直升机载毫米波雷达应用及其干扰方法探讨

李兵舰，田德民

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

毫米波段（1～10mm）相对应的频率为30～300GHz，波长介于微波与红外之间，兼具有厘米波段全天候和红外波的高分辨力的特点。由毫米波空间传播特性（图1所示）可以看出，毫米波空间传播存在几个“窗口”频率，包括35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz，任何一个窗口的可用带宽几乎都可以把包括微波频段在内的所有低频频段容纳在内，可用频谱资源非常丰富，同微波设备相比，具有工作频带宽、天线波束窄、旁瓣低、抗干扰能力强、体积小、重量轻、低仰角跟踪性能好、导引精度高、多普勒分辨率高、可进行目标识别、成像等优点。同激光与红外设备相比，在其传输窗口频率范围内具有大气衰减较低，穿透云、雾、尘和战场烟雾能力较强，能在空间、雨、雾及战场烟尘等能见度低的情况下正常工作等优点。所有这些特点加强了雷达“四抗”的能力，使毫米波雷达具有广阔的应用前途。近几十年来，毫米波元器件和集成电路工艺、技术已取得显著进展，毫米波雷达研制已臻于成熟，世界各发达国家已研制出大量装备。

图1 毫米波空间传播特性

在军事上，各国装备主要应用为机载近距火控、低角搜索捕获跟踪、飞机防撞着陆及导弹制导等方面。而对武装直升机，考虑其装备的主力武器（如反坦克导弹）10km左右的有效射程、对雷达威力和精度等方面的要求及其装载能力（毫米波雷达重量轻、体积小），国外先进武装直升机大都选用了毫米波频段的雷达作为火控雷达。有时也会采用包括毫米波和微波2种频段在内的双频段火控雷达，以获得更大的雷达威力，掌握更大范围的战场态势。对毫米波雷达的干扰，目前主要采用无源干扰。随着毫米波雷达技术的发展和毫米波末制导雷达的广泛使用，毫米波雷达抗箔条干扰的能力也在逐步提高，因此，发展毫米波有源干扰设备是十分必要的［1］。

1 国外典型先进武装直升机载毫米波雷达及其应用

1.1 国外典型先进武装直升机载毫米波雷达

毫米波雷达工作频率高，信号带宽宽，角分辨能力和测角精度高，波束窄，抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰能力强，能工作在云、雾、埃和战场烟雾等恶劣环境中，可进行目标识别与成像，因此在武装直升机上得到了广泛的应用。有代表性的国外典型先进武装直升机载毫米波雷达是美俄两国的APG－78“长弓”和“劲弩－52”双频段火控雷达以及“宝石－280”毫米波目标瞄准雷达等。

“长弓”雷达是安装在“阿帕奇”直升机上的火控雷达，工作频率为35GHz，雷达体制为相干多普勒，可在各种气候和恶劣作战环境下全天候工作。作战性能为：动目标探测距离8km，对固定目标的探测距离6～8km，地形回避2.5km，每6s就扫描一次，可同时显示、区分和跟踪256批目标，并优先识别最有威胁的16批目标，在30s内发动精确打击，还可以将其余目标的信息传送给其它直升机或固定翼飞机。“长弓”雷达的发射功率低，主瓣为极窄的笔形波束，采用低截获技术，具有低可探测能力。同时，可进行非协同目标识别，采用实波束测地面目标，能穿透伪装物和树叶识别固定目标，可进行360°全方位连续扫描和特定区域扇形扫描。“长弓”雷达是1部多功能雷达，具有地面目标瞄准、地形地貌显示、空中瞄准和内部测试等工作模式［2］。

利用机载有源相控阵（AESA）技术，美国改进、升级“长弓”雷达，装备新研的RAH－66“科曼奇”武装直升机，也称为“科曼奇”雷达。“科曼奇”雷达采用AESA电扫描技术，体积和重量得到了减少，作战性能显著，作用距离和战场搜索面积分别是“长弓”雷达的2倍和4倍，即移动目标16～20km，固定目标8km。

美国装备的另一型直升机载雷达为“眼镜蛇”雷达系统，该雷达是一种吊舱式雷达，采用毫米波有源相控阵体制，装备AH－1Z“超级眼镜蛇”直升机，能在15min内安装或卸载。与“科曼奇”雷达相比，“眼镜蛇”雷达系统的作用距离更大，天线尺寸更小，重量不足90kg。

