基于溫度補償的被動毫米波復合干擾技術研究

【摘要】基于末敏彈毫米波被動探測原理，提出一種溫度補償干擾技術，設計了3/8毫米波復合干擾組件，并對敏感器進行了干擾試驗。試驗結果表明，采用溫度補償干擾方式，可以使金屬目標的脈沖峰值降低至背景值左右，有效干擾末敏彈工作，研究結果對工程實踐有指導意義。

【關鍵詞】毫米波|溫度補償|復合干擾|被動

在現代戰爭中，為了抵御地面坦克裝甲集群車輛的進攻，各國都在加緊研制各類反裝甲目標的導彈、制導炮彈和炸彈等精確打擊武器[1]。20世紀90年代末期出現的末敏彈，對裝甲目標造成的威脅最大。它是一種效費比很高的反裝甲彈種，其摧毀裝甲目標的效率比普通子母彈高20倍，但成本只相當于末制導炮彈的1/4-1/5[2]。末敏彈對裝甲目標的探測采用的都是被動模式，主要包括紅外和毫米波兩種[3]，本文僅針對毫米波被動探測部分進行討論。末敏彈毫米波被動探測通常利用其內部的毫米波輻射計，采集地面背景與裝甲目標的輻射溫度，對目標的毫米波輻射特征進行提取，完成目標識別，毀傷裝甲。

目前國外末敏彈上采用的毫米波輻射計主要工作中Ka和W兩個波段，為了提高地面裝甲目標的戰場生存能力，研究對末敏彈兩個波段的復合干擾具有重要意義。

一、被動毫米波復合干擾防護原理

末敏彈毫米波被動探測過程中，輻射計不斷對地面做螺旋狀掃描，輻射計天線不斷掃過地面裝甲目標與環境背景[4]。地面裝甲目標的毫米波發射率較小，而地面背景的毫米波發射率較大。在野外戰場環境下，裝甲目標的輻射溫度主要體現為天空的溫度，為“冷”目標，地面背景的輻射溫度接近于自身的溫度，為“熱”目標。故而裝甲目標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地面裝甲目標進行探測識別，這便是末敏彈毫米波被動探測原理。

補償式干擾技術是當輻射計探測地面裝甲目標時，在裝甲目標上發射干擾信號，輻射更多的毫米波能量，改變其輻射特性，使得裝甲目標變成類似地面背景一樣的“熱”目標。這樣末敏彈在掃到裝甲目標時和背景時，所接收到的二者信號差異不會被檢測識別出。

被動毫米波復合干擾組件固定在裝甲目標頂部，對立體角大于90°的空域發射干擾信號。同時，其輻射溫度由環境傳感器獲取環境參數后進行實時調整，可實現自適應實時溫度補償干擾。

末敏彈在掃描到裝甲目標時，輻射計輸出電壓會出現明顯峰值，在有補償干擾的情況下，減小裝甲車輛輻射溫度和背景溫度的差異，因此目標區域輸出電壓降低，這樣末敏彈在掃到裝甲目標時和背景時，所接收到的信號差異不會被檢測識別出，達到干擾的目的。

二、被動毫米波復合干擾組件設計

被動毫米波復合干擾組件主要由毫米波復合干擾源、圓極化天線、環境傳感器、控制器和可控衰減器等部分組成。

被動毫米波復合干擾組件根據環境傳感器送來的環境信息，包括地面溫度、濕度等信息，計算出地面背景溫度和裝甲車輛自身輻射溫度，得到待補償的溫度差，再根據補償溫度差和干擾源距輻射計斜距確定干擾信號發射功率。最后通過衰減器調整，通過圓極化天線發射出去，實現自適應實時溫度補償干擾，使得末敏彈不能對目標作出正確識別。

