反舰导弹毫米波主被动复合制导导引头设计探讨

摘 要：介绍了毫米波主被动复合制导的主要性能和主被动复合的三种方式，分析了毫米波主被动复合制导既可以充分发挥毫米波主动雷达的反隐身能力，又可以发挥毫米波被动雷达探测距离相对较远的优点，在此基础上提出了一种新的毫米波主被动复合制导导引头设计方案，该设计方案通过毫米波主被动雷达信息融合处理技术，提高了抗干扰能力和目标识别能力，可以实现对目标的精确打击。

关键词：精确制导武器；毫米波；复合制导；导引头

中图分类号：TP23 文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)0304303

Passive Compound Guidance Detection Unit Design Study of

Certain Mould Air to Ship Missile Seeker

LI Xiangping,LI Shizhong,ZHANG Gang,LI Yakun

(Naval Aeronautical Engineering Institute,Yantai,264001,China)

Abstract：The paper introduces passive hybrid three kinds of methods of major function with owner of passive compound guidance of millimetre wave owner in the character,and analyses the anti―stealth ability that the passive compound guidance of millimetre wave owner already can fully give play to the initiative radar of millimetre wave,can give play to the millimetre wave passive radar air intercept range to opposite to each other the far away merit again.Putting forward one kind of new passive compound guidance detection unit design proposal of millimetre wave owner,this design proposal mix together the processing technology by way of tip of a hair wave owner's passive radar information on this foundation,and raises antijamming ability and the target identification ability,and can realize the accurately strike to the objective.

Keywords：precision guided weapon;millimetre wave;compound homing guidance;seeker

随着精确制导武器攻击过程中遇到的对抗层次越来越多，对抗手段越来越复杂，目标的隐身、掠地攻击和高速突防攻击及多方位饱和攻击战术的使用，要求精确制导武器必须具有抗各种干扰的能力、识别真假目标的能力、对付多目标的能力和全天候作战的能力[1]。采用非成像的单一寻的制导方式已不能很好地完成作战任务。为了使导弹的导引头在战术运用上具有更大的灵活性，提高导弹系统的综合抗干扰能力，提高导弹的命中精度，一般认为，采用多模复合寻的制导是一种现实而有效的技术途径，而精确制导系统中采用毫米波主动与被动复合的双模复合制导是复合制导的发展趋势。

1 毫米波主被动复合制导的主要性能

毫米波技术是近年来发展十分迅速的高新科技，是导弹末制导的关键技术之一。由于毫米波在电磁波中介于微波和红外之间，与微波相比，他波束窄、波长短，因而毫米波探测器具有较高的空间分辨力，较强的抗干扰能力和较好的低仰角探测特性，同时他体积小、重量轻，便于弹载使用；与红外相比，尽管毫米波探测器精度没有红外高，但他受天气和烟尘影响小，而且区分金属目标和环境的能力强,因此毫米波探测技术在传感器探测领域中有着很好的应用前景。

毫米波探测器的工作方式主要分为主动式和被动式两种。主动探测即毫米波雷达探测，他不仅能探测目标的距离、方位和速度，而且能获得良好的距离、角度和速度分辨力。毫米波雷达相对于微波雷达而言，更容易实现宽带调制，具有精度高、抗干扰能力强、低仰角探测性能好等优点。但毫米波雷达在近距离作用时，容易产生目标闪烁效应，即复杂目标的多反射体散射的合成使得目标视在散射中心产生跳动。被动探测是基于毫米波辐射计原理，通过接收目标反射来自天空或地面辐射的毫米波能量，或接受目标辐射的毫米波能量，并与接收的天空或地面辐射的毫米波能量进行比较来工作的，当满足一定的能量差和能量变化率时，就能判断目标的存在。他不发射信号，工作频带宽，具有抗干扰能力强、隐蔽、无目标闪烁等优点,但由于作用距离较近，被动式探测器能获得的目标信息量少。可见，毫米波主被动探测体制之间存在着优势相互补充、缺点相互弥补的特点，因此毫米波主被动体制的复合成为发展的必然趋势[2]。这样不仅提高了探测距离、消除了目标闪烁效应，而且能够获得更丰富的目标信息。这就导致毫米波主、被动体制的复合成为当今以及今后毫米波探测系统研究的热门话题。