图2 装有长弓毫米波火控雷达的阿帕奇直升机

图3 装有劲弩桅杆式雷达的“米－28X”攻击直升机

俄罗斯“法扎特伦”NIIR公司研制的“劲弩－52”雷达与“长弓”雷达性能相当，工作于毫米波段和L波段，为双频段火控雷达，现装载于俄罗斯“卡－52”、“米－28”等各型武装直升机，也是一款多功能雷达，具有昼／夜／全天候的战斗能力。“劲弩－52”根据频段分为“劲弩－Ka”雷达和“劲弩－L”雷达。其中“劲弩－Ka”工作在Ka频段，天线为机械扫描方式，装载于直升机前部，可以实现直升机自动地形跟随和回避技术，进行超低空飞行，对坦克的探测距离为8～12km，同时具有探测400m以外电力线的能力。“劲弩－L”工作于L频段，安装在直升机旋翼桅杆顶端，对防空导弹的最大作用距离为5km。“劲弩－52”有2种工作模式：其空对地模式使直升机具有动目标指示和数据跟踪、目标探测和定位、地形跟随／规避、地形测绘、火力控制能力；空对空模式完成空中目标探测和跟踪以及火力控制［3］。

“宝石－280”雷达是由莫斯科的NP0“金刚石”研究所研制的毫米波瞄准雷达，性能稍逊于“劲弩－52”，装备俄罗斯 “米·28N”武装直升机，它对大型固定目标的作用距离为25km，对战术导弹发射架的作用距离为15km，对装甲车的作用距离为10～12km，对无装甲防护车辆的作用距离为6～8km，具有攻击和导航2种工作模式。

1.2 毫米波雷达应用

从国外毫米波雷达执行的作战任务可以看出，毫米波雷达主要应用于：

（1）战术导弹的末段制导

毫米波元件、器件体积小，雷达和导引头体积小、电压低，全固态发射，可以满足飞机、卫星、导弹环境要求。毫米波波长短，工作频率35GHz时，天线口径一般为10cm，在同样雷达天线口径下，其波束窄，角度分辨率和测角精度很高。此外，毫米波雷达还用于波束制导系统，控制近程导弹，毫米波末敏弹即是其典型应用。

（2）战场目标监视、截获、定位和跟踪

虽然毫米波的传播损失比微波严重得多，但毫米波雷达因其具有高分辨力可用于近程目标监视、截获、定位和跟踪，对低空飞行目标、地面目标（如坦克、车辆和人员）和外空目标进行监测。能在空间、雨、雾及战场烟尘等能见度低的情况下引导硬武器摧毁地面和低空目标，国外已研制成功94GHz的单脉冲跟踪雷达。

（3）雷达截面积（RCS）测量和目标成像

毫米波雷达可用于测量目标与杂波的特性，毫米波雷达带宽很宽，可以达到1GHz，分辨率接近0.1m，利用其高分辨率可以对目标成像，这种雷达一般拥有多个工作频率，发射极化形式和信号波形可变。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达，对于按比例缩小了的目标模型进行测量，可得到在较低频率上的雷达目标截面积。此外，毫米波雷达在地形跟踪、船用导航、直升机防撞等方面均有应用。

2 毫米波雷达对抗技术

随着毫米波雷达和制导系统的广泛应用，对应的电子对抗手段也在不断发展。毫米波频带宽，波束窄，副瓣小，空间衰减大，干扰和被干扰双方波束要在空间对准概率极低，对其侦察和实施有源干扰比较困难；同时，由于受到毫米波器件性能的限制，研制宽带毫米波干扰设备目前也比较困难，而且毫米波雷达的工作频率在向更高频段发展，工作体制向有源相控阵体制发展。因此，毫米波有源干扰效果不是很理想，要对毫米波雷达实施有效干扰，必须采用综合对抗措施。由于上述原因，毫米波对抗以无源干扰为主，有源干扰为辅。

2.1 毫米波无源干扰技术

毫米波无源干扰技术是利用发射装置投放毫米波干扰物，对毫米波波束进行散射、反射或吸收毫米波雷达辐射的电磁波，扰乱电磁波传播途径，并改变其散射特性或形成假目标和干扰屏障，以掩护真实目标而采取的一种电子对抗措施。该措施可以不必事先精确测定雷达的工作频率，常用的毫米波干扰物有毫米波箔条箔片、气溶胶、角反射器、毫米波吸收材料、毫米波等离子体、毫米波烟幕，利用毫米波干扰物制造毫米波假目标或利用产生电离子体吸收、散射毫米波以达到干扰毫米波雷达的目的［4］。

毫米波箔条是利用投放在空中大量随机分布的半波偶极子群对电磁波的散射，进而实现对雷达的干扰。箔条尺寸很小，对制造工艺与布放要求很高，要达到与厘米箔条相同的干扰效果，所需数量比微波箔条多很多，实战中受到很大限制。毫米波箔片是利用箔片对电磁波进行反射以干扰雷达。与箔条相比，箔片在制造工艺和布放方面简单得多，带宽也可有效扩展。

毫米波角反射器是利用其反射特性，模拟地面或空中的目标，反射雷达信号，使雷达真假难辨，降低毫米波制导武器的命中率，达到对抗的目的。采用的角反射器必须达到雷达发射面积与要掩护的目标反射面积相匹配，达到冲淡干扰的目的。

