“空-空”和“地-空”導(dǎo)彈武器系統(tǒng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)(一)

0 引言

“空-空”和“地-空”導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的研發(fā)起始于上世紀(jì)50年代末。本文研究了50年代末后的雷達(dá)導(dǎo)引頭研制特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),并對(duì)今后的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

1 雷達(dá)導(dǎo)引頭分類

在對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的具體研制和發(fā)展前景進(jìn)行描述前,應(yīng)像對(duì)殲擊機(jī)機(jī)載雷達(dá)進(jìn)行分類一樣,按研制時(shí)代對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行分類:

a)第一代雷達(dá)導(dǎo)引頭為使用模擬接收機(jī)的半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭,具有在制造時(shí)就確立的嚴(yán)格的工作邏輯,沒(méi)有計(jì)算機(jī)組件,不使用集成元件;

b)第二代雷達(dá)導(dǎo)引頭為具有計(jì)算機(jī)組合的半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭,廣泛采用集成電路;

c)第三代雷達(dá)導(dǎo)引頭為具有模擬接收機(jī)和數(shù)字可編程計(jì)算機(jī)的主動(dòng)和半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭,數(shù)字可編程計(jì)算機(jī)用于對(duì)接收機(jī)輸出的信息進(jìn)行二次處理,并構(gòu)建導(dǎo)引頭截獲、跟蹤和抗自隱蔽干擾邏輯。在這些導(dǎo)引頭中,廣泛使用了組件小型化、大規(guī)模集成電路、微組裝等技術(shù)。這些導(dǎo)引頭可以抗大部分自隱蔽干擾,但是尚不能完全對(duì)抗預(yù)警機(jī)空域巡邏干擾,并且對(duì)目標(biāo)后半球的作用距離也不夠;

d)第四代雷達(dá)導(dǎo)引頭為半主動(dòng)、主動(dòng)復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭,具有數(shù)字接收機(jī)和高速數(shù)字信號(hào)處理器,和第三代導(dǎo)引頭之間的主要差異在于更遠(yuǎn)的作用距離、更強(qiáng)的抗干擾能力,包括抗側(cè)向干擾。但是受模擬輸入濾波器的影響,這些導(dǎo)引頭的多普勒頻率分析帶寬有限,不能通過(guò)距離跟蹤目標(biāo),在對(duì)目標(biāo)后半球工作時(shí)也不使用中重頻模式;

e)第五代雷達(dá)導(dǎo)引頭為最先進(jìn)的一代,可以在很寬的帶寬內(nèi)從第一中頻即開始數(shù)字信號(hào)處理,具有最小化的模擬信道和高效的信號(hào)處理器。第五代導(dǎo)引頭可以在高重頻和中重頻率模式下工作,可以通過(guò)距離跟蹤目標(biāo),可以根據(jù)速度和距離并行分析和發(fā)現(xiàn)目標(biāo),可以不經(jīng)目標(biāo)速度預(yù)定進(jìn)行工作,既可以實(shí)現(xiàn)抗自隱蔽干擾的算法,也可以實(shí)現(xiàn)抗支援式隱蔽干擾的算法。而目標(biāo)截獲距離也得到了提高,同時(shí)因?yàn)椴捎昧酥兄仡l工作模式,對(duì)目標(biāo)后半球的截獲距離也增加了一倍。

為中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈研制雷達(dá)導(dǎo)引頭的第一個(gè)時(shí)期(上世紀(jì)50年代中期至70年代中期)第一代半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭研制成功,導(dǎo)引頭工作模式為接收地面、艦載或飛機(jī)雷達(dá)照射目標(biāo)反射的回波信號(hào)。典型的此類導(dǎo)引頭為60年代初研制成功的“山毛櫸”地-空導(dǎo)彈半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭,如圖1所示。為了保證導(dǎo)引頭工作,在目標(biāo)跟蹤雷達(dá)中增加了一個(gè)專用的目標(biāo)連續(xù)波照射通道。

