涂林峰

何謂毫米波？

毫米波就是指波長為1～10毫米的電磁波，是頻率最高、波長最短的微波頻段。毫米波由于波長介于微波與紅外、可見光之間（毫米波也屬于微波的一種，這里為了方便講解將毫米波與其它微波波段進行區(qū)分），因而兼有微波和光電的優(yōu)點，使其在通信、雷達、制導、遙感、射電天文等方面都有重大的應用價值。在軍用領域，除了毫米波雷達外，毫米波在軍用通信領域也可大有作為，這是因為毫米波具有波束窄、方向性強的特點，使其很難被對方的電子偵察系統(tǒng)截獲，因而可以提供安全、隱蔽、保密的軍用通信。毫米波用于通信還有一大優(yōu)點是其擁有極寬的頻帶帶寬。一般認為毫米波的頻率范圍為26.5～300GHz，頻帶帶寬高達273.5GHz，超過從直流到微波全部帶寬的10倍，這對于無線通信來說十分重要。因為無線電頻譜資源不是取之不盡、用之不竭的，而人類對無線電頻譜資源的需求卻急劇膨脹，比如“北斗”二代與“伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的頻率之爭就是無線電頻率資源日趨緊張的一個體現(xiàn)，因此毫米波通信在頻率資源極其緊張的今天無疑是極具吸引力的。毫米波尤其適用于衛(wèi)星通信，可以提供比傳統(tǒng)通信衛(wèi)星更大的通信容量和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，典型代表就是美國先進極高頻軍用通信衛(wèi)星AEHF，其通信容量比傳統(tǒng)軍用通信衛(wèi)星提高了十倍以上，而且保密性、抗干擾性和低可截獲概率等性能指標也得到全面提升。總結(jié)來說，毫米波通信具有波束窄、數(shù)據(jù)傳輸率高、隱蔽性強、抗干擾能力強以及全天候工作的特點，在軍用通信領域有著很大的發(fā)展前景。

毫米波雷達也是近年來發(fā)展較快、并得到各國軍隊普遍重視的一種重要軍用裝備技術(shù)。毫米波雷達就是指工作在毫米波波段的雷達。一般情況下雷達為了提高遠程探測距離，大多工作在波長較長、頻率較低的波段，多為厘米波和分米波，還有工作在米波或者更長波段的雷達。而毫米波雷達的波長較短，頻率極高，使其具備了分辨率高、測量精度高的特點。這是因為對于雷達來說，波長越短、頻率越高，則雷達波束越窄，“看”目標“看”得越清楚。在相同天線尺寸下，毫米波的波束要比微波波束窄得多。例如一個12厘米的天線，工作于9.4GHz時其波束寬度為18度，而工作在94GHz時其波束寬度僅1島度，從而可以分辨相距更近的多個小目標，或者更為清晰地觀察目標。如果說傳統(tǒng)的微波雷達看的是物體輪廓，則毫米波雷達就可以看物體細節(jié)，即毫米波雷達的探測、跟蹤精度非常高。正是因為毫米波雷達的這一特性，使得它非常適合用于各種火控雷達，一些傳統(tǒng)的×波段火控雷達也有往毫米波方向發(fā)展的趨勢。毫米波雷達憑借極高的精度甚至可用于探測、跟蹤飛行中的炮彈或火箭彈。