2 毫米波主被动复合制导的3种方式

(1) 先主动探测后被动探测的寻的方式。该方式能早发现、识别和选择目标，可以在恶劣条件下工作并可避免角闪烁的影响；

(2) 先被动探测后主动探测的寻的方式。该方式可以隐蔽探测，能在适当距离上对目标进行识别和跟踪，还能实现全天候攻击；

(3) 主被动交替转换寻的方式。该方式依据导弹在攻击的全过程中发生的变化，回避各自的弱点，采用毫米波雷达与宽带被动制导交替转换。在毫米波雷达受到各种干扰丢失目标后，制导转换将自动切换到宽带被动制导解算，实施制导；当干扰消失，毫米波雷达进入稳定跟踪后，又自动切换到毫米波雷达制导解算，实施制导。毫米波主被动复合制导信号复合框图如图1所示。

图1 毫米波主被动复合制导信号复合框图

3 一种新的毫米波主被动复合导引头的分析研究

现代空袭兵器不断发展，突防样式不断变化，使得防空战场环境变得更加复杂。为了提高反舰导弹的作战效能，自动寻的战术反舰导弹雷达寻的装置每隔十年就有一次飞跃。纵观反舰导弹的发展过程，可认为有四代:第一代是脉冲或连续波半主动寻的体制；第二代是连续波寻的体制和高水平半主动寻的体制；第三代是主动雷达寻的体制；第四代是多模复合寻的体制。现在世界各国都非常重视研究、发展双模复合寻的制导技术，并且已卓有成效。正是基于上述原因，基于对毫米波主被动复合制导性能和主要方式的研究，提出了一种新的毫米波主被动复合制导导引头的设计思路。

为满足打击精度需求，导弹采取毫米波主被动复合末制导体制。综合考虑导弹的制导精度需求，降低截获概率、提高抗干扰能力，决定远距离采取宽带被动制导方式，近距离采取毫米波主动雷达制导，并通过主被动雷达信息融合处理技术，提高抗干扰能力和目标识别能力，实现精确打击。本方案的系统框图如图2所示。

毫米波主被动双模导引头系统主要包括：主被动共口径天线；天线稳定平台；毫米波发射机；主动雷达毫米波微波收发信道；宽带被动雷达信道化接收机；主被动雷达实时信号处理机；二次电源；雷达结构；雷达对外接口。

图2 毫米波主被动复合制导导引头系统框图

3.1 工作时序

导弹采用机载发射方式，初始与中段采用“捷联惯导+卫星导航”复合制导方式，再入后采用“宽带被动+毫米波主动”双模复合末制导方式。主被动双模导引头制导系统采用全程制导方式，以提高打击精度，导弹制导方式如图3所示。

图3 导弹制导方式

宽带被动雷达从距目标100 km开机后一直工作。在目标距离100～30 km段，导弹主要依靠被动雷达提供的制导信息工作,在目标距离30 km时，毫米波制导雷达第一次开机工作3 s后关机，主动雷达此段工作主要是做“DBS成像”或单脉冲测角，用来识别目标。区分航母和其他舰船目标。导弹在主动雷达第―次关机到第二次开机之间的这段时间仍然是靠被动雷达制导,在目标距离10 km时主动雷达第二次开机，主动雷达此段工作主要是做“单脉冲测角三维成像和精确跟踪”，此段的制导信息是依靠主被动信息融合后提供的信息制导。双模复合导引头的工作点在弹头飞行末段，具体开机时间和工作模式切换时间根据飞行弹道、机动突防的要求以及基准图选择等因素确定。