由于空襲武器和空襲戰(zhàn)術(shù)的不斷完善,對(duì)第一和第二代半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行了一系列的改造。但是在70年代初發(fā)現(xiàn)在和更為先進(jìn)的空中目標(biāo)作戰(zhàn)時(shí),半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭已經(jīng)不能滿足武器系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)提出的要求,而主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭卻可以完成這些要求。導(dǎo)彈使用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)(如“發(fā)射后不管”、有利于瞄準(zhǔn)群目標(biāo)中的某個(gè)目標(biāo)等),迫使研制人員在這方面盡最大的努力。于是,在上世紀(jì)末便出現(xiàn)了使用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈——美國(guó)的“AM RAAM(AIM-120)”,法國(guó)的“M ica” 、“A ster(紫菀)” ,蘇聯(lián)的“RVV-AE(R-77)”,如圖2所示。

同時(shí)在局部戰(zhàn)爭(zhēng)中使用現(xiàn)代化空襲武器的經(jīng)驗(yàn)表明,要有效對(duì)抗這些武器必須要實(shí)質(zhì)性地提高地-空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)和殲擊機(jī)/截?fù)魴C(jī)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的性能指標(biāo)。作為空襲武器使用巡航導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈和采用“隱身”技術(shù)制造的飛機(jī),以及使用各種類型的密集干擾,迫使防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制人員不停地完善自己的產(chǎn)品,使其在新的作戰(zhàn)環(huán)境下不會(huì)降低作戰(zhàn)效率。

圖1 “山毛櫸”地-空導(dǎo)彈半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭

圖2 RVV-AE(R-77)主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭

考慮到這些情況,處于行業(yè)領(lǐng)先地位的一些公司開始新的研制工作,并對(duì)之前研發(fā)成功的導(dǎo)彈和主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行了實(shí)質(zhì)化地改造,其中包括了“AMRAAM”導(dǎo)彈的改型,具有主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的歐洲空-空導(dǎo)彈“Meteor(流星)”的研制,“M ica”和“Aster”導(dǎo)彈的改良 ,“Erint(Pac-3)”導(dǎo)彈的研制。同時(shí),在中國(guó)、以色列、南非等許多國(guó)家也在開展具有主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭導(dǎo)彈的研制工作,這可由一系列出版物予以證明[1～5]。

俄羅斯也開展了新一代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制。在一系列國(guó)際航展上“金剛石-安泰”聯(lián)合企業(yè)下屬莫斯科“瑪瑙”研究所研制的新一代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭 9B-1103М-200(“進(jìn)步”),9B-1103М-350(“冰球”),遠(yuǎn)作用距離主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭“巖石”均為第五代雷達(dá)導(dǎo)引頭,如圖3所示。主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭“巖石”具有創(chuàng)紀(jì)錄的目標(biāo)截獲距離、最小化的質(zhì)量和外形尺寸;使用了最新的大規(guī)模集成電路,其中包括了可編程數(shù)字化雷達(dá)信號(hào)高速處理器,可保障導(dǎo)引頭有效對(duì)抗人為干擾和自然干擾[6～10]。

隨著空襲武器的不斷發(fā)展,防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)也不得不隨之進(jìn)行改良,其中就包括了對(duì)主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的改良。根據(jù)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,在主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭上首先將會(huì)廣泛使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和無(wú)線電發(fā)射裝置的特殊工作模式,之后還將會(huì)使用相控陣天線進(jìn)行波束電子掃描,并使用超寬帶探測(cè)信號(hào)。為了進(jìn)一步提高抗干擾能力和制導(dǎo)精度還會(huì)更為廣泛地使用雙波段復(fù)合主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭。采用這些措施可保證未來(lái)的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)滿足現(xiàn)代化需求。

圖3 主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭“巖石”

2 當(dāng)代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制特點(diǎn)

