红外复合制导技术的现状与发展

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 控制与制导 本文 2006202220收到 , 李江涛、徐世录分别系东北电子技术研究所高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师、工程师 , 徐锦系辽宁对外经贸学院本科 生 红外复合制导技术的 现状与发展 李江涛　　徐　锦　　徐世录 　　摘 　要 　介绍了美国红外复合 制导技术的发展历程以及装备的研 制、改进情况 , 指出了在现代战争中 发展红外复合制导技术的优势和重要 性 , 重点探讨了几种红外复合导引头 的技术性能及其特点 , 最后分析了红 外复合制导技术的未来发展趋势。 　　关键词 　红外复合 　　制导技 术 　　红外 　　微波 　　毫米波 　　 GPS 引 言 从红外制导导弹的发展来 看 , 20世纪 50年代开始研制的 第一代红外制导导弹 (如美国的 响尾蛇 A IM 29B、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 1. 3μm , 作用 距离近 , 在 10km～15km高空对 米格 229一类目标的作用距离一 般为 7km～8km, 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 (1967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 A IM 2 9L, 法国马特拉 R550等 , 该类 导弹的红外制导系统普遍采用制 冷的锑化铟光敏元件 , 工作波段 在 3μm～5μm, 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 , 探测元件为锑镉汞 , 可探 测 8μm～14μm的红外辐射 , 典 型产品有美国的 AGM 265D幼畜 空地导弹、AGM 2114A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 , 代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了当代红外制导技术的 发展趋势。红外成像探测真正实 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。 随着光电干扰技术、隐身技 术和反辐射导弹技术的发展 , 现 代战争的作战环境异常复杂 , 单 一模式的制导武器已经很难完成 攻击使命。提高精确制导武器的 命中概率的重要途径 , 是发展双 模 /多模复合寻的制导技术。任 何一种寻的模式都有其缺陷和使 用局限性 , 如果把两种或多种模 式的寻的导引头复合起来 , 就可 以实现性能互补 , 发挥寻的系统 的综合优势 , 使精确制导武器的 制导系统适应战场环境和目标特 性的不断变化 , 提高精确制导武 器的突防能力和对目标的捕获、 跟踪和识别能力。本文就美国红 外复合制导技术作进一步的探讨 ·74·飞航导弹 　2006年第 7期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 和研究。 1　红外复合制导 [ 1 ] 红外复合制导技术主要包 括 : 红外 /紫外、微波 /红外、毫 米波 /红外、 INS + GPS/红外等复 合制导技术。 1. 1　红外 /紫外 目前红外 /紫外双色导引头 大都采用共口径玫瑰线扫描准成 像技术。玫瑰线扫描图形实际上 是两个不同转速且方向相反的扫 描圆迹的叠加。红外和紫外两种 探测器用夹层叠置方式粘合在一 起 , 获得的信号分别送到各自对 应的微处理机 , 经过信号处理后 可分析判别真假目标。红外双色 导引头采用红外双色探测器 , 经 过 30多年的发展 , 已由早期的 PbSe材料的双元双色非成像探 测器发展到采用先进焦平面阵列 结构的双 /多色探测器 , 性能更 加先进。 1. 2　微波 /红外 微波 /红外双模导引头有主 动 (半主动 )雷达 /红外和被动雷 达 /红外两种。主动雷达 /红外双 模制导由一个主动微波雷达和一 个红外成像传感器加装 GPS接 收机组成 , 特点是尺寸与质量比 较大 , 典型型号有美国的 AGM 2 84E导弹。被动雷达 /红外多模 导引头可用于舰空、面空和空地 导弹 , 应用比较广泛。其微波导 引头采用微波相位干涉仪 , 与红 外导引头按共口径方式 , 探测目 标的雷达辐射和红外热辐射、测 量目标速率以及截获与跟踪目 标。一般微波被动雷达用于中段 制导 , 红外导引头用于末段精确 制导 , 也可全程由微波被动雷达 制导或全程由红外制导。 红外导引头的制导精度很 高 , 但作用距离小 , 而雷达导引 头正好相反 , 可以采用双模复合 寻的制导方式综合两者优点 , 达 到距离远、精度高的目的。