第二十八届（2012）全国直升机年会论文
直升机毫米波雷达应用研究
李丽红1 刘 辉2 罗 富1
（1．陆军航空兵学院，北京，101123；2．陆航部军事代表局，北京，100050）
摘 要：毫米波雷达是工作在毫米波波段的雷达，具有体积小、重量轻等优点，适合在直升机上使用。本文讨论了各国直升机毫米波雷达的特点以及应用情况。 关键词：毫米波；火控雷达；多普勒频率
1 毫米波雷达的优点
1.1 小天线口径、窄波束
高跟踪和引导精度；易于进行低仰角跟踪，抗地面多径和杂波干扰；对近空目标具有高横向分辨力；对区域成像和目标监视具备高角分辨力；窄波束的高抗干扰性能；高天线增益；容易检测小目标，包括电力线、电杆和弹丸等。
1.2 大带宽
具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征；具有宽的扩谱能力，减少多径、杂波并增强抗干扰能力；相邻频率的雷达或毫米波识别器工作，易克服相互干扰；高距离分辨力，易得到精确的目标跟踪和识别能力。
1.3 高多普勒频率
慢目标和振动目标的良好检测和识别能力；易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别；对干性大气污染的穿透特性，提供在尘埃、烟尘和干雪条件下的良好检测能力。
1.4 良好的抗隐身性能
当前隐身飞行器上所涂覆的吸波材料都是针对厘米波的。根据国外的研究，毫米波雷达照射的隐身目标，能形成多部位较强的电磁散射，使其隐身性能大大降低，所以，毫米波雷达还具有反隐身的潜力。
2 毫米波雷达的缺点
毫米波在雷达中应用的主要限制有：雨、雾和湿雪等高潮湿环境的衰减，以及大功率器件和插损的影响降低了毫米波雷达的探测距离；树丛穿透能力差，相比微波，对密树丛穿透力低；元器件成本高，加工精度相对要求高，单片收发集成电路的开发相对迟缓。
3 毫米波雷达在直升机上的应用 3.1 直升机载侦察火控雷达
3.1.1 APG – 78“长弓”毫米波火控雷达
美国在1995年研制并试验完成了“阿帕奇”武装直升机的AN/APG-78“长弓”火控雷达，雷达的工作频率为35GHz，采用相干多普勒脉冲体制，是目前最典型的直升机载多功能毫米波雷达。雷达天线和固态射频单元等组合装于直升机的主发动机桅杆上，低频单元和信号处理等部分置于机舱内。“长弓”雷达和“阿帕奇”武装直升机的火控系统接口，与采用95GHz有源毫米波成像雷达
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制导的“长弓地狱火”导弹交联，可提供对地面、低空和水面目标的快速目标搜索、自动目标检测、目标分类和威胁等级排序等功能。直升机装载的“长弓地狱火”毫米波自寻的空地导弹武器系统具有“发射后不管”的能力。在雷达提供的经精确定位和威胁等级排序的地面和空中目标引导下，武器系统可实施对地或对空目标的有效攻击。安装“长弓”毫米波雷达后，武装直升机的攻击和生存能力得到了极大提高。随着有源电扫描阵列(AESA)技术的蓬勃发展，美军决定进一步改进和升级其配备的“长弓”雷达，以装备最新研制的RAH-66“科曼奇”武装侦察直升机，因而又被称为“科曼奇”雷达。“科曼奇”直升机项目虽然下马，但其先进的雷达和航空电子系统技术已经移植和应用于其它直升机或平台。“科曼奇”雷达的作用距离是原型机的2倍；战场搜索面积是原型机的4倍，具有更强的防区外作战能力，可在10s以内扫描战场。它采用电扫描技术，而不是原来的机械扫描天线，将体积和重量减小了一半(重量降低到59kg)，真正具备了“同时多功能”能力，显著增强了作战性能。软件升级使“科曼奇”雷达对移动目标的最大探测距离由原来的8km增加到16～20km；类似的改进也使其对固定目标的探测距离从原来的6km增加到8km。
“科曼奇”雷达是在“长弓阿帕奇”机载雷达的基础上进行研制的，重点的性能改进有： （1）隐身性能。雷达设计采用新的雷达罩形状和隐身材料。设计中对雷达罩的空气动力学、雷达截面积和雷达性能进行了广泛的分析，通过建模和制造空气动力模型的风洞试验，来评估主旋翼天线对直升机飞行特性的影响；
（2）多目标跟踪能力。相控阵天线保证雷达能同时跟踪多个目标，引导导弹、火箭或航炮攻击跟踪的目标；
