样机、定型量产。这个过程具有周期长、消耗大、成本高的缺点。而虚拟仪器技术的应用将
缩短开发毫米波被动探测系统所需的研发周期,节约经费。
在毫米波被动探测技系统研发过程中,以计算机技术、相似原理和系统理论为基础,采
用虚拟仪器技术进行系统仿真,较之传统实物仿真和半实物仿真具有高效、安全、经济和可
重复试验等优点,为项目预研以及科研生产中遇到的问题提供比较好的解决方案,已成为复
杂系统设计、实验评估等不可缺少的重要手段。
1.1.1 毫米波探测技术特点
毫米波是指具有 1~10mm 波长、 30~300GHz 频率范围的电磁波段。
X 波段、Ka 波段(约 8mm) 、W 波段(约 3mm)在大气中和中雨中的衰减数据如下表 1.1
所示。
表 1.1 X波段、Ka波段及 W 波段的传播衰减比较
X波段 Ka波段 W波段
晴空低空中雨4mm/h晴空低空中雨4mm/h
晴空低空中雨4mm/h
衰减 dB/km 0.02 0.30 0.24 1.00 0.80 3.00
由上表可看出,毫米波相对于微波在大气中衰减更大。某些毫米波段穿透大气的能力较
强,称为大气窗口,它们的中心频率分别为 35GHz、94GHz、140GHz、220GHz。此外,大气对毫米波出现多个吸收峰,分别在 60GHz、120GHz、183GHz,称为非大气窗口。由于近
感系统通常有几米到几千米的作用范围,尤其在探测几十米以内的近程目标时,系统工作于
主动模式会发射电磁波,为减少被敌方探测到的可能,系统通常工作在非大气窗口。敌方难
于探测到己方的信号,因此更难以展开有效的干扰。当毫米波被动探测系统专门用于测量某
种气体的温度或含量时,可选择吸收峰频率,以增强探测效果。然而,当使用毫米波辐射计
探测近距离的金属目标时,如果选择非大气窗口频率,将很大程度地降低目标和背景的对比
度,不利于对金属目标的检测。因此,在进行毫米波近程探测系统的设计时,选取合适的大
气窗口频率十分重要。在大气传播衰减较小的四个窗口中,35GHz(8.5mm)与94GHz(3.2mm)
目前更常用。
由于毫米波波长在1mm~10mm,介于微波与远红外波之间,因而同时具有两种波谱的优
点,同时拥有厘米波全天候的优点及红外波分辨力高的优点。同光波相比,由于气体分子谐
振吸收引起较小的衰减,毫米波在大气窗口传播时不易被自然光或热辐射源影响。与微波相
比,毫米波有如下优点:
(1) 精度高。毫米波波长短于厘米波,则毫米波系统的角分辨能力更强,近感装置的探测
精度更高。
(2) 抗干扰能力强。在天线具有相等的口径时,毫米波系统可以使用波束宽度更小的天线,
有利于抗干扰。在相对带宽一样时,毫米波系统有着更大的绝对带宽,有利于分散敌
人的干扰机的功率,使对方不易对己方进行干扰与阻塞。毫米波被动探测系统不辐射
信号,有利于避开敌方的侦察。
(3) 低仰角探测性能好。毫米波系统中,较小的波束宽度与较低的地物散射能够削弱多路
径效应和地物杂波对探测系统的影响。
(4) 有穿透等离子体的能力。导弹、炮弹再入时产生的等离子频率比毫米波的频率低得多,
故传输过程中毫米波的衰减与反射都很少。
(5) 体积小、质量轻。毫米波元器件小,天线尺寸也不大,金属波导被微带线、介质波导
等组成的集成电路取代,可显著减少系统的质量与体积。
鉴于上述优点,在军用和民用的近距离目标探测与识别等方面,毫米波获得众多应用,
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