毫米波辐射计制导

毫米波辐射计制导
 摘要，本文描述丁毫米波辐射计制导的工作过程，给出了各部分的主要参数、设计原则和计 计算公式和数据对工程设计有妄用价值

一 、引 言 不同性质的物质在毫米波段有不同的辐射强度．这是利用极灵敏的毫米波辐射计进行导 弹末端制导的根据 国外在8O年代初就有关于毫米波辐射计制导的报导 。毫米波在雾、云、 烟、黑夜备件下都能正常工作；允许在较小的天线口径下取得足够精度的窄天线波束：元部件 可做成全固体化、集成化，使之体积小，牢固可靠．适于军用条件；对目标的探测可以成像，以获 得较多信息量；由于毫米渡辐射计是无源系统，所以不易被敌方发现，有较强的电子对抗能力 正因为毫米波辐射计有优于光学和有源系统的这些特点．使之成为在导弹制导中受人关注的 方法。毫米波辐射计可用于地对地的巡航导弹、弹道导弹和空对地的导弹末端制导上．以提高 武器的杀伤概率。毫米波辐射计天线在导弹飞行中作圆锥扫描或往复直线扫描，以寻找目标。 发现目标后，经信息处理后的目标信号锁定导弹导向机构跟踪目标，当离目标一定距离时引爆 或撞击目标。研制高灵敏度、体积小、重量轻、抗冲击的毫米波辐射计主机、扫描天线、信号处理 系统、天线与导弹导向机构的伺服环，是研制毫米波辐射计制导系统的主要工作。

二、毫米波辐射计制导系统工作过程 毫米波辐射计制导系统的方框图如图1所示。天线以圆锥扫描形式在地面搜索目标，其运 动方式如图2所示。毫米波辐射计接收天线进来的可能含有目标的地面辐射强度信号，经过混 频．将下变频双边带信号进人低噪声前中、主中，经平方律检波，视放后进行提取信号处理，在 伺服环中与从天线来的天线角度信号复合得出驱动导向机构的功率信号使导弹指向目标。发 现目标后．这一导向工作不断进行．一直到准确打击。 圈1 毫米波辐射计制导系统方框图 导弹主体

