直升機載毫米波雷達應用及其干擾方法探討

李兵艦，田德民

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

毫米波段（1～10mm）相對應的頻率為30～300GHz，波長介于微波與紅外之間，兼具有厘米波段全天候和紅外波的高分辨力的特點。由毫米波空間傳播特性（圖1所示）可以看出，毫米波空間傳播存在幾個“窗口”頻率，包括35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz，任何一個窗口的可用帶寬幾乎都可以把包括微波頻段在內(nèi)的所有低頻頻段容納在內(nèi)，可用頻譜資源非常豐富，同微波設備相比，具有工作頻帶寬、天線波束窄、旁瓣低、抗干擾能力強、體積小、重量輕、低仰角跟蹤性能好、導引精度高、多普勒分辨率高、可進行目標識別、成像等優(yōu)點。同激光與紅外設備相比，在其傳輸窗口頻率范圍內(nèi)具有大氣衰減較低，穿透云、霧、塵和戰(zhàn)場煙霧能力較強，能在空間、雨、霧及戰(zhàn)場煙塵等能見度低的情況下正常工作等優(yōu)點。所有這些特點加強了雷達“四抗”的能力，使毫米波雷達具有廣闊的應用前途。近幾十年來，毫米波元器件和集成電路工藝、技術已取得顯著進展，毫米波雷達研制已臻于成熟，世界各發(fā)達國家已研制出大量裝備。

圖1 毫米波空間傳播特性

在軍事上，各國裝備主要應用為機載近距火控、低角搜索捕獲跟蹤、飛機防撞著陸及導彈制導等方面。而對武裝直升機，考慮其裝備的主力武器（如反坦克導彈）10km左右的有效射程、對雷達威力和精度等方面的要求及其裝載能力（毫米波雷達重量輕、體積小），國外先進武裝直升機大都選用了毫米波頻段的雷達作為火控雷達。有時也會采用包括毫米波和微波2種頻段在內(nèi)的雙頻段火控雷達，以獲得更大的雷達威力，掌握更大范圍的戰(zhàn)場態(tài)勢。對毫米波雷達的干擾，目前主要采用無源干擾。隨著毫米波雷達技術的發(fā)展和毫米波末制導雷達的廣泛使用，毫米波雷達抗箔條干擾的能力也在逐步提高，因此，發(fā)展毫米波有源干擾設備是十分必要的［1］。

1 國外典型先進武裝直升機載毫米波雷達及其應用

1.1 國外典型先進武裝直升機載毫米波雷達

毫米波雷達工作頻率高，信號帶寬寬，角分辨能力和測角精度高，波束窄，抗電子干擾、雜波干擾和多徑反射干擾能力強，能工作在云、霧、埃和戰(zhàn)場煙霧等惡劣環(huán)境中，可進行目標識別與成像，因此在武裝直升機上得到了廣泛的應用。有代表性的國外典型先進武裝直升機載毫米波雷達是美俄兩國的APG－78“長弓”和“勁弩－52”雙頻段火控雷達以及“寶石－280”毫米波目標瞄準雷達等。

“長弓”雷達是安裝在“阿帕奇”直升機上的火控雷達，工作頻率為35GHz，雷達體制為相干多普勒，可在各種氣候和惡劣作戰(zhàn)環(huán)境下全天候工作。作戰(zhàn)性能為：動目標探測距離8km，對固定目標的探測距離6～8km，地形回避2.5km，每6s就掃描一次，可同時顯示、區(qū)分和跟蹤256批目標，并優(yōu)先識別最有威脅的16批目標，在30s內(nèi)發(fā)動精確打擊，還可以將其余目標的信息傳送給其它直升機或固定翼飛機?！伴L弓”雷達的發(fā)射功率低，主瓣為極窄的筆形波束，采用低截獲技術，具有低可探測能力。同時，可進行非協(xié)同目標識別，采用實波束測地面目標，能穿透偽裝物和樹葉識別固定目標，可進行360°全方位連續(xù)掃描和特定區(qū)域扇形掃描?！伴L弓”雷達是1部多功能雷達，具有地面目標瞄準、地形地貌顯示、空中瞄準和內(nèi)部測試等工作模式［2］。

