【摘要】：復(fù)雜光電對(duì)抗和背景雜波條件下的目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別是對(duì)地末制導(dǎo)技術(shù)亟需解決的突出難題。傳統(tǒng)的末制導(dǎo)技術(shù)由于制導(dǎo)模式單一、識(shí)別能力有限,使得末制導(dǎo)武器不能真正具備“發(fā)射后不管”的功能,發(fā)展光學(xué)/毫米波多模復(fù)合探測(cè)技術(shù)是末制導(dǎo)武器的必然趨勢(shì)。激光/紅外/毫米波三模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)具有全天候、目標(biāo)識(shí)別和抗干擾能力強(qiáng)、制導(dǎo)精度高等突出優(yōu)勢(shì),因而是通用空地導(dǎo)彈技術(shù)方案的最佳選擇。W波段毫米波全極化雷達(dá)的頻段優(yōu)勢(shì)以及全極化散射特性和高分辨特性,從不同的維度刻畫了目標(biāo)的內(nèi)外在特征,可以在一定程度上提高其目標(biāo)識(shí)別能力和抗干擾能力,通過(guò)與目標(biāo)光學(xué)特征的進(jìn)一步融合可顯著提高復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別和抗干擾能力以及制導(dǎo)精度。在此背景下,本文構(gòu)建了用于激光/紅外/毫米波三模復(fù)合制導(dǎo)的W波段平面雙極化探測(cè)系統(tǒng),并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。主要的創(chuàng)新性研究工作如下:1)激光/紅外/毫米波三模復(fù)合方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)不同的激光/紅外/毫米波三模復(fù)合方案進(jìn)行了深入分析,確定了毫米波采用中間開孔的平板天線、激光采用反射式、紅外采用折反式的共孔徑“集能器”優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。針對(duì)傳統(tǒng)毫米波末制導(dǎo)雷達(dá)在復(fù)合制導(dǎo)中應(yīng)用的局限性,提出了基于平面雙極化天線的多子陣數(shù)字單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)。采用多子陣架構(gòu)的天線具備一定的波束調(diào)整能力,可修正光學(xué)系統(tǒng)對(duì)毫米波天線造成的波束畸變和瞄準(zhǔn)誤差,還可以利用空間功率合成技術(shù)解決目前W波段功率器件輸出功率受限的問(wèn)題,同時(shí)提高了毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)制導(dǎo)要求對(duì)毫米波系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),研究了通道間幅相誤差對(duì)系統(tǒng)空間功率合成效率、數(shù)字單脈沖測(cè)角精度、圓極化波形合成軸比以及極化散射矩陣測(cè)量精度的影響,為進(jìn)一步開展研究提出了約束條件。2)開展了W波段全并饋平面雙極化天線技術(shù)研究。提出了一種基于TM_(210)諧振模式的輻射器和雙層介質(zhì)集成波導(dǎo)饋電構(gòu)成的W波段雙極化全并饋縫隙天線。采用基于TM_(210)模的輻射器以及在陣列布局中采取偏移式反相饋電等措施,可僅用雙層介質(zhì)板實(shí)現(xiàn)陣列所需的雙極化全并饋網(wǎng)絡(luò),并易于實(shí)現(xiàn)天線的橫向擴(kuò)展。優(yōu)化設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了8×8雙極化天線子陣,其帶寬大于4GHz,增益高于23dBi,交叉極化電平優(yōu)于30dB。所實(shí)現(xiàn)的天線子陣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低剖面、低成本的優(yōu)點(diǎn)�；�8?8雙極化天線子陣,構(gòu)建了用于多模復(fù)合制導(dǎo)的中間開孔的雙極化天線陣列,通過(guò)仿真優(yōu)化表明該天線可滿足復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。3)開展了W波段收發(fā)組件的小型化和平面化技術(shù)研究。基于機(jī)、電、熱一體化設(shè)計(jì)思路,完成了收發(fā)組件的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了收發(fā)組件的小型化平面化集成,并重點(diǎn)對(duì)平面化濾波器技術(shù)和低損耗互聯(lián)匹配技術(shù)進(jìn)行了研究。兼顧收發(fā)組件對(duì)濾波器電氣性能和結(jié)構(gòu)的要求,提出了一種低成本、易安裝以及準(zhǔn)平面的“內(nèi)埋式”波導(dǎo)濾波器并完成了實(shí)物加工。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的集成度,設(shè)計(jì)了一種基于新型singlet結(jié)構(gòu)的砷化鎵介質(zhì)集成波導(dǎo)濾波器,并據(jù)此設(shè)計(jì)了混頻濾波多功能芯片,在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了變頻和滿足工程需求的帶外抑制,在保證性能的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了組件的裝配工藝。對(duì)W波段金絲鍵合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了等效建模和理論分析并給出了相應(yīng)的匹配結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了W波段器件間的低損耗匹配互聯(lián),優(yōu)化了鍵合工藝,進(jìn)一步提高了W波段收發(fā)組件的可靠性和穩(wěn)定性。4)開展了多通道幅相校準(zhǔn)技術(shù)的研究。提出了一種基于六端口技術(shù)的多通道幅相校準(zhǔn)方案。該方案僅需利用現(xiàn)有的收發(fā)通道以及嵌入在天線和收發(fā)組件之間的校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò),即可完成對(duì)收發(fā)通道間發(fā)射幅相誤差和接收幅相誤差四個(gè)參數(shù)的測(cè)量和校準(zhǔn)�；谏榛壒に囋敿�(xì)設(shè)計(jì)了可與收發(fā)通道直接集成的六端口校準(zhǔn)芯片,并結(jié)合工藝特點(diǎn),對(duì)其中的關(guān)鍵器件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校準(zhǔn)方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明在0~360°的范圍內(nèi),測(cè)量精度優(yōu)于±4°,可以滿足系統(tǒng)的校準(zhǔn)精度要求。以上研究工作及所取得的成果,為激光/紅外/毫米波復(fù)合末制導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
【圖文】：

