【摘要】基于末敏彈毫米波被動(dòng)探測(cè)原理，提出一種溫度補(bǔ)償干擾技術(shù)，設(shè)計(jì)了3/8毫米波復(fù)合干擾組件，并對(duì)敏感器進(jìn)行了干擾試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用溫度補(bǔ)償干擾方式，可以使金屬目標(biāo)的脈沖峰值降低至背景值左右，有效干擾末敏彈工作，研究結(jié)果對(duì)工程實(shí)踐有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】毫米波|溫度補(bǔ)償|復(fù)合干擾|被動(dòng)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了抵御地面坦克裝甲集群車(chē)輛的進(jìn)攻，各國(guó)都在加緊研制各類反裝甲目標(biāo)的導(dǎo)彈、制導(dǎo)炮彈和炸彈等精確打擊武器[1]。20世紀(jì)90年代末期出現(xiàn)的末敏彈，對(duì)裝甲目標(biāo)造成的威脅最大。它是一種效費(fèi)比很高的反裝甲彈種，其摧毀裝甲目標(biāo)的效率比普通子母彈高20倍，但成本只相當(dāng)于末制導(dǎo)炮彈的1/4-1/5[2]。末敏彈對(duì)裝甲目標(biāo)的探測(cè)采用的都是被動(dòng)模式，主要包括紅外和毫米波兩種[3]，本文僅針對(duì)毫米波被動(dòng)探測(cè)部分進(jìn)行討論。末敏彈毫米波被動(dòng)探測(cè)通常利用其內(nèi)部的毫米波輻射計(jì)，采集地面背景與裝甲目標(biāo)的輻射溫度，對(duì)目標(biāo)的毫米波輻射特征進(jìn)行提取，完成目標(biāo)識(shí)別，毀傷裝甲。

目前國(guó)外末敏彈上采用的毫米波輻射計(jì)主要工作中Ka和W兩個(gè)波段，為了提高地面裝甲目標(biāo)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，研究對(duì)末敏彈兩個(gè)波段的復(fù)合干擾具有重要意義。

一、被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾防護(hù)原理

末敏彈毫米波被動(dòng)探測(cè)過(guò)程中，輻射計(jì)不斷對(duì)地面做螺旋狀掃描，輻射計(jì)天線不斷掃過(guò)地面裝甲目標(biāo)與環(huán)境背景[4]。地面裝甲目標(biāo)的毫米波發(fā)射率較小，而地面背景的毫米波發(fā)射率較大。在野外戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，裝甲目標(biāo)的輻射溫度主要體現(xiàn)為天空的溫度，為“冷”目標(biāo)，地面背景的輻射溫度接近于自身的溫度，為“熱”目標(biāo)。故而裝甲目標(biāo)的輻射溫度相比于地面背景較“冷”，利用兩者之間的輻射溫度差異對(duì)地面裝甲目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別，這便是末敏彈毫米波被動(dòng)探測(cè)原理。

補(bǔ)償式干擾技術(shù)是當(dāng)輻射計(jì)探測(cè)地面裝甲目標(biāo)時(shí)，在裝甲目標(biāo)上發(fā)射干擾信號(hào)，輻射更多的毫米波能量，改變其輻射特性，使得裝甲目標(biāo)變成類似地面背景一樣的“熱”目標(biāo)。這樣末敏彈在掃到裝甲目標(biāo)時(shí)和背景時(shí)，所接收到的二者信號(hào)差異不會(huì)被檢測(cè)識(shí)別出。

被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件固定在裝甲目標(biāo)頂部，對(duì)立體角大于90°的空域發(fā)射干擾信號(hào)。同時(shí)，其輻射溫度由環(huán)境傳感器獲取環(huán)境參數(shù)后進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償干擾。

末敏彈在掃描到裝甲目標(biāo)時(shí)，輻射計(jì)輸出電壓會(huì)出現(xiàn)明顯峰值，在有補(bǔ)償干擾的情況下，減小裝甲車(chē)輛輻射溫度和背景溫度的差異，因此目標(biāo)區(qū)域輸出電壓降低，這樣末敏彈在掃到裝甲目標(biāo)時(shí)和背景時(shí)，所接收到的信號(hào)差異不會(huì)被檢測(cè)識(shí)別出，達(dá)到干擾的目的。

二、被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件設(shè)計(jì)

被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件主要由毫米波復(fù)合干擾源、圓極化天線、環(huán)境傳感器、控制器和可控衰減器等部分組成。

被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件根據(jù)環(huán)境傳感器送來(lái)的環(huán)境信息，包括地面溫度、濕度等信息，計(jì)算出地面背景溫度和裝甲車(chē)輛自身輻射溫度，得到待補(bǔ)償?shù)臏囟炔?，再根?jù)補(bǔ)償溫度差和干擾源距輻射計(jì)斜距確定干擾信號(hào)發(fā)射功率。最后通過(guò)衰減器調(diào)整，通過(guò)圓極化天線發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償干擾，使得末敏彈不能對(duì)目標(biāo)作出正確識(shí)別。

（一）毫米波復(fù)合干擾源

3/8毫米波復(fù)合干擾源由寬帶VCO、倍頻器、放大器和可控衰減器等組成。通過(guò)控制中心板上FPGA芯片產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換后，從而產(chǎn)生所需要輸出的噪聲電壓信號(hào)。VCO受噪聲電壓調(diào)制產(chǎn)生噪聲調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)倍頻器倍頻后達(dá)到30～40GHz或90～100GHz的毫米波信號(hào)，其功率受可控衰減器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功率可調(diào)的信號(hào)輸出。

