艦載毫米波有源干擾發(fā)射體制選擇及工作方式

夏軍成

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚(yáng)州225001）

0 引 言

毫米波波長(zhǎng)介于微波與紅外之間，毫米波設(shè)備同微波設(shè)備相比，具有頻帶寬、天線旁瓣低、波束窄、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、分辨力高、可進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別與成像等優(yōu)點(diǎn)。同激光與紅外設(shè)備相比，毫米波設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：在其傳輸窗口頻率范圍內(nèi)的大氣衰減較低，穿透云層、霧、塵埃和戰(zhàn)場(chǎng)煙霧能力較強(qiáng)，能在惡劣的氣象和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中工作等［1］。

近年來(lái)，毫米波制導(dǎo)技術(shù)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種軍事領(lǐng)域，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(guó)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［2］。目前正在發(fā)展的毫米波成像技術(shù)及毫米波脈沖多普勒導(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)反輻射導(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)。國(guó)內(nèi)的反艦導(dǎo)彈也裝備了8mm（35GHz）末制導(dǎo)頭。

資料顯示，臺(tái)灣的雄風(fēng)3型反艦導(dǎo)彈采用了毫米波復(fù)合制導(dǎo)。裝備II代毫米波導(dǎo)引頭的AGM－114M“地獄火”II可以遂行反艦任務(wù)。

有報(bào)道的部分國(guó)外可裝載毫米波導(dǎo)引頭反艦導(dǎo)彈的主要情況見(jiàn)表1［3－4］。

第4代反艦導(dǎo)彈在幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中顯示了巨大的作用，目前國(guó)外正依據(jù)新的作戰(zhàn)需求，利用高新技術(shù)研制用途更加廣泛的新型艦載導(dǎo)彈或改進(jìn)現(xiàn)役導(dǎo)彈的性能，以適應(yīng)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。

表1 部分國(guó)外可能裝載毫米波導(dǎo)引頭的反艦導(dǎo)彈列表

導(dǎo)彈采用模塊式設(shè)計(jì)，可根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要和氣象條件選用不同制導(dǎo)方式，配備不同導(dǎo)引頭有選擇地與各種目標(biāo)交戰(zhàn)，采用多模制導(dǎo)的反艦導(dǎo)彈正逐漸成為研究的主流。

從海軍歷年的演習(xí)看，采用單一手段的電子對(duì)抗效果并不理想。在毫米波無(wú)源對(duì)抗手段的基礎(chǔ)上增加毫米波有源對(duì)抗手段，可對(duì)毫米波頻段末端防御的電子對(duì)抗手段進(jìn)行補(bǔ)充、完善、豐富，進(jìn)一步提高我艦艇對(duì)毫米波制導(dǎo)反艦彈的末端對(duì)抗能力。

1 干擾發(fā)射體制選擇

從國(guó)內(nèi)外類似裝備情況來(lái)看，目前毫米波干擾發(fā)射常用的體制有：?jiǎn)尾ㄊD(zhuǎn)體制、透鏡多波束體制、相控陣體制等［5］。

1.1 單波束旋轉(zhuǎn)體制

單波束旋轉(zhuǎn)體制是指天線形成一固定指向的窄波束，波束的指向變化是通過(guò)改變天線的物理指向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。艦載條件下通常采用單個(gè)天線在180°范圍內(nèi)由伺服機(jī)械機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行干擾信號(hào)輻射。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)難度較小，成本低；干擾有效輻射功率低，不具有未來(lái)所需的多目標(biāo)同時(shí)干擾的擴(kuò)展能力；任務(wù)可靠性低，任一故障會(huì)導(dǎo)致不能干擾發(fā)射。

1.2 透鏡多波束體制

采用一維線性天線陣形式，在90°范圍內(nèi)通過(guò)透鏡進(jìn)行波束快速切換，采用4個(gè)90°一維多波束陣面瞬時(shí)覆蓋360°方位，每個(gè)90°陣面采用多陣元輸出、空間功率合成的方式，可以獲得較高的干擾功率。

特點(diǎn)：天線陣列尺寸小，瞬時(shí)覆蓋空域?qū)?，波束切換速度快，可獲得較高的有效輻射功率；干擾俯仰覆蓋范圍窄，尤其是較高仰角目標(biāo)的雷達(dá)目標(biāo)無(wú)法干擾；有效輻射功率無(wú)法掩護(hù)大中型水面艦艇，任務(wù)可靠性一般［5］。

