毫米波雷達(dá)及其應(yīng)用（課堂PPT）

1、1 毫米波雷達(dá)及其應(yīng)用毫米波雷達(dá)及其應(yīng)用 2目 錄毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用毫米波雷達(dá)工作原理及其特性毫米波雷達(dá)工作原理及其特性毫米波雷達(dá)的應(yīng)用背景毫米波雷達(dá)的應(yīng)用背景雷達(dá)的起源和發(fā)展雷達(dá)的起源和發(fā)展結(jié)語結(jié)語3雷達(dá)的起源和發(fā)展 1.1 1.1 雷達(dá)的概念雷達(dá)的概念 雷達(dá)一詞是英文Radio Detection And Ranging縮寫詞“RADAR”的音譯，其原意為“無線電探測(cè)與測(cè)距”，雷達(dá)利用目標(biāo)對(duì)電磁波的散射現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置。4雷達(dá)的起源和發(fā)展1.2 1.2 雷達(dá)的起源雷達(dá)的起源 1919世紀(jì)后期：電磁理論的建立和電磁波實(shí)驗(yàn)的突破，世紀(jì)后期：電磁理論的建立和電磁波

2、實(shí)驗(yàn)的突破，為雷達(dá)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。為雷達(dá)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。 1865年，麥克斯韋理論上預(yù)言了電磁波的存在； 1886年，赫茲實(shí)驗(yàn)上證明了電磁波的存在； 1889年，實(shí)現(xiàn)了電磁波的產(chǎn)生，接收和目標(biāo)散射。這些成就為雷達(dá)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。5 20世紀(jì)初至世紀(jì)初至20年代：第一部雷達(dá)的發(fā)明和人們對(duì)雷達(dá)用途年代：第一部雷達(dá)的發(fā)明和人們對(duì)雷達(dá)用途的探索。的探索。雷達(dá)的起源和發(fā)展雷達(dá)的起源和發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)3030年代：開始研究用來探測(cè)飛機(jī)和艦船的脈沖多年代：開始研究用來探測(cè)飛機(jī)和艦船的脈沖多普勒雷達(dá)，多種實(shí)戰(zhàn)型軍用雷達(dá)問世。普勒雷達(dá)，多種實(shí)戰(zhàn)型軍用雷達(dá)問世。如英國(guó)的如英國(guó)的“本土鏈本土鏈”防空雷

3、達(dá)和美國(guó)的防空雷達(dá)和美國(guó)的“SCR-268SCR-268”防空火控雷達(dá)。防空火控雷達(dá)。 雷達(dá)的起源和發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)4040年代：雷達(dá)功能進(jìn)一步增強(qiáng)，對(duì)雷達(dá)年代：雷達(dá)功能進(jìn)一步增強(qiáng)，對(duì)雷達(dá)發(fā)展具有重要影響的高功率磁控管問世，首次出現(xiàn)發(fā)展具有重要影響的高功率磁控管問世，首次出現(xiàn)了雷達(dá)電子戰(zhàn)。了雷達(dá)電子戰(zhàn)。雷達(dá)的起源和發(fā)展9 1.3 1.3 雷達(dá)的發(fā)展雷達(dá)的發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)5050年代：主要包括微波雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)、脈沖年代：主要包括微波雷達(dá)、單脈沖雷達(dá)、脈沖壓縮、合成孔徑雷達(dá)、氣象觀測(cè)雷達(dá)和機(jī)載脈沖多普勒等技?jí)嚎s、合成孔徑雷達(dá)、氣象觀測(cè)雷達(dá)和機(jī)載脈沖多普勒等技術(shù)。術(shù)。雷達(dá)的起源和

4、發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代：以第一部電掃相控陣天線和后年代：以第一部電掃相控陣天線和后期開始的數(shù)字處理技術(shù)為標(biāo)志，其他技術(shù)包括動(dòng)目期開始的數(shù)字處理技術(shù)為標(biāo)志，其他技術(shù)包括動(dòng)目標(biāo)指示（標(biāo)指示（MTIMTI）、超視距（）、超視距（OTHOTH）雷達(dá)等。）雷達(dá)等。雷達(dá)的起源和發(fā)展 雷達(dá)的起源和發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)7070年代：由于數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)的飛年代：由于數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)的飛速發(fā)展，合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和脈沖多普勒速發(fā)展，合成孔徑雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)和脈沖多普勒雷達(dá)在雷達(dá)在7070年代又有了新的發(fā)展。年代又有了新的發(fā)展。 雷達(dá)的起源和發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)8080年代：相控陣

