毫米波技術(shù)的軍事應用

毫米波是介于微波與光波之間的電磁波,通常毫米波頻段是指30～300GHz,相應波長(cháng)為1～10mm 。目前絕大多數的應用研究集中在幾個(gè)“窗口”頻率,包括35、45、94、140、220GHz和三個(gè)吸收峰(60、120、200GHz頻率上)。

毫米波電子系統具有如下特性:

·小天線(xiàn)孔徑具有較高的天線(xiàn)增益;

·高跟蹤精度和制導精度;

·不易受電子干擾;

·低角跟蹤時(shí)多徑效應和地雜波干擾小;

·多目標鑒別性能好;

·雷達分辨率高;

·大氣衰減“諧振點(diǎn)”可作保密傳輸。

由于這些特性,毫米波主要應用在結構小、重量輕、分辨力高、作用距離近和具有良好多普勒處理特性的場(chǎng)合。與微波相比,毫米波受惡劣氣候條件影響大,但分辨力高，結構輕小;與紅外和可見(jiàn)光比，毫米波系統雖沒(méi)有那樣高的分辨力，但通過(guò)煙霧灰塵的傳輸特性好。

軍事上的需要是推動(dòng)毫米波系統發(fā)展的重要因素。目前毫米波在雷達、制導、戰術(shù)和戰略通信、電子對抗、遙感、輻射測量等方面得到了廣泛應用。

毫米波雷達的優(yōu)點(diǎn)是角分辨率高,頻帶寬,多普勒頻移大和系統體積小,缺點(diǎn)是作用距離受功率器件限制大。目前大多數火控系統和地空導彈制導系統中的跟蹤雷達均已工作在毫米波頻段。

實(shí)際的精密跟蹤雷達多是雙頻系統,即一部雷達同時(shí)工作于微波頻段(用于搜索、引導,精度較低)和毫米波雷達(跟蹤精度高、作用距離近),兩者協(xié)同工作，可取得較好的效果。如美國海軍研制的TRAKX雙頻精密跟蹤雷達即有一部9GHz、300kw的反射機和一部35GHz、13KW的發(fā)射機及相應的接收系統，共用2.4m拋物面天線(xiàn)，已成功地跟蹤了距水面30m高的目標,作用距離可達27km。雙頻還具有一個(gè)好處,毫米波頻率可作為隱蔽式工作,提高了雷達的生存能力。

炮位偵察雷達用于精確測定敵方炮彈的軌跡,從而推算出敵方炮兵陣地的位置。由于雷達體積小(可人背、馬馱)、角跟蹤精度高,抗干擾和低截獲,常采用3mm波段的雷達,發(fā)射機平均輸出功率在20W左右。

用于跟蹤彈、炮的搜索、跟蹤兩位一體雷達,搜索部分采用X波段,跟蹤部分采用毫米波(8mm),例如改進(jìn)的“空中衛士”綜合火控雷達,具有很好的低角跟蹤性能和抗干擾性能。

為了有效跟蹤掠海飛行的小型高速導彈(巡航導彈),艦炮火控系統的跟蹤雷達也有使用毫米波段的趨勢,如:美國挑戰者SA-2艦載火控跟蹤雷達采用M(20-40GHz)波段，英國30型艦載火控跟蹤雷達也使用了毫米波段。

為了高空探測飛機和導彈,毫米波雷達得到了有效的應用,因為毫米波在高空傳輸損耗很小,地面探測這些目標則會(huì )被很強的大氣吸收所遮擋。

空間目標識別雷達的特點(diǎn)是使用大型天線(xiàn)以獲得成像所需的角分辨率、高天線(xiàn)增益和大功率發(fā)射機以保證足夠的作用距離,一部35GHz的空間目標識別雷達的天線(xiàn)口徑達36m。用行波管提供10KW的發(fā)射功率，可以拍攝遠在16Km處的衛星照片;一部工作在94GHz的空間目標識別雷達的天線(xiàn)口徑為13.5m,采用回旋管輸出20KW的發(fā)射功率,可對14.4Km遠處的目標進(jìn)行高分辨率的攝像。

