樊會(huì)濤*，閆俊1.中國空空導(dǎo)彈研究院，洛陽　4710092.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，洛陽　471009

相控陣制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

樊會(huì)濤1，2，*，閆俊1，2
1.中國空空導(dǎo)彈研究院，洛陽471009
2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，洛陽471009

相控陣制導(dǎo)技術(shù)是一項(xiàng)改變戰(zhàn)場“游戲規(guī)則”的新技術(shù)，在反隱身和抗干擾等方面具有突出的體制優(yōu)勢，成為近20年國內(nèi)外精確制導(dǎo)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，并已在某些導(dǎo)彈型號研制中得到應(yīng)用。首先，分析了相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)；其次，總結(jié)了相控陣制導(dǎo)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況，論述了相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)工程應(yīng)用必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。最后，展望了未來可能的技術(shù)發(fā)展方向?？梢灶A(yù)見，隨著相控陣制導(dǎo)技術(shù)的深化研究和普及應(yīng)用，必將帶動(dòng)精確制導(dǎo)武器性能的大幅提升。

相控陣?yán)走_(dá)；制導(dǎo)系統(tǒng)；精確制導(dǎo)武器；空空導(dǎo)彈；捷聯(lián)導(dǎo)引頭

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歷史經(jīng)驗(yàn)表明，重大技術(shù)變革及其工程應(yīng)用推動(dòng)著高性能武器裝備的一代代發(fā)展與進(jìn)步，改變著戰(zhàn)場的“游戲規(guī)則”［1-3］?！跋葦嘲l(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵命中、先敵脫離”是空戰(zhàn)制勝的“四先”原則，指導(dǎo)著航空武器裝備的研制與發(fā)展［4］。審視50年來航空制導(dǎo)武器的發(fā)展歷程和空戰(zhàn)規(guī)則變遷，可將其認(rèn)為是大致經(jīng)歷了3次重大技術(shù)變革［5-6］。第1次是脈沖多普勒雷達(dá)技術(shù)的突破。自20世紀(jì)70年代開始在機(jī)載火控雷達(dá)領(lǐng)域中得到普及應(yīng)用，典型代表是AN/APG-63和AN/APG-65機(jī)載雷達(dá)；在20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于中距空空導(dǎo)彈，典型代表是美國AIM-120導(dǎo)彈，使得武器系統(tǒng)的“四先”性能得到大幅提高，最大攻擊距離由二三十千米增加到了七八十千米。第2次是飛行器隱身技術(shù)的突破。從20世紀(jì)90年代開始普及應(yīng)用，典型代表是美國的F-22A、F-35等隱身戰(zhàn)斗機(jī)，其雷達(dá)散射截面積（RCS）降低了2個(gè)數(shù)量級，隱身使得戰(zhàn)場信息出現(xiàn)了不對稱的單邊透明，全面抑制了對手“四先”能力的發(fā)揮。第3次是相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的突破，是制衡隱身技術(shù)的主要技術(shù)途徑［7-8］。相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的成功應(yīng)用是對傳統(tǒng)雷達(dá)的一次技術(shù)革命，極大地?cái)U(kuò)展了雷達(dá)使用功能，提高了其工作性能，豐富了作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力，改變了作戰(zhàn)模式，重新定義了隱身時(shí)代的戰(zhàn)場“游戲規(guī)則”，確保了己方“四先”能力的有效發(fā)揮。

美軍在2010年公布的《技術(shù)地平線報(bào)告》中認(rèn)為［9］：具有“不對稱價(jià)值”的技術(shù)能夠充分改變未來戰(zhàn)場環(huán)境，進(jìn)而產(chǎn)生優(yōu)勢地位的潛在“跨越”和“改變游戲”的能力。毫無疑問，相控陣技術(shù)正是這種“改變游戲”的技術(shù)。20世紀(jì)90年代，有源相控陣?yán)走_(dá)研發(fā)進(jìn)入快車道，已成為高性能戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，典型代表是AN/APG-77和AN/APG-81機(jī)載雷達(dá)。相控陣制導(dǎo)技術(shù)是指利用相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引導(dǎo)彈飛向目標(biāo)的一種制導(dǎo)技術(shù)。由于彈載使用要求極為嚴(yán)酷，相控陣制導(dǎo)技術(shù)在國際上整體處于體制突破的關(guān)鍵時(shí)期，軍事強(qiáng)國都在爭先搶占該技術(shù)的制高點(diǎn)，加快關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)步伐，力求領(lǐng)先應(yīng)用在精確制導(dǎo)武器上。由于技術(shù)保密的原因，相控陣制導(dǎo)技術(shù)公開發(fā)表的文獻(xiàn)較少。

1　相控陣制導(dǎo)技術(shù)特點(diǎn)

