与 IN S 组合技术 、陆基伪卫星技术等 。美国防部 166dBW ,比电视天线接收到的功率还要低 10 亿
还提出了 GPS 现代化计划 ,大大改进 GPS 的抗干 倍 。GPS 接收机在地面上接收到的最低信号功率
扰性能 ,如增发高功率点波束军用 M 码信号等 ,使 如表 3 所示[4] 。为了能够接收这种比接收机热噪
目前正在研制的微波功率源主要有 : 返波管振荡
美国 、前苏联于 70 年代开始研制高功率微波 器 、行波管 、虚阴极振荡器 、速调器 、磁控管 、回旋管
设备[2] 。目前 ,其技术水平处于世界前列 。高功率 等 ,微波功率源现有技术如表 2 所示 。其中俄罗斯
微波武器的关键器件是微波功率源 ,自从 1973 年 的大部分高功率微波源的技术水平高于美国 。已
3cm 8～12. 5 GHz
S 波段 100 GHz 1. 9cm
8mm 1 GHz S 波段 S 波段
峰值功率
5. 4 GW 10～15 GW
15 GW 15 GW 7 GW 2. 1MW 80MW 1 GW 400MW 60MW 150MW
脉宽
30ns 160ns 60ns 60ns
100μs
为 - 22dB ; R 为干扰机到 GPS 接收机的距离 。
根据上式 ,可以计算出当输入端的峰值干扰功
率为 15dBm (系统饱和) 和 10W (烧毁) 时所需要的
高功率微波武器对抗 GPS 研究3
胡 源 ,江 峰 ,沈 楠
(电子工程学院 ,安徽 合肥 230037)
摘 要 :高功率微波武器是一种新型电子战武器 ,近几年发展很快 ,在 GPS 对抗中有良好 的应用前景 。文章简要介绍了高功率微波武器技术的发展现状 ,分析了其对抗 GPS 的可行 性 ,并对 GPS 接收机的干扰功率进行计算 ,最后介绍了对高功率微波武器的防御方法 。
( GPS 卫星及其星座) 、地面控制部分 (地面监控系 接收机将会收到良好的效果 。
表 3 在右旋圆极电平
链
GPS 信号分量最低强度规范值
路
P
C/ A
预期的最大值不超过如下电平 (考虑了 0. 6dB 大气层损耗)
P
C/ A
L1
- 163dBW
10～80W/ cm2
金属目标表面产生强大的感应电流 ,并通过天线 、导线和金属隙缝进入电子设备内部 电路 ,使电路功能产生混乱 、出现误码 、中断数据传输 、抹掉计算机记忆信息 。
硬
80W/ cm 2 以上
烧毁电路中的电子器件 ,使武器系统失效 ;1s 即可将人致死 。
杀
伤 1000～10000W/ cm2 摧毁目标 ,引爆油箱 、炸弹 、导弹和核武器等 。
得传统方法对 GPS 的干扰已经非常困难 。这也使 声还要低 20dB 的微弱信号 ,要求 GPS 接收机必须
H PM 对抗 GPS 的方法倍受关注 。
有很高的灵敏度 。但与此同时 ,其抗瞬时高功率信
GPS 系 统 由 三 大 部 分 组 成 , 包 括 空 间 部 分 号的能力就比较差 。因此 ,使用 H PM 对抗 GPS
第一台高功率微波源问世以来 ,经过 30 多年的发 研制 8～12. 5 GHz ,脉宽 60ns ,功率 15 GW ,转换效
展 ,高功率微波技术已逐渐走向成熟 。微波功率从 率达 50 %的单脉冲返波振荡器 ,用作高功率武器
最初的 400 兆瓦发展到目前的 15 千兆瓦 ,频率从 1 时 ,辐射能量可达 10kJ 。
千兆赫发展到 140 千兆赫 ,提高了近两个数量级 。
表 2 微波功率源一览表
型号
虚阴极振荡器 强流相对论速调管 多波契科夫发生器
相对论返波管 相对论磁控管
回旋管 电子回旋脉塞 自由电子激光
SU PPER2R EL TRON 非相对论磁控管 常规速调管
频率 (波长)
5. 4 GHz 1. 3 GHz
战争中伊军使用了 GPS 对抗装备 ,使美军的许多
GPS 接收机是实现导航定位的用户端 ,用在
精确制导武器无功而返 ,布什总统还就此事向俄提 各类武器装备和设施上 ,对其进行有效干扰意义重
出了交涉 。但 GPS 的抗干扰技术也发展迅速 ,如 大 。由于卫星发射功率不可能很大 ,卫星距地球表
直接 P ( Y) 码捕获技术 、自适应调零天线技术 、GPS 面又远 ,L1 信号到达地 面的 最小 信号 电平 为 -
2. 1 HPM 武器技术简介
表 1 高功率微波武器功率密度与造成毁伤程度一览表
功率密度
造成毁伤情况
软
0. 01～1mW/ cm2
杀
3～13mW/ cm2
伤
0. 01～1W/ cm2
使工作在相应频段上雷达和通信系统受到干扰 ,不能正常工作 。 对人产生神经混乱 、行为失误 。
使通信 、雷达 、导航等系统微波电子设备失效或者烧毁 。
前苏联已研制出用于防空的陆基 H PM 武器 样机系统 ,并进行了外场实验 。该系统连续发射多 个脉冲 , 在 1km 范围作用于 目标 上的 功率 密度 400 W/ cm2 ,在 10km 的功率密度为 4W/ cm2 。目 前 ,俄罗斯正在对用高功率微波武器反弹道导弹和 卫星进行研究 ,同时开展陆基高功率微波武器反卫 星的实验 。