该复 合导引头参与复合的雷达是相位 干涉仪 , 它特别适于微波 /红外 被动寻的制导的双模复合导引 头 , 它的突出优点是不占用导引 头的中心部位 , 能腾出在一般常 见的主动或半主动式雷达导引头 中安装雷达天线的中心部位空 间 , 以便安装必须占用导引头中 心部位的红外光学制导系统。 相位干涉仪的两根介质杆天 线固接在导弹头部的两侧 , 并对 称配置 , 伸出在导弹头部的前 方。红外导引头的探测光学系统 安置在导弹头部的中央。雷达导 引头解决导弹的制导距离 , 红外 导引头解决导弹的制导精度 , 二 者结合 , 优势互补 , 就构成了高 性能的精确制导系统。该制导系 统的工作过程为 : 当反舰导弹或 飞机装有主动寻的雷达或机载雷 达 , 它们的微波辐射信号被侦察 接收机发现后 , 粗略测定来袭目 标的方位和辐射源的频段 , 通过 作战指挥中心把装有雷达 /红外 双模复合导引头的导弹发射架大 致对准目标方向。待复合导引头 发出尖叫声信号 , 说明导弹已截 获目标 , 发射导弹。 待弹速达到能控水平时 , 雷 达导引头输出与目标视线角速度 成正比例的制导信号给自动驾驶 仪 , 操纵导弹按比例导航弹道接 近目标。雷达导引头采用单通道 被动相位干涉仪 , 导弹旋转能消 除相位干涉仪测角模糊问题。不 模糊的目标视线角位置信号输给 红外导引头 , 作为红外导引头自 由陀螺进动信号 , 即随动红外导 引头 , 使它的光学瞄准轴对准目 标。随着距离的不断接近 , 目标 自身的红外能量被红外导引头截 获 , 当其信杂比达到某阈值时 , 双模逻辑转换电路自动转为红外 跟踪目标状态 , 并切断雷达导引 头给出的角度随动信号 , 给出自 动驾驶仪红外制导指令 , 导弹工 作在红外制导状态。 1. 3　毫米波 /红外 毫米波雷达 /红外双模导引 头的集能器在结构上可采用分离 的分口径结构或一体化的共口径 结构。分口径结构将毫米波天线 与红外光学系统分别配置 , 把两 个传感器的视场分开 , 但瞄准线 保持平行。跟微波雷达 /红外双 模导引头一样 , 这种结构的导引 头存在着两个传感器配置与安装 结构问题以及目标探测的基准校 正问题。毫米波和红外导引头各 需各自的扫描结构和稳定结构 , 其结构的体积尺寸比较大 , 只能 适用于弹径较大的导弹。 共口径结构是将毫米波天线 和红外光学系统设计成共口径的 统一复合体。用它来发射毫米波 能量同时接受红外和毫米波能 量 , 再将它们分开 , 输给红外探 测器和毫米波接收机。这种结构 中光轴与电轴重合 , 两个传感器 系统测量坐标一致 , 避免了基准 校准误差 , 提高了跟踪精度。采 用共口径结构的导引头体积小 , 质量轻 , 是未来精确制导武器复 合寻的制导技术的重要发展方 向。 该制导模式的武器典型型号 ·84· 飞航导弹 　2006年第 7期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1　波音公司的联合直接攻击弹药 图 2　美国毒刺导弹 是美国的 SADARM 遥感反装甲 灵巧弹药等。 1. 4　 INS/GPS +红外 [ 2 ] 采用 INS/GPS为中制导 , 红 外 /激光为末制导的复合先进技 术 , 可使精确制导武器命中率达 到 90%以上 , 而且还提高了弹药 的全天候作战能力 , 同时大大降 低了成本。由于加装 GPS技术简 单 , 可将普通弹药改造成精确制 导弹药 , 该技术已成为美国目前 优先发展的项目。典型型号有美 国 的 联 合 直 接 攻 击 弹 药 (JDAM )、联合空面防区外导弹 (JASSM )等。 2　武器装备 [ 3 ] [ 4 ] 目前 , 国外现有的红外复合 制导武器装备主要有 : 地 (面 )空 导弹、空地导弹、舰空导弹、末 制导反装甲灵巧弹药、巡航导 弹、联合防区外导弹 ; 2. 1　地 (面 )空导弹 毒刺 ( Stinger Post)导弹采用 红外 /紫外双色制导。毒刺是在 红眼睛导弹基础上发展起来的一 种单兵肩射近程防空武器系统。 该系统于 1972年 7月开始研制 , 1981年 2月进入部队服役。 与红眼睛相比 , 毒刺导弹改 进了制导系统、发射系统和发动 机 , 增加了敌我识别器 , 从而大 大提高了作战性能和作战半径。 毒刺导弹分为基本型和改进 型 , 基本型采用全向红外导引 头 , 工 作 波 长 为 4. 1μm ～ 4. 4μm。这种导引头具有较高的 灵敏度 , 能感受到金属表面的红 外辐射信号 , 因此 , 它不但能跟 踪飞机排出的热气流 , 尾追敌 机 , 也能根据飞机表面辐射的红 外信号 , 对敌机进行迎头攻击。 为了改进基本型毒刺导弹的 抗干扰能力 , 1977年开始为其研 制“被动光学导引头 ”。