红外成像制导技术

总第 期 《汤 年第 期 舰 船 电 子 工 程 腼血 妇峨 红外成像制导技术 王 敏 徐 锦 东北电子技术研究所 , 锦州 郭利松‘ 李江涛 , 徐世录 , 姗 辽宁对外经贸学院 大连 摘 要 介绍红外成像制导技术的发展历程以及装备的研制 、改进情况 , 指出在现代战争中发展红外成像制导技术的 优势和重要性 , 重点探讨几种红外成像导引头的技术性能及其特点 最后分析红外成像制导技术的未来发展趋势 。 关键词 红外成像 制导技术 中图分类号 叨 似 加的 俄罗 止 月 玩哪如 血堪 恤 砂 如旧 想 代 妈 伙而 面 ’ 公 加卿助 毛沈物阎。留 , , 田 及 毋 山 域抽 】 印 加七 双兄巴粥 记。详既以 助曰 侧心 加山川 扣 嚼 即 屺 记 讹 以对访 , 浅义石钊司 厂 祀 忱俪 渊 浏此 田诏 洋 浦越司 而心鸣 酗 记 溉 , 由义世四分 田己 公石 山 山川 田坦 翻 盯 份山 俪氏月 侧匆 , 加 盯 理绪 口吐川比 卯 己 省旨 「刁 第一代红外制导导弹 如美国的“ 响尾蛇 ” 一 少 、英国的“ 天空闪光 ”等 均采用非制冷的硫化 铅探测器 , 工作波段在 阿 , 作用距离近 , 在 一 高空对米格 一 一类 目标的作用距离一 般为 一 , 而且只能探测飞机的喷气发动机尾 喷管的红外辐射 。 第二代红外制导导弹 年 以后 扩大了全向攻击能力 , 可从 目标的前方或侧 向攻击目标 , 如美国的“ 响尾蛇 ” 卫城一 沙 , 法国“ 马 特拉 ” 等 , 该类导弹的红外制导系统普遍采用 制冷的锑化锢光敏元件 , 工作波段在 一 脚 , 其 探测的目标主要是发动机尾喷管排出的高温燃气 尾焰 。 第三代红外制导导弹采用红外焦平面阵列 探测器的成像制导 , 探测元件为锑镐汞 , 可探测 一 脚 的红外辐射 , 典型产品有美国的 ’‘小牛 ”空地导弹 , 一 ’‘海尔法 ”空地导 弹等 。 红外成像制导技术具有在各种复杂战术环 境下 自主搜索 、捕获 、识别和跟踪 目标的能力 。 红 外成像探测实现了对飞机的全向攻击 , 因为这时机 身蒙皮的气动加热辐射将成为不可忽视的辐射源 。 机身蒙皮的气动加热辐射的特点是辐射面积大 , 与 环境的辐射对比度较小 , 以点源热点制导为模式的 第一 、二代导弹对其几乎构不成任何威胁 , 但 目标 与背景间微小的温差或 自辐射率引起的热辐射分 布图像却很适合红外成像探测 。 本文就美国红外 成像制导技术作进一步的探讨和研究 。 红外成像制导 红外成像制导系统所要探测的 目标 飞机 、导 弹 、坦克 、车辆 , 其发射的热辐射效率大大高出天 空背景的热辐射效率 。 因此 , 红外成像制导系统可 以根据 目标和背景之间不同的热辐射效率 , 利用红 外探测器描绘出一幅如同电视图像一样清晰可见 收稿 日期 拓 年 月 日 , 修回 日期 《拓 年 月 日 王 敏等 红外成像制导技术 总第 期 的温差图像 , 从而实现对 目标的识别 、捕捉 、测定 、 跟踪 。 红外成像制导是通过红外导引头的摄像部件 摄取被分成有限象素的两维图像 , 经过数字转换为 数字图像 , 然后利用图形识别和图像处理技术进行 背景抑制 , 目标图像增强 、 目标提取和识别特征工 作 , 自动跟踪 目标 , 同时制导导弹攻击 目标 。 红外 成像制导的导引头能对 目标实现边搜索边跟踪 。 它的工作波段一般选择在中波 一 脚 和长波 脚 的红外波段上 。 