與機(jī)械掃描雷達(dá)不同，相控陣技術(shù)通過調(diào)整每個(gè)陣元的相位來實(shí)現(xiàn)波束掃描，并采用分布式發(fā)射，通過大量的T/R組件實(shí)現(xiàn)高功率放大和高靈敏度接收，技術(shù)更為先進(jìn)，是雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)［10］。

1.1大功率孔徑積，作用距離遠(yuǎn)

足夠的末制導(dǎo)作用距離是保證導(dǎo)彈制導(dǎo)精度的關(guān)鍵因素。以空空導(dǎo)彈為例，美國AIM-120空空導(dǎo)彈和俄羅斯P-77空空導(dǎo)彈等現(xiàn)役裝備均采用了機(jī)械掃描主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)。以第三代戰(zhàn)斗機(jī)為典型攻擊目標(biāo)，末制導(dǎo)的作用距離一般為15～20km，攻擊能力得到了靶試或?qū)崙?zhàn)的檢驗(yàn)。以F-22A為代表的第四代隱身戰(zhàn)斗機(jī)的出現(xiàn)，導(dǎo)致現(xiàn)役防空導(dǎo)彈末制導(dǎo)作用距離下降到3～4km，難以有效完成攻擊［11-12］。

相控陣制導(dǎo)技術(shù)利用空間功率合成可實(shí)現(xiàn)大功率孔徑積，在較小體積約束下實(shí)現(xiàn)高平均功率，規(guī)避了傳統(tǒng)雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)集中式大功率發(fā)射機(jī)的功率合成與大功率傳輸?shù)燃夹g(shù)瓶頸，使平均發(fā)射功率可提高一個(gè)數(shù)量級以上，為遠(yuǎn)距離探測隱身目標(biāo)提供了基礎(chǔ)［13］。尤其是隨著第三代氮化鎵（GaN）微波集成電路芯片技術(shù)的快速發(fā)展，單片輻射功率和整機(jī)效率不斷得到提高，相控陣?yán)走_(dá)大功率輻射還有廣闊的提升空間，可以實(shí)現(xiàn)性能的持續(xù)提高和長遠(yuǎn)發(fā)展。相控陣制導(dǎo)技術(shù)是有效攻擊隱身目標(biāo)的技術(shù)途徑之一。

1.2無慣性掃描，中末制導(dǎo)交班能力強(qiáng)

優(yōu)良的中末制導(dǎo)交班能力是保證導(dǎo)彈單發(fā)殺傷概率的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。中遠(yuǎn)距空空導(dǎo)彈為提高攻擊距離，普遍采用復(fù)合制導(dǎo)體制，為有效抑止目標(biāo)指示誤差、機(jī)彈對準(zhǔn)導(dǎo)航誤差、目標(biāo)機(jī)動(dòng)補(bǔ)償和導(dǎo)彈慣導(dǎo)誤差等不利影響，需要提高導(dǎo)彈的中末制導(dǎo)交班能力［14］。相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭取消了傳統(tǒng)機(jī)電式位標(biāo)器，用電子控制方式實(shí)現(xiàn)天線波束快速無慣性的轉(zhuǎn)換指向，角空間搜索能力強(qiáng)、搜索方式靈活多樣，在搜索樣式、波位駐留時(shí)間和角空間捷變等方面可依據(jù)作戰(zhàn)需求進(jìn)行自適應(yīng)設(shè)計(jì)，在遠(yuǎn)距離攻擊時(shí)仍可保證高的中末制導(dǎo)交班概率。

1.3結(jié)構(gòu)緊湊尺寸小，有利于全彈性能提升

小型化是空空導(dǎo)彈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的強(qiáng)約束條件。相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)無需位標(biāo)器伺服結(jié)構(gòu)及其旋轉(zhuǎn)所需空間，可有效減小導(dǎo)引頭結(jié)構(gòu)尺寸。與傳統(tǒng)雷達(dá)導(dǎo)引頭相比，工程上長度一般可減少30％以上。節(jié)省出的空間尺寸，可降低全彈結(jié)構(gòu)緊湊化布局的難度，并為加長導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)以增加射程提供可能。

同時(shí)，彈載條件下可用空間相對有限。相同彈徑條件下，相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)的可用天線口徑可適當(dāng)增加，使得天線布陣更為靈活，有利于提高相控陣天線增益并優(yōu)化天線性能，進(jìn)一步增加導(dǎo)引頭作用距離。

1.4寬工作帶寬，全數(shù)字化抗干擾

抗干擾性能是決定導(dǎo)彈系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)性能的重要因素。相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)具有全數(shù)字化特點(diǎn)，可全面提升導(dǎo)彈對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力：相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)的工作帶寬可擴(kuò)展到1GHz以上，能有效改善抗壓制式干擾能力；利用數(shù)字波束形成（DBF）技術(shù)和邊跟邊掃（TWS）工作模式，能在干擾方向上自適應(yīng)調(diào)零，實(shí)現(xiàn)抗拖曳式誘餌等新型干擾；采用空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP）技術(shù)，可有效抑制地海雜波影響，大幅提升導(dǎo)彈低空尾后下視能力，提高對“低小慢”的攻擊能力［15］。