在研制主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭時(shí),必須要解決以下幾個(gè)主要問(wèn)題:

a)實(shí)現(xiàn)最大的目標(biāo)探測(cè)距離;

b)具有較高的抗干擾能力;

c)滿足導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的高精度制導(dǎo)要求;

c)具有最小化的重量和尺寸。

為了解決上述問(wèn)題,需要優(yōu)化導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化導(dǎo)引頭天線、超高頻和高頻收發(fā)組件工作參數(shù);使用最新的無(wú)線電電子技術(shù)成就(包括數(shù)字信號(hào)處理技術(shù))優(yōu)化一次和二次信號(hào)處理組件參數(shù)。

第一代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的主要缺點(diǎn)在于目標(biāo)探測(cè)距離不夠遠(yuǎn),因此研究人員致力于解決這個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)階段(1988年～1993年)通過(guò)完善發(fā)射組件(超高頻器件、高壓電源組件等)的工藝技術(shù)水平,解決了部分問(wèn)題,使平均功率提高至原來(lái)的5倍,目標(biāo)探測(cè)距離提高至原來(lái)的1.5倍。

完善主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的第二個(gè)階段(1993年～1998年)的主要改進(jìn)方法是在第二或第三中頻上開始使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),但保留了模擬信道部分。通過(guò)這個(gè)方法可以提高包括導(dǎo)引頭定向通道內(nèi)的多普勒頻率分辨率,并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理將處理過(guò)程優(yōu)化,減少信號(hào)處理?yè)p失。當(dāng)時(shí)為解決這個(gè)問(wèn)題使用的是運(yùn)算速度相對(duì)不高的數(shù)字信號(hào)處理器,每秒大約2000～5000萬(wàn)次運(yùn)算。

要達(dá)到主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)探測(cè)距離方面的要求,可以使用一系列電路、結(jié)構(gòu)、工藝上的新成就來(lái)實(shí)現(xiàn),最重要的幾個(gè)解決方法如下:

a)使用具有高重頻(攻擊目標(biāo)前半球)和中重頻(攻擊目標(biāo)后半球)的相干脈沖序列作為探測(cè)信號(hào),這樣可以在迎頭(攻擊目標(biāo)前半球)以及尾追(攻擊目標(biāo)后半球)攻擊運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)最大的探測(cè)距離;

b)導(dǎo)引頭使用波導(dǎo)裂縫陣天線并在天線上安裝多通道超高頻接收模塊,這樣可在相同的天線口徑下保證天線的最大增益值,并將接收損耗降至最低;

c)在接收機(jī)中使用低噪晶體管超高頻放大器和低噪超高頻混頻器,在Ku波段使用這些器件可以使接收通道的噪聲系數(shù)在任何條件下均小于5 dB;

d)在對(duì)目標(biāo)信號(hào)和干擾進(jìn)行窄帶濾波時(shí)使用數(shù)字信號(hào)處理器,在快速傅里葉變換的基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)雜干擾環(huán)境下的目標(biāo)探測(cè)和跟蹤實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法,減少信號(hào)探測(cè)上的信息損失;

e)使用速調(diào)管超高頻放大器作為發(fā)射機(jī)的輸出放大器,這樣可以制造小型化的發(fā)射機(jī),在天線口面上的平均輸出功率可以超過(guò)100W。

除了目標(biāo)探測(cè)距離不遠(yuǎn)之外,第一代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭還有幾個(gè)缺點(diǎn),其中的一個(gè)缺點(diǎn)就是雷達(dá)信號(hào)的信息量有限。1988年～1993年間研制的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭使用只是高重頻、高占空比的準(zhǔn)連續(xù)波信號(hào),這種信號(hào)是缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)的:沒(méi)有距離分辨能力、對(duì)目標(biāo)(特別是遠(yuǎn)距目標(biāo))的后半球攻擊效果不佳;有距離遮擋效應(yīng)(目標(biāo)響應(yīng)進(jìn)入距離盲區(qū)時(shí)目標(biāo)信號(hào)周期性消失)。