（3）数据融合处理。“科曼奇”雷达数据可以单独显示，也可以和EOSS光电传感器系统或飞机救生设备等其它系统的数据融合。为雷达制导“发射后不管”的“海尔法”导弹提供目标跟踪数据，为火箭或20毫米航炮提供火控数据，为光电目标捕获、指示器提供目标指示。 3.1.2 “劲弩-52”双频段火控雷达
“劲弩-52”是由俄罗斯“法扎特伦”N IIR公司研制的武装直升机双频段火控雷达，包括“劲弩-Ka”和“劲弩-L”2种雷达。其中“劲弩-Ka”工作在Ka频段，采用机械扫描天线，天线孔径为80cm，装在直升机前部。该雷达对坦克的最大探测距离为8～12km，主要用于导航、监视和武器制导，使直升机能采用自动地形跟随和回避技术进行超低空飞行。其重要特点之一就是可探测400m以外的电力线。“劲弩-L”工作在L频段，波长为10cm，用于直升机自卫。该雷达装在直升机旋翼桅杆顶端的球形整流罩内，能为直升机提供360°全方位空域覆盖。它可以探测空中目标，对防空导弹的最大作用距离为5km。“劲弩-L”的改进型称作“劲弩-D”(又称为FH-04)雷达，重量为29kg，它也工作于L频段，但采用置于直升机机身表面的尺寸为32cm×27cm的4副固定平面天线，而不像“劲弩-L”一样采用装在旋翼桅杆顶端的旋转天线。这种改进的主要优点是简化安装，克服补偿旋翼速度和经旋翼轴连接天线与雷达收发信机引发的各种问题。据称，“劲弩-D”雷达对飞机的探测距离为10km。
“劲弩-52”有“空-空”、“空-地”等多种工作模式，可为“卡-52”、“米-28”等各型武装直升机提供全天候、全天时作战能力。其“空-地”模式包括以下性能:目标探测和定位；动目标指示和数据跟踪；地形测绘；地形跟随/规避；“空-地”导弹和火炮控制。“空-空”模式包括：空中目标探测和跟踪；“空-空”导弹和火炮控制。“劲弩-52”雷达集毫米波与微波雷达优点于一体，互相取长补短，能为直升机提供无比卓越的战场作战优势，不仅能完成发现地面目标和导航任务，而且也同改进了
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的机载防御设备一起保证告警飞行员来自敌方飞机或火箭可能发生的攻击，显著提高了直升机战场生存力。
3.2 直升机毫米波防撞雷达
3.2.1 加拿大Oasys直升机态势感知系统
Oasys毫米波防撞雷达是加拿大阿姆菲泰克公司的拳头产品，它是世界上第一种满足军民两用直升机防撞需求的障碍物感知系统，可在任何恶劣气象条件下检测直升机飞行路径上的目标，向飞行员告警2km范围以内存在的各种危及飞行安全的障碍物，可穿透雨雪、烟雾和尘埃检测危及直升机安全的潜在威胁，包括铁塔、建筑物、地形和电力线。这种新系统显著提高了直升机低空飞行的安全性，尤其在紧急医疗救援、消防、搜索和营救、新闻采集和公安执法等领域将会起更大的作用。
Oasys雷达的工作频率为35GHz，采用菲涅耳透镜天线，天线直径为279mm，旁瓣极低，扫描速率为150°/s。具有额定或者待机(不发射)2种工作模式，与飞机高度计、航向传感器和GPS等外部定位传感器交联，进行飞行路径预测。此外，还能与标准的RS-422、以太网、Arinc 429、LVDS和其它系统交联。该系统配有一个可选的着陆开关，飞机着陆时自动将系统置于待机状态。
Oasys雷达通过发射35GHz的电磁脉冲来为飞行员提供障碍物感知信息，分析障碍物危险程度之后实施告警，提醒飞行员注意显示器显示的威胁目标。采用4个多路复用的雷达波束，使雷达每秒发射的脉冲达数千个，雷达波束很窄，脉冲宽度同样很窄，因此能以极高的分辨力探测目标。当雷达发射的脉冲遭遇障碍物时，生成雷达回波。通过测量发射脉冲和回波之间的时间，同时知道雷达的精确指向，就可以描绘3D空间的障碍物图像。当直升机调整飞行路线规避障碍物时，该系统自动实时地更新目标信息。
3.2.2 欧洲Heliradar直升机全天候作战雷达