图 1 美军的车载非致命微波武器
美国非常重视微波武器的发展 。据报道 ,美 国海军在海湾战争中首次使用了实验性的 H PM 弹头 (非标准化武器) [3] ,由战斧巡航导弹携带微波 弹头来破坏和摧毁伊拉克的电子系统 (包括防空系
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统和控制指挥中心) ,在科索沃战争和伊拉克战争 中也都使用了这种电磁炸弹 。美国海军已研制出 舰载防空高功率微波武器样机 ,用于对付反舰导 弹 ;美国空军正在研制用于控制空间的高功率微波 武器系统 ,其攻击的主要目标可能是敌方的通信卫 星和电子侦察卫星 。2005 年左右 ,用于平台自卫 、 信息战 、空间控制的高功率微波武器系统将逐步完 成外场演示验证 ,并开始具备实战能力 。
高功率微波武器是以电磁能量来攻击目标的 。 微波波束可用特殊的高增益天线聚成方向性极强 、 能量极高的窄波束 ,在空中以光速沿直线传播 ,瞬 时到达 ,没有时间延迟[1] 。微波武器可在远距离上 对电子设备进行干扰 ,在近距离上杀伤有生力量 , 引爆各种弹药或直接摧毁目标 。根据照射到目标 上的功率密度 ,这种武器可对武器系统电子装备造 成软杀伤和硬杀伤 ,表 1 给出了功率密度与造成毁 伤的情况 :
一部 GPS 接收机前端的目的所可能需要的功率
为:
Pj
=
EI R P ·Gr A r 4πR2
(1)
其中 , E I R P 是干扰机等效全 向辐 射功 率 ; Gr 为
GPS 接收机天线在干扰源方向上的增益 (一般取
值 - 5dBic～ - 20dBic ,其中 - 15dBic 以下为机载
的情况) ; A r 为接收天线面积 ( m2 ) ,对于机载一般
几百μs μs 级 3μs
研制单位
俄罗斯 IYA F 美国 N RL
俄罗斯 ISA H 俄罗斯 ISA H 美国国际物理公司 俄罗斯 IPF 俄罗斯 IPF 美国 LL NL 美国 TITANSPECTRON 美国瓦里安联合公司 美国 SL AC
随着高功率微波武器技术难关的逐步被突破 , 各国的高功率微波武器技术得到了长足的发展 。 该领域的研究工作在国外正如火如荼地进行 。有 些国家已经完成了高功率微波武器理论论证和实 验论证 ,技术发达的国家已转入了外场实验或投入 使用 。
- 160dBW
- 155dBW
- 153dBW
L2
- 166dBW
- 166dBW
- 158dBW
- 158dBW
4 H PM 对 GPS 接收机的干扰功率 计算
对于一般的 C/ A 码 GPS 接收机 ,其要求最大 的输入不超过 15dBm ,否则 ,会使接收设备信号处 理系统饱和 ,不能分辨真假 ,不能提取有用信息 ;当 GPS 接收机的输入峰值功率达到 10W 时 ,限幅管 将被烧坏 ,并使输入电路永久性损坏 ,从而使接收 机瘫痪 。就 H PM 对电子系统的耦合而论 ,其耦合 途径主要有 :前门耦合 —H PM 通过系统天线接收 形成的耦合 ,以及后门耦合 —H PM 通过系统金属 壳体上的孔 、缝 、电缆接头等形成的耦合 。为了论
(4) 优化高功率微波武器的结构 ,改进对其的 分中无论那个部分出现故障 ,都无法进行导航定
控制 ;
位 。下面分别就 H PM 对抗这三部分的可行性进
(5) 提高高功率微波武器系统的生存能力 ,主 行分析 。
要是对付反辐射导弹的能力 。
GPS 卫星星座目前由 24 卫星组成 ,分布在 6
3 H PM 对抗 GPS 的可行性分析
3 收稿日期 :2008201215 2008. 3/ 全球定位系统
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2. 2 HPM 武器研究使用现状
GPS 的地面监控部分 ,目前由分布在全球的 5
现 ,主要的干扰方式有压制式干扰和欺骗式干扰 。 个地面站组成 ,主控站建在美国本土的空军基地
俄罗斯曾在巴黎航展上展出过一款烟盒大小的 里 ,其余在海洋中的岛屿上 ,有较多的保护措施 ,采
GPS 干扰机 ,其干扰范围可达到 200km 。伊拉克 用任何方式对其进行攻击都有一定困难 。
2 高功率微波武器技术
微波武器又称为射频武器 。它是利用超高频 微波发射机和高增益定向天线发射高强度的 、汇聚 的微波射束来干扰或摧毁武器装备 。关于高功率 的定义 ,国际电工委员会 ( IEC) 77 分会 ( SC77C) 将 入射电场超过 100V/ m 的环境称为高功率电磁环 境 ;而一般在表述高功率微波时 ,则是指微波源的 峰 值 功 率 在 100MW 以 上 , 工 作 频 率 为 1 ～ 300 GHz 的无线电波 。