1.3 相控陣體制

采用寬帶毫米波相控陣，在90°范圍內(nèi)通過(guò)相控陣進(jìn)行波束快速切換，采用4個(gè)90°陣面瞬時(shí)覆蓋360°方位，每個(gè)90°陣面采用多陣元輸出、空間功率合成的方式，可以獲得較高的干擾功率。

特點(diǎn)：具有多波束透鏡的特點(diǎn)，通道增益波動(dòng)小，波束控制靈活，任務(wù)可靠性高；但其成本高，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度最大。

以上3種干擾體制的對(duì)比情況匯總見(jiàn)表2。

毫米波有源干擾可綜合考慮研制成本、技術(shù)成熟度、研制進(jìn)度等多方面的因素進(jìn)行干擾體制的選擇。

2 毫米波有源干擾工作方式分析

毫米波有源干擾具有多種工作方式：引導(dǎo)工作方式、自主搜索引導(dǎo)工作方式、自檢工作方式和模擬訓(xùn)練工作方式。其中引導(dǎo)工作模式又分為部分引導(dǎo)工作方式和完全引導(dǎo)工作方式。以相控陣體制有源干擾設(shè)備為例重點(diǎn)闡述部分引導(dǎo)工作方式、完全引導(dǎo)工作方式以及自主搜索引導(dǎo)工作方式。

2.1 部分引導(dǎo)工作方式

部分引導(dǎo)工作方式，是毫米波有源干擾最常用的一種工作方式。同時(shí)也是適應(yīng)當(dāng)前水面艦艇一般毫米波偵察設(shè)備只有方位測(cè)向現(xiàn)狀的一種工作方式。

在部分引導(dǎo)工作方式下，毫米波有源干擾接收顯控設(shè)備引導(dǎo)的目標(biāo)信息，一般包括目標(biāo)的方位、頻率（中心頻率）和干擾樣式等信息，同時(shí)接收毫米波偵察設(shè)備引導(dǎo)的脈沖描述字（PDW）碼，主要包括頻率碼、方位碼和脈寬碼等。毫米波有源干擾首先對(duì)目標(biāo)進(jìn)行方位和頻率跟蹤，產(chǎn)生跟蹤波門(mén)。

跟蹤成功后，在跟蹤波門(mén)內(nèi)，波束控制模塊控制陣面分為3個(gè)子陣，在俯仰方向形成3個(gè)子陣，在方位向根據(jù)引導(dǎo)的目標(biāo)方位形成指向目標(biāo)方位的波束，同時(shí)對(duì)3個(gè)子陣接收的射頻信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)濾波器組濾波；濾波后的射頻信號(hào)分為2路，一路送大動(dòng)態(tài)檢波對(duì)數(shù)視頻放大器（DLVA）組件變?yōu)橐曨l后，送方向解算電路；另一路送功率合成網(wǎng)絡(luò)合為一路經(jīng)過(guò)一級(jí)下變頻到8～16GHz后再功分為2路。一路進(jìn)行二次下變頻，變頻數(shù)字儲(chǔ)頻使用；另一路送瞬時(shí)測(cè)頻，以便進(jìn)行毫米波有源干擾設(shè)備頻率碼的精確快速引導(dǎo)。

毫米波有源干擾測(cè)量出目標(biāo)的俯仰碼后，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行頻率、方位和俯仰的精跟蹤，并輸出干擾波門(mén)。數(shù)字化干擾源在干擾波門(mén)內(nèi)產(chǎn)生中頻激勵(lì)，經(jīng)過(guò)2次上變頻后，變?yōu)樗璧母蓴_激勵(lì)信號(hào)。干擾激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率分配網(wǎng)絡(luò)后，饋送到每個(gè)T／R組件中，再通過(guò)天線陣將功率輻射出去并在空間進(jìn)行合成。此工作方式的執(zhí)行流程如圖1所示。

圖1 毫米波有源干擾部分引導(dǎo)工作流程圖

2.2 完全引導(dǎo)工作方式

當(dāng)艦上顯控設(shè)備綜合艦上其他傳感器的信息，能夠獲得目標(biāo)的方位和俯仰信息時(shí)，毫米波有源干擾可工作于完全引導(dǎo)工作方式。

在完全引導(dǎo)工作方式下，毫米波有源干擾接收顯控設(shè)備引導(dǎo)的目標(biāo)信息一般包括目標(biāo)的方位、俯仰、頻率（中心頻率）和干擾樣式等，同時(shí)接收毫米波偵察設(shè)備引導(dǎo)的PDW碼（主要包括頻率碼、方位碼、俯仰碼和脈寬碼等）。毫米波有源干擾對(duì)目標(biāo)進(jìn)行方位、俯仰和頻率的精確跟蹤，產(chǎn)生跟蹤波門(mén)。