1.5柔性降級，工程應(yīng)用高可靠

相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)取消了機(jī)電式位標(biāo)器和集中式大功率發(fā)射機(jī)，采用全固態(tài)設(shè)計(jì)，信息處理高度電子化集成，小型化的同時(shí)提高了系統(tǒng)可靠性。相控陣天線多路并行工作，具有“柔性降級”（Graceful Degradation）特性［16］，少量的單元失效對系統(tǒng)性能影響不大。試驗(yàn)表明，5％的單元失效時(shí)系統(tǒng)性能無顯著變化，10％的單元失效時(shí)系統(tǒng)仍可維持基本工作。“柔性降級”提升了系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性，也便于工業(yè)化批量生產(chǎn)。

2　相控陣制導(dǎo)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況

美國國防部在2003年的一份技術(shù)發(fā)展報(bào)告中指出，“未來10年，不掌握相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的廠商，將沒有立足之地”。相控陣制導(dǎo)技術(shù)由于其優(yōu)越的技術(shù)特點(diǎn)和特有的技術(shù)難度，使得軍事強(qiáng)國均投入了大量的人力和資金，爭相開展相控陣制導(dǎo)技術(shù)的工程化研究與驗(yàn)證。

美國從裝備應(yīng)用需求出發(fā)，引領(lǐng)著相控陣制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，依托“大氣層攔截彈”（ENDOLEAP）項(xiàng)目，諾斯羅普·格魯門公司和洛克希德·馬丁公司分別進(jìn)行了技術(shù)先期探索，提出了Ka波段和W波段相控陣導(dǎo)引頭方案，但未形成裝備。21世紀(jì)初，通過“低成本巡航導(dǎo)彈防御”（LCCMD）項(xiàng)目，雷神公司提出了Ka波段主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭方案，并于2004年完成了口徑152mm、包含672個(gè)單元的導(dǎo)引頭樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了有源相控陣導(dǎo)引頭的階段性突破。美國雷神公司研發(fā)的相控陣導(dǎo)引頭天線如圖1所示。2010年，美國在下一代空空導(dǎo)彈（NGM）技術(shù)基線中明確表明將采用基于相控陣的多模導(dǎo)引頭，開展了雙波段相控陣主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭和紅外成像/共形相控陣?yán)走_(dá)雙模導(dǎo)引頭等多種方案設(shè)計(jì)和樣機(jī)研制，并分別于2012年底和2013年進(jìn)行了空中掛飛試驗(yàn)和空中發(fā)射試驗(yàn)。

圖1　美國雷神公司研發(fā)的相控陣導(dǎo)引頭天線Fig.1　Active electronically scanned array seeker antenna developed by America Raytheon company

俄羅斯明確將主動(dòng)相控陣導(dǎo)引頭作為國家武器發(fā)展計(jì)劃中的一項(xiàng)重要技術(shù)內(nèi)容，以保證今后10年內(nèi)的武器系統(tǒng)先進(jìn)性。俄羅斯NPP Radar MMS股份公司、瑪瑙研究所和阿爾泰設(shè)計(jì)局等正在研制不同波段的多種相控陣導(dǎo)引頭，計(jì)劃用于3M80/3M82系列反艦導(dǎo)彈和9K331 Tor2M1系列近程防空系統(tǒng)。2013年，俄羅斯伊斯托克公司在莫斯科航展上展出了其最新研制出的X波段有源相控陣天線，如圖2所示。該天線總功率大于1 000 W，采用砷化鎵器件，每個(gè)單元輸出功率為10～15W，質(zhì)量約為9kg。

圖2　俄羅斯伊斯托克公司展出的X波段有源相控陣天線Fig.2　X-band active electronically scanned array antenna exhibited by Russia ISTOC company

英、法、德等歐洲傳統(tǒng)軍事強(qiáng)國也在持續(xù)開展相控陣制導(dǎo)技術(shù)研究。2003年，英國奎耐特公司成功地進(jìn)行了世界上首次相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭天線的閉環(huán)試驗(yàn)。其研制的X波段相控陣導(dǎo)引頭原理樣機(jī)如圖3所示，在口徑80 mm下布置了19個(gè)天線單元。近年來，奎耐特公司還進(jìn)一步開展了Ka波段彈體共形相控陣天線研制和成像能力驗(yàn)證試驗(yàn)。德國BGT公司和EADS公司開展了用于空空導(dǎo)彈的紅外/相控陣?yán)走_(dá)雙模導(dǎo)引頭研究。