毫米波雷達的典型應用就是“長弓阿帕奇”武裝直升機，其頭上頂?shù)摹伴L弓”火控雷達就工作在毫米波波段，可實現(xiàn)對地面、低空和水面目標的高精度探測?！伴L弓”雷達之所以選擇了毫米波波段，就是因為地面目標一般體型都比較小（比如坦克和導彈發(fā)射車），處于復雜的地形環(huán)境中，且經(jīng)常與其它無關目標混雜在一起，傳統(tǒng)微波雷達的分辨能力很難有效地探測、識別地面目標。傳統(tǒng)雷達的發(fā)射波束較寬，覆蓋范圍大，當對地面目標進行探測時，由于地面的環(huán)境較為復雜，除了被探測的目標以外，同時還存在著各種無關的雜物，比如地面建筑物、復雜的自然環(huán)境和地形，這些都會對雷達的探測產(chǎn)生不良的影響。雷達較寬的發(fā)射波束除了照射目標以外，還不可避免地會照射到目標周圍的無關雜物，從而產(chǎn)生無用的雷達回波，也就是雜波。雜波會干擾雷達對目標的正常探測，甚至會產(chǎn)生無法探測的盲區(qū)，這也是傳統(tǒng)雷達在對地/對海或?qū)Φ涂诊w行目標進行探測時的一大難題。而毫米波雷達的窄波束可以有效克服地面雜波及背景干擾，再加上毫米波雷達的尺寸、重量可以做得非常小，因此直升機也可以在頭上“頂個球”。

美國先進極高頻通信衛(wèi)星

毫米波雷達在民用領域也得到一定發(fā)展。圖為毫米波雷達用于民用汽車的防撞雷達

毫米波雷達對地面目標的雷達成像

毫米波雷達的高精度使它也很適合用于艦載火控雷達，比如我國1130近防炮就配備了專用的毫米波火控雷達。毫米波雷達尤其適合用于探測、跟蹤低空來襲的反艦導彈類目標，并且也有利于探測快艇等小型水面目標。不過毫米波雷達多用于近程防空系統(tǒng)或者炮瞄雷達，因為毫米波雷達相比厘米波、分米波雷達其探測距離通常都要小得多，這是毫米波波長較短帶來的固有缺陷。毫米波在大氣中的傳輸損耗大，同樣的作用距離下其所需要的發(fā)射功率及天線增益都比微波雷達更高，這限制了毫米波雷達作用距離的提升。而且毫米波雷達發(fā)射的窄波束先天不適合用于遠程大范圍探測，這是其用于艦載雷達的一大制約因素。不過毫米波雷達探測距離近的缺點并不是絕對的，當它的天線孔徑足夠大、發(fā)射功率足夠強時，毫米波雷達也是可以實現(xiàn)遠程探測的。美國就曾研發(fā)過超大型毫米波探測雷達，天線尺寸達到13.7米，最大探測距離達到驚人的2500千米，并且仍保持了很強的目標分辨能力，用于探測彈道導彈時可以提供極高的探測精度，具備了識別和區(qū)分真假彈頭的能力。當然，該雷達的研發(fā)難度非常高，在經(jīng)過了多年的技術(shù)改進后還只是試驗的性質(zhì)。

美國“長弓阿帕奇”武裝直升機及其旋翼上方的“長弓”火控雷達特寫

毫米波雷達還具備以下的優(yōu)點——抗干擾能力強由于毫米波雷達發(fā)射的是窄波束，使敵方難以截獲雷達信號，敵方干擾機的干擾功率信號正確指向毫米波雷達要比指向微波雷達更困難;反隱身能力：目前隱身飛機設計的隱身頻率主要作用于微波雷達，對毫米波這種“非主流”的雷達波段效果不佳，而且隱身機的機體等不平滑部位相對毫米波來說更為明顯，因此毫米波雷達具有一定的反隱身能力;毫米波雷達憑借極高的分辨率也有利于雷達成像，從而提高雷達對目標的識別和分辨能力，并使雷達系統(tǒng)具備更加強大的功能。

毫米波雷達制導

毫米波雷達制導就是指導彈的導引頭采取了毫米波雷達技術(shù)，一般情況下多為主動式制導。毫米波雷達導引頭體積小、重量輕，因此廣泛應用于各類制導武器中。如果說毫米波雷達由于探測距離較近而使其應用范圍受到限制的話，則毫米波雷達導引頭對這個問題就不那么敏感了。因為導彈導引頭對探測距離的要求遠比雷達要小，而對探測精度的要求卻遠比雷達苛刻，因此新一代導彈導引頭的一個發(fā)展趨勢就是向更高的工作頻率發(fā)展。目前的彈載主動雷達導引頭多工作于X波段或Ku波段，雖然從性能上看并無太大缺陷，但目前的隱身、干擾措施大多針對這一類型的導引頭，因此提高導引頭的工作頻率是有著現(xiàn)實意義的。毫米波用于末制導時兼有微波制導和光學制導的優(yōu)點。與工作于厘米波段的主動雷達導引頭相比，毫米波雷達導引頭的分辨率、探測精度更高，而同紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波雷達導引頭穿透云霧、全天候作戰(zhàn)的能力更強，且采取了主動制導方式，不易受目標和外界因素的影響，其制導性能更穩(wěn)定可靠。