5、雷達(dá)技術(shù)大量用于年代：相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)大量用于戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)，這期間研制成功的主要相控陣?yán)走_(dá)戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)，這期間研制成功的主要相控陣?yán)走_(dá)包括美國(guó)陸軍的包括美國(guó)陸軍的“愛國(guó)者愛國(guó)者”、海軍的、海軍的“宙斯盾宙斯盾”和空軍的和空軍的B-1BB-1B系統(tǒng)。系統(tǒng)。 雷達(dá)的起源和發(fā)展 20 20世紀(jì)世紀(jì)9090年代：對(duì)雷達(dá)觀察隱身目標(biāo)的能力，在反輻年代：對(duì)雷達(dá)觀察隱身目標(biāo)的能力，在反輻射導(dǎo)彈（射導(dǎo)彈（ARMARM）與電子戰(zhàn)（）與電子戰(zhàn)（EWEW）條件下的生存能力和工作有）條件下的生存能力和工作有效性提出了很高的要求，對(duì)雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)特征參數(shù)和進(jìn)行目效性提出了很高的要求，對(duì)雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)特征參數(shù)和進(jìn)行目標(biāo)分類、目標(biāo)識(shí)別有

6、了更強(qiáng)烈的要求標(biāo)分類、目標(biāo)識(shí)別有了更強(qiáng)烈的要求 雷達(dá)的起源和發(fā)展 近十幾年來，微電子機(jī)械和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)的近十幾年來，微電子機(jī)械和數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)的飛速發(fā)展，為有源電掃相控陣列多功能雷達(dá)發(fā)展提供了飛速發(fā)展，為有源電掃相控陣列多功能雷達(dá)發(fā)展提供了技術(shù)動(dòng)力，這種雷達(dá)系統(tǒng)是新一代高分辨率雷達(dá)的代表。技術(shù)動(dòng)力，這種雷達(dá)系統(tǒng)是新一代高分辨率雷達(dá)的代表。15 毫米波雷達(dá)的應(yīng)用背景 無論是海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗的反恐戰(zhàn)爭(zhēng)以及美英聯(lián)軍攻占伊拉克的戰(zhàn)爭(zhēng)，都是以電子為特征的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)。以電子技術(shù)武裝起來的各種軍事設(shè)備不僅提高了武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗威力和生存能力，而且成為對(duì)敵實(shí)施軟殺傷的直接作戰(zhàn)手段，從而開辟

7、了繼陸戰(zhàn)、海戰(zhàn)、空戰(zhàn)后的第四維戰(zhàn)場(chǎng)電磁戰(zhàn)場(chǎng)。在電磁戰(zhàn)使用的全部電磁頻段中，毫米波頻段雷達(dá)具有極寬的信息帶寬、獨(dú)特的電波傳播特性和良好的設(shè)備小型化潛力。此外，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器系統(tǒng)“遠(yuǎn)程打擊、精確打擊”的迫切需求為毫米波雷達(dá)的發(fā)展提供了巨大的推動(dòng)力。16 毫米波雷達(dá)的特性1、頻帶極寬，在目前所利用的35G、94G這兩個(gè)大氣窗口中可利用帶寬分別為16G和23G，適用與各種寬帶信號(hào)處理；2、可以在小的天線孔徑下得到窄波束，方向性好，有極高的空間分辨力，跟蹤精度高；3、有較高的多普勒帶寬，多普勒效應(yīng)明顯，具有良好的多普勒分辨力，測(cè)速精度較高；4、地面雜波和多徑效應(yīng)影響小，低空跟蹤性能好；5、毫米波散射特性