圖3　英國奎耐特公司研制的X波段相控陣導(dǎo)引頭樣機(jī)Fig.3　X-band active electronically scanned array seeker prototype developed by UK QinetiQ company

中國在相控陣制導(dǎo)技術(shù)上雖然起步相對較晚，但充分利用了后發(fā)優(yōu)勢，技術(shù)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。在國家精確制導(dǎo)技術(shù)預(yù)研支持下，中國航空工業(yè)在“十一五”期間通過自主創(chuàng)新，突破了相控陣制導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)，并率先應(yīng)用于型號研制，利用相控陣的體制優(yōu)勢大幅提高了反隱身和抗干擾能力。同時(shí)，國內(nèi)其他研究院所和高校等單位也都將相控陣制導(dǎo)技術(shù)作為重要的研究方向，投入了大量人力、物力來開展技術(shù)攻關(guān)，取得了一系列較高水平的研究成果。

3　相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

相控陣制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)技術(shù)的重要發(fā)展方向，將在大量先進(jìn)精確制導(dǎo)武器上得到廣泛應(yīng)用。相控陣制導(dǎo)技術(shù)工程應(yīng)用需解決捷聯(lián)波束穩(wěn)定與跟蹤技術(shù)、相控陣天線波束指向精度、相控陣天線高密度集成與散熱技術(shù)和低成本T/R組件技術(shù)4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1捷聯(lián)波束穩(wěn)定與跟蹤技術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭的天線陣列與彈體固連，是一種全捷聯(lián)導(dǎo)引頭，彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)會(huì)影響導(dǎo)引頭波束在慣性空間的指向，使得導(dǎo)引頭測量信號耦合彈體姿態(tài)運(yùn)動(dòng)信息，從而嚴(yán)重影響導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的性能。因此，與采用機(jī)電式位標(biāo)器的傳統(tǒng)導(dǎo)引頭相比，必須采用捷聯(lián)波束穩(wěn)定技術(shù)隔離導(dǎo)彈飛行過程中的姿態(tài)擾動(dòng)和彈體變形，以保證導(dǎo)引頭對目標(biāo)的快速截獲與穩(wěn)定跟蹤，并獲得高的測角精度，這是相控陣制導(dǎo)技術(shù)彈載應(yīng)用首先要解決的問題［17-18］。

捷聯(lián)波束穩(wěn)定主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：角速度補(bǔ)償法和角位置補(bǔ)償法［19-20］。工程上需考慮天線波束躍度、捷聯(lián)慣導(dǎo)的漂移、數(shù)據(jù)更新周期與傳輸延遲，以及彈體彈性變形等影響因素。

3.2相控陣天線波束指向精度

相控陣天線波束指向精度直接影響導(dǎo)彈制導(dǎo)精度。相控陣導(dǎo)引頭的波束指向是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)引頭無法獨(dú)自獲得某一時(shí)刻波束的實(shí)際指向角度。影響相控陣天線波束指向精度的因素有很多，既包括器件離散性、饋電網(wǎng)絡(luò)的多級性和工藝復(fù)雜性等造成的T/R組件幅相不一致現(xiàn)象，也包括天線互耦和頭罩匹配等系統(tǒng)問題，還存在長期儲存造成的頻率等參數(shù)漂移以及不同使用工況下溫度等參數(shù)漂移等客觀情況［21］。此外，相控陣導(dǎo)引頭的工作帶寬已經(jīng)可以達(dá)到1GHz以上，使得其指向精度較難在整個(gè)角度掃描范圍內(nèi)達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)要求，需要對其進(jìn)行補(bǔ)償與校準(zhǔn)。

相控陣天線波束指向精度補(bǔ)償主要是對相控陣導(dǎo)引頭與天線罩進(jìn)行聯(lián)合補(bǔ)償，以消除天線罩瞄準(zhǔn)誤差與天線波束指向誤差對導(dǎo)引頭測量的影響。

實(shí)時(shí)在線自校準(zhǔn)是相控陣彈載應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，也是相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必需考慮的問題。首先，在進(jìn)行單元天線設(shè)計(jì)時(shí)就需要仔細(xì)考慮校準(zhǔn)回路的實(shí)現(xiàn)方案；其次，彈載應(yīng)用背景需要強(qiáng)調(diào)校準(zhǔn)算法的快速性，需要對接收電路和數(shù)字處理電路進(jìn)行配合設(shè)計(jì)。在天線安裝和調(diào)試過程中，必須對天線單元之間的幅度和相位誤差進(jìn)行測試、修正和校準(zhǔn)，以保證天線各通道的幅相一致性。

3.3 相控陣天線高密度集成與散熱技術(shù)

