迈向新世纪的智能化红外成像寻的制导技术

〈综述与评论〉

迈向新世纪的智能化红外成像寻的制导技术Ξ

刘永昌,吴　鹏,张　黎

(陕西青华机电研究所,陕西长安710111)

摘要:　概述了20世纪红外成像寻的制导技术的发展状况,分析了未来高技术战争对精确制导武器的发展要求和智能化红外成像寻的制导的关键技术,展望了21世纪红外成像寻的制导技术的发展趋势,并对红外成像寻的制导当前的发展提出了看法。

关键词:　红外成像寻的制导;　智能探测;　智能信息处理;　智能控制

中图分类号:TJ765.3+36 文献标识码:A 文章编号:100128891(2002)022*******

1　前言

红外寻的制导是当代红外技术的重要军事领域。伴随着红外探测器技术的发展,特别是红外焦平面探测器的工程应用和计算机信息处理以及超大规模集成电路的飞速发展,已使红外寻的制导技术由点源发展到成像寻的制导。在20世纪八九十年代得到迅速发展,目前红外成像寻的制导已广泛应用于精确制导武器系统。

红外成像寻的制导与其它光电制导技术相比具有显著的优点,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,尤其适合探测较弱的目标信号和鉴别多目标的需要;制导精度高、抗干扰能力强、作用距离大、全天候工作能力强;尤其是红外焦平面(FPA)探测器的迅速发展,以及与模式识别技术相结合,形成自主式的智能导引系统,更具有强大的抗红外干扰能力、自动捕获目标能力和复杂情况下自动决策能力。因此,在高技术兵器迅速发展的当今世界,已成为世界各国军事应用中重要研究和发展的精确制导项目之一。尤其是1991年初的海湾战争,它是一场高技术对抗的导弹攻防战,红外成像寻的制导武器在这场战争中所显示的威力令世人瞩目。这场高技术战争带给人们的深刻启示,包括美国在内的各国军方深深感到配有红外热成像系统兵器的严重威胁。因此,再一次唤醒了世界各国对发展和装备智能化精确制导武器的重视,其研究、发展和应用的竞争更加激烈。

为了适应未来高技术条件下复杂的战场环境,精确制导武器必将向着高度精确化、自动化和智能化方向发展。

2　20世纪红外成像寻的制导技术发展回顾

2.1　第一代红外成像寻的制导

第一代红外成像寻的制导的主要标志是用光机扫描方法实时获取目标图像,它经历了从亚成像到成像的发展阶段。

采用双色(红外/紫外或双色红外)多瓣玫瑰线(或往复式螺线)图形扫描的亚成像制导体制,实际上是一种从点源探测到成像制导过渡的体制。它通常在对目标进行搜索的阶段采用玟瑰线或螺线扫描的点探测,而在对选定的目标进行跟踪的阶段,则依据不同的视场对同一目标所探测到的信息进行亚成像的处理,从而实现对命中点的选择。典型的型号产品如美国的“尾刺”(Stinger Post And Stinger RMP)改进型、前苏联的“SAM213”、和法国的“西北风”改进型等。

美国光机扫描红外成像制导马伐瑞克导弹是第一代红外成像寻的制导的典型代表。它的研制起始于20世纪70年代中期,采用4×4光导HgCd Te小面阵列红外探测器加旋转光机扫描机构,是当代已经装备部队使用的红外成像导引头系统。休斯公司研制的“马伐瑞克”(Maverick)A GM265D空地反坦克导弹、A GM265F反舰导弹就是典型代表,它已于1983年开始成批生产并装备部队。据报道在1991年的海湾战争当中,红外成像制导武器大显身手,平均每天发射

1

第24卷　第2期2002年月3月

红外技术

Infrared Technology

Vol.24　No.2

March2002

Ξ收稿日期:2001201224

100多枚“马伐瑞克”导弹,其中大部分为红外成像制导型,命中概率达80%以上,用于攻击坦克、装甲车、炮兵阵地、桥梁和掩体,取得了良好的效果。可以说,在海湾战争中,红外成像制导导弹比较充分地显示了它的威力和有效性。