8、對(duì)目標(biāo)形狀的細(xì)節(jié)敏感，因而，可提高多目標(biāo)分辨和對(duì)目標(biāo)識(shí)別的能力與成像質(zhì)量；17 毫米波雷達(dá)的特性6、由于毫米波雷達(dá)以窄波束發(fā)射，因而使敵方在電子對(duì)抗中難以截獲。再加上干擾機(jī)正確指向毫米波雷達(dá)的干擾功率信號(hào)比指向微波雷達(dá)更加困難，所以毫米波雷達(dá)具有低被截獲性能，抗電子干擾性能好；7、目前隱身飛機(jī)等目標(biāo)設(shè)計(jì)的隱身頻率局限于1GHz-20GHz，又因?yàn)闄C(jī)體等不平滑部位相對(duì)毫米波來說更加明顯，這些不平滑部位都會(huì)產(chǎn)生角反射，從而增加有效反射面積，所以毫米波雷達(dá)具有一定的反隱身功能；8、毫米波具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。18 美國(guó)在1995年研制并試驗(yàn)完成了“阿帕奇”武裝直升機(jī)AN/APG-

9、78“長(zhǎng)弓”火控雷達(dá),雷達(dá)的工作頻率為35 GHz,采用相干多普勒脈沖體制,是目前最典型的直升機(jī)載多功能毫米波雷達(dá)。雷達(dá)天線和固態(tài)射頻單元等組合裝于直升機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)桅桿上,低頻單元和信號(hào)處理等部分置于機(jī)艙內(nèi)?！伴L(zhǎng)弓”雷達(dá)和“阿帕奇”武裝直升機(jī)的火控系統(tǒng)接口,與采用95GHz有源毫米波成像(MMWI)雷達(dá)制導(dǎo)的“長(zhǎng)弓地獄火”導(dǎo)彈交聯(lián),可提供對(duì)地面、低空和水面目標(biāo)的快速目標(biāo)搜索、自動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分類和威脅等級(jí)排序等功能。毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 “長(zhǎng)弓長(zhǎng)弓”阿帕阿帕奇火控雷達(dá)奇火控雷達(dá)19 毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 “長(zhǎng)弓長(zhǎng)弓”阿帕奇火控雷阿帕奇火控雷達(dá)達(dá) AH-64D“長(zhǎng)弓阿帕奇”武裝直升機(jī)是根據(jù)美國(guó)

10、陸軍計(jì)劃研制的先進(jìn)的武裝直升機(jī)，它是發(fā)展和采購(gòu)毫米波雷達(dá)空/地目標(biāo)系統(tǒng)的項(xiàng)目。這種直升機(jī)能在惡劣的天氣條件下晝夜執(zhí)行反坦克任務(wù)，并且有很強(qiáng)的戰(zhàn)斗、救生和生存能力，它代表了美國(guó)八十年代直升機(jī)的技術(shù)水平。AH-64D武裝直升機(jī)是AH-64A型的改進(jìn)型，被稱為“長(zhǎng)弓阿帕奇”。通過提高生存能力、殺傷力、通用性以及長(zhǎng)期可靠性，“長(zhǎng)弓阿帕奇”武裝直升機(jī)將顯著的增強(qiáng)聯(lián)合兵種戰(zhàn)斗隊(duì)的作戰(zhàn)能力。該直升機(jī)的任務(wù)是進(jìn)行后方、近距離和縱深作戰(zhàn)以及精確打擊，在惡劣氣候條件下可以晝夜完成武裝偵察和警戒的任務(wù)。戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)參數(shù)工作頻段Ka頻段作用距離8 km(運(yùn)動(dòng)目標(biāo)), 6 km (靜止目標(biāo))目標(biāo)處理能力發(fā)現(xiàn)、定位和分類12

11、8個(gè)靜止或運(yùn)動(dòng)目標(biāo),按5種類型進(jìn)行劃分,按威脅等級(jí)排序16個(gè)目標(biāo)(小于1 min)目標(biāo)分類可分類坦克、輪式車輛、空防部署、直升機(jī)和固定翼飛機(jī)工作模式空中目標(biāo)模式空中目標(biāo)模式(ATM):檢測(cè)、定位、分類和優(yōu)先排序固定翼或旋轉(zhuǎn)翼威脅, 8 km范圍的360覆蓋, 180、90、30扇掃;地面目標(biāo)模式地面目標(biāo)模式(GTM):檢測(cè)和定位地面和低空目標(biāo),飛機(jī)軸線90范圍提供90、45、15扇掃;地形輪廓模式地形輪廓模式(TPM):速度90 km /h以上時(shí),提供2. 5 km90范圍的障礙物檢測(cè);速度90 km /h以下時(shí),提供2. 5 km180范圍的障礙物檢測(cè)。在低能見度的條件下對(duì)載機(jī)進(jìn)行地形飛行導(dǎo)