相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)小型化是應(yīng)用于精確制導(dǎo)武器的前提，但同時(shí)也會(huì)帶來相控陣天線高密度集成與散熱技術(shù)難題。采用多層共燒陶瓷基板等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)T/R組件、饋電網(wǎng)絡(luò)、低頻控制以及天線輻射單元等的一體化集成［22］。相控陣導(dǎo)引頭的一個(gè)顯著特點(diǎn)是功率密度大、工作時(shí)間短，在較小口徑內(nèi)聚集了數(shù)千瓦的射頻功率，但工作時(shí)間一般只需要幾十秒，基本上是在相控陣天線系統(tǒng)剛剛達(dá)到熱平衡、甚至沒有達(dá)到平衡時(shí)就結(jié)束了。因此在降低相控陣天線系統(tǒng)溫度的同時(shí)，還要解決整個(gè)天線系統(tǒng)溫度的一致性。

通過合理設(shè)計(jì)相控陣天線結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)自身熱容可以滿足工作中的散熱要求；借助液冷等輔助散熱措施可以解決相控陣天線測試和相控陣導(dǎo)引頭調(diào)試等較長時(shí)間使用的散熱需求。但要滿足更大功率相控陣的散熱，還需要尋求其他解決措施。目前國內(nèi)外研究采用的技術(shù)有相變材料技術(shù)、微細(xì)液體管路循環(huán)加冷板技術(shù)、壓電微電機(jī)泵技術(shù)和陣面熱平衡校準(zhǔn)技術(shù)等。

3.4低成本T/R組件技術(shù)

高成本是制約彈載相控陣導(dǎo)引頭工程應(yīng)用的最大瓶頸。在相控陣天線生產(chǎn)成本中，T/R芯片成本所占比重最大，不僅要考慮發(fā)射功率、噪聲系數(shù)、幅相控制方式、氣密封裝和體積尺寸等性能指標(biāo)要求，還要考慮加工集成等工藝和測試等低成本制造實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

為了降低T/R組件的成本，首先，需要不斷提高芯片生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性和批產(chǎn)保障能力；其次，需要從電路設(shè)計(jì)和封裝方案等方面開展綜合優(yōu)化，提高T/R組件的微組裝效率［23］。因此可通過低溫共燒陶瓷（LTCC）和AlN陶瓷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)T/R組件的多層布線和多芯片組裝（MCM），實(shí)現(xiàn)微波模塊的小型化、重量輕和高性能。

在芯片改進(jìn)方面，則需要進(jìn)一步推進(jìn)多功能芯片的研制，在降低芯片直接成本的同時(shí)，進(jìn)一步降低微組裝生產(chǎn)成本。此外，基于MEMS集成的工業(yè)化低成本制造技術(shù)也應(yīng)開展專項(xiàng)研究。

4　相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展展望

相控陣制導(dǎo)系統(tǒng)正處于快速發(fā)展時(shí)期，提升潛力大，在精確制導(dǎo)武器上具有廣闊的應(yīng)用前景［24］。未來可能的技術(shù)發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面。

4.1多通道相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)

為了更好地適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，提高導(dǎo)彈抗干擾能力，采用多通道相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更為靈活高效的數(shù)字波束形成與空時(shí)自適應(yīng)處理。

需要突破彈載條件下的空時(shí)自適應(yīng)處理，解決多通道信號的巨大運(yùn)算量問題，加快彈用高性能多核新型信號處理平臺的技術(shù)研發(fā)。

4.2大功率相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)

為了提高載機(jī)先敵脫離能力和導(dǎo)彈反隱身能力，需要進(jìn)一步提高導(dǎo)彈的末制導(dǎo)作用距離，采用千瓦級大功率相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)是一項(xiàng)可行的技術(shù)途徑。

需要突破大功率T/R模塊制備與批生產(chǎn)、天線熱綜合設(shè)計(jì)、千瓦級彈上高效能源與電磁兼容設(shè)計(jì)以及功率管理等關(guān)鍵技術(shù)。

4.3雙波段相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)

為了滿足高性能隱身戰(zhàn)斗機(jī)多任務(wù)制空作戰(zhàn)需求，要求機(jī)載精確制導(dǎo)武器具有空空/空地多任務(wù)的攻擊能力，需要發(fā)展雙波段主動(dòng)相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)。利用兩個(gè)主動(dòng)波段的復(fù)合，增強(qiáng)末制導(dǎo)系統(tǒng)的抗干擾能力，并進(jìn)一步提高制導(dǎo)精度，滿足不同作戰(zhàn)任務(wù)對主動(dòng)雷達(dá)特性的不同需求［25］。

需要突破雙波段共口徑緊湊布陣設(shè)計(jì)、雙波段T/R集成與小型化設(shè)計(jì)、雙波段信息融合技術(shù)以及雙任務(wù)作戰(zhàn)模式下復(fù)雜背景條件目標(biāo)識別算法等關(guān)鍵技術(shù)。