红外成像制导的成像方式有 种 , 一种是光机 扫描成像 , 另一种是凝视成像 。 先进近程空空导弹 采用的是凝视成像 , 其导引头主要 由 部分组成 红外成像探测器和信号处理器 。 红外凝视成像探测器好像人的眼睛一样 , 由位 于前部的远焦系统将探测器视场内的全景聚焦到 一个焦平面阵列上 , 阵列上的每个探测元仅凝视景 物的一小部分 。 红外焦平面阵列是在一个面积很 小的微电子电路芯片上制造成千上万个微型红外 探测象元 。 焦平面阵列具有很高的灵敏度 , 可以探 测背景的温差为千分之几度的目标。 对来 自阵列 的热数据采用适当的方法进行数字处理 , 结果可以 得到目标信息和威胁程度的顺序排列 。 红外成像探测器采用一个凝视焦平面阵列 , 其 材料为蹄福汞 , 为两维阵列 元制导探 酗象元 。 这些探侧象元都集成在 , 块硅片上 , 硅片 的另一面是同等数量的红外电荷藕合器件 。 阵列的总瞬时娜侧属大 , 抓住 目标就不会再丢 失 另外 , 它采用电扫描法扫描场景 , 所以对于作大 机动飞行的 目标也能跟嫁 , 不存在跟踪角速度问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 从而提高了格斗性能 , 使导弹成为一种真正先 逃的格斗型导弹 。 因为操测器探测的是探测 目标 与背景的热对比而不是光强 , 所似灵敏度很高 , 探 测距离超过 。 还因为它还能探测 目标蒙皮的 热辐射 , 所以使导弹能全向对巨标实施攻击 。 特别 是成像制导显出的是 目标图像 , 因此可以有选择地 引导导弹去攻击 目标某一特定点 , 这种导引的精度 极高 。 因而 , 红外成像制导导弹完全可以直接命中 目标 。 红外成像导引头的第二个主要部件是信号处 理器 。 信号处理是指信号处理器对来自探测器阵 列的视频信号进行实时分析 一 、目标识别 、 目标跟踪 和制导 。 通常需要每秒钟处理数百万甚至数千万 的象元数据 。 因此 , 要求信号处理器具有信息存贮 容量大 , 计算速度高 , 误码率低等特点 , 还要求体积 小 、 重量轻 。 信号处理过程分为三个阶段 预处理 、 视频信号处理和 目标位置数据处理 。 预处理就是 把阵列传来的信号输人滤波器中 , 达到图像增强 、 背景抑制的 目的 。 视频信号处理就是提取 目标特 征和决策分类 。 最后一步就是确认出 目标并给出 控制指令 。 信号处理器是由高速集成电路和高速 微处理计算机组成的 。 武器装备 一 红外成像型制导 。 雷锡恩公司为 第二主承包商 , 年开始改进 卯 年 月开 始飞行试验 , 年 月投产 , 年进人美国 空军服役 , 年完成 两型改进 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 , 研制费 百万美元 , 采购费 住关 百 万美元 , 总计 百万美元 , 制造样弹 枚 , 年停产 , 批 生产总数 枚 , 月生产率 又 枚 , 单价 万 美元 。 其主要改进之处 , 是在 型基础上改装红 外成像导引头 , 其数字式定心跟踪器使导弹飞向目 标的中心 , 而不是飞向最大温差点 , 红外频段的选 择能透过战场上的烟雾 , 获得昼夜 、全天候作战能 力 同时 , 采用新的少烟固体火箭发动机 。 一 红外成像型制导。 年 月开 始改进 , 年投产 , 年进人美国海军服役 , 研制费和采购费纳人 可 型改进计划 , 两型总计 百万美元 , 批生产总数亦纳人 型改进计 划 , 两型总计 犯 枚 , 单价 万美元 。 