12、航;內(nèi)置檢測(cè)模式內(nèi)置檢測(cè)模式:監(jiān)視載機(jī)飛行時(shí)雷達(dá)的性能,在維護(hù)前和維護(hù)中隔離故障?！伴L(zhǎng)弓”毫米波雷達(dá)主要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo) 毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 “長(zhǎng)弓海爾法長(zhǎng)弓海爾法” AGM-114L型型 導(dǎo)彈導(dǎo)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭引頭 “長(zhǎng)弓”“發(fā)射后不管”反坦克系統(tǒng)是美國(guó)陸軍20世紀(jì)8090年代主要武器系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃之一,裝在波音公司制造的AH-64D攻擊直升機(jī)上,目的是使AH-64D在雨、霧、煙、塵等惡劣氣候和低能見度條件下,不分晝夜均具有高精度探測(cè)、分類和作戰(zhàn)的能力。軍方對(duì)系統(tǒng)的雷達(dá)和導(dǎo)彈尋的器都要求重量輕、體積小、分辨率高、全天候工作,因此只能選擇毫米波頻段。1992年,美國(guó)陸軍決定開發(fā)一種新型的配備毫米波主動(dòng)雷達(dá)尋

13、的器的“地獄火”導(dǎo)彈,后來稱作“長(zhǎng)弓地獄火”導(dǎo)彈,代號(hào)為AGM-114L,用于“長(zhǎng)弓阿帕奇”武器系統(tǒng),用來打擊地面坦克裝甲部隊(duì)等?！伴L(zhǎng)弓地獄火”導(dǎo)彈的毫米波導(dǎo)引頭工作頻率為94 GHz,作用距離為1216 km,對(duì)于近程目標(biāo)或動(dòng)目標(biāo),AGM-114L毫米波尋的器能利用APG-78雷達(dá)或直升機(jī)目標(biāo)捕獲與標(biāo)定瞄準(zhǔn)具(TADS)送來的數(shù)據(jù)在發(fā)射前鎖定目標(biāo);而在打擊遠(yuǎn)程固定目標(biāo)時(shí),則對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)方向發(fā)射導(dǎo)彈,并在毫米波尋的器鎖定目標(biāo)進(jìn)行末制導(dǎo)(最終瞄準(zhǔn))前,利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行控制。毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 “長(zhǎng)弓海爾法長(zhǎng)弓海爾法” AGM-114L型型 導(dǎo)彈導(dǎo)引頭導(dǎo)彈導(dǎo)引頭毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 “長(zhǎng)弓

14、海爾法長(zhǎng)弓海爾法” AGM-114L型型 導(dǎo)彈導(dǎo)引頭導(dǎo)彈導(dǎo)引頭25 “愛國(guó)者”導(dǎo)彈PAC-1、2型采用的是雷聲公司研制的自動(dòng)引爆彈頭,當(dāng)導(dǎo)彈接近目標(biāo)時(shí), PAC通過引爆形成碎片襲擊目標(biāo),殺傷效果有限。為此,美國(guó)陸軍制訂了新型“愛國(guó) 者 ” 導(dǎo) 彈PAC-3改進(jìn)計(jì)劃,其主要內(nèi)容就是研制新型的毫米波尋的器,直接擊中引爆而提高殺傷力。針對(duì)彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈攔截任務(wù), PAC-3總承包商洛馬導(dǎo)彈和火控公司決定采用8 mm主動(dòng)探測(cè)器,改裝后的毫米波尋的器裝入PAC-3導(dǎo)彈彈頭。PAC-3在美軍對(duì)伊拉克的“自由伊拉克”行動(dòng)中發(fā)揮了巨大的作用,有效地?cái)r截了伊拉克向美軍設(shè)在科威特的指揮部發(fā)射的“飛毛腿”導(dǎo)彈。毫米波雷達(dá)的典型應(yīng)用 PAC-3型地空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭26 PAC-3防空導(dǎo)彈系統(tǒng)配備的AN/MPQ-53相控陣火控雷達(dá)的工作頻段為C頻段(48 GHz )具有搜索、跟蹤和引導(dǎo)等多種功能,作用距離為3170 km,搜索的扇區(qū)范圍為90,方位范圍為120。該雷達(dá)在預(yù)警衛(wèi)星提供的預(yù)警信息提示下,搜索目標(biāo),并引導(dǎo)P