4.4共形相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)

雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引系統(tǒng)是未來精確制導(dǎo)技術(shù)重要的發(fā)展方向，能夠從體制上很好地解決導(dǎo)彈的抗干擾、反隱身和多用途等問題。共形相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)是解決雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引系統(tǒng)共口徑設(shè)計(jì)難題的關(guān)鍵［26-27］。英國奎耐特公司研制的Ka波段彈體共形相控陣天線樣機(jī)如圖4所示。

需要突破共形陣列天線設(shè)計(jì)、共形天線校準(zhǔn)、基于數(shù)字波束形成的角跟蹤技術(shù)以及緊湊結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)等方面的難題。

4.5雙/多目標(biāo)制導(dǎo)跟蹤技術(shù)

圖4　英國奎耐特公司研制的Ka波段有源電子掃描陣列天線樣機(jī)Fig.4　Ka-band active electronically scanned array seeker antenna prototype developed by UK QinetiQ company

為了應(yīng)對未來復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境，適應(yīng)戰(zhàn)場態(tài)勢的不確定性，在精確制導(dǎo)武器攻擊過程中，攻擊目標(biāo)的同時(shí)還要求導(dǎo)引頭能夠始終保持對另一個(gè)目標(biāo)的探測和跟蹤。當(dāng)戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)要求更換攻擊目標(biāo)。

利用相控陣天線波束快速切換能力，可以分時(shí)探測兩個(gè)目標(biāo)，給出兩個(gè)目標(biāo)的測量信息。通過目標(biāo)優(yōu)選算法鎖定威脅最大或殺傷效能最高的一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)攻擊［28-29］。

4.6制導(dǎo)引信一體化技術(shù)

傳統(tǒng)導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)和引信系統(tǒng)都是獨(dú)立工作的。制導(dǎo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)導(dǎo)引并控制導(dǎo)彈飛到目標(biāo)附近，而引信負(fù)責(zé)在近距離探測目標(biāo)并適時(shí)起爆戰(zhàn)斗部。相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引技術(shù)為二者功能的合二為一提供了可能。采用制導(dǎo)引信一體化技術(shù)后，導(dǎo)彈上傳統(tǒng)的近炸引信不復(fù)存在，導(dǎo)引頭將替代其近感探測功能，引信軟件也將與彈載飛行控制等軟件集成。這樣不僅能減小導(dǎo)彈的重量，而且與傳統(tǒng)引信相比，還能利用更為豐富的目標(biāo)信息，從而對引信起爆時(shí)間和方位等進(jìn)行預(yù)測估計(jì)，達(dá)到精確引炸的目的。

需要突破導(dǎo)引頭和引信的兼容設(shè)計(jì)、基于相控陣天線的引信前向探測技術(shù)以及多通道相控陣波束控制與波形捷變技術(shù)等，還需要開展大量的引信動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

4.7相控陣制導(dǎo)所需的基礎(chǔ)技術(shù)

為了使相控陣制導(dǎo)技術(shù)更好地實(shí)現(xiàn)彈載應(yīng)用，尚需要加強(qiáng)一些基礎(chǔ)技術(shù)研究，主要包括：①第三代半導(dǎo)體技術(shù)與低成本制造集成。加強(qiáng)芯片型譜的規(guī)劃建設(shè)，推動(dòng)第三代半導(dǎo)體技術(shù)的快速成熟與應(yīng)用，加大在高效集成工藝和自動(dòng)化測試等方面的研發(fā)投入，進(jìn)一步降低制造成本。②天線陣列的熱設(shè)計(jì)，需要加強(qiáng)新材料研制與應(yīng)用、熱仿真與模型驗(yàn)證方法設(shè)計(jì)等。③陣列信號處理技術(shù)。需要加速彈載高性能多核處理平臺研制，開展數(shù)字波束形成（DBF）和空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP）等算法設(shè)計(jì)以及簡化應(yīng)用。④電磁場理論與計(jì)算。需要開展相控陣天線電磁場特性研究，包括互耦特性研究、大型陣列綜合、多波段陣列兼容設(shè)計(jì)、彈體共形天線或智能蒙皮技術(shù)研究等。

5　結(jié)束語

相控陣制導(dǎo)技術(shù)是一項(xiàng)改變戰(zhàn)場“游戲規(guī)則”的革命性技術(shù)，是隱身時(shí)代導(dǎo)彈精確制導(dǎo)技術(shù)的新的技術(shù)高地，是近10年來和未來20年內(nèi)國際上雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)研究的重點(diǎn)和持續(xù)熱點(diǎn)。環(huán)顧國內(nèi)外，相控陣制導(dǎo)技術(shù)在體制上已取得重大突破，正在駛?cè)牍こ袒瘧?yīng)用的快車道［30-31］。