第一代主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的抗干擾能力僅局限于抗自隱蔽式干擾,不過(guò)這是符合當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)要求的。使用經(jīng)典目標(biāo)角度定向方法的同時(shí),粗略的多普勒頻率分辨率(10m/s～15m/s)導(dǎo)致主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)群目標(biāo)工作時(shí)探測(cè)精度指標(biāo)惡化明顯。

因此在主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射功率增長(zhǎng)的同時(shí),對(duì)其信號(hào)處理方式也進(jìn)行了完善。通過(guò)優(yōu)化信號(hào)處理方式可以增加目標(biāo)探測(cè)距離(在此階段工作靈敏度提高了4 dB),而提高多普勒頻率分辨率則改善了導(dǎo)引頭對(duì)付群目標(biāo)的能力。同時(shí)通過(guò)提高信號(hào)處理系統(tǒng)的靈活性也改善了導(dǎo)引頭的抗干擾能力;通過(guò)簡(jiǎn)化模擬接收信道部分,提高了接收通道參數(shù)的穩(wěn)定度和一致性,同樣也使導(dǎo)引頭能使用時(shí)-空信號(hào)處理方法。

要達(dá)到規(guī)定的制導(dǎo)精度在很大程度上取決于主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭天線的空間穩(wěn)定和信號(hào)通過(guò)“天線-天線罩”系統(tǒng)時(shí)的傳輸特性。

因?yàn)橹鲃?dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭裝在導(dǎo)彈艙體內(nèi),在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中艙體會(huì)出現(xiàn)角度擾動(dòng)(在正交控制平面和滾動(dòng)平面),而發(fā)送到導(dǎo)彈的控制信號(hào)是通過(guò)測(cè)量“彈-目”視線角速度形成,顯然導(dǎo)引頭的天線應(yīng)在空間中穩(wěn)定以去除彈體擾動(dòng)對(duì)視線角速度測(cè)量的影響,否則彈體擾動(dòng)和視線角速度疊加,會(huì)使導(dǎo)彈受到虛假信號(hào)控制的影響。

主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭天線波束的空間失真也會(huì)產(chǎn)生類似的影響,這是因?yàn)榧忭斄骶€型天線罩用來(lái)保護(hù)天線不受氣動(dòng)作用的影響,而導(dǎo)引頭波束的傳播必須通過(guò)天線罩。天線空間穩(wěn)定的剩余誤差和天線罩引起的波束傳輸失真帶來(lái)的誤差,被稱為“同步誤差”,可能嚴(yán)重影響導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的制導(dǎo)精度。

使用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的導(dǎo)彈自導(dǎo)引通道是一個(gè)復(fù)雜的、非線性的、多變的、隨機(jī)的系統(tǒng),只能對(duì)其功能做數(shù)學(xué)仿真才能進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。目前制導(dǎo)規(guī)律中普遍使用的技術(shù)是通過(guò)外推電路、噪聲自適應(yīng)電路和距離相關(guān)電路進(jìn)行比例放大導(dǎo)航。

濾波處理算法自導(dǎo)引信號(hào)處理系統(tǒng)的核心部分。對(duì)控制信號(hào)的濾波首先用于計(jì)算“彈-目”視線角速度時(shí)平滑噪聲,其次用于穩(wěn)定主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭“同步誤差”引起的多余的彈體擾動(dòng)。

總的來(lái)說(shuō)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)導(dǎo)航系數(shù)取決于目標(biāo)交會(huì)前的飛行時(shí)間和控制作用加權(quán)系數(shù)。對(duì)目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度的預(yù)估基于主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭測(cè)到的視線角數(shù)據(jù)。因此自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)必須根據(jù)目標(biāo)類型、導(dǎo)彈在殺傷區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特性、距離信息和導(dǎo)引頭測(cè)量信息品質(zhì)等先驗(yàn)信息,對(duì)復(fù)雜化條件做出額外的適應(yīng)。知道了目標(biāo)類型,就可以使導(dǎo)彈提前確定目標(biāo)的已知雷達(dá)特性和典型特性(有效散射面積、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和機(jī)動(dòng)過(guò)載等)。此外從自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)還可以得到一系列基礎(chǔ)參數(shù),使用這些參數(shù)可以發(fā)掘潛力以達(dá)到必要的制導(dǎo)精度。