（二）圓極化天線

8毫米波段圓極化天線包括輻射器、圓波導(dǎo)圓極化器、饋電部分三部分。饋電波導(dǎo)為8毫米標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)（長(zhǎng)邊*短邊，7.112mm*3.556mm），通過(guò)矩圓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與圓波導(dǎo)連接，為圓極化器饋電，最后通過(guò)圓錐喇叭將產(chǎn)生的圓極化波輻射出去。

3mm波段圓極化天線包括輻射器、圓波導(dǎo)圓極化器、饋電部分和匹配結(jié)構(gòu)四部分。饋電波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)3毫米矩形波導(dǎo)（長(zhǎng)邊*短邊，2.54mm*1.27mm），通過(guò)矩圓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與圓波導(dǎo)連接，為圓極化器饋電，在圓極化器內(nèi)兩端沿著凸臺(tái)方向添加方向相反的兩個(gè)匹配結(jié)構(gòu)，用于抵消相位差，最后通過(guò)圓錐喇叭將圓極化波輻射出去。

（三）環(huán)境傳感器

環(huán)境傳感器主要是為了實(shí)時(shí)感知周?chē)h(huán)境的溫度和相對(duì)濕度，將所得數(shù)據(jù)信息送給控制器，用以計(jì)算當(dāng)前環(huán)境背景輻射溫度，確定復(fù)合干擾組件的待補(bǔ)償溫度差，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)溫度補(bǔ)償干擾。

溫度傳感器首先將接收到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再進(jìn)行放大處理，單片機(jī)對(duì)溫度信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后顯示溫度信息。濕度傳感器采用一種高分子薄膜傳感器，利用吸濕后介電特性發(fā)生變化的原理，把周?chē)目諝鉂穸绒D(zhuǎn)化成電信號(hào)，對(duì)電信號(hào)采樣處理，得到對(duì)應(yīng)濕度。

（四）控制器

單片機(jī)控制器除了與裝甲目標(biāo)主控模塊通過(guò)RS485通信，接收告警信息及上報(bào)狀態(tài)信息外，還對(duì)毫米波復(fù)合干擾源的干擾功率值進(jìn)行調(diào)節(jié)。在單片機(jī)控制器添加網(wǎng)口芯片，通過(guò)網(wǎng)口方式與程控衰減器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)3毫米干擾源功率衰減控制。單片機(jī)內(nèi)置DAC輸出模擬電壓，但其引腳帶負(fù)載能力存在不足，需在其后端加射極跟隨器，輸出兩路負(fù)電壓，控制壓控衰減器的參數(shù)，完成8毫米干擾源功率衰減。

（五）衰減器

通過(guò)控制衰減器實(shí)現(xiàn)對(duì)毫米波復(fù)合干擾源功率的衰減。3毫米波段功率衰減主要依靠程控衰減器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)telnet客戶端控制程控衰減器。8毫米波段功率衰減主要依靠壓控衰減器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)DAC引腳產(chǎn)生負(fù)電壓，反向放大，作為壓控衰減器輸入，產(chǎn)生功率衰減值。

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

將毫米波敏感器置于位于高臺(tái)（88米），金屬板（3米×7米）及被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件位于地面草地處，兩者斜距估計(jì)為107m，輻射計(jì)斜角約為35度，天氣晴朗。

將干擾組件放于金屬板上指定位置，開(kāi)啟和關(guān)閉干擾組件，敏感器的輸出信號(hào)波形如圖1、圖2所示。矩形框內(nèi)為開(kāi)啟和關(guān)閉干擾后的金屬板處的波形。

對(duì)比3毫米波干擾效果圖可以看出：敏感器掃描期間，關(guān)閉干擾組件，掃到金屬板時(shí)會(huì)輸出識(shí)別信號(hào)。打開(kāi)干擾組件時(shí)，信號(hào)峰值從1.25V降到0.65V以內(nèi)，有效地補(bǔ)償了金屬板引起鐘形脈沖。

對(duì)比8毫米波干擾效果圖可以看出：干擾組件開(kāi)啟情況下，金屬板位置處，敏感器輸出波形從一個(gè)鐘形脈沖變成了一個(gè)反向沖擊，最低值降為0V，有效的掩護(hù)了此處的金屬目標(biāo)。

試驗(yàn)結(jié)果與防護(hù)原理中的效果基本相符，在干擾組件開(kāi)啟時(shí)，金屬板引起的鐘形脈沖得到了補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)目標(biāo)區(qū)域輸出電壓降低，有效干擾了敏感器對(duì)金屬目標(biāo)的識(shí)別。

四、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)末敏彈的被動(dòng)毫米波探測(cè)原理，本文提出了一種基于溫度補(bǔ)償?shù)暮撩撞◤?fù)合干擾技術(shù)。首先確定背景溫度和裝甲車(chē)輛自身輻射溫度，得到待補(bǔ)償?shù)臏囟炔?，通過(guò)控制被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件發(fā)射合適功率，使裝甲目標(biāo)隱身于背景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)末敏彈敏感器干擾。通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證，被動(dòng)毫米波復(fù)合干擾組件可以對(duì)敏感器實(shí)施有效干擾。溫度補(bǔ)償?shù)暮撩撞◤?fù)合干擾技術(shù)研究，在末敏彈干擾領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用前景。中國(guó)軍轉(zhuǎn)民

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（作者單位：安徽神劍科技股份有限公司）