綜合判斷，中國整體處于技術(shù)研究的第一方隊(duì)，并且應(yīng)用上有可能超前。但同時(shí)要清醒地認(rèn)識到，為進(jìn)一步發(fā)揮相控陣?yán)走_(dá)制導(dǎo)的技術(shù)優(yōu)勢，國內(nèi)尚需要在多通道相控陣技術(shù)、雙波段相控陣技術(shù)、共形相控陣技術(shù)、第三代半導(dǎo)體芯片開發(fā)以及低成本制造等方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究，加大投入，鞏固中國在相控陣制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，推動(dòng)中國精確制導(dǎo)武器性能的持續(xù)提升。

［1］United States Air Force.Global horizons［R］.Washtington，D.C.，2013.

［2］United States Air Force.Air Force ISR 2023［R］.Washtington，D.C.，2012.

［3］Defense Science Board.Technology and innovation enablers for superiority in 2030［R］.Washtington，D.C.，2013.

［4］Fan H T.Four“first”principles to win in air combat［J］. Aero Weaponry，2013（1）：3-7（in Chinese）.

樊會(huì)濤.空戰(zhàn)制勝“四先”原則［J］.航空兵器，2013（1）：3-7.

［5］《Air force equipment series》Editing Committee.Airborne radar equipment［M］.Beijing：Aviation Industry Press，2010：2-5（in Chinese）.

《空軍裝備系列叢書》編審委員會(huì).機(jī)載雷達(dá)裝備［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2010：2-5.

［6］《Air force equipment series》EditingCommittee.Airborne guidance weapon［M］.Beijing：Aviation Industry Press，2009：1-3（in Chinese）.

《空軍裝備系列叢書》編審委員會(huì).機(jī)載制導(dǎo)武器［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2009：1-3.

［7］Russian Federation.《2013-2025 national electronic and radio electronic industrial development plan》［R］.2012（in Chinese）.

俄羅斯聯(lián)邦.《2013～2025年國家電子及無線電電子工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》［R］.2012.

［8］Bath W G，TrunkGV.Radarhandbook［M］.New York：McGraw-Hill Companies，2008：728-735.

［9］United States Air Force Chief Scientist（AF/ST）.Technology horizons—A vision for air force science ＆ technology during 2010-2030［R］.2010（in Chinese）.

美國空軍首席科學(xué)家.技術(shù)地平線報(bào)告——2010～2030空軍科學(xué)與技術(shù)構(gòu)想［R］.2010.

［10］Zhang G Y，Zhao Y J.Phased array radar technology ［M］.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2006：3-8（in Chinese）.

張光義，趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006：3-8.

［11］Fan H T，Lyu C Q，Lin Z X.Overall design of air to air missile system［M］.Beijing：National Defence Industry Press，2007（in Chinese）

樊會(huì)濤，呂長起，林忠賢.空空導(dǎo)彈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［12］Fan H T.Design principle of air to air missile［M］.Beijing：Aviation Industry Press，2013（in Chinese）.

樊會(huì)濤.空空導(dǎo)彈方案設(shè)計(jì)原理［M］.北京：航空工業(yè)出版社，2013.

［13］Josefsson L，Patrik P.Conformal array antenna theory and design［M］.New York：Willey-Inter Science Publication，2006.

［14］Skolnik M.Radar Handbook［M］.New York：McGraw-Hill Companies，2008：11-15.

［15］Knott E F.Radar Handbook［M］.New York：McGraw-Hill Companies，2008：1145.

［16］Gao F.Basic characteristics and key techniques of phased array seeker［J］.Guidance and Fuze，2005，26（4）：1-5 （in Chinese）.

高烽.相控陣導(dǎo)引頭的基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)［J］.制導(dǎo)與引信，2005，26（4）：1-5.

［17］Li Y，Xiao Z L，Sun P，et al.Strapdown beam stabilization method for phased array radar［J］.Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2014，35（2）：497-505（in Chinese）.

李陽，肖增利，孫芃，等.相控陣?yán)走_(dá)捷聯(lián)波束穩(wěn)定方法［J］.航空學(xué)報(bào)，2014，35（2）：497-505.

［18］Fan H T，Yang J，Zhu X P.Research on beam stabilization technology of phased array radar seeker［J］.Acta Aeronautica et Astronautica Sinica，2013，34（2）：387-392 （in Chinese）.

樊會(huì)濤，楊軍，朱學(xué)平.相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭波束穩(wěn)定技術(shù)研究［J］.航空學(xué)報(bào)，2013，34（2）：387-392.

［19］Du Y L，Xia Q L，Qi Z K.Research on effect of seeker disturbance rejection rate with phase lag on stability of parasitical loop［J］.Acta Armamentarii，2011（1）：28-32 （in Chinese）.