其主 要改进之处 , 是在 型红外成像导引头的基础上 , 专为攻击舰艇 目标增加了图像调制处理能力 , 并采 用重量增大到 吨的爆破穿甲战斗部和可调延 时引信 。 圈 「 “幼畜 , 〔耽南幼 一肠空地导弹 一 砧 红外成像型制导 。 雷锡恩公司为 第二主承包商 , , 年进人美国空军服役 , 研制费 和采购费纳人 型改进计划 , 两型总计 百万美元 , 批生产总数亦纳人 一 型改进计划 , 两 巧 年第 期 舰 船 电 子 工 程 型总计 枚 , 单价 万美元 。 其主要改进 之处 , 是对 型红外成像导引头的软件进行修改 , 能攻击范围广泛的目标 , 通过选择 个特定的瞄准 点对大型 目标实施攻击 采用重量增大到 的 爆破穿甲战斗部和可调延时引信 , 对坦克和装甲目 标以及其他坚固目标实施攻击 。 此外 , 采取工程改 进措施进一步降低导弹生产成本 。 一 为 咫 红外成像或主动毫米波雷达 复合制导型 。 命名为“ 长角牛 ” 助 , 由休斯 导弹系统公司在 型基础上改进研制 , 以参与美国 空军旨在攻击地面关机雷达而提出的称之为“ 寂静 硬杀伤 ” 儿 , 项 目竟争 , 年开始在“ 眼睛蛇 ” 一 武装直升机上 试射 , 以该型导弹装备武装直升机的可行性进行验 证 , 计划在 “ 阿帕奇 ” 一 武装直升机 上装备 枚该型导弹 。 其主要改进之处 , 是在 红 外成像型基础上改装 中制导系统 , 构成 玲 红外成像复合制导型或者 玲 主动毫米波雷达复 合制导型导弹 , 并换装涡喷发动机 , 使射程达到 , 获得防区外发射 、昼夜 、全天候作战 、发射后 不管 、攻击固定 活动 目标 , 以及多目标攻击能力 。 在使用红外成像型 一 时 , 飞行 员操纵飞机使导引头瞄准目标区 , 在较远的距离上 发现并锁定目标 , 在座舱内的电视监视器上显示该 目标图像 , 使瞄准方框套住 目标 , 即可发射导弹 , 导 引头采用定心跟踪原理 , 控制导弹飞向目标为中心 的区域 , 而无需载机控制 , 导弹可改变航向 , 跟踪攻 击活动目标 , 必要时可连续发射攻击 目标 。 结构和性能特点 。 该弹采用正常式气动外形 布局 , 片后掠三角形弹翼位于弹体中 、后部 , 十字 形尾舵位于弹体尾部 , 舵面偏转角 土 , 圆柱形弹 体由 块 圆弧的弯板铆接而成 , 弹体内部采用 舱段式结构 , 分为前段 、中段和后段 个舱段 , 前舱 段装制导与控制电子设备 , 中舱段为弹体结构部 分 , 后舱段为飞行控制部分 。 各型号导弹的气动外形布局相同 , 使用同一种 弹体结构 、 自动驾驶仪和控制系统 , 各型号的区别 在于导引头 刀 型采用电视导引头 , 装在弹体的 前部 , 内有电视摄像机 含光学系统 、磁场偏转与聚 焦线圈 、光电摄象管 和电子系统 。 为保护光电器 件 , 在镜头和光电摄像机之间涂有保护层 , 在镜头 上方装有光敏元件 。 型采用半主动激光导引 头 , 型采用红外成像导引头 , 型采用主动 毫米波雷达导引头 。 动力装置均采用 台双推力固体燃料火箭发 动机 , 但型号不同 刀 型采用 的是 的 一 兀 一 两级推力固体火箭发动机 。 型采用 的是 一 两级推力少烟固体火箭发动机 , 其长为 , 直径 , 重 , 助推段 推力 科 , 巡航段 推力 , 型采用 一 两级推力无烟固体火箭发动机 , 其性能比 一 有所改进 。 