三、各部分的主要参数设计
1．天线 要求天线有足够窄的波束宽度一 保证制导精度，但它受使用的渡长和允许的体积限制 一般抛物面天线半功率点波束宽度由下式给出： 一70 ：度_ (1) 其中：^为使用的渡长，D为天线直径。 要求天线有较高的效率，一般要求 > 75～ 90％ 还要求天线有足够强度，以抗导弹发射 时冲击一又因要求重量轻，故用碳纤维材料制作较适宜．抛物面天线反射器镀金。 ：
2．毫米波辐射计 采用全功率型体制 ：毫米渡辐射计·因为这种类型辐射计简单．辐射计常数为1． 灵敏度 高。方框图如图3所示 T 号处理 毫米波辐射计是制导系统中的传感部分，要求有高的亮温灵敏度和足够的空间分辨率 空 间分辨率由天线大小决定c亮温灵敏度由辐射计的高频部分决定 。对所采用的全功率型辐射计 的亮温灵敏度，即最小可检测亮度温度为 ： ． 一 (2) ～8HF- 其中：占 为高频噪声带宽，由中放带宽决定： 为低频噪声带宽的等效积分时间常数 ；了1 为 有效噪声温度，包括天线接收的目标温度和接收机噪声折合到天线上的噪声温度 ， 可表示为： 了1 ‘一r^+ (LF— 1)了 + LF·了 (3) 其中：7 为天线收到的温度，完整表示为： T 一(eT^。‘ )+ (1一t)T (4) 为目标发射率， 为目标反射系数，了1 为目标的物理温度 ， 为天空辐射温度，}为目标到天线 大气透过系数，(1一z) 为目标到天线问大气的辐射贡献； 为天线和混频器问的插入损 耗；了1，r为环境的物理温度Tm为混频器前中的噪声温度 。 从式(2)～ 【4)可以看到，要想使辐射计灵敏度高应降低天线有效噪声温度和主机噪声 小， 减 天线至混频器问传输损耗；增加中频带宽；加大积分时间常数 ， 这由天线扫描速度限制。
3·信号处理器及伺服环 信号处理要解决两个问题，一是将目标信号从大的背景噪声中提取出来 ， 二是确定它与天 线扫描角的关系．在伺服环中与天线送来的角度信号相比较．给出决定导向机构推动信号．进 而形成推动执行机构自 功率信号．送至导向执行机构。 ． 导向机构 在导弹中有靠发动机不对 称喷射使导弹改变方同．有靠尾 翼转动改变方向 不论哪种，要 考虑的主要问题是当辐射计发 现目标信号后．多长时问使导弹 能对准目标飞行，要在具体设计 中根据战术需要来确定这个环 节的时间常数 j．作用距离的计算 制导系统的作用距离是一 个很重要参数．因为它直接关系 到导弹的命中率。作用距离与目 标大小．隐蔽情况．天气状况 辐 射计灵敏度．扫描搜索方式等有关 差为j 圈{ 作用距离丹析图 图4是作用距离分析图。目标面积为． ．它与背景的亮温 田普郎克及瑞利金思定理知道·目标 亮温差的辐射功翠谱衙匣为： 【^． 、 ： ：w ．m— s 一 ．Hz-：： (j1 其中．k为玻匀-：兹曼常数． 为波长。它表示目标与背景问亮温差为jI’ 时．在 波长处·在单位 面积．蕈位立体角．单位频率上向外辐射的增量功率数 天线接收目标 的总功率为： 一f≠ 二芸 ．A ． ，．dn-一W-一 (6· 抛物面天线有效面积^ 一= 将P．用温度表示．P 一k- · ÷ ·D·．7为天线效率．D为天线直径，则 · A r ·丁rlr,D： 71f·d，．代人式(7)得 一— ·。 丁 ㈤ 7’，表示天线从目标A 面积上接收的比背景高的亮温值。如果所接收的T，大于最小可检测信 号．辐射计就能检测出来。为了保证信号处理器中的可靠性一把灵敏度降低信号处理器要求的 信噪比(S,／A )‘ 倍．故能推动处理器工作的目标亮温应为： ， ≥√妻 S 一 · ≥ 解出距离．得出探测距离方程： ≤I 叫 ㈩ ～ 天线看目标一 的立体角为以r=A ／R一．天线波束对地面的立体角为 =A。 R 把 D。一P称为物体在天线照射面积中的填充出 天线的立体角以天线波束半功率点所盖面 积为H 来计算 根据下面给出的适当参数．计算作用距离。 = 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 作为变量．从式(9)得： 尺 ≤ ]9O8·AT (10j 利用式(1)的关系．可计算出天线立体角n 一0．0021 5 将式(1 0)目标面积与最大探测距离关 系曲线画在图；上 天线填充比P：0．24 将辐射计性能提高． —0．8．Lr： 1．2dB． F=?dB，其余参数不变．则：-／ =T (， 一 1)一990× 4— 1160K，丁 ： 250— 0．3 × 298+ 1．3× U 60— 1847K．R：≤ 2778 · J4 此时天线填充比P一0 17，曲线也画 在图5上。 从填充比的定义可知．它表明在天线 照射区中目标所占的比例。
把目标必须全 部充满天线P= 1的辐射计探测距离瞳线 0 一 对∞ 70 1 日杠自嵌 ： 也画在图5中。目标面积确定后．曲线上的 图5 目标面积与最大探测距离关系曲线 距离是最大探测距离，衄线下面的距离是可探测到的。从图5中可见填充比越小，探测距离越 远，表明辐射计的性能好 填充比为1的辐射计要求目标全部充满天线照射区，是性能较差的 表现。(-re~306页) 从定标结果和测量数据来看，该测量系统具有较高的测量精度一而且结构简单、造价低廉一 能够满足工业在线测量的需要。 本系统由于采用的探头为平探头．在测量低损耗材料的介电常数时误差较大。对于低损耗 材料的介电测量一可选用适于低损耗介质测量的微渡探头 。

四、结束语 笔米渡辐射计体积小．重量轻．能在日夜．较差天气条件．复杂背景下．有效地对巡航导弹、 弹道导弹、空对地导弹的末端制导 理论分析和用可实现的技术参数进行计算结果表明．能满 足制导条件要求 本文只对毫米波辐射计制导系统的作用距离进行了分析计算。对信号处理． 导向器没作深入分析