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红外成像制导可有效提升超音速武器突防和末端精确打击能力

发布时间:2021-04-01  来源:立鼎产业研究网  点击量: 2565 

末制导精度是确保作战效果的决定性因素之一。(高)超音速导弹实现突防后,还需进一步准确打击并毁伤既定目标才能将战果落地。而要实现精确打击,其关键在于末制导系统。以反舰导弹为例,根据末制导方式在抗干扰能力和电子对抗能力的不同可分为四代。

反舰导弹末制导方式发展历史


资料来源:CNKI

末制导方式发展至今主要包括两大主流类别:主动雷达制导和红外成像制导。

1、主动雷达末制导泛用性强,但存在精度有限、隐蔽性和抗干扰能力弱的缺点。主动雷达制导是指导引头自己发射雷达波,通过反射再接受自己的雷达波。主动雷达导引头接收的雷达波由自身决定,因此人们可以不断提高雷达波的频率提高其探测精度。雷达波频率越高,其定向能力越强,但雨雾下衰减也会更明显(毫米波雷达)。但由于发射机输出功率的限制,截获距离较近,同时当发射机开机后,对方的导弹告警装置即可侦察到导弹攻击而采取行动,易于暴露。因此主动雷达虽然凭借全天候、探测距离远的优势得到广泛应用,但其精度低、隐蔽性差、抗干扰能力弱的缺点,无法很好的满足现代超音速武器强突防、关键目标打击的任务需求。

2、红外末制导精度高、隐蔽性强,非常契合超音速武器的强突防作战需求,在现代武器中的应用渗透率有望快速提升。红外成像制导是指利用红外成像导引头接收目标场景的红外辐射,形成目标场景的二维温度分布图像,并利用目标和背景红外辐射特性的差异,识别、捕获、跟踪目标,将指导武器导向目标的技术,属于被动制导。红外成像制导武器具有测角精度高、抗电子干扰能力强、自动目标识别能力强等优势。采用这种末制导方式的导弹可对敌进行隐蔽攻击,有利于导弹的突防,因此与当下(高)超音速武器发展趋势非常契合。但红外成像制导同样存在作用距离较短的缺陷,因此可采用红外和雷达复合的末制导方式,在中制导终点存在较大误差的情况下先启用雷达制导进行远距离大范围搜索,在近距离时改用红外制导实现精确打击。

红外成像制导工作原理


资料来源:CNKI

当前全球主要军事大国已普遍采用第四代红外制导技术:红外探测器采用制冷碲镉汞,调制方式由传统的点源(目标像近似为点,敏感能量和面积大小)升级为成像(目标像为面图像,敏感能量分布和形状),在目标识别能力和抗干扰能力上有了明显增强,能够实现全向攻击和“发射后不管”。发达国家已将早期点源红外制导武器淘汰,现役的基本上都采用红外成像导引头。红外成像导引头又分为两类:

1、第一类成像导引头所用探测器为扫描体制,一般为多元线列或小面阵的光机扫描结构,具有探测器面积小、成本低的优势,但成像周期受限于扫描速度和成像质量,对于目标辐射能量的利用率较低(温度分辨率在0.05~0.3℃)。代表型号为美国的AGM-65D空地导弹、斯拉姆、AAVS-M 中程反坦克导弹、挪威的MK2 系列反舰导弹等。

2、第二类成像导引头所用探测器为凝视体制,取消了扫描机构,探测单元与目标单元一一对应,具有灵敏度高(温度分辨率在0.01~0.02℃)和响应速度快的优点。代表型号为美国的AIM-9X 空空导弹、AAWS-M 中程反坦克导弹、EKV 导弹防御系统、德法英联合研制的Trigat 远程反坦克导弹等。

红外导引头原理及组成结构


资料来源:CNKI

红外导引头主要由光学系统、调制器、探测器及信息处理机构成。成像导引头对探测器的要求是,希望能在尽可能远的距离上捕获到拟攻击的目标,因为探测距离远,有利于提高制导精度。信息处理机(后续电路)的任务是如何基于探测器获取的图像序列,将拟攻击的目标从碎片、诱饵等假目标中正确地识别出来,然后对其实施精确跟踪,给出目标的角速度信息,据此形成所需要的制导指令,使导弹朝着目标的方向飞行,直至命中目标。

高速状态下的稳定清晰成像是红外制导系统的核心难点之一,需引入更先进的光机组件。高超声速武器作为一种快速高精度打击武器,其高速、高温、高动态等工作环境,显著提高了精确制导难度,清晰稳定成像成为技术难点:

1、当导弹速度提高到一定值时,传统的红外成像制导系统无法获取可用于识别与跟踪要求的高质量光学图像,扫描体制的红外成像导引头采用像方扫描成像制导技术,可解决小空间、大搜索范围的成像制导难题,保障武器装备的命中精度。

2、在高速动态下的红外成像制导中,导弹会面临严重的高温、强振动环境和气动光学效应等一系列难题,导致红外制导图像模糊、红外成像探测能力与探测精度的下降,传统红外成像制导系统无法获取可用于识别与跟踪要求的高质量光学图像。捷联减振优化、积分时间自适应调整等方法,可一定程度上解决成像模糊问题。

3、要实现飞行速度的进一步提升,红外末制导还会受到红外窗口形状、位置和尺寸的限制,采用瞳-窗耦合设计和窗口热分布动态补偿,可解决高速末制导小尺寸红外窗口大视场、大口径成像难题。

 


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