改进型导 弹于 1987年开始服役 , 它的新 型导引头工作在红外 /紫外两个 波段 , 并采用了星形图像扫描技 术 , 从而使其对目标的探测范围 大大扩展 , 抗干扰能力大大提 高。 毒刺导弹的弹径与红眼睛一 样 , 为 70mm, 弹长增至 1. 52m , 质量增至 10. 13kg。其最大作战 半径提高到 5. 6km, 最大作战高 度提高到 4. 8km。 具有全向攻击能力 , 且抗红 外干扰能力强的毒刺导弹被大量 出口到第三世界国家。随着国际 形势的变化 , 不少毒刺导弹流落 到民间。 由于这种导弹非常先进 , 对 军用飞机和民用飞机的威胁很 大 , 一旦这种导弹落在恐怖分子 手里 , 后患无穷。因此 , 美国人 又不得不出高价去收购散失在各 地的毒刺。 毒刺的性能好、质量轻 , 可 赋予其多种用途 , 美国人已将这 种导弹挂载在直升机和轻型飞机 上 , 以提高它们的空对空自卫能 力和空对地攻击能力。 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 B lock 4面空导弹 , 采 用半主动微波 /红外制导 , 休斯 公司制造 , 现已装备部队。 美国《航空周刊与航天技 术 》2006201209 刊报道 , 法国机 械电器通用公司是模拟化空地武 器 (AASM )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 AASM , 随后再向法海军 交付。 阵风战斗机将是第一种 AASM载机 , 最终幻影 2000 战 斗机也将装备该武器。AASM的 大部分研制工作都是在幻影 2000上完成的。目前 AASM 的 交付进度已延期约一年 ,延期是 ·94·飞航导弹 　2006年第 7期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 3　AGM 2158A联合空面防区外导弹 (JASSM )飞行研制和综合问题造成的。AASM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3 000枚 AASM , 董事长兼 CEOPaccard认为会有后续订货。这3 000枚弹药将分两种型号 , 第一种为 INS/GPS制导型 , 第二种为带捷联红外成像传感器的 INS 制导型。对 AASM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 能是引入激光制导。目前的 AASM要求具有攻击不到 3km距 离的目标的能力。法国机械电器 通用公司还在与法国武器装备局 (DGA )商谈开发直升机机载型 AASM , 重点在反舰上。 法国机械电器通用公司已经 在为 AASM寻找出口订户 , 印度 已购买了 AASM , 用于装备苏 2 30MKI战斗机。 2. 2　空地导弹 AGM 284H是增强响应型对 陆攻击导弹 ( SLAM 2ER ) , 它以 70%功率巡航 , 防区外距离增至 280 km, 可以选择更多的目标进 行攻击 , 战斗部威力大一倍。主 要变化是采用二维翼 , 控制翼也 加大了 , 因而射程提高一倍多。 该导弹还采用 277kg WDU240 /B 钛壳侵彻弹头和 PBXC2129 炸 药、FMU2155 /B引信 , 以提高杀 伤力 ; 采用红外导引头和新的 INS/GPS复合制导装置 (含 5个 GPS通道 )和一个原来为三军防 区外攻击导弹 ( TSSAM )发展的 数据链 , 它能够提供高质量的视 频和抗干扰能力。由于采用自适 应地形跟随 (ATF)装置 , 它可以 替代原来的雷达高度表 , 与数字 地形高程数据 (DTED )、GPS接 收机相结合 , 产生必要的下降或 上升指令 , 能够秘密进入目标 区。以激光环陀螺为基础的自适 应地形跟随装置根据导弹的当时 位置前 11km的数字地形高程数 据 ( DTED ) , 提供 0. 46km × 0. 46km地区的最高海拔 , 同时结 合一个气动探头提供当地气压 , 计算高度数据。飞机上的瞄准点 选择器可以在接近目标 1. 6km 的距离上 , 使用选择器 8 ～10 次。使用自动任务规划舱可以将 发射准备时间由 5. 8h 减为 15m in～30m in。然后将数据送给 F /A218座舱。2007年将把它的 电子装置和战斗部用到快鹰导弹 上 , 但是由于快鹰生产推迟 , 美 海军还设想发展新型斯拉姆 ( SLAM )。 AGM 284E 斯拉姆导弹 , 采 用主动微波 /红外成像 + GPS制 导 , 道格拉斯公司制造 , 1990年 装备部队。 哈姆改进型 B lock4 /3B空地 导弹 , 采用被动微波 /红外制导 , TI公司 (美 )和 BGT公司 (德 )联 合制造 , 现已小批量生产。 2. 3　舰空导弹 R IM 2116A拉姆近程舰空导 弹 , 采用被动微波 /红外制导 , 通用动力公司制造 , 20世纪 90 年代年装备部队。 