下面將對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行更詳細(xì)的研究。閉環(huán)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)稱之為獨(dú)立回路(AK)(有別于整個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引回路)。根據(jù)這個(gè)定義,使用比例放大導(dǎo)航制導(dǎo)規(guī)律時(shí),自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)的獨(dú)立回路本身為一個(gè)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu),這個(gè)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)將視線角速度(輸入)轉(zhuǎn)化為和視線相切的導(dǎo)彈加速度(輸出)。因此,獨(dú)立回路包括了主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的角跟蹤通道(КУС)、加速度控制計(jì)算機(jī)和導(dǎo)彈穩(wěn)定回路。

下面研究交會(huì)點(diǎn)附近獨(dú)立回路部件的性能指標(biāo),具體形式為運(yùn)動(dòng)學(xué)當(dāng)量。

(1)主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭

當(dāng)品質(zhì)系數(shù)D r=5～10[1/c]時(shí),在0～2 H z獨(dú)立回路帶寬內(nèi),目標(biāo)角跟蹤通道表達(dá)為連續(xù)波系統(tǒng)的傳遞函數(shù)W角跟蹤=1/(p/D r+1)的一次近似值。這個(gè)表達(dá)式是正確的,且在半主動(dòng)或主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭頭部接收機(jī)不連續(xù)開機(jī)的情況下,考慮到角誤差信號(hào)生產(chǎn)回路中有存儲(chǔ)元件,W(ωφ/ω*)和W(n/λ)表達(dá)為低頻濾波環(huán)節(jié)。

上文所述的品質(zhì)系數(shù)值可“維持”視線在天線方向圖內(nèi),直到出現(xiàn)100m～200 m的導(dǎo)引頭“盲點(diǎn)”距離。

在莫斯科“瑪瑙”研究所研制的半主動(dòng)和主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭上使用的是指示型穩(wěn)定系統(tǒng),系統(tǒng)中采用了直流電機(jī)。此時(shí)導(dǎo)彈偏航修整誤差的傳遞函數(shù)形式為 W p(Δω/)=[Kp(T1+1)]/[p2+2ξT2 p+1],其中 K=0.001,T1=0.1 s,T2=0.01 s,ξ=0.5。這可以在擾動(dòng)頻率為0.5 Hz～1.0 Hz范圍內(nèi)確保導(dǎo)引頭天線平臺(tái)相對(duì)彈體擾動(dòng)的“去耦”優(yōu)于0.005～0.01。

在中程“地-空”和“空-空”級(jí)導(dǎo)彈上使用的天線罩的長(zhǎng)度-直徑比為2.5～3.2,如使用當(dāng)前大規(guī)模量產(chǎn)工藝技術(shù),可以使天線罩的最大定向誤差斜率達(dá)到S max=0.045°/(°),最小斜率達(dá)到 S min=0.03°/(°)。

(2)控制指令計(jì)算機(jī)

如果D≤D min,則計(jì)算機(jī)濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以表達(dá)為W(ωφ/ω*)?(Tφ1 p+1)/p2+2ξTφ2p+1),其中 Tф1、Tф2、ξ的值取決于導(dǎo)彈和目標(biāo)的交會(huì)條件,取決于得到的獨(dú)立回路與通過(guò)運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)閉環(huán)的“大”回路間的穩(wěn)定性匹配,并分別在0.05 s～0.3 s和0.4～0.7之間變化。

導(dǎo)航系數(shù)N=3～4.5也取決于導(dǎo)彈和目標(biāo)的交會(huì)條件(目標(biāo)類型、目標(biāo)飛行高度、目標(biāo)機(jī)動(dòng)能力、導(dǎo)彈可承受過(guò)載等)。