Heliradar采用基于旋转天线的合成孔径雷达技术(ROSAR)，即利用旋转天线获得一种类似合成孔径雷达系统的效应，以期生成一种类似视频的高分辨力图像，从而可以克服现有微波雷达分辨力低且不能提供高度信息的缺点，在低能见度条件下引导直升机安全飞行。ROSAR原理尤其适合直升机，旋转时天线可从不同的视角扫描周围环境，照射直升机前方从水平线向下到45°俯角的区域。为保证较高的隔离度，雷达设计时采用了收发分置方式。
Heliradar工作频率为33GHz，采用调频连续波体制，作用距离大于1.5km，视角为70°×40°，方位分辨力优于0.2°，俯仰误差小于3°，距离分辨力小于2m，图像更新率优于6 Hz。对军事应用而言，该雷达的显著优点之一为先敌发现，即在被敌方雷达探测到之前先探测到敌方目标。 3.2.3 德国Hivision毫米波视景增强雷达
Hivision是德国达萨公司开发的一种视景增强系统，用来增强直升机在夜间和低能见度条件下的态势感知能力。其设计初衷是：
（1）利用电扫描天线获得大于15Hz的高扫描速率(图像更新速率)； （2）获得更好的气象穿透能力；
（3）获得较高的性价比，使其与高性能的W频段雷达价格相当； （4）获得良好的低截获概率与电子对抗性能。
Hivision采用调频连续波雷达体制，其组成包括天线、发射机(频率源和放大器)、接收机(射频前置放大器、混频器和视频放大器)、FFT与图像处理器以及图像显示器。该雷达的最大亮点之一就是采用电子扫描，使雷达可靠性得到大幅度提高，而且也便于结构紧凑化和轻量化设计。雷达天线
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采用收发分置方式，以免发射信号直接泄漏到接收机内。天线包括1个反射器单元(其中一个弯曲反射面作为发射天线，另一个作为接收天线)和2个馈源(馈源由特殊的折叠和裂缝波导构成)。天线扫描范围为60°(视轴左右各30°)。如果需要覆盖更大的扇区，则需要综合2～3副天线。雷达技术指标为：工作频率为34GHz，射频带宽约为载波的5%，PRF为N/A，占空比为100%，扫描速率为7次/秒，作用距离为3～5nm。采用固态发射机，发射功率极低，峰值功率与平均功率相当，为0.5～1W，不易被敌方截获，距离分辨力优于5m。频率斜率用于距离甄别和电子扫描，天线随着每个斜率开始一次新的扫描，斜率带宽约为1.4GHz。
4 结束语
无论是军用还是民用，都对毫米波雷达技术有广泛的需求，随着毫米波雷达技术的发展，毫米波雷达在直升机上的应用将越来越多，技术越来越成熟。
参 考 文 献
[1] 雷达技术与系统，王雪松，李盾，王伟等编，电子工业出版社，2009年8月. [2] 雷达－电子战－通信一体化概论，张明友，国防工业出版社，2010年6月.
The Research in Application of Helicopter-borne Millimeter
Wave Radars
LI Li-hong1 LIU Hui2 LUO Fu1
(1. Army Aviation Institute of PLA, Beijing 101123, China; 2.Army Aviation Department of Military Represents Bureau
Beijing 100050, China)
Abstract: Millimeter wave radars work on the millimeter wave band. It has advantages of small volume and light weight. So the millimeter wave radars in keeping with use on the helicopters. This text discusses the characteristics and the application circumstance of the millimeter wave radars on helicopters in all countries. Keywords: millimeter wave; the fire controls radar; Doppler frequency
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