北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文極化更好的識(shí)別效果。在同樣采用極化白濾波器處理下，更高的分辨率可以獲得更強(qiáng)的識(shí)別能力[36,38]。該結(jié)果充分地證明了采用高分辨和多極化體制相結(jié)合在消除雜波虛警，提高目標(biāo)識(shí)別能力方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。鑒于極化技術(shù)在提高目標(biāo)檢測(cè)概率、目標(biāo)識(shí)別以及抗干擾等方面的優(yōu)勢(shì)，美國(guó)英國(guó)等西方國(guó)家開始將極化技術(shù)應(yīng)用于毫米波末制導(dǎo)雷達(dá)[41-45]。2005 年，歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)（MBDA）研制的硫磺石導(dǎo)彈裝備部隊(duì)，該導(dǎo)彈可由固定翼飛機(jī)或直升機(jī)發(fā)射，用于攻擊地面目標(biāo)[46-51]。硫磺石導(dǎo)彈采用了馬可尼公司研制的 W 波段調(diào)頻連續(xù)波體制的雷達(dá)導(dǎo)引頭，，如圖 1.1 所示，該導(dǎo)引頭采用卡賽格倫天線，單圓極化發(fā)射，雙圓極化接收，通過(guò)旋轉(zhuǎn)主鏡可以實(shí)現(xiàn)一定范圍的波束掃描能力。據(jù)稱硫磺石導(dǎo)引頭可以對(duì)裝甲車、武裝運(yùn)輸車、自行火炮、地面防空單元等幾類目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效地識(shí)別[19]。

北京理工大學(xué)博士學(xué)位論文2008 年歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)推出了改進(jìn)的雙模硫磺石（Dual Mode Brimestone，[58]。在原有的 94GHz 毫米波極化雷達(dá)的基礎(chǔ)上增加了激光半主動(dòng)探測(cè)系導(dǎo)彈在復(fù)雜背景下的目標(biāo)選擇能力，并在 2012 年 6 月 25 日首次進(jìn)行了針的試射[59,60]。公開的資料顯示，改進(jìn)型的硫磺石雙模導(dǎo)引頭毫米波部分仍模硫磺石導(dǎo)引頭類似的卡賽格倫天線，而其激光部分則未見(jiàn)報(bào)端，美國(guó)專利：US6268822）所披露的技術(shù)方案與雙模硫磺石復(fù)合導(dǎo)引頭有一定的相似.2 所示。在該方案中，半主動(dòng)激光探測(cè)器位于卡塞格倫天線主反射面后方排列的方式構(gòu)成激光探測(cè)陣列，該方案要求毫米波反射面天線相應(yīng)的環(huán)狀射毫米波透射激光的特性，這種技術(shù)需要采用特殊的材料和先進(jìn)的鍍膜工
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TJ765.3;TN820

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本文編號(hào)：2700338