[原创]盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

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. 接上篇《盾和蛋之间的那点事(二十二)——话外篇:激光制导》(原文链接:http://bbs.tiexue.net/post_11906229_1.html),继续导弹制导的相关话题——

毫米波通信

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所谓毫米波,就是指波长为1-10毫米的电磁波,毫米波通信就是指以毫米波作为传输信息的载体而进行的通信。毫米波由于波长介于微波与红外、可见光之间(当然毫米波也属于微波的一种,这里为了方便讲解将毫米波与其他微波波段进行区分),因而兼有微波和光电的优点,使其在通信、雷达、制导、遥感、射电天文学等方面都有重大的应用价值。在军用领域,除了毫米波雷达外,毫米波在军用通信领域也可大有作为,这是因为毫米波具有波束窄、方向性强的特点,使其很难被对方电子侦察系统截获,因而可以提供安全、隐蔽、保密的军用通信。毫米波用于通信还有一大优点是其拥有极宽的频带带宽,一般认为毫米波的频率范围为26.5-300GHz,频带带宽高达273.5 GHz,超过从直流到微波全部带宽的10倍,这对于无线通信来说十分重要,因为无线电频谱资源不是取之不尽、用之不竭的,而人类对无线电频谱资源的需求却急剧膨胀,比如“北斗”二代与“伽利略”卫星导航系统的频率之争就是无线电频率资源日趋紧张的一个体现,因此毫米波通信的频段资源就显得尤为重要了。毫米波尤其适用于卫星通信,可以提供比传统通信卫星更大的通信容量和更高的数据传输速率,典型代表就是美国先进极高频军用通信卫星AEHF,其通信容量比传统军用通信卫星提高了十倍以上,而且保密性、抗干扰性和低可截获概率等性能指标也得到全面提升。总结来说,毫米波通信具有波束窄、数据传输率高、隐蔽性强、抗干扰能力强以及全天候工作的特点,在军用通信领域有着很大的发展前景。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

毫米波

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

根据AT&T发布的消息,将来的5G网络将基于毫米波技术

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

美国先进极高频卫星通信系统

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

AEHF卫星通信系统目前能够提供各种机载、舰载、车载和单兵便携终端,可以在任何时候为美军提供全球范围的安全军事通信服务。

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毫米波雷达

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所谓毫米波雷达就是指工作在毫米波波段的雷达,一般情况下雷达为了提高远程探测距离,大多工作在波长较长、频率较低的波段,多为厘米波和分米波,还有工作在米波或者更长波段的雷达,前篇曾介绍过的主流舰载相控阵雷达也大多工作于L、S、C、X这几个波段,也都处于毫米波以上的波段。而毫米波雷达的波长较短,频率极高,使其相比传统的厘米波、分米波雷达而言具有独特的特性。与微波雷达相比,毫米波雷达最大的特点就是分辨率高、测量精度高,这是因为对于雷达来说,波长越短、频率越高,则雷达波束越窄,“看”目标“看”的越清楚,如果说微波雷达看的是物体轮廓,则毫米波雷达就可以看物体细节,即毫米波雷达的探测精度非常高。正因为毫米波雷达的这一特性,使得它非常适合用于各种火控雷达,一些传统的X波段火控雷达也有往毫米波方向发展的趋势,毫米波雷达凭借极高的精度甚至可用于探测飞行中的炮弹。毫米波雷达在陆上的典型应用就是“长弓阿帕奇”武装直升机,其头上顶的“长弓”火控雷达就工作在毫米波波段,可实现对地面、低空和水面目标的高精度探测。长弓雷达之所以选择了毫米波,就是利用了毫米波对目标形状和细节分辨能力强的特点,因为地面目标一般体型都比较小(比如坦克和导弹发射车),处于复杂的地形环境中,且经常与其他无关目标混杂在一起,传统的微波雷达在这种情况下很难识别地面目标,而且低空探测还存在严重的地面杂波和多径效应,只有毫米波雷达的窄波束可以克服杂波及背景干扰,再加上毫米波雷达的体型可以做的非常小,直升机也可以在头上“顶个球”,因此长弓雷达选择了毫米波波段也就不奇怪了。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