跟蹤成功后，在跟蹤波門(mén)內(nèi)，功率合成網(wǎng)絡(luò)合為1路，經(jīng)過(guò)一級(jí)下變頻再功分為2路：一路進(jìn)行二次下變頻，變頻數(shù)字儲(chǔ)頻使用；另一路送瞬時(shí)測(cè)頻，以便進(jìn)行毫米波有源干擾頻率碼的精確快速引導(dǎo)。毫米波有源干擾精確跟蹤成功后，輸出干擾波門(mén)。數(shù)字化干擾源在干擾波門(mén)內(nèi)產(chǎn)生中頻激勵(lì)，經(jīng)過(guò)二次上變頻后，變?yōu)樗璧母蓴_激勵(lì)信號(hào)。

干擾激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率分配網(wǎng)絡(luò)后，饋送到每個(gè)T／R組件中，再通過(guò)天線陣將功率輻射出去，并在空間進(jìn)行合成。此工作方式的執(zhí)行流程如圖2所示。

圖2 毫米波有源干擾完全引導(dǎo)工作流程圖

2.3 自主搜索引導(dǎo)工作方式

自主搜索引導(dǎo)工作方式是一種完全自主的工作方式。毫米波有源干擾只需要顯控設(shè)備提供大致空域的干擾告警裝訂信息，就可以實(shí)現(xiàn)自主搜索引導(dǎo)工作方式。

自主搜索引導(dǎo)工作方式工作時(shí)，毫米波有源干擾接收顯控引導(dǎo)的威脅裝訂信息（比如空域范圍等），就開(kāi)始進(jìn)行特定空域內(nèi)的目標(biāo)搜索。由于毫米波有源干擾分陣后，俯仰方向和頻率范圍是瞬時(shí)覆蓋的，因此只需要在方位向進(jìn)行搜索。方位搜索時(shí)采用順序波束法進(jìn)行測(cè)向，方位波束進(jìn)行3dB交疊移動(dòng)，在移動(dòng)中通過(guò)波束賦形保持波束的方位寬度和俯仰寬度保持一致，如圖3所示。

圖3 自主搜索引導(dǎo)時(shí)波束排布圖

毫米波有源干擾在指定空域搜索到目標(biāo)后，立即將目標(biāo)信息上報(bào)給顯控設(shè)備，并立即轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)。跟蹤狀態(tài)中，根據(jù)不同的干擾樣式?jīng)Q定是否預(yù)留大時(shí)間觀察窗口和小時(shí)間觀察窗口對(duì)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)跟蹤和跟蹤信息更新。

跟蹤成功后，在跟蹤波門(mén)內(nèi)，功率合成網(wǎng)絡(luò)合為1路，經(jīng)過(guò)一級(jí)下變頻后再功分為2路：一路進(jìn)行二次下變頻，變頻數(shù)字儲(chǔ)頻使用；另一路送瞬時(shí)測(cè)頻，以便進(jìn)行毫米波有源干擾頻率碼的精確快速引導(dǎo)。毫米波有源干擾精確跟蹤成功后，輸出干擾波門(mén)，數(shù)字化干擾源在干擾波門(mén)內(nèi)產(chǎn)生中頻激勵(lì)，經(jīng)過(guò)二次上變頻后，變?yōu)樗璧母蓴_激勵(lì)信號(hào)。

干擾激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率分配網(wǎng)絡(luò)后，饋送到每個(gè)T／R組件中，再通過(guò)天線陣將功率輻射出去并在空間進(jìn)行合成。此工作方式的執(zhí)行流程如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

艦載毫米波有源干擾作為艦船綜合電子對(duì)抗系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是對(duì)毫米波末制導(dǎo)雷達(dá)反艦導(dǎo)彈的有效對(duì)抗手段，可對(duì)裝載毫米波導(dǎo)引頭的反艦導(dǎo)彈實(shí)施有源壓制干擾、欺騙干擾和組合干擾，破壞其對(duì)我方艦艇的搜索、跟蹤。目前英、美等國(guó)已經(jīng)開(kāi)始研制和裝備艦載毫米波有源干擾裝備。為提高我海軍艦船的自衛(wèi)能力，需要重點(diǎn)發(fā)展該類裝備。

圖4 毫米波有源干擾自主搜索引導(dǎo)工作流程圖

本文對(duì)各種體制的艦載毫米波有源干擾體制進(jìn)行了對(duì)比分析，并重點(diǎn)提出了相控陣體制的艦載毫米波有源干擾的工作引導(dǎo)方式，希望能夠?qū)υ擃愌b備的研制發(fā)展起到拋磚引玉的作用。

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