斯拉姆舰空导弹 , 采用微 波 /红外制导 , 福特宇航公司制 造 , 1989年装舰。 2. 4　末制导反装甲弹药 SADARM 末制导反装甲灵 巧弹药 , 采用毫米波 ( 35GHz) / 红外制导 , 杭尼韦尔公司制造。 BAT智能反装甲子弹药采 用双色红外 +声响双模式制导 , 斯普尔、格鲁门等公司制造。 2. 5　巡航导弹 战斧 B lock 4巡航导弹 , 采 用红外成像 /GPS + INS, 休斯公 司制造 , 21世纪初装备部队。 2. 6　联合防区外导弹 联合防区外武器 ( JSOW 2 C) , 采用红外成像 /GPS + INS (惯导 ) , 得克萨斯州仪器仪表公 司制造 , 1998年生产。 另外 , 联合空面防区外导弹 是一种自主的防区外导弹 , 用于 对付价值大的固定或位置可以移 动的目标 , 该导弹使用双色红外 导引头进行末制导 , 采用全球定 位系统和惯性导航系统进行中制 导。由空 J402涡喷发动机推进 , 可张开翼。该导弹利用计算机修 正 E28联合星和长曲棍球卫星的 合成孔径雷达图像 , 提供合成的 ·05· 飞航导弹 　2006年第 7期 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 低空图像和进行自动目标识别 ; 任务规划所需时间减少到不足 1h, 而战斧导弹任务规划时间为 6h。撞击目标前的最后 20 s能够 将图像传输回来 , 进行战损评 估。 3　发展趋势 [ 5 ] 红外复合制导技术的发展趋 势 : 一是继续研制新的复合制导方 式 ;二是重点研制成像制导技术 ; 三是研制智能化复合制导技术。 3. 1　复合制导 随着高新技术领域的拓展和 进步 , 新的制导技术将不断涌 现 , 发达国家已经开始光学制导 技术新频段 ———红外多光谱、超 长波红外、亚毫米波等方面研究 并取得一定进展。这些技术将在 红外复合制导技术中得到新的突 破和应用。 3. 2　成像制导 成像制导技术可以直接获取 目标外形或基本结构等丰富的目 标信息 , 能抑制背景干扰、可靠 识别目标 , 并在不断接近目标过 程中区分目标要害部位 , 具有较 高的分辨率。其中红外成像 , 尤 其是凝视红外焦平面阵列技术是 成像制导技术的发展重点和方 向。凝视红外成像制导技术采用 了大规模探测单元和凝视工作方 式 , 连续累积目标辐射能量 , 具 有高分辨率、高灵敏度、高信息 更新率的优点 , 适用于对高速机 动小目标、复杂地物背景中的运 动目标或隐蔽目标的成像 , 而且 能推动精确制导武器向小型化方 向发展。 3. 3　智能化制导 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 方法引入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 lenta网站 2005年 11月 18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。 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 研制的巡逻攻击导弹上。巡逻攻 击导弹设计用于巡航、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 , 巡逻攻击导弹及其激光雷达 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验 证 , 能够在目前以及未来的军队 中实现互操作。巡逻攻击导弹弹 长 1. 57m, 质量 53. 1kg, 能够巡 航飞行 30m in, 射程为 70km。巡 逻攻击导弹采用双向数据链路 , 可以在飞行中下传目标图像并重 新定位目标。 一旦为巡逻攻击导弹安装这 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 , 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。 参考文献 [ 1 ]　徐锦. 美国双模 /多模复合制导 技术. 电光系统 , 2005 ( 4 ) : 14 ～16 [ 2 ]　何国俊. 双模复合制导导弹系 统. 现代防御 , 2004 ( 4 ) : 43～ 47 [ 3 ]　谭显裕. GPS的发展及 GPS/ INS 组合制导系统. 航天电子对抗 , 2003 (5) : 6～9 [ 4 ] 　刘桐林. 世界导弹精粹. 北京 : 军事科学出版社 , 1999年 11月 [ 5 ]　范金荣. 21世纪前 20年精确制 导技术发展预测. 现代防御技 术. 2003, 31 (1) : 30～34 ·15·飞航导弹 　2006年第 7期