国产毫米波测云雷达

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长弓阿帕奇

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

伪装的坦克

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

地面环境较为复杂,对雷达探测提出了更高的要求

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毫米波雷达的高精度使它也很适合用于舰载火控雷达,比如我国1130近防炮就配备了专用的毫米波火控雷达,正是利用了毫米波雷达波束窄、方向性好、跟踪精度高、低空跟踪性能好的特点,尤其适合用于探测、跟踪低空来袭的反舰导弹,并且也有利于探测快艇等小型水面目标。不过毫米波雷达多用于近程防空系统或者炮瞄雷达,这是因为毫米波雷达相比厘米波、分米波雷达而言探测距离要小的多,这是毫米波波长较短带来的固有缺陷,毫米波在大气中的传输损耗大,而且窄波束先天不适合用于远程探测,而更适合用于中近距离的火控雷达,这是毫米波雷达用于舰载雷达的一大制约因素。不过毫米波雷达探测距离近的缺点并不是绝对的,当天线口径足够大、发射功率足够强时,毫米波雷达也是可以实现远程探测的,比如美国就曾研发过超大型毫米波探测雷达,天线尺寸达到13.7米,最大探测距离达到惊人的2500公里,并且仍保持了很高的分辨率,用于探测弹道导弹时可以提供极高的探测精度,具备了区分真假弹头的能力。当然了,该雷达的研发难度也是非常高的,经过多年的技术改进才达成目标,而且还只是试验的性质。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

1130近防炮

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

美国研发的大型毫米波探测雷达

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此外,毫米波雷达除了探测精度高的优点外,还具有以下优点——抗干扰能力强:由于毫米波雷达发射的是窄波束,使敌方在电子对抗中难以截获信号,敌方干扰机的干扰功率信号正确指向毫米波雷达要比指向微波雷达更为困难;反隐身:目前隐身飞机设计的隐身频率主要作用于微波雷达,对毫米波这种“非主流”的雷达波段效果不佳,而且隐身机的机体等不平滑部位相对毫米波来说更为明显,因此毫米波雷达具有一定的反隐形能力;最后,毫米波雷达凭借极高的分辨率也有利于实施雷达成像。

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毫米波制导

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所谓毫米波制导就是指导弹的导引头采取了毫米波雷达技术,一般情况下多为主动式毫米波雷达制导,毫米波雷达导引头具有体积小、重量轻的特点,因此广泛应用于各类制导武器中。如果说毫米波雷达由于探测距离较近而使其应用受到限制的话,则毫米波导引头对这个问题就不那么敏感了,因为导弹导引头对探测距离的要求远比雷达要小,因此新一代弹上导引头的一个发展趋势就是向更高频率发展,毫米波导引头的未来发展前景是非常看好的。毫米波用于末制导时兼有微波制导和光电制导的优点,同厘米波导引头相比,毫米波导引头的分辨率、探测精度更高,同红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透云雾、全天候作战的能力更强。毫米波制导技术尤其适用于各种对地武器,原因就在于前文所讲的毫米波导引头的分辨率高,适于对付复杂地形下的目标,X波段导引头的分辨率在这种环境下几乎无法使用。在《盾和蛋之间的那点事(十三)》中,我曾提到过陆攻版布拉莫斯巡航导弹,它最初采用的就是X波段的主动雷达导引头,在用于对陆攻击时分辨率严重不足,因此试验时打的是平原地形下孤零零的房子。布拉莫斯block2据说换了毫米波导引头,提高了分辨率,具备发现4公里外坦克的能力,但布拉莫斯的飞行速度过快又导致了导引头的反应时间不足,实在是很悲剧。当然了,只改进导引头而不改进制导体制,是不能改变陆攻版布拉莫斯伪巡航导弹的本质的,印度人仍不得不发展看上去较为“正常”的“无畏”巡航导弹,不过这个话题不是本文讨论的重点。除了分辨率高外,毫米波制导用于对地武器还有一大优点是导引头的尺寸十分轻小,使其可以很容易的应用于制导炮弹、制导迫击炮弹、末敏子母弹等轻型弹药上。总之,毫米波制导非常适合用于各种精确制导武器,成为继激光制导、红外成像制导之后又一种广泛使用的对地武器末制导方式。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

毫米波雷达导引头

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

采用毫米波制导的长弓海尔法导弹

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

“哈姆”反辐射导弹在改进后加装了主动毫米波制导雷达

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布拉莫斯

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

毫米波导引头由于尺寸小,非常适合用于轻小型制导武器

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毫米波制导还有一个重要的发展方向就是用于反舰导弹的末制导,与陆上不同的是,目前主流反舰导弹普遍采用的是厘米波末制导雷达,如X波段雷达导引头,这是因为相比陆上环境而言,海面的背景较为“干净”,杂波干扰比陆地要小。而且水面舰艇的体型普遍较大,本身就是一个巨大的雷达反射体,这些条件都有利于反舰导弹导引头的探测,因此老式的X波段导引头的分辨率即已够用。但反舰导弹的末制导也是要往更高频率发展的,反舰导弹也逐渐开始采用频率更高的Ku波段导引头或毫米波导引头,这也是反舰导弹技术发展的必然趋势。现代军舰的设计普遍重视隐身能力,但水面舰艇的许多隐身措施对毫米波的效果并不明显,这是因为毫米波波长短,舰艇表面对于厘米波来说是平滑的,但是对毫米波来说却是粗糙的,从而形成散射,增大水面舰艇的RCS值。此外,反舰导弹采用毫米波导引头也有利于提高其抗干扰能力,这对于反舰导弹的突防来说十分关键,现有的电子对抗设备对于厘米波末制导雷达的对抗手段已经比较完善,但对毫米波制导实施有源干扰仍存在一定困难,针对毫米波的电子对抗系统仍处于发展和普及中,因此毫米波制导技术相比传统的微波导引头而言在抗干扰能力上是有优势的。不过毫米波存在大气中传播损耗大的问题,在雨、雾等天气条件下,毫米波的传播损失比微波严重得多,在相同的作用距离下毫米波导引头所需的发射功率比微波导引头更高,这一点限制了毫米波制导技术在反舰导弹上的应用。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