采用多元线阵列探测器大都已做成组件,扫描方式由串扫并扫发展到串并扫。采用的探测器件有60元、120元、180元光伏HgCd Te器件,具有高性能,其温度分辨率达到0.1～0.5K空间分辨率达到0.2～1 mrad典型的产品型号还有美国的近程“空2空”导弹ASRAAM、中程反坦克导弹AAVS2M、挪威“企鹅”(Pcngnin)H K22系统反舰导弹和法国的布沙特(Bus2 sard)反坦克导弹等所采用的红外成像导引头均属这种形式。

在80年代中期以来,光机扫描器有了新的发展,由于微型视频光机扫描器的出现,以美国K ollmorgen 公司在光机扫描器微型化方面取得的成功,从而使光机扫描红外成像传感器在小型战术导弹上的应用成为可能。美国通用扫描公司将这种微型扫描器的尺寸压缩了一半,装入直径仅100mm的战术导弹的导引头内,其扫描视场可达±30°,重量仅2磅。

2.2　第二代红外成像寻的制导

第二代红外成像寻的制导的主要标志是采用红外焦平面探测器阵列成像,用电子自扫描实时获取目标图像。

第二代红外成像导引头几乎是1980年在美国和西欧同时开始研制,它采用凝视红外焦平面(FPA)探测器,无需光机扫描成像,因此,系统结构紧凑,工作可靠。它是最有发展前途和生命力的一种红外成像寻的制导方式,给发展小型战术导弹的红外成像导引头带来了生机。凝视红外焦平面阵列器件在美国和日本发展很快,3～5μm中波段的硅化铂肖特基势垒焦平面探测器已发展到1024×1024元;锑化铟光伏焦平面探测器件实用化已达512×512元;长波(8～12μm)碲镉汞焦平面探测器已达256×256元,320×240元。而且焦平面探测器件正向着高密集度、多光谱、高响应度、高探测率、高工作温度方向发展。这类导弹典型代表有:美国的“海尔法”(Hellfire)导弹、西德、英、法的远程“崔格特”(Trigat)导弹和美国标枪(Javelin)便携式反坦克导弹等。当前这类红外成像制导系统仍处在研制、开发和试验阶段,并将日趋实用化。

凝视红外焦平面(FPA)探测技术与模式识别相结合,形成自主式的智能红外成像寻的制导系统,具有强大的生命力,将成为21世纪制导技术发展的主要方向。

3　智能化红外成像寻的制导技术发展的基本特征

3.1　精确制导战术武器发展的基本特点

随着现代作战环境的日益复杂化,使精确制导武器面临着严峻的挑战。未来高技术战争形态的变化对现代精确制导武器系统提出了很高的要求。归纳起来有以下基本特点:

1)作用距离远

现代化精确制导武器的射程因型号不同而异,而增大射程是各种精确制导武器在发展过程中一直追求的重要目标。

2)制导精度高

自寻的精确制导武器最本质的特征就是通过高精度命中来提高武器系统的作战效能,这是提高现代武器系统生存能力和作战能力的关键。

3)自动寻的能力

自动寻的精确制导要成为有效的武器,除了高精度外,还必须实现自动捕获、自动识别目标要害部位的能力。这是保证高效摧毁目标的必要条件。

4)高度的抗干扰能力

现代战争最大的特点之一就是对制电磁权的激烈竞争,敌对双方都竭力采用各种电磁对抗手段,因此,武器系统必须具有良好的对抗能力,在复杂的战争环境条件下,导引武器精确命中目标。

5)全天候、全天时作战能力

全天候作战能力主要取决于武器系统的目标侦察、探测和识别的光电系统以及导弹本身的效能,并且是武器系统在不良的气候条件(雾、雨和雷电等)下以及夜间攻击敌方目标的能力的综合表现。

3.2　智能化红外成像寻的制导的主要技术特点

随着人工智能、成像寻的制导、微型计算机和自适应控制技术等的发展和突破,人们已经探索研究使武器系统实现完全自动化和智能化的寻的制导技术。智能化的寻的制导是采用图像处理、人工智能和计算机技术,无人参与地对目标自动探测、自动目标识别(A TR)、自动捕获和跟踪,并进行瞄准点选择和杀伤效果评估,智能化制导系统的核心是智能导引头,它具

2

Vol.24　No.2 红外技术 March2002