杜運(yùn)理，夏群利，祁載康.導(dǎo)引頭隔離度相位滯后對寄生回路穩(wěn)定性影響研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，2011（1）：28-32.

［20］Wang Q，F(xiàn)u S T.Study on strapdown beam steadying algorithm of phased array radar seeker［J］.Aero Weaponry，2011（6）：3-5（in Chinese）.

王琪，付書堂.相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭捷聯(lián)波束穩(wěn)定算法研究［J］.航空兵器，2011（6）：3-5.

［21］Ji B，YangY.Online gain and phase calibration for phased array radar［J］.Telecommunication Engineering，2014，54（5）：621-625（in Chinese）.

紀(jì)斌，楊勇.相控陣?yán)走_(dá)在線幅相校正［J］.電訊技術(shù)，2014，54（5）：621-625.

［22］Richards M A.Fundamental of radar signal processing ［M］.New York：McGraw-Hill Companies，2005：205-223.

［23］Li Q S.Strapdowndecouplingtechniqueresearchon phased array radar seeker［J］.Guidance and Fuze，2005，26（2）：19-22（in Chinese）.

李秋生.相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭捷聯(lián)去耦技術(shù)研究［J］.制導(dǎo)與引信，2005，26（2）：19-22.

［24］Kidner C，Tonks C.Talk about guidance integrate fuze ［J］.Interview，2008，13（1）：5-7.

［25］Park P K，Robertson R S.Electronically scanned dielectric continuous slot antenna conformal to the cone for dual mode seeker：United States，USP6653984［P］.2003.

［26］Liu T H，Guo Y C，Liu Z G，et al.Reduction of spur in DDS based on appropriate randomphasing inphased arrays［J］.Journal of Microwaves，2014，30（4）：72-74 （in Chinese）.

劉庭華，郭燕昌，劉震國，等.相控陣天線適當(dāng)隨機(jī)饋相對DDS雜散的抑制［J］.微波學(xué)報(bào)，2014，30（4）：72-74.

［27］Zhao Y H，Cai H.One error compensation method about active phased array antenna［J］.Computer Measurement ＆ Control，2014，22（7）：2151-2153（in Chinese）.

趙宇浩，蔡輝.一種有源相控陣天線誤差補(bǔ)償方法［J］.計(jì)算機(jī)測量與控制，2014，22（7）：2151-2153.

［28］Uluisik C，Cakir G，Cakir M，et al.Radar cross section （RCS）modeling and simulation（part 1）：A tutorial review of denitions，strategies，and canonical examples ［J］.Antennas and Propagation，2008，50：117.

［29］Wu H C，Wan CN，Xiong SW，et al.Transmitting multi-beam characteristics research of digital phase array radar［J］.Journal of Microwaves，2014，30（1）：6-9（in Chinese）.

吳鴻超，萬長寧，熊慎偉，等.數(shù)字相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射多波束特性研究［J］.微波學(xué)報(bào)，2014，30（1）：6-9.

［30］Ramo S，Whinnery J，van Duzer T.Fields and waves in communications electronics［M］.New York：John Wiley and Sons Inc.，2004：8.

［31］Baker D J.Maxwell′s equations for electrmagnetics［M］. Logan，UT：Utah State University Press，2006：4-6.

樊會(huì)濤男，博士，中國工程院院士，研究員。主要研究方向：飛行器總體設(shè)計(jì)。

Tel：0379-63383868

E-mail：fanhuitao1962@163.com

Development and outlook of active electronically scanned array guidance technology

FAN Huitao1，2，*，YAN Jun1，2
1.China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China
2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Airborne Guided Weapons，Luoyang 471009，China

Active electronically scanned array guidance is a new technology which is going to change the game rules of battlefield.lt has some striking systematic advantages in anti-stealth and anti-jamming aspects.For the recent 20 years，active electronically scanned array guidance has become a research hotspot in precision guidance technology worldwide and has been applied to the domestic and foreign development of certain missile.Firstly，an analysis of the technical features of active electronically scanned array guidance system is given；Secondly，the development of active electronically scanned array guidance technology at home and abroad is concluded，and also the key techniques which have to be solved in active electronically scanned array guidance system engineering application is discussed.Finally，an outlook of the possible development direction of active electronically scanned array guidance is presented.lt can be predicted that the deepening of active electronically scanned array guidance technology research and popularization will substantially enhance the performance of precision guidance weapons.

active electronically scanned array radar；guidance system；precision guidance weapon；air to air missile；strap down seeker

2015-01-16；Revised：2015-03-21；Ac cepted：2015-06-14；Published online：2015-07-03 09：40

.Tel.：0379-63383868 E-mail：fanhuitao1962@163.com

V448；TJ765

A

1000-6893（2015）09-2807-08

10.7527/S1000-6893.2015.0181

URL：www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20150703.0940.002.html