该系列导弹采用两种战斗部 与引信 灯 型采用前端点火聚能装药喷流与 爆破型战斗部 , 总重 , 装药重 , 装触 发引信 。 型采用 钢制穿 甲爆破杀伤 战斗部 , 总重 , 装触发或延时引信 可装定 个延迟时间 ’。 发展现状 目前 , 日本利用先进红外成像技术 , 于 年 率先研制成功利用红外凝视成像制导的具有初步 智能化的便携式地空导弹 。 该弹采用双模成像寻 的装置 , 既可以采用红外成像制导 , 又可 以采用可 见光成像制导 , 导弹既能尾追攻击 , 又能迎头攻击 低热能 目标 , 大大提高了导弹的作战性能和抗干扰 能力 。 红外成像寻的制导与雷达和激光等制导方式 相比具有许多显著的优点 , 它能提供二维图像信 息 , 采用计算机图像信息处理实现制导智能化 , 具 有高灵敏度 、高空间分辨率 、大动态范围 , 尤其适合 鉴别多 目标 制导精度高 、抗干扰能力和全天候工 作能力强 , 打击距离远 、具有在复杂背景条件下捕 获 、识别 、锁定和跟踪 目标的 自动决策能力 发射后 不管 等 。 因此 , 在高技术兵器迅速发展的当今世 界 , 已成为世界各国重点研究和发展项 目之一 。 国 防工程通常为地面固定 目标 , 红外成像制导武器攻 击距离可以达到数十千米 , 命中精度可达 一 , 可以在防区外直接对 目标核心部位实施最有效的 攻击 。 英 、法 、 德联合研制的 “ 崔格特 ” 导 弹计划从 年起开始取代“ 米兰 ”导弹 。 远程“ 崔格特 ” 的 红外成像导引头使用 一 脚 的焦平面阵列器件 和微机控制 , 以实现发射后不管 。 该导弹既可车载 也可从直升机上发射 , 相应射程分别为 仪 和 刃 美国的“海尔法 ”空地反坦克导弹 , 激光半主动 制导 。 为了进一步提高性能 , 其改进型将采用焦平 面阵列的红外成像制导 。 “标枪 ”即先进的中程反坦克导弹系统 王 敏等 红外成像制导技术 总第 巧 期 一 为凝视型红外焦平面阵列成像制导 , 由德克 萨斯仪器公司与马丁 · 玛丽埃塔公司合作研制 , 具 有“发射后不管 ”能力 , 年开始装备美军 。 美国在红外制导技术领域一直处于世界领先 地位 , 早在 多年前 , 美率先研制成采用红外非成 像制导技术的空对空制导导弹并一直保持领先至 今 。 美国对红外成像制导技术的早期研究始于 年代 随着 元 酥记 探测器的研制成功 , 休 斯公司于 年生产出了第一枚红外成像制导导 弹 。 〔英国《防务系统 日刊 》 年 月 日报 道 法国武器装备总署已经批准 公司的捷 联式红外导引头模型 投人使用 。 武器装 备总署的 实验室已对该模型成功进行了测 试 , 标志着结束了与 在 年 月签订的 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 。 年 , 武器装备总署公布了一项建议征 求书 钾 , 征求一种低成本反舰红外成像导引 头 , 并要求于 年提交试验模型 。 公司 于 年 月提交了导引头模型 。 公司表 示 , 该导引头的批量生产成本将比其他导引头低 一 。 公司的导引头分公司是以其 收购的动力公司为基础建立起来的 。 后者最近在 发展 与声场 电磁 导 引头 领 域十分 活跃 。 生 产 刊 标志着 公司重新涉足红外成像导 引头市场 。 自从 世纪 卯 年代出现红外成像制导技术 后 , 导引头的成本占居了弹药整个成本相当大的一 部分 , 并且呈上升趋势 。 