毫米波等离子体的工作原理是利用爆炸、热电离或放射性元素产生的等离子体，吸收、反射、散射雷达信号，达到干扰的目的。

毫米波烟幕干扰是利用烟幕对电磁波的吸收和散射特性，阻碍毫米波雷达对目标的侦察、探测，降低其探测性能，进而保护己方重要目标。

利用人工水雾对毫米波雷达进行干扰，影响其成像效果也在不断得到应用。其他毫米波无源对抗技术包括毫米波隐身技术、毫米波吸收网、毫米波地面假目标等。

2.2 毫米波有源干扰技术

单凭无源干扰手段，难以实现对采用相干处理的脉冲压缩、成像等新体制毫米波雷达有效干扰，近年来，对毫米波有源干扰设备的研究已普遍受到各国的重视［5－6］。对毫米波雷达有源干扰技术而言，无论侦察还是干扰，理论上都不存在难度，技术上与微波雷达一样，难点就是技术可实现性、造价、功率等要求。由于波束很窄，对其侦察和干扰，都提出了比微波雷达高得多的要求。现有直升机载毫米波雷达大多工作在Ka波段，而其发展趋势是扩展频段、采用有源相控阵技术、目标分类识别技术、低截获概率技术、战场管理和目标交接技术、射频干扰仪技术等。对毫米波雷达的侦察，提出了更高的灵敏度和精度要求，灵敏度要求将比微波雷达高几十个dB，精度也会高1个数量级以上。对毫米波雷达的有源干扰，虽然功率要求不算太高，但要做到波束对准，实现主瓣干扰比较困难，因此，多数为副瓣干扰。

通过对毫米波目标特性和杂波特性的研究，同一个目标，毫米波段的雷达反射面积比微波大，毫米波空间衰减也比微波大得多，因此，要实现对毫米波雷达的有效干扰，必须具有很高的有效辐射功率，但宽带毫米波带宽较宽，干扰源研制是个难题。由于毫米波器件体积小，有利于小型化干扰设备的研制，因此毫米波有源诱饵受到各国关注，成为毫米波雷达对抗的主要发展方向，毫米波有源诱饵可以通过无人机、气球、伞降、海上漂浮等各种形式进行布放，自动或受控地对毫米波制导雷达进行干扰，形成多个假目标，达到诱骗导弹的目的。试验证明，舷外有源诱饵可以在平台外形成逼真假目标，通过与有源干扰的协同配合，获得对多种体制末制导雷达的有效干扰，另外舷外有源诱饵通过突前布放，利用位置优势，能够实现对捷变频雷达的有效干扰，获得较好的对平台的电子掩护能力，但利用毫米波有源诱饵进行区域防御的战术使用方法、布放技术是毫米波雷达对抗目前需研究的课题。

2.3 有源无源组合干扰

无源干扰可以在平台外形成假目标，有源干扰也可以进行假目标干扰，两者形成的假目标具有不同的特性，充分利用两者的优势，可以大大提高现役电子对抗装备的作战效能。利用有源无源组合可以实现对雷达的转移干扰。对于采用自动增益控制（AGC）接收方式的单脉冲体制雷达，有源干扰可以捕获其AGC，通过距离后拖样式可以将雷达回波拖离本平台，若这时在拖距脉冲位置上通过发射无源箔条进行假目标配合，就可以使雷达锁定在无源假目标上，实现转移干扰。

对于采用大动态范围对数接收机的单脉冲雷达，干扰脉冲总是滞后于雷达脉冲150～200ns左右，雷达采用前沿跟踪技术就可以排除干扰脉冲的影响。但是采用对数接收机的雷达抗小信号噪声能力下降，有源干扰采用宽带阻塞噪声时，可以使雷达转入跟踪干扰源状态。此时无源干扰在来袭方向上发射箔条弹形成假目标后，有源干扰即停止发射，雷达在距离上无法分辨作战平台和箔条，作战平台和箔条仍然在同一角度波门内，雷达将跟踪两者的质心，可以达到好的质心干扰效果。

3 结束语

世界先进国家的直升机载火控雷达均采用了毫米波雷达技术，以色列对巴基斯坦的武装打击多次采用了“阿帕奇”武装直升机，而且效果明显。同时从阿富汗战争、伊拉克战争的历程都可看出，武装直升机的作用越来越大，因此有必要研究国外先进的武装直升机载毫米波雷达，同时研究有效的干扰技术。对无源干扰而言，必须加强新材料、新技术的研制，改进和加强毫米波干扰物投放装置和技术；对有源干扰，加大力度开发频率宽、功率大的微波集成电路、微波器件和功率源，同时借鉴微波雷达干扰技术，提出对毫米波雷达更加有效的干扰技术。

［1］向敬成，张明友.毫米波雷达及其应用［M］.北京：国防工业出版社，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］付伟.毫米波无源干扰技术的发展现状［J］.火控雷达技术，2001（3）：22－25.

［5］凌永顺，同武勤，张鑫，杨洪涛.毫米波对抗技术［J］.光电工程，2004（7）：1－4.

［6］余宏明，张志坚.毫米波雷达及其对抗［J］.舰船电子工程，2007（2）：168－172.