毫米波技術(shù)的軍事應(yīng)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(yīng)波長為1～10mm 。目前絕大多數(shù)的應(yīng)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(tǒng)具有如下特性:

·小天線孔徑具有較高的天線增益;

·高跟蹤精度和制導(dǎo)精度;

·不易受電子干擾;

·低角跟蹤時(shí)多徑效應(yīng)和地雜波干擾小;

·多目標(biāo)鑒別性能好;

·雷達(dá)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(yīng)用在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)輕小;與紅外和可見光比，毫米波系統(tǒng)雖沒有那樣高的分辨力，但通過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(tǒng)發(fā)展的重要因素。目前毫米波在雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等方面得到了廣泛應(yīng)用。

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

實(shí)際的精密跟蹤雷達(dá)多是雙頻系統(tǒng),即一部雷達(dá)同時(shí)工作于微波頻段(用于搜索、引導(dǎo),精度較低)和毫米波雷達(dá)(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(dá)即有一部9GHz、300kw的反射機(jī)和一部35GHz、13KW的發(fā)射機(jī)及相應(yīng)的接收系統(tǒng)，共用2.4m拋物面天線，已成功地跟蹤了距水面30m高的目標(biāo),作用距離可達(dá)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(dá)的生存能力。

炮位偵察雷達(dá)用于精確測(cè)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(dá)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(dá),發(fā)射機(jī)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(dá),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(wèi)士”綜合火控雷達(dá),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(dǎo)彈(巡航導(dǎo)彈),艦炮火控系統(tǒng)的跟蹤雷達(dá)也有使用毫米波段的趨勢(shì),如:美國挑戰(zhàn)者SA-2艦載火控跟蹤雷達(dá)采用M(20-40GHz)波段，英國30型艦載火控跟蹤雷達(dá)也使用了毫米波段。

為了高空探測(cè)飛機(jī)和導(dǎo)彈,毫米波雷達(dá)得到了有效的應(yīng)用,因?yàn)楹撩撞ㄔ诟呖諅鬏敁p耗很小,地面探測(cè)這些目標(biāo)則會(huì)被很強(qiáng)的大氣吸收所遮擋。

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

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

由于毫米波制導(dǎo)兼有微波制導(dǎo)和紅外制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。在大氣層內(nèi)，毫米波四個(gè)主要傳輸窗口(35、94、140、和220GHz)雖較微波對(duì)云、雨引起的衰減要大一些,但毫米波系統(tǒng)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(qiáng);較之紅外則分辨率差一些,但通過煙、霧、灰、塵的能力強(qiáng),具有較好的全天候戰(zhàn)斗能力。因此，毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)已成為精確制導(dǎo)的主要發(fā)展方向之一,特別是尋的制導(dǎo)系統(tǒng)。國外許多導(dǎo)彈的末制導(dǎo)采用了毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)。例如,休斯公司研制的“黃蜂”反坦克導(dǎo)彈工作在94GHz，“幼畜”和海法爾以及“SADARM”等導(dǎo)彈和火箭彈上都使用35GHz的導(dǎo)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(dǎo)引頭和紅外焦平面探測(cè)器合成的雙模導(dǎo)引頭,使導(dǎo)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(jì)的超音速巡航導(dǎo)彈(ATACCM)、超音速反艦導(dǎo)彈(ANS)、先進(jìn)反幅射導(dǎo)彈(ARRM)、先進(jìn)反艦導(dǎo)彈(AASM)等都采用了毫米波技術(shù)在內(nèi)的復(fù)合制導(dǎo)。

由于毫米波雷達(dá)和末制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展,相應(yīng)的電子對(duì)抗手段也發(fā)展起來了。目前現(xiàn)役的多數(shù)雷達(dá)偵察/告警系統(tǒng),如WJ-2740(美)、Wi927(美)、APR(V)A(美)的頻率覆蓋范圍均已擴(kuò)展到0.5～40GHz。據(jù)報(bào)導(dǎo),美國電子對(duì)抗的部份雷達(dá)偵察設(shè)備頻率覆蓋可達(dá)3KHz～100GHz,并向300GHz發(fā)展。雷達(dá)告警設(shè)備頻率已擴(kuò)展到40～60GHz,北約正在研制一種車載毫米波告警設(shè)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(nèi)已成功實(shí)用的電子干擾技術(shù),如箔條和反雷達(dá)偽裝，在毫米波頻段則效果不佳,因?yàn)橛糜?5GHz以上的箔條偶極子實(shí)在太小。因此要想有效地對(duì)抗毫米波雷達(dá)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(duì)敵方毫米波雷達(dá)波束進(jìn)行散射是一種手段。

軍用毫米波通信是戰(zhàn)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(shù)據(jù)率高、電波隱蔽、保密和抗干擾性能好、開設(shè)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(yīng)用有:遠(yuǎn)(空間)近(大氣層)距保密通信,快速應(yīng)急通信,對(duì)潛通信,衛(wèi)星通信,星際通信,微波干線上下山的走線和電纜中斷搶通設(shè)備等。

毫米波通信美國處于領(lǐng)先地位。目前30-40GHz的設(shè)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(shè)備,用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。英國宇航公司與馬可尼公司制造的skyNETIV衛(wèi)星通信系統(tǒng),載有4個(gè)X波段，2個(gè)UHF和一個(gè)EHF的轉(zhuǎn)發(fā)器。美Milstar“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略中繼衛(wèi)星系統(tǒng)”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(shè)備?！?/font>