3.2 工作方式

毫米波导引头主被动复合末制导系统具备的工作方式：

(1) 宽带被动探测方式

主动雷达不提供制导信息，只靠被动雷达的探测结果控制导弹。宽带被动雷达采用信道化接收机对目标进行识别、分选，并根据打击对象的威胁等级进行选择跟踪。

(2) 毫米波主动与宽带被动探测复合工作方式

毫米波制导雷达和宽带被动雷达同时工作，同时给出制导信息，通过主被动信息融合技术给出精确的制导信息。复合工作时间有两段，第一段是毫米波主动雷达DBS成像时，通过“DBS成像”来做目标识别，区分航母和其他舰船目标，为被动雷达的目标识别、跟踪提供辅助依据；第二段是毫米波主动雷达“单脉冲测角三维成像与识别”时，此时目标和雷达的距离已经很近了，主动雷达很容易受到海杂波干扰和敌舰的有源干扰，被动雷达可以为主动雷达提供辅助的目标信息，从而加强了主动雷达抗干扰的能力。

在敌方雷达关机或者被动雷达工作不正常的情况下，造成主动雷达开始工作时没有打击目标的初始位置，必须进行自动搜索，以便捕获到打击目标。由于打击目标为活动目标，根据导弹飞行时间和目标的运动速度计算目标的逃逸半径(按照目标的最快速度20 m/s计算，逃逸半径为6 km)，确定主动雷达的搜索范围。主动雷达采用栅状搜索方式，如图4所示。

图4 主动雷达目标搜索方式示意图

3.3 导引头参数计算

(1) 主动雷达信噪比(S/N)计算[3]

主动雷达输入端的信噪比可用下式计算：

式中：Pt为发射机的发射功率；G为主动雷达对信号的增益；λ为雷达工作波长；σT为目标的雷达截面积；R为雷达作用距离；k为玻尔兹曼常数:1.38×10－23 J/K；T0为基准温度，290 K；B为接收机带宽；F为接收机噪声系数；LRF为射频插入损耗。

由于雷达接收机内有各种信号处理电路，经处理后，接收机终端的信噪比将得到改善。他与(S/N)i的关系为:

式中，LP为信号处理损耗；τP为脉冲宽度；PRF为脉冲重复频率；Ti为积分时间。

(2) 寻的雷达作用距离

设虚警概率Pfd=10－6，发现概率Pd=0.7，则要求信噪比为12 dB。根据此条件，则用式(1)，式(2)可算出导引头的作用距离。

(3) 毫米波宽带被动导引头的作用距离[4]

基于毫米波辐射计原理的宽带被动导引头的作用距离计算式为:

(3)

其中：ηa为天线辐射效率；AT为目标在波束中被照面积；ΔTT为目标相对背景的对比温度；GA为天线增益；ΔTmin为辐射计灵敏度；S/N为导引头信噪比。

4 结语

多模复合寻的制导是当今反舰导弹的发展主流，毫米波的波长介于微波和红外之间，在一定程度上兼有二者的优点，毫米波主被动探测体制之间存在着优势相互补充、缺点相互弥补的特点，两种体制的复合不仅提高了探测距离、消除了目标闪烁效应，而且能够获得更丰富的目标信息,因此毫米波主被动体制的复合成为反舰导弹导引头发展的必然趋势。

参考文献

[1]李相平，李辉，刘宏，等.反舰导弹主被动复合制导导引头设计探讨[J].飞航导弹,2004(7):50―52.

[2]朱育飞.毫米波主被动复合探测系统几个关键技术研究[D].南京：南京理工大学,2005.

[3]徐浩彭，张剑云，刘春生.毫米波主/被动双模复合寻的制导技术[J].导弹与航天运载术,2006(3):18―20.

[4]刘跃龙.基于全功率辐射计的导弹毫米波被动引信[J].制导与引信,2007(3):21―24.

作者简介

李相平 男，1963年出生，山东淄博人，教授，博士生导师。主要从事末制导雷达信息处理方面的研究。

李世忠 男，1980年出生，山西平遥人，硕士研究生。主要从事复合导引头抗干扰评估方面的研究。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。