弹载相控阵探测器的发展现状

目前，根据相控阵探测器结构，用于弹药平台的相控阵探测器可以分为平面相控阵与共形相控阵两种形式［28］。采用平面相控阵的探测器视场角通常较小，其方位向基本处于±60°以内［29］，平面相控阵的阵列配置相较于共形阵列更为简单，理论研究更加成熟，并且平面相控阵的探测波束增益、方向图、波束宽度、波束指向更易于控制；而共形相控阵探测器能够为载弹提供更大的视场范围，增大了探测器天线波束覆盖面积，同时也可以改善探测器的方位向角度分辨能力与定距精度。共形天线的形式包括圆形阵列、圆柱形阵列、球形阵列等，为实现不同的作战功能，共形相控阵天线也会出现其他特殊的形状。现阶段，仍只有部分国家具备弹载相控阵探测技术应用条件，就国内整体水平而言，弹载相控阵技术仍处在积极的性能研究阶段或样机试验阶段。

相控阵天线平面是由一系列按照一定规则排列的阵元组成，探测信号加以适当的相位偏移，获得发射波束在方位向的偏转。相控阵阵面能够同时进行相位补偿，不必依靠机械旋转阵面就可以实现在视场范围内的波束电扫描。对于高速飞行过程中的载弹而言，相控阵探测器相较于传统的机械扫描探测器或单一收发探测器而言，能够在更短的时间内获得目标区域的更多有效信息，这也是让载弹平台实现前视高分辨探测的硬件基础。国外某些系列常规制导弹药上已逐步搭载相控阵探测器，在一定程度上提升了弹药的精确打击能力。

美国对于弹载相控阵技术的研究可以追溯到20世纪60年代，1969年美国陆军导弹司令部在研究空中拦截导弹项目中，首次将相控阵探测技术引入弹载平台。1987年，美国开始实施轻型外大气层射弹（LEAP）计划［30］，针对的研究主体为弹载毫米波平面W波段相控阵探测器。Endo LEAP的拦截弹项目的关键是将总重量控制在17 kg，拦截高度分别为10 km与25 km。Endo LEAP的整体剖视图如图1-6所示。

图1-6　Endo LEAP的整体剖视图

（a）LEAP拦截弹；（b）探测器内部结构

Endo LEAP的相控阵探测器采用W波段，天线口径约为127 mm，圆形阵列中包括368个模块，每一模块中包括6个收发阵元，共有2 208个阵元，考虑到功率损耗，发射总功率能够达到25 W。随后，美国空军又开展了“双射程导弹”计划［31］，将共形阵列导引头（Conformal Antenna Seeker，CAS）应用于反辐射导弹上，实现廉价的共形相控阵天线的波束控制，使得反辐射导弹拥有了±150°的视场角，该相控阵导引头采用电子扫描技术，极大提升了离轴发射角度以及角度跟踪速率。

在联合双任务制空导弹（Joint Dual-Role Air Dominance Missile，JDRADM）项目中，载弹采用多波段、多模有源相控阵雷达（Active Electronically Scanned Array，AESA）导引头，该相控阵雷达上包含被动射频接收器和ASEA导引头的JDRADM前端部件［32］。利用Ka波段可为导弹飞行末端提供前视探测范围内的高分辨图像，在导弹飞行执行任务的过程中，导弹识别RCS（雷达反射截面积）为0.1的目标的距离能够达到40 km以上，同时因其采用了双模体制，该相控阵导引头也具备对地雷达打击的能力。2005年，美国国防高级研究计划局开展低成本巡航导弹相控阵导引头的研究［33］，Ka波段低成本巡航导弹相控阵导引头天线单元示意图如图1-7所示。(www.xing528.com)

图1-7　Ka波段低成本巡航导弹相控阵导引头天线单元示意图

（a）相控阵阵面；（b）振元放大图

该导引头采用Ka和X两种工作波段，应用MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技术集成的4位移相器，其成本分别降低至30 USD（美元）与10 USD。2003年至2008年间，美国陆军航空和导弹研究发展工程中心（U.S.Army Aviation and Missile Research Development and Engineering Center，AMRDEC）开展了对于相控阵导引头的评估项目。同时，该部门针对基于射频微机电系统（RF-MEMS）的移相器开展研究。2008年初，该部门宣布验证了基于MEMS的Ka波段16阵元相控阵天线，中心频率为33.4 GHz，阵元间距为半波长。俄罗斯在其披露的新型K-77M型空空导弹中，就采用了机扫及相扫相结合的相控阵雷达导引头［34］，如图1-8所示。

图1-8　K-77M型导弹搭载的64单元AESA阵列探测器

另根据相关文献报道，俄罗斯在2002年研制出一种能够用于导弹制导的模块化相控阵天线单元，工作在毫米、厘米、分米三种波段。次年，英国Qi-netiQ公司对Ⅰ波段电扫描阵列天线进行了成功的闭环试验。同时，具有共形曲面的毫米波相控阵雷达导引头已经开展技术攻关。

相比于传统的单一收发模式探测器，相控阵探测器能够为载弹提供前视目标区域更加多元化的有效信息，方位向分辨率会有所提升。但无论是传统的单一收发探测器还是相控阵探测器，均是以获取弹目之间的距离信息为首要任务。随着现代制导弹药作战任务逐渐多元化、战场环境逐渐复杂化，需要进一步扩大现代近炸引信的“视野”，由目标点的距离探测逐步拓展至目标区域内每一强散射点的距离探测，提升毫米波引信前视探测分辨率。