雷达探测与毁伤一体化设计方案

雷达探测与毁伤一体化设计-机电论文

雷达探测与毁伤一体化设计

潘栓龙季帅

（西安导航技术研究所，陕西西安 710068）

【摘要】针对美国雷达武器化的发展现状，阐述了高功率微波武器(HPMW)的实现方法和作用机理；结合国内外现有技术成果，分析了雷达探测与毁伤一体化设计的可行性，并提出了雷达与高功率微波武器协同作战的基本思路，并重点讨论了一体化设计的难点及关键技术。

关键词高功率微波武器；超宽带雷达；一体化

作者简介：潘栓龙（1988—），男，陕西渭南人，硕士研究生，研究方向为射频技术。

季帅（1987—），男，江苏泰兴人，硕士研究生，研究方向为天线与射频技术。

0 引言

现代高科技战争中，信息已成为作战的核心和关键，战场军事通信系统一旦遭到破坏，将严重威胁整个作战体系的生存情况，故安全稳定的通信网络和电子系统已成为战场命脉，电磁战已成为现代战争的新型战场。欲在战争中取得主动权，必须取得制电磁权，一方面要避免己方受到电磁干扰；另一方面要积极干扰敌方电子设备。电磁攻击与抗干扰已成为现代战场重要手段[1]。

雷达是现代战场的信息探测中枢，高功率微波武器（HPMW）是一种用于目标电磁攻击的新概念武器，二者的共同点使一体化兼容性设计成为可能。完成雷达和HPMW一体化设计，可以为装备的更新换代提供参考，为国土防御

体系提供新的思路。将雷达探测与毁伤实现一体化设计，雷达在实现目标探测的同时，利用高功率微波武器实现对敌方作战平台的电磁打击，从而使我部雷达系统在完成探测的同时取得电磁战场的控制权，进而在现代信息化战场取得主动权。实现雷达探测与毁伤实现一体化设计，可以充分利用雷达探测的工作效能和高功率微波武器的威力，在现代信息化战场立于不败之地[2-3]。

1 高功率微波武器的概念

HPMW与传统常规武器在工作原理、作战方式和杀伤破坏机理上显著不同，是一种可以大幅度提高作战效能的新概念定向能武器。HPMW利用定向发射大功率电磁波束以光速对攻击目标产生电效应、热效应等，从而完成干扰、杀伤或摧毁等任务；可用于攻击军事卫星，洲际导弹，巡航导弹，空中、地（海）面上的作战平台、雷达、通信系统、C4ISR系统等，尤其对指挥通信枢纽、作战联络网等重要的信息战节点威胁极大，对目标进行物理性破坏，使其丧失作战效能。HPM的特征在于[4]；

（1）发出的射频波束可照射整个目标，故对目标的瞄准和跟踪精度要求比常规武器低得多，击中概率高出一个数量级，可实现多目标同时攻击；

（2）微波射束以光速传送，攻击速度快，可实现全天候作战，适应不同大气条件；

（3）微波射束的杀伤机理是破坏其作战平台；针对各作战平台火力与指挥控制系统的电子设备，或导弹导引头的电子系统，使它们丧失控制和作战能力，或在空中引爆导引头以达到摧毁的目的；

（4）HPMW具有雷达武器化的潜能，在对目标实施探测、跟踪后增大发射功率，进而完成电磁干扰和定向摧毁，成为一种具备雷达探测功能并兼顾超级

干扰机、定向能武器功能的多功能作战平台。

美国空军已开始对可实现电子攻击的有源相控雷达的研制，通过对现役有源相控阵雷达的T/R组件上加装微型传输接收器，可同时完成多任务，实现对敌方电子设备的电磁攻击。改装的AESA雷达可针对不同目标完成不同功能，目前F-22、F-35、EA-18G等战斗机都装备了该型远程主动AESA雷达，其缺点在于发射微波能量较强，难以隐身，易成为被攻击目标，预计美国正发展相应技术以改善这一缺陷。

在美国国防部HPM武器发展的总规划中，其工作年度计划里主要研究工作在于开发紧凑型宽带源、天线系统及相关应用，旨在于为机载电子攻击工程方案选择一种适用型G瓦级HPM源。在近两年公布的定向能技术计划中看，任务重点在于继续发展弹载目标识别应用系统，适用于机载电子攻击和反临时凑合爆炸装置的HPM/RF武器，内容包括[5-7]；

（1）开发紧凑型重复脉冲的G瓦级HPM源及相关脉冲功率部件、机载蒙皮共形相控阵天线技术，利用纳M技术控制HPM源的体积和重量；

（2）改进超宽带天线及高压开关；

（3）设计紧凑、高效磁通量压缩发生器，改进其相关绝缘特性及构件功能；

（4）演示重频G瓦级HPM源与天线的集成系统平台，控制该系统对机载平台的影响，改善波束控制组件以满足机载平台小型化的要求。

2 HPMW的实现方法和作用机理

目前HPMW主要分两类；一类是微波炸弹，另一类是电磁脉冲炮。

2.1 微波炸弹（E弹）

E弹的主要作用机理是在常规火药炸弹的前级加装电磁发射设备形成微波炸弹。作战时，将E弹由火炮或导弹投射至指定区域，利用爆炸产生的化学能转化成高能电磁波辐射出去，对指定地区实现干扰和电子摧毁。其工作机理如图1所示，利用电源将电磁能量注入同轴电容内，以产生高压；再将这一高压瞬间与流量产生器内的螺旋状导线导通，并在导通电流最大的瞬间，起爆在螺旋状导线内的炸药，以压缩磁通量的方式提升螺旋状导线上的电流；接着将此电流导入虚阴极管，以谐振方式产生高频电磁波；最后由微波天线对指定方向进行发射。

高能微波武器有两级磁通量压缩发射器。第一级产生爆炸的启动电流，当爆炸启动后，爆炸将使电枢管膨胀变形，使之与线圈形成短路，将会压缩电磁场并减少线圈的电感，使线圈中的电流直线上升，直到发射器崩溃为止，电流上升时间为数纳秒。峰值电流几百兆安，于是产生巨大的电流脉冲，激励虚阴极管产生电磁脉冲。

2.2 电磁脉冲炮

电磁脉冲炮的主要作用机理是通过高功率微波器件产生兆瓦乃至G瓦级的输出功率，通过高增益定向天线发射出去。电磁脉冲炮一般由能源系统、高功率

重频强流电子加速器、高功率微波源和定向天线构成，其基本结构如图1所示。

2.2.1 能源系统

高功率微波炮的能源系统一般由初级能源、高功率恒流充电装置、重频脉冲高功率开关和重频控制系统组成，其关键技术是重频脉冲高功率开关。

现阶段重频脉冲高功率开关一般采用气体火花开关，但当其在有限空间内以某频率工作时，特别是在大电流、高电压、大电荷转换等情况下，前脉冲放电过程产生的等离子产生的高温、高电离状态将影响下次脉冲放电前电路的充电过程。克服该这问题最有效的措施就是使气体流动，清除带电粒子。

2.2.2 高功率重频强流电子加速器

高功率重频强流电子加速器的作用是将能量进行压缩，形成脉宽约100ns左右，数百千伏、数十千安的强流电子束流，该部分体积将直接决定微波脉冲炮的体积。一种典型的高功率重频强流电子加速器如图2所示。

2.2.3 高功率微波源

高功率微波源的功率值是电磁脉冲炮的关键性能指标。目前，适合于高阻抗高功率重频微波源主要基于O型器件；返波管和相对论速调管。目前，X波段