毫米波輻射計制導(dǎo)

毫米波輻射計制導(dǎo)
 摘要，本文描述丁毫米波輻射計制導(dǎo)的工作過程，給出了各部分的主要參數(shù)、設(shè)計原則和計 計算公式和數(shù)據(jù)對工程設(shè)計有妄用價值

一 、引 言 不同性質(zhì)的物質(zhì)在毫米波段有不同的輻射強度．這是利用極靈敏的毫米波輻射計進行導(dǎo) 彈末端制導(dǎo)的根據(jù) 國外在8O年代初就有關(guān)于毫米波輻射計制導(dǎo)的報導(dǎo) 。毫米波在霧、云、 煙、黑夜備件下都能正常工作；允許在較小的天線口徑下取得足夠精度的窄天線波束：元部件 可做成全固體化、集成化，使之體積小，牢固可靠．適于軍用條件；對目標(biāo)的探測可以成像，以獲 得較多信息量；由于毫米渡輻射計是無源系統(tǒng)，所以不易被敵方發(fā)現(xiàn)，有較強的電子對抗能力 正因為毫米波輻射計有優(yōu)于光學(xué)和有源系統(tǒng)的這些特點．使之成為在導(dǎo)彈制導(dǎo)中受人關(guān)注的 方法。毫米波輻射計可用于地對地的巡航導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈和空對地的導(dǎo)彈末端制導(dǎo)上．以提高 武器的殺傷概率。毫米波輻射計天線在導(dǎo)彈飛行中作圓錐掃描或往復(fù)直線掃描，以尋找目標(biāo)。 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，經(jīng)信息處理后的目標(biāo)信號鎖定導(dǎo)彈導(dǎo)向機構(gòu)跟蹤目標(biāo)，當(dāng)離目標(biāo)一定距離時引爆 或撞擊目標(biāo)。研制高靈敏度、體積小、重量輕、抗沖擊的毫米波輻射計主機、掃描天線、信號處理 系統(tǒng)、天線與導(dǎo)彈導(dǎo)向機構(gòu)的伺服環(huán)，是研制毫米波輻射計制導(dǎo)系統(tǒng)的主要工作。

二、毫米波輻射計制導(dǎo)系統(tǒng)工作過程 毫米波輻射計制導(dǎo)系統(tǒng)的方框圖如圖1所示。天線以圓錐掃描形式在地面搜索目標(biāo)，其運 動方式如圖2所示。毫米波輻射計接收天線進來的可能含有目標(biāo)的地面輻射強度信號，經(jīng)過混 頻．將下變頻雙邊帶信號進人低噪聲前中、主中，經(jīng)平方律檢波，視放后進行提取信號處理，在 伺服環(huán)中與從天線來的天線角度信號復(fù)合得出驅(qū)動導(dǎo)向機構(gòu)的功率信號使導(dǎo)彈指向目標(biāo)。發(fā) 現(xiàn)目標(biāo)后．這一導(dǎo)向工作不斷進行．一直到準確打擊。 圈1 毫米波輻射計制導(dǎo)系統(tǒng)方框圖 導(dǎo)彈主體