（一）毫米波復合干擾源

3/8毫米波復合干擾源由寬帶VCO、倍頻器、放大器和可控衰減器等組成。通過控制中心板上FPGA芯片產生數字信號，經過DA轉換后，從而產生所需要輸出的噪聲電壓信號。VCO受噪聲電壓調制產生噪聲調頻信號，經倍頻器倍頻后達到30～40GHz或90～100GHz的毫米波信號，其功率受可控衰減器調節，實現功率可調的信號輸出。

（二）圓極化天線

8毫米波段圓極化天線包括輻射器、圓波導圓極化器、饋電部分三部分。饋電波導為8毫米標準矩形波導（長邊*短邊，7.112mm*3.556mm），通過矩圓轉換結構與圓波導連接，為圓極化器饋電，最后通過圓錐喇叭將產生的圓極化波輻射出去。

3mm波段圓極化天線包括輻射器、圓波導圓極化器、饋電部分和匹配結構四部分。饋電波導為標準3毫米矩形波導（長邊*短邊，2.54mm*1.27mm），通過矩圓轉換結構與圓波導連接，為圓極化器饋電，在圓極化器內兩端沿著凸臺方向添加方向相反的兩個匹配結構，用于抵消相位差，最后通過圓錐喇叭將圓極化波輻射出去。

（三）環境傳感器

環境傳感器主要是為了實時感知周圍環境的溫度和相對濕度，將所得數據信息送給控制器，用以計算當前環境背景輻射溫度，確定復合干擾組件的待補償溫度差，實現自適應溫度補償干擾。

溫度傳感器首先將接收到的溫度信號轉化為電壓信號，再進行放大處理，單片機對溫度信息進行轉換，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生變化的原理，把周圍的空氣濕度轉化成電信號，對電信號采樣處理，得到對應濕度。

（四）控制器

單片機控制器除了與裝甲目標主控模塊通過RS485通信，接收告警信息及上報狀態信息外，還對毫米波復合干擾源的干擾功率值進行調節。在單片機控制器添加網口芯片，通過網口方式與程控衰減器進行通信，實現3毫米干擾源功率衰減控制。單片機內置DAC輸出模擬電壓，但其引腳帶負載能力存在不足，需在其后端加射極跟隨器，輸出兩路負電壓，控制壓控衰減器的參數，完成8毫米干擾源功率衰減。

（五）衰減器

通過控制衰減器實現對毫米波復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現，通過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現，通過單片機DAC引腳產生負電壓，反向放大，作為壓控衰減器輸入，產生功率衰減值。

三、試驗結果分析

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

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

對比3毫米波干擾效果圖可以看出：敏感器掃描期間，關閉干擾組件，掃到金屬板時會輸出識別信號。打開干擾組件時，信號峰值從1.25V降到0.65V以內，有效地補償了金屬板引起鐘形脈沖。

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

試驗結果與防護原理中的效果基本相符，在干擾組件開啟時，金屬板引起的鐘形脈沖得到了補償，對應目標區域輸出電壓降低，有效干擾了敏感器對金屬目標的識別。

四、結語

針對末敏彈的被動毫米波探測原理，本文提出了一種基于溫度補償的毫米波復合干擾技術。首先確定背景溫度和裝甲車輛自身輻射溫度，得到待補償的溫度差，通過控制被動毫米波復合干擾組件發射合適功率，使裝甲目標隱身于背景中，實現對末敏彈敏感器干擾。通過實測結果驗證，被動毫米波復合干擾組件可以對敏感器實施有效干擾。溫度補償的毫米波復合干擾技術研究，在末敏彈干擾領域，具有重要的應用前景。中國軍轉民

參考文獻

[1]外國高新技術現狀與發展趨勢[R].北京：中國國防科技信息中心，1991.09.

[2]馬若飛，秦江.末敏彈被動特性的干擾技術研究[J].甘肅科技，2014，30（6）：43-46.

[3]郭銳.導彈末敏子彈總體相關技術研究[D].南京：南京理工大學，2006.

[4]許劍南.毫米波交流輻射計有源干擾機理研究[D].南京：南京理工大學，2016.

（作者單位：安徽神劍科技股份有限公司）