毫米波輻射計制導
 摘要，本文描述丁毫米波輻射計制導的工作過(guò)程，給出了各部分的主要參數、設計原則和計 計算公式和數據對工程設計有妄用價(jià)值

一 、引 言 不同性質(zhì)的物質(zhì)在毫米波段有不同的輻射強度．這是利用極靈敏的毫米波輻射計進(jìn)行導 彈末端制導的根據 國外在8O年代初就有關(guān)于毫米波輻射計制導的報導 。毫米波在霧、云、 煙、黑夜備件下都能正常工作；允許在較小的天線(xiàn)口徑下取得足夠精度的窄天線(xiàn)波束：元部件 可做成全固體化、集成化，使之體積小，牢固可靠．適于軍用條件；對目標的探測可以成像，以獲 得較多信息量；由于毫米渡輻射計是無(wú)源系統，所以不易被敵方發(fā)現，有較強的電子對抗能力 正因為毫米波輻射計有優(yōu)于光學(xué)和有源系統的這些特點(diǎn)．使之成為在導彈制導中受人關(guān)注的 方法。毫米波輻射計可用于地對地的巡航導彈、彈道導彈和空對地的導彈末端制導上．以提高 武器的殺傷概率。毫米波輻射計天線(xiàn)在導彈飛行中作圓錐掃描或往復直線(xiàn)掃描，以尋找目標。 發(fā)現目標后，經(jīng)信息處理后的目標信號鎖定導彈導向機構跟蹤目標，當離目標一定距離時(shí)引爆 或撞擊目標。研制高靈敏度、體積小、重量輕、抗沖擊的毫米波輻射計主機、掃描天線(xiàn)、信號處理 系統、天線(xiàn)與導彈導向機構的伺服環(huán)，是研制毫米波輻射計制導系統的主要工作。

二、毫米波輻射計制導系統工作過(guò)程 毫米波輻射計制導系統的方框圖如圖1所示。天線(xiàn)以圓錐掃描形式在地面搜索目標，其運 動(dòng)方式如圖2所示。毫米波輻射計接收天線(xiàn)進(jìn)來(lái)的可能含有目標的地面輻射強度信號，經(jīng)過(guò)混 頻．將下變頻雙邊帶信號進(jìn)人低噪聲前中、主中，經(jīng)平方律檢波，視放后進(jìn)行提取信號處理，在 伺服環(huán)中與從天線(xiàn)來(lái)的天線(xiàn)角度信號復合得出驅動(dòng)導向機構的功率信號使導彈指向目標。發(fā) 現目標后．這一導向工作不斷進(jìn)行．一直到準確打擊。 圈1 毫米波輻射計制導系統方框圖 導彈主體