毫米波雷達制導技術(shù)尤其適用于各種對地武器，原因就在于其分辨率高，更適合對付處于復雜地形環(huán)境下的地面目標。俄羅斯成功研制了一種試驗性的毫米波主動雷達導引頭，重8千克，工作頻率94GHz，天線直徑12厘米，對火箭發(fā)射架、履帶車等目標的探測距離在500～2800米范圍內(nèi)。該導引頭已進行了地面和飛行試驗，試驗結(jié)果表明它能從地形背景中提取目標特征，然后自動跟蹤并引導導彈攻擊目標。以傳統(tǒng)X波段、Ku波段主動雷達導引頭的分辨率，在這種環(huán)境下的作用效果將會大幅下降。在前篇中曾提到過印度陸攻版“布拉莫斯”巡航導彈，它最初采用的就是×波段的主動雷達導引頭，在用于對陸攻擊時分辨率嚴重不足，只能在試驗中打擊平原地形下孤零零的房屋目標?！安祭埂眀lock2據(jù)說換裝了毫米波雷達導引頭，提高了對地面目標的分辨能力，具備了發(fā)現(xiàn)4千米外坦克的能力，但飛行速度過快又導致了導引頭的反應時間不足，所以其打擊效果仍然不甚理想。當然，“布拉莫斯”的問題并不在于毫米波雷達導引頭本身，而是其整體設計與制導體制上的問題，光改進導引頭卻不改進整個制導體制，是不能改變陸攻版“布拉莫斯”“偽陸攻巡航導彈”的本質(zhì)的，印度人仍不得不發(fā)展看上去較為“正常”的“無畏”巡航導彈。

俄羅斯米-28N武裝直升機旋翼上的“球”也是毫米波雷達

毫米波雷達的高精度探測能力使得它很適合用于火控雷達

毫米波雷達導引頭

英國研發(fā)的“硫磺石”導彈就是一種先進的毫米波雷達主動制導反坦克導彈。該導彈在美國“海爾法”導彈的基礎上發(fā)展而成，采用3毫米波長的毫米波導引頭。導引頭可以提供高分辨率的目標雷達回波圖像，利用彈上算法進行實時目標識別和分類，一旦識別出目標，導彈即可對目標進行掃描以選擇最佳瞄準和打擊部位，從而可以最大程度地殺傷目標。美國“阿帕奇”武裝直升機上裝備的“長弓海爾法”空地導彈是“海爾法”系列導彈中的一種，也采用了毫米波主動制導方式，可以在發(fā)射前或發(fā)射后鎖定目標，具有“發(fā)射后不管”的能力和在全天候條件下作戰(zhàn)的能力，可使載機發(fā)射導彈后立即隱蔽，最大限度地減少暴露的時間，從而提高了直升機的生存能力。

英國“鷂”式戰(zhàn)斗機機翼下掛載了多枚“硫磺石”反坦克導彈

德國155毫米SMArt炮射末敏彈剖視圖

除了分辨率高以外，毫米波雷達制導用于對地武器還有一大優(yōu)點是導引頭的尺寸重量可以控制得十分輕小。當毫米波雷達導引頭的工作頻率為35GHz或94GHz時，其天線口徑一般為10～20厘米，非常適合用于各種輕型甚至微型導彈和彈藥。如靈巧彈藥，又稱為自導彈藥，實際上是小型自主制導式導彈、末敏彈、炸彈和炮彈的總稱。靈巧彈藥對于體積、重量、功耗以及在戰(zhàn)場惡劣環(huán)境中工作等方面的苛刻要求，使得毫米波制導成為其優(yōu)選的制導技術(shù)。一些采用毫米波制導的靈巧武器已經(jīng)裝備部隊，比如美國的“薩達姆”（SADARM）末敏彈、英國的“灰背隼”制導炮彈、法國的TACED子母彈和“阿帕奇”導彈、德國的ZTEPL子母彈和SMart反裝甲炮彈、瑞典的BOSS制導炮彈、俄羅斯的標準靈巧反裝甲子彈藥等等。