現代直升機的空難事故中,飛機與高壓架空電線(xiàn)相撞的事故占相當高的比率,因此直升機防撞雷達需要采用分辨率極高的毫米波雷達或激光雷達,實(shí)際上多用3mm雷達。這種雷達技術(shù)還可用于車(chē)輛防障和空中交會(huì )。

由于毫米波制導兼有微波制導和紅外制導的優(yōu)點(diǎn)。在大氣層內，毫米波四個(gè)主要傳輸窗口(35、94、140、和220GHz)雖較微波對云、雨引起的衰減要大一些,但毫米波系統體積小,重量輕、易于高度集成化,而且頻帶寬,分辨率高，敵方難于載獲,抗干擾性能強;較之紅外則分辨率差一些,但通過(guò)煙、霧、灰、塵的能力強,具有較好的全天候戰斗能力。因此，毫米波制導系統已成為精確制導的主要發(fā)展方向之一,特別是尋的制導系統。國外許多導彈的末制導采用了毫米波制導系統。例如,休斯公司研制的“黃蜂”反坦克導彈工作在94GHz，“幼畜”和海法爾以及“SADARM”等導彈和火箭彈上都使用35GHz的導引頭。目前正在發(fā)展的毫米波成像技術(shù)及毫米脈沖多普勒導引頭和紅外焦平面探測器合成的雙模導引頭,使導引頭具有真正全天候條件下“打了不用管”的功能。用于21世紀的超音速巡航導彈(ATACCM)、超音速反艦導彈(ANS)、先進(jìn)反幅射導彈(ARRM)、先進(jìn)反艦導彈(AASM)等都采用了毫米波技術(shù)在內的復合制導。

由于毫米波雷達和末制導系統的發(fā)展,相應的電子對抗手段也發(fā)展起來(lái)了。目前現役的多數雷達偵察/告警系統,如WJ-2740(美)、Wi927(美)、APR(V)A(美)的頻率覆蓋范圍均已擴展到0.5～40GHz。據報導,美國電子對抗的部份雷達偵察設備頻率覆蓋可達3KHz～100GHz,并向300GHz發(fā)展。雷達告警設備頻率已擴展到40～60GHz,北約正在研制一種車(chē)載毫米波告警設備,頻段為40～140GHz。此外,通信偵察頻段覆蓋10KHz～毫米波段,通信干擾也將覆蓋10KHz～60GHz。

在微波范圍內已成功實(shí)用的電子干擾技術(shù),如箔條和反雷達偽裝，在毫米波頻段則效果不佳,因為用于35GHz以上的箔條偶極子實(shí)在太小。因此要想有效地對抗毫米波雷達干擾需要研究新的方法,目前投放非諧振的毫米波箔條和氣溶膠對敵方毫米波雷達波束進(jìn)行散射是一種手段。

軍用毫米波通信是戰場(chǎng)環(huán)境下很有發(fā)展前途的通信手段，它具有波束窄、數據率高、電波隱蔽、保密和抗干擾性能好、開(kāi)設迅速、使用方便靈活以及全天候工作的特點(diǎn)。軍用毫米波通信主要應用有:遠(空間)近(大氣層)距保密通信,快速應急通信,對潛通信,衛星通信,星際通信,微波干線(xiàn)上下山的走線(xiàn)和電纜中斷搶通設備等。

毫米波通信美國處于領(lǐng)先地位。目前30-40GHz的設備已實(shí)用，如美國Norden公司研制、工作頻率在36～38.6GHz的AN/GRC-209短程視距通信設備,用于點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸。英國宇航公司與馬可尼公司制造的skyNETIV衛星通信系統,載有4個(gè)X波段，2個(gè)UHF和一個(gè)EHF的轉發(fā)器。美Milstar“戰術(shù)戰略中繼衛星系統”由6顆星組成,上行頻率為44GHz,下行頻率為20GHz,星際通信頻率為60GHz。地面近距離(如前沿陣地)也使用60GHz頻率是為了保密通信，如美國雷聲公司研制的TMR-2設備?！?/font>