三、各部分的主要參數設計
1．天線(xiàn) 要求天線(xiàn)有足夠窄的波束寬度一 保證制導精度，但它受使用的渡長(cháng)和允許的體積限制 一般拋物面天線(xiàn)半功率點(diǎn)波束寬度由下式給出： 一70 ：度_ (1) 其中：^為使用的渡長(cháng)，D為天線(xiàn)直徑。 要求天線(xiàn)有較高的效率，一般要求 > 75～ 90％ 還要求天線(xiàn)有足夠強度，以抗導彈發(fā)射 時(shí)沖擊一又因要求重量輕，故用碳纖維材料制作較適宜．拋物面天線(xiàn)反射器鍍金。 ：
2．毫米波輻射計 采用全功率型體制 ：毫米渡輻射計·因為這種類(lèi)型輻射計簡(jiǎn)單．輻射計常數為1． 靈敏度 高。方框圖如圖3所示 T 號處理 毫米波輻射計是制導系統中的傳感部分，要求有高的亮溫靈敏度和足夠的空間分辨率 空 間分辨率由天線(xiàn)大小決定c亮溫靈敏度由輻射計的高頻部分決定 。對所采用的全功率型輻射計 的亮溫靈敏度，即最小可檢測亮度溫度為 ： ． 一 (2) ～8HF- 其中：占 為高頻噪聲帶寬，由中放帶寬決定： 為低頻噪聲帶寬的等效積分時(shí)間常數 ；了1 為 有效噪聲溫度，包括天線(xiàn)接收的目標溫度和接收機噪聲折合到天線(xiàn)上的噪聲溫度 ， 可表示為： 了1 ‘一r^+ (LF— 1)了 + LF·了 (3) 其中：7 為天線(xiàn)收到的溫度，完整表示為： T 一(eT^�！� )+ (1一t)T (4) 為目標發(fā)射率， 為目標反射系數，了1 為目標的物理溫度 ， 為天空輻射溫度，}為目標到天線(xiàn) 大氣透過(guò)系數，(1一z) 為目標到天線(xiàn)問(wèn)大氣的輻射貢獻； 為天線(xiàn)和混頻器問(wèn)的插入損 耗；了1，r為環(huán)境的物理溫度Tm為混頻器前中的噪聲溫度 。 從式(2)～ 【4)可以看到，要想使輻射計靈敏度高應降低天線(xiàn)有效噪聲溫度和主機噪聲 小， 減 天線(xiàn)至混頻器問(wèn)傳輸損耗；增加中頻帶寬；加大積分時(shí)間常數 ， 這由天線(xiàn)掃描速度限制。
3·信號處理器及伺服環(huán) 信號處理要解決兩個(gè)問(wèn)題，一是將目標信號從大的背景噪聲中提取出來(lái) ， 二是確定它與天 線(xiàn)掃描角的關(guān)系．在伺服環(huán)中與天線(xiàn)送來(lái)的角度信號相比較．給出決定導向機構推動(dòng)信號．進(jìn) 而形成推動(dòng)執行機構自 功率信號．送至導向執行機構。 ． 導向機構 在導彈中有靠發(fā)動(dòng)機不對 稱(chēng)噴射使導彈改變方同．有靠尾 翼轉動(dòng)改變方向 不論哪種，要 考慮的主要問(wèn)題是當輻射計發(fā) 現目標信號后．多長(cháng)時(shí)問(wèn)使導彈 能對準目標飛行，要在具體設計 中根據戰術(shù)需要來(lái)確定這個(gè)環(huán) 節的時(shí)間常數 j．作用距離的計算 制導系統的作用距離是一 個(gè)很重要參數．因為它直接關(guān)系 到導彈的命中率。作用距離與目 標大�。�隱蔽情況．天氣狀況 輻 射計靈敏度．掃描搜索方式等有關(guān) 差為j 圈{ 作用距離丹析圖 圖4是作用距離分析圖。目標面積為． ．它與背景的亮溫 田普郎克及瑞利金思定理知道·目標 亮溫差的輻射功翠譜衙匣為： 【^． 、 ： ：w ．m— s 一 ．Hz-：： (j1 其中．k為玻勻-：茲曼常數． 為波長(cháng)。它表示目標與背景問(wèn)亮溫差為jI’ 時(shí)．在 波長(cháng)處·在單位 面積．蕈位立體角．單位頻率上向外輻射的增量功率數 天線(xiàn)接收目標 的總功率為： 一f≠ 二蕓 ．A ． ，．dn-一W-一 (6· 拋物面天線(xiàn)有效面積^ 一= 將P．用溫度表示．P 一k- · ÷ ·D·．7為天線(xiàn)效率．D為天線(xiàn)直徑，則 · A r ·丁rlr,D： 71f·d，．代人式(7)得 一— ·。 丁 ㈤ 7’，表示天線(xiàn)從目標A 面積上接收的比背景高的亮溫值。如果所接收的T，大于最小可檢測信 號．輻射計就能檢測出來(lái)。為了保證信號處理器中的可靠性一把靈敏度降低信號處理器要求的 信噪比(S,／A )‘ 倍．故能推動(dòng)處理器工作的目標亮溫應為： ， ≥√妻 S 一 · ≥ 解出距離．得出探測距離方程： ≤I 叫 ㈩ ～ 天線(xiàn)看目標一 的立體角為以r=A ／R一．天線(xiàn)波束對地面的立體角為 =A。 R 把 D。一P稱(chēng)為物體在天線(xiàn)照射面積中的填充出 天線(xiàn)的立體角以天線(xiàn)波束半功率點(diǎn)所蓋面 積為H 來(lái)計算 根據下面給出的適當參數．計算作用距離。 = 0 7 r= 2ms i： 3mm 5／A’一3．98倍(6dB) ： 70mm LF= 1．4倍(1 5dB) 37’ = 5t：K 7’ = 273+ 25= 298K EH 一．：,i；0MHz ， ： 6．3倍(8dB) 7、 = 29,3(F 一：r一]537K 71 = 250K Y’ ，．= 25(一0．； ， 298一i．4× 】j37= 2520．8K 把A 作為變量．從式(9)得： 尺 ≤ ]9O8·AT (10j 利用式(1)的關(guān)系．可計算出天線(xiàn)立體角n 一0．0021 5 將式(1 0)目標面積與最大探測距離關(guān) 系曲線(xiàn)畫(huà)在圖；上 天線(xiàn)填充比P：0．24 將輻射計性能提高． —0．8．Lr： 1．2dB． F=?dB，其余參數不變．則：-／ =T (， 一 1)一990× 4— 1160K，丁 ： 250— 0．3 × 298+ 1．3× U 60— 1847K．R：≤ 2778 · J4 此時(shí)天線(xiàn)填充比P一0 17，曲線(xiàn)也畫(huà) 在圖5上。 從填充比的定義可知．它表明在天線(xiàn) 照射區中目標所占的比例。
把目標必須全 部充滿(mǎn)天線(xiàn)P= 1的輻射計探測距離瞳線(xiàn) 0 一 對∞ 70 1 日杠自嵌 ： 也畫(huà)在圖5中。目標面積確定后．曲線(xiàn)上的 圖5 目標面積與最大探測距離關(guān)系曲線(xiàn) 距離是最大探測距離，衄線(xiàn)下面的距離是可探測到的。從圖5中可見(jiàn)填充比越小，探測距離越 遠，表明輻射計的性能好 填充比為1的輻射計要求目標全部充滿(mǎn)天線(xiàn)照射區，是性能較差的 表現。(-re~306頁(yè)) 從定標結果和測量數據來(lái)看，該測量系統具有較高的測量精度一而且結構簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉一 能夠滿(mǎn)足工業(yè)在線(xiàn)測量的需要。 本系統由于采用的探頭為平探頭．在測量低損耗材料的介電常數時(shí)誤差較大。對于低損耗 材料的介電測量一可選用適于低損耗介質(zhì)測量的微渡探頭 。

四、結束語(yǔ) 筆米渡輻射計體積�。�重量輕．能在日夜．較差天氣條件．復雜背景下．有效地對巡航導彈、 彈道導彈、空對地導彈的末端制導 理論分析和用可實(shí)現的技術(shù)參數進(jìn)行計算結果表明．能滿(mǎn) 足制導條件要求 本文只對毫米波輻射計制導系統的作用距離進(jìn)行了分析計算。對信號處理． 導向器沒(méi)作深入分析