毫米波雷達制導還有一個重要的發(fā)展方向就是用于反艦導彈的末制導。與陸上武器不同，目前主流反艦導彈普遍采用的是厘米波末制導雷達，如X波段，部分工作于頻率更高的Ku波段。這主要是因為相比陸上環(huán)境，海面的背景較為“干凈”，雜波干擾比陸地要小，而且水面艦艇的體型普遍較大，其本身就是一個巨大的雷達反射體，這些條件都有利于反艦導彈導引頭對目標的探測。因此老式的X波段雷達導引頭的分辨率已夠用，而且技術(shù)比較成熟，研制成本和使用費用較低。但反艦導彈的末制導也要往更高頻率發(fā)展，新一代反艦導彈已逐漸開始采用頻率更高的Ku波段導引頭或毫米波雷達導引頭。毫米波雷達導引頭的分辨率高，有利于提高反艦導彈的攻擊精度，甚至可以對目標艦艇進行雷達成像，從而有可能實現(xiàn)對目標艦艇的自動識別，和對目標艦艇要害部位的針對性打擊。現(xiàn)代軍艦的設計普遍重視隱身能力，但水面艦艇的許多隱身措施對毫米波的效果并不明顯。這是因為毫米波的波長較短，艦艇表面對于厘米波來說是平滑的，但對毫米波卻往往是比較粗糙的，從而形成較強的雷達散射，增大了水面艦艇的RCS值。此外，反艦導彈采用毫米波雷達導引頭也有利于提高其抗干擾能力，這對于反艦導彈的突防來說十分關鍵?，F(xiàn)有的電子對抗設備對厘米波雷達導引頭的對抗手段已經(jīng)比較完善，但對毫米波雷達的干擾仍存在一定困難，針對毫米波雷達末制導的電子對抗系統(tǒng)仍處于發(fā)展中。不過毫米波在大氣中傳播損耗大，在雨、霧等天氣條件下，毫米波的傳播損失比微波更嚴重，在相同的作用距離下毫米波雷達導引頭所需的發(fā)射功率比微波雷達導引頭更高，這一點限制了毫米波雷達制導技術(shù)在反艦導彈上的應用。

防空導彈中應用毫米波雷達制導的典型例子就是美國“愛國者”PAC-3型防空導彈，其配備了Ka波段主動雷達導引頭，波長8毫米，制導精度比PAC-2導彈有了質(zhì)的提高，據(jù)稱制導誤差小于0.17米，可以以直接碰撞殺傷的方式擊毀目標，PAC-3導彈因此具備了很強的反導能力。而且由于PAC-3導彈采用了分辨率高的毫米波雷達導引頭，雖然不對目標進行成像，但可以提供目標的仿形波形數(shù)據(jù)，可判別目標的頭部、尾部和質(zhì)心，由制導處理器決定擊中目標的位置，比如導彈的彈頭段，從而實現(xiàn)更強的精確殺傷能力，這對于徹底消除來襲導彈的威脅來說是非常重要的。不過毫米波雷達制導用于防空導彈的一大缺陷就在于導引頭的探測距離過近，為此PAC-3導彈在飛行全程的最后2秒才打開主動導引頭，這對于防空導彈系統(tǒng)來說是很不利的，因為這明顯會加重地面制導雷達的負擔。不過，PAC-3導彈因為其主要任務是反導攔截，而且攔截距離不超過50千米，在這個距離上并不會造成地面制導雷達負擔過重，相反反導作戰(zhàn)對于防空導彈的末制導精度要求非常高，PAC-3導彈正是因為其特殊的作戰(zhàn)需要而采取了毫米波末制導技術(shù)。由于毫米波雷達末制導存在大氣傳輸損耗大、作用距離偏近的缺陷，而且其較窄的發(fā)射波束也將限制防空導彈自身的搜索能力，這使得毫米波雷達制導在防空導彈上的應用受到很大限制，其或許更適合用于彈體較細、射程較近且對精度要求高的中近程防空導彈。