利用機載有源相控陣（AESA）技術，美國改進、升級“長弓”雷達，裝備新研的RAH－66“科曼奇”武裝直升機，也稱為“科曼奇”雷達?！翱坡妗崩走_采用AESA電掃描技術，體積和重量得到了減少，作戰(zhàn)性能顯著，作用距離和戰(zhàn)場搜索面積分別是“長弓”雷達的2倍和4倍，即移動目標16～20km，固定目標8km。

美國裝備的另一型直升機載雷達為“眼鏡蛇”雷達系統(tǒng)，該雷達是一種吊艙式雷達，采用毫米波有源相控陣體制，裝備AH－1Z“超級眼鏡蛇”直升機，能在15min內(nèi)安裝或卸載。與“科曼奇”雷達相比，“眼鏡蛇”雷達系統(tǒng)的作用距離更大，天線尺寸更小，重量不足90kg。

圖2 裝有長弓毫米波火控雷達的阿帕奇直升機

圖3 裝有勁弩桅桿式雷達的“米－28X”攻擊直升機

俄羅斯“法扎特倫”NIIR公司研制的“勁弩－52”雷達與“長弓”雷達性能相當，工作于毫米波段和L波段，為雙頻段火控雷達，現(xiàn)裝載于俄羅斯“卡－52”、“米－28”等各型武裝直升機，也是一款多功能雷達，具有晝／夜／全天候的戰(zhàn)斗能力?！皠佩螅?2”根據(jù)頻段分為“勁弩－Ka”雷達和“勁弩－L”雷達。其中“勁弩－Ka”工作在Ka頻段，天線為機械掃描方式，裝載于直升機前部，可以實現(xiàn)直升機自動地形跟隨和回避技術，進行超低空飛行，對坦克的探測距離為8～12km，同時具有探測400m以外電力線的能力。“勁弩－L”工作于L頻段，安裝在直升機旋翼桅桿頂端，對防空導彈的最大作用距離為5km?！皠佩螅?2”有2種工作模式：其空對地模式使直升機具有動目標指示和數(shù)據(jù)跟蹤、目標探測和定位、地形跟隨／規(guī)避、地形測繪、火力控制能力；空對空模式完成空中目標探測和跟蹤以及火力控制［3］。

“寶石－280”雷達是由莫斯科的NP0“金剛石”研究所研制的毫米波瞄準雷達，性能稍遜于“勁弩－52”，裝備俄羅斯 “米·28N”武裝直升機，它對大型固定目標的作用距離為25km，對戰(zhàn)術導彈發(fā)射架的作用距離為15km，對裝甲車的作用距離為10～12km，對無裝甲防護車輛的作用距離為6～8km，具有攻擊和導航2種工作模式。

1.2 毫米波雷達應用

從國外毫米波雷達執(zhí)行的作戰(zhàn)任務可以看出，毫米波雷達主要應用于：

（1）戰(zhàn)術導彈的末段制導

毫米波元件、器件體積小，雷達和導引頭體積小、電壓低，全固態(tài)發(fā)射，可以滿足飛機、衛(wèi)星、導彈環(huán)境要求。毫米波波長短，工作頻率35GHz時，天線口徑一般為10cm，在同樣雷達天線口徑下，其波束窄，角度分辨率和測角精度很高。此外，毫米波雷達還用于波束制導系統(tǒng)，控制近程導彈，毫米波末敏彈即是其典型應用。

（2）戰(zhàn)場目標監(jiān)視、截獲、定位和跟蹤

雖然毫米波的傳播損失比微波嚴重得多，但毫米波雷達因其具有高分辨力可用于近程目標監(jiān)視、截獲、定位和跟蹤，對低空飛行目標、地面目標（如坦克、車輛和人員）和外空目標進行監(jiān)測。能在空間、雨、霧及戰(zhàn)場煙塵等能見度低的情況下引導硬武器摧毀地面和低空目標，國外已研制成功94GHz的單脈沖跟蹤雷達。

（3）雷達截面積（RCS）測量和目標成像

毫米波雷達可用于測量目標與雜波的特性，毫米波雷達帶寬很寬，可以達到1GHz，分辨率接近0.1m，利用其高分辨率可以對目標成像，這種雷達一般擁有多個工作頻率，發(fā)射極化形式和信號波形可變。目標的雷達截面積測量采用頻率比例的方法。利用毫米波雷達，對于按比例縮小了的目標模型進行測量，可得到在較低頻率上的雷達目標截面積。此外，毫米波雷達在地形跟蹤、船用導航、直升機防撞等方面均有應用。