这是因为导引头的视场有 限 , 需要利用一种十分复杂的瞄准线方位与稳定系 统 。 在研制 项 目的过程中 , 公司采 用了一种创新性技术 , 即大型格式化红外探测器技 术 , 有助于简化导引头瞄准线系统 。 〔美国《航空周刊与航天技术 》 巧 年 月 日 刊报道 法国萨热姆国防安全公司是近精确 一 获兄 “ 先进空对面导弹 ”制导炸弹的 开发商 , 该公司定于今年向法国空军交付首批全速 生产型 凡铭 , 随后再向法海军交付 。 “ 阵风 ”战斗机将是第一种 载机 , 最终 “幻影 ’, 战斗机也将装备该武器 。 的大 部分研制工作都是在“ 幻影 ’, 上完成的 。 目前 的交付进度已延期约一年 , 延期是研制和综 合问题造成的 。 凡铭 在 “ 阵风 ” 的综合工作要在 年底才能完成 。 法国军方 目前共订购了 以 ,枚 , 萨热姆 董事长兼 耐认为会有后续订货 。 这 仪 〕 枚炸弹将分两种型号 , 第一种为 巧 制导型 , 第二种为带捷联红外成像传感器的 州 制导 型 。 对 的改进 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 已在制订之中 , 最新的方案是 引入数据链 但第一种大的改进却可能是引人激光 制导 。 目前的 要求具有攻击不到 距离 的目标的能力 。 萨热姆公司还在与法国武器采办 局 商谈开发直升机机载型 , 重点在反 舰上 。 萨热姆公司己经在为 寻找出口订户 , 第 一个 目标是摩洛哥 。 该公司已与印度方面商谈了 多年有关 在 印度 的苏 一 战斗 机 上 综 合 为巧 。 发展趋势 红外成像制导技术的发展趋势 一是复合制 导 二是智能化 。 复合制导 。 复合制导是指导弹在飞行弹道的 同一制导段或不同制导段 如中段或末段 采用两 种以上制导方式 如自主制导 、遥控和寻的制导 进 行制导的技术 。 随着光 、 电干扰技术 、隐身技术的 迅速发展 , 未来战场环境将变得十分恶劣 , 单一频 段或模式的制导武器将难于适应未来战争的需求 , 因而 , 红外成像复合制导已成为制导导弹 、炸弹 、炮 弹发展的重要方向 。 红外成像复合制导可以充分发挥各制导体制 的自身优势 , 互相弥补各 自的不足 , 极大地提高作 战效能和生存能力 。 美国研制的战斧 一 型巡航导弹已投人使用 。 该型导弹装备有全球定位系统接收机和前视红外 传感器 , 目标景象存储在导弹存储器中 。 它不仅可 用来对地攻击 , 还能进行反舰作战 。 战斧 一 型多用途导弹采用 玲广惯导加红外 成像寻的加超视距 目标修正制导方式 , 使命中精度 和突防能力有很大提高 。 同时 , 还采用了雷达吸波 材料 , 以及减少导弹电磁 、红外特性的隐身技术 , 航 程也将增大到 以 上 。 其战斗部 可携带 吨 的高能炸药 , 也可投放 复合效应子弹 药 , 因此具有打击地面点状和面状 目标的能力 , 具 有较高的穿甲 、破片杀伤和燃烧破坏作用 。 智能化 。 智能化复合制导的核心是智能化的 信息处理技术 , 它在很大程度上依赖于软件和信息 处理方法 。 这就要求信息融合技术在现有 的硬件 和传感器水平上 , 寻求新的特征层融合算法 、决策 层算法和传感器 自动复合策略 , 从 下转第 页 付天晖等 特低频对潜通信系统研究 总第 期 对潜通信方式组织战斗力的同时 , 应该积极发展新 的对潜通信方式来提高潜艇的作战能力 , 其中特低 频通信便是一种很好的对潜通信手段 。 