在沙漠中的坦克,完成了所有的测试工作。NAG反坦克导弹可配用三种不同的导引头:基于CCD摄像机的昼用型导引头、基于碲镉汞(MCT)焦平面阵列的成像红外导引头、可用于全天候目标打击的毫米波主动雷达导引头。

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