毫米波雷達導引頭如果是用于中遠程防空導彈時，由于導彈自身的探測距離和搜索能力受到一定程度的限制，因此導彈將更依賴于地面/艦載雷達提供的中段引導，對中制導的精度要求比傳統(tǒng)主動雷達導引頭更高，否則導彈在進入末制導階段、主動雷達導引頭開機后，很有可能因為自身的搜索能力有限而無法有效的捕獲、鎖定目標，從而導致中制導和末制導的交班失敗。從這一點上講，地面/艦載雷達必須有足夠高的制導精度將導彈送至最后一程，以便使彈上導引頭一開機就能成功的準確鎖定目標。某些精度偏低的雷達（如s波段、L波段的艦載相控陣雷達）或目標數(shù)據(jù)更新率較低的雷達（如旋轉(zhuǎn)陣）很可能無法為導彈提供足夠的引導精度。“愛國者”PAC-3導彈就采取了獨特的半主動雷達制導+毫米波主動雷達制導的復合制導方式，這是一種非常少見的復合制導方式組合，即導彈的中制導采取了半主動雷達制導。半主動雷達制導也是尋的制導的一種，制導精度高，通常情況下作為一種末制導方式。將制導精度極高的尋的制導用作導彈的中制導方式，才能保證主動毫米波雷達導引頭在末制導階段開機后能成功鎖定目標。但這種模式很難復制到其它的防空導彈上，尤其是遠程防空導彈。因為尋的制導雖然制導精度非常高，但它的作用距離偏近，因而更適合用于導彈的末制導，而不適合用作遠程防空導彈的中制導?！皭蹏摺盤AC-3導彈的反導攔截距離不超過50千米，其并沒有超出半主動雷達制導的作用距離，這是PAC-3導彈可以利用尋的制導方式作為中制導的關鍵所在。

美國“哈姆”反輻射導彈在改進后引入了主動毫米波雷達制導

我國C-705反艦導彈采用了毫米波末制導雷達

綜上所述，毫米波雷達制導作為一種正在發(fā)展中的精確制導技術(shù)，未來有望被更多的制導武器所采用，我國也已經(jīng)開始逐漸應用這種制導技術(shù)。毫米波制導器件存在制造工藝復雜、造價昂貴的問題，這在一定程度上限制了毫米波制導的發(fā)展，但隨著時代的進步，以及相關材料、器件、結(jié)構(gòu)、工藝的發(fā)展，毫米波制導技術(shù)的普及目前已不存在難題。主動毫米波雷達制導的發(fā)展趨勢之一是發(fā)展毫米波雷達成像制導技術(shù)，另一個趨勢是向毫米波/紅外、毫米波/微波、毫米波主動/被動復合制導等多模復合制導方式發(fā)展，其中毫米波制導與光學制導技術(shù)尤其是紅外成像制導技術(shù)相結(jié)合是值得注意的發(fā)展動向。毫米波雷達導引頭天生具備了尺寸小、重量輕的優(yōu)點，因此更有利于在導彈有限的彈體空間內(nèi)組成復合制導，比如美國的第二代小直徑制導炸彈就采取了被動紅外+半主動激光+主動毫米波雷達的復合制導方式，炸彈在中段飛行時以GPS定位信號飛向目標，進入末段攻擊階段時先通過半主動激光制導獲取目標，再利用毫米波雷達進行持續(xù)跟蹤，在最后階段以紅外傳感器來分辨和識別目標，完成最后的精確攻擊。

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