2 毫米波雷達對抗技術

隨著毫米波雷達和制導系統(tǒng)的廣泛應用，對應的電子對抗手段也在不斷發(fā)展。毫米波頻帶寬，波束窄，副瓣小，空間衰減大，干擾和被干擾雙方波束要在空間對準概率極低，對其偵察和實施有源干擾比較困難；同時，由于受到毫米波器件性能的限制，研制寬帶毫米波干擾設備目前也比較困難，而且毫米波雷達的工作頻率在向更高頻段發(fā)展，工作體制向有源相控陣體制發(fā)展。因此，毫米波有源干擾效果不是很理想，要對毫米波雷達實施有效干擾，必須采用綜合對抗措施。由于上述原因，毫米波對抗以無源干擾為主，有源干擾為輔。

2.1 毫米波無源干擾技術

毫米波無源干擾技術是利用發(fā)射裝置投放毫米波干擾物，對毫米波波束進行散射、反射或吸收毫米波雷達輻射的電磁波，擾亂電磁波傳播途徑，并改變其散射特性或形成假目標和干擾屏障，以掩護真實目標而采取的一種電子對抗措施。該措施可以不必事先精確測定雷達的工作頻率，常用的毫米波干擾物有毫米波箔條箔片、氣溶膠、角反射器、毫米波吸收材料、毫米波等離子體、毫米波煙幕，利用毫米波干擾物制造毫米波假目標或利用產(chǎn)生電離子體吸收、散射毫米波以達到干擾毫米波雷達的目的［4］。

毫米波箔條是利用投放在空中大量隨機分布的半波偶極子群對電磁波的散射，進而實現(xiàn)對雷達的干擾。箔條尺寸很小，對制造工藝與布放要求很高，要達到與厘米箔條相同的干擾效果，所需數(shù)量比微波箔條多很多，實戰(zhàn)中受到很大限制。毫米波箔片是利用箔片對電磁波進行反射以干擾雷達。與箔條相比，箔片在制造工藝和布放方面簡單得多，帶寬也可有效擴展。

毫米波角反射器是利用其反射特性，模擬地面或空中的目標，反射雷達信號，使雷達真假難辨，降低毫米波制導武器的命中率，達到對抗的目的。采用的角反射器必須達到雷達發(fā)射面積與要掩護的目標反射面積相匹配，達到?jīng)_淡干擾的目的。

毫米波等離子體的工作原理是利用爆炸、熱電離或放射性元素產(chǎn)生的等離子體，吸收、反射、散射雷達信號，達到干擾的目的。

毫米波煙幕干擾是利用煙幕對電磁波的吸收和散射特性，阻礙毫米波雷達對目標的偵察、探測，降低其探測性能，進而保護己方重要目標。

利用人工水霧對毫米波雷達進行干擾，影響其成像效果也在不斷得到應用。其他毫米波無源對抗技術包括毫米波隱身技術、毫米波吸收網(wǎng)、毫米波地面假目標等。

2.2 毫米波有源干擾技術

單憑無源干擾手段，難以實現(xiàn)對采用相干處理的脈沖壓縮、成像等新體制毫米波雷達有效干擾，近年來，對毫米波有源干擾設備的研究已普遍受到各國的重視［5－6］。對毫米波雷達有源干擾技術而言，無論偵察還是干擾，理論上都不存在難度，技術上與微波雷達一樣，難點就是技術可實現(xiàn)性、造價、功率等要求。由于波束很窄，對其偵察和干擾，都提出了比微波雷達高得多的要求?，F(xiàn)有直升機載毫米波雷達大多工作在Ka波段，而其發(fā)展趨勢是擴展頻段、采用有源相控陣技術、目標分類識別技術、低截獲概率技術、戰(zhàn)場管理和目標交接技術、射頻干擾儀技術等。對毫米波雷達的偵察，提出了更高的靈敏度和精度要求，靈敏度要求將比微波雷達高幾十個dB，精度也會高1個數(shù)量級以上。對毫米波雷達的有源干擾，雖然功率要求不算太高，但要做到波束對準，實現(xiàn)主瓣干擾比較困難，因此，多數(shù)為副瓣干擾。