(3)導(dǎo)彈穩(wěn)定回路

中程“地-空”和“空-空”級(jí)導(dǎo)彈通常使用的是常規(guī)氣動(dòng)布局,具有窄翼或者沒(méi)有。導(dǎo)彈的射程范圍很廣,高度 0～25 km,速度350 m/s～1800 m/s,速壓 800～70 000 kg/m2。

各種飛行器的動(dòng)力系數(shù)在幾十倍范圍內(nèi)變化。盡管自適應(yīng)駕駛儀很復(fù)雜,可以使飛行器從“不適于”動(dòng)力環(huán)節(jié)制導(dǎo)變成“適于”動(dòng)力環(huán)節(jié)制導(dǎo) ,但是參數(shù) W(n/λ)=1/(T2np2+2ξTn+1)和Ta始終在 Tn=0.05 s～1.0 s,ξ=0.4～0.7,Ta=0.2 s～4 s范圍內(nèi)變化。此時(shí)導(dǎo)彈在飛行軌跡中承受的過(guò)載從(2～3 g)至50 g范圍內(nèi)變化,而控制通道內(nèi)的最大彈體角速度可以達(dá)到250°/s。

作為示例在表1中列舉了兩種狀態(tài)下命中概率P和天線罩定向誤差斜率S在交會(huì)時(shí)刻的對(duì)應(yīng)關(guān)系,脫靶概率P的值不超過(guò)規(guī)定值。

表1 導(dǎo)彈脫靶概率P與天線罩定向誤差斜率S的關(guān)系

制導(dǎo)條件如下:

a)狀態(tài)1——H目標(biāo)=20 km,V目標(biāo)=600 m/s,D=30 km,目標(biāo)不做機(jī)動(dòng);

b)狀態(tài)2——H目標(biāo)=5 km,V目標(biāo)=400 m/s,D=16 km,目標(biāo)完成6 g的反導(dǎo)彈攻擊機(jī)動(dòng)。

上表所列數(shù)據(jù)是使用半主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭在中程地空導(dǎo)彈數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)中對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)后得出的結(jié)果。

對(duì)天線罩和同步誤差的要求,總的來(lái)說(shuō)取決于導(dǎo)彈的技術(shù)指標(biāo)和允許的脫靶量值,且和導(dǎo)引頭類型無(wú)關(guān)(半主動(dòng)或主動(dòng))。

在對(duì)最先進(jìn)的高速和高機(jī)動(dòng)性目標(biāo)進(jìn)行高精度制導(dǎo)時(shí),目前可以達(dá)到的“天線-天線罩”系統(tǒng)定向誤差斜率值S=0.03～0.045,已經(jīng)大得超出了允許的范圍,因此在這樣的系統(tǒng)內(nèi)對(duì)“天線-天線罩”系統(tǒng)定向誤差進(jìn)行補(bǔ)償已成為一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。

從上表可見(jiàn)當(dāng)S≤0.02時(shí),可以保證令人滿意的制導(dǎo)精度,因此除了要對(duì)天線罩生產(chǎn)工藝提出更高的要求外,還有必要研制補(bǔ)償電路以減小天線罩定向誤差帶來(lái)的影響。

目前已經(jīng)研究成功了好多種在生產(chǎn)過(guò)程中(插片、修磨、噴涂)以及在導(dǎo)彈飛行過(guò)程中進(jìn)行天線罩誤差的補(bǔ)償方法。而最先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)中天線罩誤差補(bǔ)償方法為參數(shù)法。這種方法可以歸結(jié)為在每一個(gè)時(shí)刻計(jì)算被測(cè)參數(shù)矩陣,并使用該矩陣形成消除天線罩誤差影響的信號(hào)。參數(shù)法事實(shí)上不存在時(shí)間延遲問(wèn)題,如果不考慮該方法的固有缺陷,其前瞻性是毋庸置疑的。