特低频信 号对海水几乎不受约束的穿透性使它可 以直接向 深潜的潜艇传递信号 , 这使得特低频通信的潜在效 用非常大 。 有理由相信在几年之后 , 特低频通信会 被广泛地应用到对潜通信中 。 参 考 文 献 众 介甲战 叨 而加记 加吐 , 肛四切心。面 , 浏州 伽劝 山云 , , 飞卜 。画日笼叮犯 山哑 〔〕肖景明 , 王元坤 电波传播工程计算〔 西安 西 安电子科技大学出版社 , 〔〕樊昌信 , 詹道庸 通信原理 〔 〕北京 国防工业出 版社 , 望 【 」王元帅 电波传播概论 〔 北京 国防工业出版 社 , 【 柳超 , 梁高权 用气一水一土 层模型分析海水中 水平电偶极子源的电磁场分布 「 〕北京 热带海洋出版 社 , 幻 【 张棕橙 通信系统原理〔 〕北京 北京邮电学院无 线电技术教研室 , 【 〕 沃特 甚低频无线电工程【 〕北京 国防工 业出版社 , 卯 上接第 页 理论上形成一套复合寻的制导信息融合方法 。 如 何将神经网络人工智能 、小波变换等各种信息处理 方法引人智能寻的制导信息融合技术中正在引起 人们的高度重视 。 例如 , 美为导弹安装侦察设备 , 可具备无人机 功能 。 据俄罗斯 网站 年 月 日报 道 , 美国洛 · 马公司 日前进行了新型侦察设备的试 验 , 这种设备将被安装在战术导弹上 。 一旦为巡航攻击导弹 滋 安装这种侦察设 备 , 该型导弹事实上就变成了一架全效的无人飞行 器 , 并将具有无可争议的特性 , 这种侦察导弹可以 安装在导弹发射架作战系统内 , 因此不需要专门的 发射装置 。 结束语 随着红外探测技术 , 红外制导技术和军用计算 机技术的飞速发展 , 各种新型红外制导导弹将采用 更先进的末制导技术 , 如红外双色制导 , 红外成像 制导 , 多模复合制导等 , 使红外导弹更加智能化并 且具有全方位的攻击能力 , 在未来现代化战争或局 部战争中 , 红外成像制导技术就显得越来越重要 了 。 参 考 文 献 图 洛 ·马公司非瞄准线发射系统 阅刀 一 巡航导弹“人 发射装里载车和控制系统 报道指出 , 这种新型侦察设备可以安装在洛 · 马公司 目前正在研制的巡航攻击导弹 上 。 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 用于巡飞 、定位 、识别和摧毁多种高价值 移动目标 。 作为陆军 “ 未来作战系统 ”的一部分 , 盛 及其激光雷达探测器已经成功地在“ 网火 ”和 “低成本自主攻击系统 ”项 目中进行了演示 , 能够在 目前以及未来的军队中实现互操作 。 弹药长 , , 重 吨 , 能够巡飞 汕 , 射程为 。 人 采用双向数据链路 , 可 以在飞行中下传 目标 图像并重新定位 目标 。 〔〕刘代军 , 崔颇等 中远程空空导弹复合制导体制综 述【 航空兵器 , 熨巡〕 〔幻徐锦 美国双模 多模复合制导技术〔 电光系统 , 以万 , 一 【 〕谭显裕 巧 的发展及 只犷州 组合制导系统〔 航天电子对抗侧刃 一 「」美国空军再度大量定购 “ 小牛 ”空地导弹〔创军 无 搜狐军事 它 , 以拜 , , 【 刘桐林 世界导弹精粹【 北京 军事科学出版 社 , 侧刃 , 【 范金荣 世纪前 年精确制导技术发展预侧 【 现代防御技术 , 刀 , 一 「 美为导弹安装侦察设备 , 可具备无人机功能【 〕中国新闻网 卜 耐 印 以 , ,