三、各部分的主要參數(shù)設(shè)計
1．天線 要求天線有足夠窄的波束寬度一 保證制導(dǎo)精度，但它受使用的渡長和允許的體積限制 一般拋物面天線半功率點波束寬度由下式給出： 一70 ：度_ (1) 其中：^為使用的渡長，D為天線直徑。 要求天線有較高的效率，一般要求 > 75～ 90％ 還要求天線有足夠強度，以抗導(dǎo)彈發(fā)射 時沖擊一又因要求重量輕，故用碳纖維材料制作較適宜．拋物面天線反射器鍍金。 ：
2．毫米波輻射計 采用全功率型體制 ：毫米渡輻射計·因為這種類型輻射計簡單．輻射計常數(shù)為1． 靈敏度 高。方框圖如圖3所示 T 號處理 毫米波輻射計是制導(dǎo)系統(tǒng)中的傳感部分，要求有高的亮溫靈敏度和足夠的空間分辨率 空 間分辨率由天線大小決定c亮溫靈敏度由輻射計的高頻部分決定 。對所采用的全功率型輻射計 的亮溫靈敏度，即最小可檢測亮度溫度為 ： ． 一 (2) ～8HF- 其中：占 為高頻噪聲帶寬，由中放帶寬決定： 為低頻噪聲帶寬的等效積分時間常數(shù) ；了1 為 有效噪聲溫度，包括天線接收的目標(biāo)溫度和接收機噪聲折合到天線上的噪聲溫度 ， 可表示為： 了1 ‘一r^+ (LF— 1)了 + LF·了 (3) 其中：7 為天線收到的溫度，完整表示為： T 一(eT^�！� )+ (1一t)T (4) 為目標(biāo)發(fā)射率， 為目標(biāo)反射系數(shù)，了1 為目標(biāo)的物理溫度 ， 為天空輻射溫度，}為目標(biāo)到天線 大氣透過系數(shù)，(1一z) 為目標(biāo)到天線問大氣的輻射貢獻； 為天線和混頻器問的插入損 耗；了1，r為環(huán)境的物理溫度Tm為混頻器前中的噪聲溫度 。 從式(2)～ 【4)可以看到，要想使輻射計靈敏度高應(yīng)降低天線有效噪聲溫度和主機噪聲 小， 減 天線至混頻器問傳輸損耗；增加中頻帶寬；加大積分時間常數(shù) ， 這由天線掃描速度限制。
3·信號處理器及伺服環(huán) 信號處理要解決兩個問題，一是將目標(biāo)信號從大的背景噪聲中提取出來 ， 二是確定它與天 線掃描角的關(guān)系．在伺服環(huán)中與天線送來的角度信號相比較．給出決定導(dǎo)向機構(gòu)推動信號．進 而形成推動執(zhí)行機構(gòu)自 功率信號．送至導(dǎo)向執(zhí)行機構(gòu)。 ． 導(dǎo)向機構(gòu) 在導(dǎo)彈中有靠發(fā)動機不對 稱噴射使導(dǎo)彈改變方同．有靠尾 翼轉(zhuǎn)動改變方向 不論哪種，要 考慮的主要問題是當(dāng)輻射計發(fā) 現(xiàn)目標(biāo)信號后．多長時問使導(dǎo)彈 能對準目標(biāo)飛行，要在具體設(shè)計 中根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要來確定這個環(huán) 節(jié)的時間常數(shù) j．作用距離的計算 制導(dǎo)系統(tǒng)的作用距離是一 個很重要參數(shù)．因為它直接關(guān)系 到導(dǎo)彈的命中率。作用距離與目 標(biāo)大�。�隱蔽情況．天氣狀況 輻 射計靈敏度．掃描搜索方式等有關(guān) 差為j 圈{ 作用距離丹析圖 圖4是作用距離分析圖。目標(biāo)面積為． ．它與背景的亮溫 田普郎克及瑞利金思定理知道·目標(biāo) 亮溫差的輻射功翠譜衙匣為： 【^． 、 ： ：w ．m— s 一 ．Hz-：： (j1 其中．k為玻勻-：茲曼常數(shù)． 為波長。它表示目標(biāo)與背景問亮溫差為jI’ 時．在 波長處·在單位 面積．蕈位立體角．單位頻率上向外輻射的增量功率數(shù) 天線接收目標(biāo) 的總功率為： 一f≠ 二蕓 ．A ． ，．dn-一W-一 (6· 拋物面天線有效面積^ 一= 將P．用溫度表示．P 一k- · ÷ ·D·．7為天線效率．D為天線直徑，則 · A r ·丁rlr,D： 71f·d，．代人式(7)得 一— ·。 丁 ㈤ 7’，表示天線從目標(biāo)A 面積上接收的比背景高的亮溫值。如果所接收的T，大于最小可檢測信 號．輻射計就能檢測出來。為了保證信號處理器中的可靠性一把靈敏度降低信號處理器要求的 信噪比(S,／A )‘ 倍．故能推動處理器工作的目標(biāo)亮溫應(yīng)為： ， ≥√妻 S 一 · ≥ 解出距離．得出探測距離方程： ≤I 叫 ㈩ ～ 天線看目標(biāo)一 的立體角為以r=A ／R一．天線波束對地面的立體角為 =A。 R 把 D。一P稱為物體在天線照射面積中的填充出 天線的立體角以天線波束半功率點所蓋面 積為H 來計算 根據(jù)下面給出的適當(dāng)參數(shù)．計算作用距離。 = 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 作為變量．從式(9)得： 尺 ≤ ]9O8·AT (10j 利用式(1)的關(guān)系．可計算出天線立體角n 一0．0021 5 將式(1 0)目標(biāo)面積與最大探測距離關(guān) 系曲線畫在圖；上 天線填充比P：0．24 將輻射計性能提高． —0．8．Lr： 1．2dB． F=?dB，其余參數(shù)不變．則：-／ =T (， 一 1)一990× 4— 1160K，丁 ： 250— 0．3 × 298+ 1．3× U 60— 1847K．R：≤ 2778 · J4 此時天線填充比P一0 17，曲線也畫 在圖5上。 從填充比的定義可知．它表明在天線 照射區(qū)中目標(biāo)所占的比例。
把目標(biāo)必須全 部充滿天線P= 1的輻射計探測距離瞳線 0 一 對∞ 70 1 日杠自嵌 ： 也畫在圖5中。目標(biāo)面積確定后．曲線上的 圖5 目標(biāo)面積與最大探測距離關(guān)系曲線 距離是最大探測距離，衄線下面的距離是可探測到的。從圖5中可見填充比越小，探測距離越 遠，表明輻射計的性能好 填充比為1的輻射計要求目標(biāo)全部充滿天線照射區(qū)，是性能較差的 表現(xiàn)。(-re~306頁) 從定標(biāo)結(jié)果和測量數(shù)據(jù)來看，該測量系統(tǒng)具有較高的測量精度一而且結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉一 能夠滿足工業(yè)在線測量的需要。 本系統(tǒng)由于采用的探頭為平探頭．在測量低損耗材料的介電常數(shù)時誤差較大。對于低損耗 材料的介電測量一可選用適于低損耗介質(zhì)測量的微渡探頭 。

四、結(jié)束語 筆米渡輻射計體積小．重量輕．能在日夜．較差天氣條件．復(fù)雜背景下．有效地對巡航導(dǎo)彈、 彈道導(dǎo)彈、空對地導(dǎo)彈的末端制導(dǎo) 理論分析和用可實現(xiàn)的技術(shù)參數(shù)進行計算結(jié)果表明．能滿 足制導(dǎo)條件要求 本文只對毫米波輻射計制導(dǎo)系統(tǒng)的作用距離進行了分析計算。對信號處理． 導(dǎo)向器沒作深入分析