临近空间高超声速飞行器探测雷达技术

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1、檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽檽殦临近空间高超声速飞行器探测雷达技术余继周黄鹂曹哲摘要针对临近空间高超声速飞行器雷达散射截面积(ＲCS)小、飞行速度快、且有一定的机动能力等特点，对临近空间高超声速飞行器地基探测雷达关键技术进行了研究。临近空间高超声速飞行器探测地基雷达采用的关键技术包括远距离低仰角目标检测与跟踪技术、凝视探测技术和高速机动目标跟踪技术等。关键词临近空间高超声速目标探测雷达引言临近空间通常是指距地表20～100km处的空域，包括大气平流层的大部分区域、中间大气层区域和部分电离层区域。临近空间高于一般飞机的

2、飞行高度，低于卫星的运行轨道，因此，又称为亚轨道或空天过渡区。临近空间飞行器是主要在临近空间中进行一定时间持续飞行并执行任务的飞行器。临近空间飞行器种类多样，包括低速飞行器和高速飞行器，如图1所示。临近空间高超声速飞行器主要包括高超声速巡航飞行器和再入滑翔飞行器等。高超声速巡航飞行器是一种可从常规军用跑道上起飞、可重复使用的无人飞行器。再入滑翔飞行器是指由其它载体从临近空间顶层投放、能以极高的速度滑翔攻击地面目标的飞行器。这两类飞行器均可用于全球快速打击，正在成为空天攻防对抗中的潜在威胁。图1临近空间飞行器分类临近空间高超声速飞行器特点临近空间高超声速飞行器的应

3、用前景十分广阔，在空间攻防和信息对抗中发挥着重要作用，其所处的特殊战略位置将为未来战争开辟一个新的战场，也将进一步促进空天一体化的发展;其发展和应用将对未来整个作战体系和作战思维产生重大而深远的影响。临近空间高超声速飞行器在应用上不同于一般的飞机和卫星，具有一些显著的特点，主要表现在以下几个方面:1)部署速度快。卫星的发射准备周期长(约四十天)，机动变轨次数有限;而临近空间高超声速飞行器结构相对简单，可大量部署，准备时间往往不超过一天，实时性好。2)覆盖范围广。临近空间高超声速飞行器的飞1本文2014-05-06收到，余继周系北京无线电测量研究所研究员，黄鹂系北

4、京航天自动控制研究所工程师·74·飞航导弹2014年第9期檽檽檽檽檽檽檽檽殦檽檽檽檽檽檽檽檽殦控制与制导行高度介于飞机和卫星之间，因此在对地观察分辨率、电子对抗效果等方面优于卫星，而在通信服务覆盖范围、侦察视场范围等方面优于飞机。3)飞行速度快。临近空间高超声速飞行器速度极快，其中，高超声速巡航飞行器速度可达马赫数5以上，远大于传统空气动力类目标;而再入滑翔飞行器速度更为惊人，可达马赫数12以上。4)可机动飞行。再入滑翔飞行器与弹道导弹相比，可实现大范围的横向机动与长时间在稠密大气层内的跳跃飞行。图2所示为美国HTV-2再入滑翔飞行器飞行轨迹与洲际弹道导弹轨迹的

5、比较，从中可以看出HTV-2的第一跳对应的飞行距离约为4630km。但由于球载、空基、天基雷达作用距离均受平台限制，故目前要实现临近空间高超声速飞行器的远距离探测，应先进行地(海)基雷达的技术攻关。临近空间高超声速飞行器具有ＲCS小、飞行速度快且有一定机动能力、相对地基雷达仰角低等特点，而地基探测雷达需对其进行远距离探测，故有如下关键技术:1)远距离低仰角目标检测与跟踪技术;2)凝视探测技术;3)高速机动目标跟踪技术。远距离低仰角目标检测与跟踪技术在探测临近空间高超声速目标时，由于作用距离远，地基雷达处于低仰角工作，此时应考虑满足低仰角目标的跟踪精度。由于目标仰

6、角低，多路径效应凸显。多路径效应取决于雷达波束打地的部分。根据目标仰角高度，可以划分为旁瓣反射区、主瓣反射区和水平反射区等三个区域，后两个区域中雷达精度下降严重，旁瓣反射区的多路径误差与波束宽度及天线方向图有关，可考虑偏轴跟踪与频率分集等多径对抗技术，但应注意目标偏轴跟踪时雷达精度下降，频率分集则对雷达带宽有较高要求。2．12．2凝视探测技术临近空间高超声速飞行器飞行速度快、有一定的机动能力，且攻击来向具有不确定性，若采用传统针状窄波束扫描，则被探测目标可能穿越雷达波束。凝视探测技术可防止目标高速运动带来的穿越波束问题。凝视探测雷达发射宽波束，而接收采用多窄波束

7、覆盖同一区域，如图3所示。图2HTV-2与弹道导弹的弹道比较5)可能产生等离子体鞘套。临近空间高超声速飞行器飞行速度超过一定值时，将与周围的空气剧烈摩擦并对空气产生压缩，使飞行器周围的空气温度急剧上升，致使空气发生电离。随着温度的升高，飞行器天线罩表面材料发生烧蚀，形成气体，这种气态电介质在高温下也发生电离。由两者共同电离形成一个强电离、非均匀的等离子体薄层，即等离子体鞘套。等离子体鞘套的形成与飞行器的形状、速度、材料以及大气密度有关。2临近空间高超声速飞行器探测地基雷达关键技术从临近空间高超声速飞行器探测雷达的平台考虑，可供选择的有地(海)、球、空、天等多种平

8、台。飞航导弹2014年第