通過對毫米波目標特性和雜波特性的研究，同一個目標，毫米波段的雷達反射面積比微波大，毫米波空間衰減也比微波大得多，因此，要實現(xiàn)對毫米波雷達的有效干擾，必須具有很高的有效輻射功率，但寬帶毫米波帶寬較寬，干擾源研制是個難題。由于毫米波器件體積小，有利于小型化干擾設備的研制，因此毫米波有源誘餌受到各國關注，成為毫米波雷達對抗的主要發(fā)展方向，毫米波有源誘餌可以通過無人機、氣球、傘降、海上漂浮等各種形式進行布放，自動或受控地對毫米波制導雷達進行干擾，形成多個假目標，達到誘騙導彈的目的。試驗證明，舷外有源誘餌可以在平臺外形成逼真假目標，通過與有源干擾的協(xié)同配合，獲得對多種體制末制導雷達的有效干擾，另外舷外有源誘餌通過突前布放，利用位置優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)對捷變頻雷達的有效干擾，獲得較好的對平臺的電子掩護能力，但利用毫米波有源誘餌進行區(qū)域防御的戰(zhàn)術使用方法、布放技術是毫米波雷達對抗目前需研究的課題。

2.3 有源無源組合干擾

無源干擾可以在平臺外形成假目標，有源干擾也可以進行假目標干擾，兩者形成的假目標具有不同的特性，充分利用兩者的優(yōu)勢，可以大大提高現(xiàn)役電子對抗裝備的作戰(zhàn)效能。利用有源無源組合可以實現(xiàn)對雷達的轉(zhuǎn)移干擾。對于采用自動增益控制（AGC）接收方式的單脈沖體制雷達，有源干擾可以捕獲其AGC，通過距離后拖樣式可以將雷達回波拖離本平臺，若這時在拖距脈沖位置上通過發(fā)射無源箔條進行假目標配合，就可以使雷達鎖定在無源假目標上，實現(xiàn)轉(zhuǎn)移干擾。

對于采用大動態(tài)范圍對數(shù)接收機的單脈沖雷達，干擾脈沖總是滯后于雷達脈沖150～200ns左右，雷達采用前沿跟蹤技術就可以排除干擾脈沖的影響。但是采用對數(shù)接收機的雷達抗小信號噪聲能力下降，有源干擾采用寬帶阻塞噪聲時，可以使雷達轉(zhuǎn)入跟蹤干擾源狀態(tài)。此時無源干擾在來襲方向上發(fā)射箔條彈形成假目標后，有源干擾即停止發(fā)射，雷達在距離上無法分辨作戰(zhàn)平臺和箔條，作戰(zhàn)平臺和箔條仍然在同一角度波門內(nèi)，雷達將跟蹤兩者的質(zhì)心，可以達到好的質(zhì)心干擾效果。

3 結(jié)束語

世界先進國家的直升機載火控雷達均采用了毫米波雷達技術，以色列對巴基斯坦的武裝打擊多次采用了“阿帕奇”武裝直升機，而且效果明顯。同時從阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭的歷程都可看出，武裝直升機的作用越來越大，因此有必要研究國外先進的武裝直升機載毫米波雷達，同時研究有效的干擾技術。對無源干擾而言，必須加強新材料、新技術的研制，改進和加強毫米波干擾物投放裝置和技術；對有源干擾，加大力度開發(fā)頻率寬、功率大的微波集成電路、微波器件和功率源，同時借鑒微波雷達干擾技術，提出對毫米波雷達更加有效的干擾技術。

［1］向敬成，張明友.毫米波雷達及其應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］Richardson M K.Longbow fire－control radar：moving the Apache into the 21st century［A］.American Helicopter Society 52nd Annual Forum［C］.NewYork，USA：Curran Associates，inc，1996：636－648.

［3］Piotr Butowsk.Russia tests new helicopter radals［J］.Jane＇s Iternational Defense Review，2004（8）：20.

［4］付偉.毫米波無源干擾技術的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.火控雷達技術，2001（3）：22－25.

［5］凌永順，同武勤，張鑫，楊洪濤.毫米波對抗技術［J］.光電工程，2004（7）：1－4.

［6］余宏明，張志堅.毫米波雷達及其對抗［J］.艦船電子工程，2007（2）：168－172.