除了對(duì)提高主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭作用距離、精度和抗干擾能力的要求外,對(duì)其重量、外形尺寸指標(biāo)最小化也提出了嚴(yán)格的要求。要完成這些要求也有一定的困難,因?yàn)殡S著主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的提高,要解決任務(wù)就不可避免地要提高導(dǎo)引頭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化程度。為了保證必要的指標(biāo),無(wú)線電電子設(shè)備的復(fù)雜化不斷提高:如果說(shuō)80年代研制的導(dǎo)引頭無(wú)線電電子設(shè)備有效元件的數(shù)量級(jí)為“萬(wàn)”,90年代為“百萬(wàn)”,但是目前由于使用了數(shù)字信號(hào)處理方法和高度集成的微電路,一塊微電路就等效于數(shù)量級(jí)為7位數(shù)的有效元件。

因此,減小主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭重量和外形尺寸的難題得以成功解決。目前,莫斯科“瑪瑙”研究所研制的直徑為200 mm的導(dǎo)引頭,重量都控制在(10～15)kg。取得這些成就主要?dú)w功于采用了小型高速處理器、小型化高效率低壓多束速調(diào)管、低噪多通道超高頻模塊、光纖角速度傳感器、小型空心轉(zhuǎn)子和低起動(dòng)電壓電機(jī),輕型陀螺穩(wěn)定天線支架和波導(dǎo)裂縫陣天線等設(shè)計(jì)技術(shù)。

表2所列為莫斯科“瑪瑙”研究所在不同時(shí)間圖4為主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的產(chǎn)品樣機(jī)。研制的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。

表2 莫斯科“瑪瑙”研究所不同年代導(dǎo)引頭產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

3 雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的要求在很大程度上取決于先進(jìn)目標(biāo)和干擾的技術(shù)指標(biāo)和使用戰(zhàn)術(shù)。

未來(lái)目標(biāo)將變得越來(lái)越難以發(fā)現(xiàn),速度更高,能快速完成機(jī)動(dòng),并且只能在遠(yuǎn)距離上攔截。此外和現(xiàn)有目標(biāo)相比,未來(lái)目標(biāo)類型也會(huì)日趨多樣化。由此可見(jiàn),從費(fèi)效比的原則出發(fā),在未來(lái)的局部沖突中將更為頻繁地使用無(wú)人駕駛武器和不同類型的導(dǎo)彈,包括巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈。

某些情況下,如攔截彈道導(dǎo)彈彈頭需要很高的制導(dǎo)精度,在這時(shí)導(dǎo)彈需要選擇目標(biāo)上的最易損點(diǎn),對(duì)這點(diǎn)的殺傷概率要做大最大。

未來(lái)的無(wú)線電對(duì)抗設(shè)備將變得越來(lái)越先進(jìn),因此在復(fù)雜的干擾條件下雷達(dá)導(dǎo)引頭要成功發(fā)現(xiàn),并跟蹤先進(jìn)的目標(biāo)就必須要使用最新的抗干擾設(shè)備。

圖4 左起分別為“9B1103M”、“9B1103M-200(進(jìn)步)”、“9B1103M-350(冰球)”主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭

對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行概括可以得出結(jié)論:未來(lái)的雷達(dá)導(dǎo)引頭應(yīng)具有極大的目標(biāo)探測(cè)距離;對(duì)角坐標(biāo)、速度和距離有很高的分辨率;高度智能化,對(duì)信號(hào)和干擾進(jìn)行自適應(yīng)處理,可以在很強(qiáng)的地海雜波及其他干擾信號(hào)影響下從大量不同類型的目標(biāo)中選取需要的攻擊目標(biāo)。

未來(lái)的“空-空”和“面-空”級(jí)導(dǎo)彈中使用最為廣泛的雷達(dá)導(dǎo)引頭將是主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭和復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭。

也有可能未來(lái)會(huì)使用通用化的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭,既可以在“空-空”級(jí)導(dǎo)彈上,也可以在“面-空”級(jí)導(dǎo)彈上使用。如莫斯科“瑪瑙”研究所研制的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭“進(jìn)步”和“冰球”就屬此類導(dǎo)引頭。

(待續(xù))