我国C-705反舰导弹采取了毫米波末制导雷达

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防空导弹中应用毫米波制导的典型例子就是美国爱国者PAC-3型防空导弹,其配备了Ka波段主动雷达导引头,波长8毫米,制导精度相比PAC-2有了质的提高,据称制导误差小于0.17米,可以实现碰撞杀伤击毁目标,PAC-3导弹因此具备了很强的反导能力。而且由于PAC-3导弹采用了分辨率高的毫米波导引头,虽然不对目标成像,但是可以提供目标的仿形波形数据,并通过仿形波形数据判别目标的头部、尾部和质心,由制导处理器决定击中目标的位置,比如导弹的弹头段,从而实现更强的精确杀伤能力。不过毫米波制导用于防空导弹的一大缺陷就在于导引头的探测距离过近,为此PAC-3导弹在飞行全程的最后2秒才打开主动导引头,这对于防空导弹系统来说是很不利的,因为这明显会加重地面制导雷达的负担。PAC-3导弹之所以选择了毫米波导引头其实是有特殊原因的,因为其主要作战任务是反导,而且反导拦截距离不超过50公里,在这个距离上并不会造成地面制导雷达负担过重,相反反导任务对于防空导弹的末制导精度要求非常高,PAC-3导弹正是出于其特殊的作战需要而采取了毫米波末制导技术。正是由于毫米波末制导存在着传输损耗大、作用距离近的缺陷,使其在防空导弹上的应用受到很大限制,其或许更适合用于弹体较细、射程较近且对精度要求高的中近程防空导弹。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

爱国者PAC-3拦截弹

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综上所述,毫米波制导作为一种正在发展中的精确制导技术,未来有望被更多的制导武器所采用,我国也已经开始大规模应用这种制导技术。毫米波制导器件存在制造工艺复杂、造价昂贵的问题,这在一定程度上限制了毫米波制导的发展,但随着时代的进步,以及相关材料、器件、结构、工艺的发展,毫米波制导技术的普及目前已不存在难题。毫米波制导技术的发展趋势之一是发展毫米波成像制导技术,另一个趋势是向毫米波/红外、毫米波/微波、毫米波主/被动复合制导等多模复合制导方式发展,由于毫米波制导仍存在着一定的性能缺陷,因此有必要与其他制导方式一起组成复合制导,扬长避短以弥补毫米波制导的缺陷,提升导弹的综合作战性能,其中毫米波制导与光学制导技术尤其是红外成像制导技术相结合是值得注意的发展动向。

盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

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本篇至此告一段落,敬请期待下一篇《盾和蛋之间的那点事(二十四)——深入篇(十三)》,谢谢关注!

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附《盾和蛋之间的那点事》系列全收藏:http://tlflaomao.blog.163.com/

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本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]

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老兄的每篇技术贴都会拜读 虽然大部分专业性的看不懂

3楼WS229

你才是真正的有才,看了使人信服 。

38楼专治疑难杂症txw我觉得,中国和俄罗斯最好的报答,就是共同成立一个世界和平基金会,专门从事和平演变美国,资助美国民主异见人士!专门资助美国黑人人权运动,专门资助美国独立自由民主运动!48楼专治疑难杂症txw美国黑人和亚洲裔应该独立成立黑人为主的国家,亚洲裔应该成立亚洲裔为主的国家,原来的美洲原住民应该成立美洲人为主的自己的国家,额美国白人应该成立以欧洲移民为主的国家!美国黑人成立的国家叫“星星之国”(--黑猩猩嘛) ,亚洲裔成立的国家叫“太阳之国”(---东方太阳升嘛),美洲原住民成立的国家叫“回归正义之国”(终于得到属于他们自己的东西),欧洲移民成立的国家叫“征服船长之国”(一群海盗,把别人的船长杀了,霸占了别人的土地和女人)。

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4楼txsbyg

我说楼主大人,您能不能一次给俺们科普完啊!您这一不定期更,俺们可把蛋蛋都急碎了!就为了逼你爬快点,俺也得多点两个赞!!回复:[原创]盾和蛋之间的那点事(二十三)——话外篇:毫米波

关键是作用距离短,未来结合数字解算技术应该会有光明前途的。

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