国外精确制导武器的导引头技术发展

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
控制与制导
国外精确制导武器的导引头技术发展
刘颖 陈勇
摘 要 导引头是精确制导武器的核心部件,其发展 倍受武器装备发达国家的重视。对国外先进的精确制导武 器导引头的现状及发展进行了跟踪,并对红外导引头、激光 导引头、雷达导引头以及多模复合导引头这四类导引头进 行了分析。
关键词 精确制导武器 导引头 技术发展
红外非成像导引头中光学探测器一般由一个或 几个敏感元件组成,不能充分采集目标特征的有价 值信息。而红外成像导引头的性能和探测质量远远 优于非成像导引头。红外成像导引头中采用的多元 光学探测器,是由分布于光学系统焦平面上敏感元 件组成的阵列。使用一种特殊的光电设备从这种探 测器读出信息,可按照敏感元件的曝光序号来确定 被投影到光学探测器上的目标映像的相关部分的坐 标,接着对收到的输入信号进行放大和调制,并发 送至计算组件。具有数字图像处理功能并使用光学 纤维的读数器得到了最广泛的应用。
本文 2011-03-22 收到,作者分别系中国空空导弹研究院工程师、高工
·70·
飞航导弹 2011 年第 8 期
控制与制导
标的自行判断、决策和跟踪,使导弹可以选择目标 和选择攻击目标的要害部位,在云层中断时中断视 场仍可跟踪目标。
4) 扫描状态的视场很大,为 ± 90° ( 红外非成 像导引头 4 ~ 8 元光学探测器不超过 ± 75°) ,且最 大目标截获距离增大( 红外非成像导引头为 5 km ~ 7 km,红外成像导引头为 10 km ~ 15 km) 。
具有半主动激光、红外成像和主动雷达通道的 多模导引头计划装备联合空地导弹( JAGM) 。从结 构上说,导引头接收机的光电组件和雷达天线集成 在统一的跟踪系统内,从而保证在导引过程中这些 部件的独立或协同工作。这种导引头实现了可随目 标类型( 红外或雷达对比度) 和环境条件变化的复 合自导引,可以根据目标类型和环境条件从导引头 一种工作模式中自动选择最优导引法,而其它的工 作模式仍然同时运行,以在计算瞄准点时生成目标 的对比映像。
著的优势: 精度更高、作用距离更远、打击能力更 强,并增强了抗电磁和光电干扰能力、目标识别能 力,可实现全天候作战。为了减小质量及尺寸、降 低成本,复合导引头的结构中,计划只在一个通道 中使用目标跟踪系统( 位标器用陀螺或电子的方法 实现稳定) 。其它的导引头中将采用固定的发射器 和能量接收器,至于如何改变视线角,计划运用多 种技术方案,如红外成像通道内使用透镜精确校准 的精微机械设备,而雷达通道内使用方向图电子扫 描。
弹药飞行过程中,激光站可沿飞行航向在宽度 为 750 m 的地带实现目标搜索,在识别模式下该地 带宽度缩小至 100 m。在同时探测到多个目标的情 况下,图像处理算法能够保证攻击其中最重要的目 标。
美国专家认为,美国空军装备带有主动激光系 统的航空炸弹,可保证自动探测、识别,然后精确 摧毁目标,这在自动化领域将是实质性新的一步, 并将在战场作战的过程中促进空中打击效率的提 高。
美国专家还开发出 Damask 目标红外成像导引 头,应用于 JDAM 系列制导炸弹。该导引头用来探 测、识别目标并修正制导炸弹的末段弹道。它没有 使用随动装置,固连于炸弹头部并使用制式航空炸 弹电源。红外成像位标器的主要元件是光学系统、 非制冷敏感元件阵列和电子计算组件,以保证图像 的生成及转换。投掷制导炸弹后,位标器在距目标 距离约 2 km 处激活。传来的信息在 1 s ~ 2 s 内实现 自动分析,目标区域图像刷新速度为 30 帧 / 秒。使 用相关极值算法来识别目标,通过在红外波段内得 到的图像与转换为数字格式的给定目标的照片相比 较进行识别。这些照片可在飞行任务的预先准备过 程中由侦察卫星或侦察飞行器,甚至直接利用机载 设备得到。第一种情况是在飞行准备阶段将目标指 示数据输入制导炸弹。第二种情况是由飞机雷达或 红外站发出的信息传输至机组驾驶舱内的战术态势 显示器。探测并鉴别出目标后惯性控制系统进行数 据修正,之后的控制在常规状态下不使用位标器即 可实现。此 时 的 轰 炸 精 度 ( 圆 概 率 误 差) 不 低 于 3 m。
在未来导弹导引设备的研制中,洛马公司和波 音公司建议使用在 LOCAAS 和 JAGM 研制工作过程 中获得的现有工艺及技术方案。建议将 AGM-169 空地导弹导引头的各种改进方案应用于正研制的导 弹 SMACM 和 LCMCM。这 两 种 导 弹 预 计 至 少 到 2012 年后才能服役。
4 多模复合导引头 多模复合导引是精确制导技术发展的重要方
与传统雷达导引头相比较,平面和共形相控阵 导引头的主要优点是: 能更有效地以自适应的方式 排除自然和人工干扰; 用电子的方式控制方向图的 波束,完全取消了活动部件,大大降低了质量,缩 小了尺寸,减小了所需功率; 更加充分地利用了波 束的极化测定模式; 扩宽了载频( 可达 35 GHz) 、提 高了分辨力、增大了孔径及视场; 减轻了整流罩的 雷达传导性和导热性的影响,以及所产生的信号偏 差和畸变。这种导引头中还可能采用了具有方向图 自动稳定特性的等信号区自适应调节方式。
3 相控阵雷达导引头 现代导弹的雷达导引头通常应用于中远程精确
制导武器的导引系统。主动和半主动导引头运用于 ·71·
控制与制导
空空导弹 和 反 舰 导 弹,被 动 导 引 头 用 于 反 辐 射 导 弹。
未来的导弹( 包括用于摧毁地面和空中目标的 多用途导弹) 均计划装备平面或共形相控阵雷达导 引头,这种天线阵列采用可视化和反相目标特征的 数字处理技术。相控阵导引头,特别是共形天线相 控阵雷达导引头是当今世界上最前沿、最复杂的雷 达导引头之一。目前,相控阵导引头处于积极的试 验和研制阶段。在相控阵雷达导引头中,有源相控 阵天线代替了传统雷达导引头的天线、机械位标器 和发射机,其天线形式、扫描方式、平台稳定以及 结构尺寸等方面都发生了根本变化,为导引头获得 新的性能提供了实现手段。目前,相控阵雷达导引 头正在向 Ka 波段( 35 GHz) 、W 波段( 94 GHz) 方向 发展。
红外成像导引头的主要优点是: 1) 具有较高的灵敏度和较小的空间分辨率, 可以在夜间或复杂气象条件下实现自动目标识别并 选择瞄准点。 2) 抗红外干扰能力强,使用光学阵列探测器 降低了所有敏感元件被有源对抗系统同时损毁的概 率,对红外诱饵、假目标具有较高的鉴别能力,并 且可以抑制背景干扰。 3) 可以实现智能化制导,利用软件实现对目
5 结束语 导引头技术是导弹武器系统中的核心技术之
一。导引头性能的优劣,决定了导弹发现目标、跟 踪目标和抗干扰的能力,也决定了导弹命中目标的
精度。因而是决定导弹威力的一项关键因素。当前 国外发达国家正在进行一系列科研试验设计工作, 研制先进高效的导引头及其精确制导武器系统,同 时显著改善机载作战设备和航空保障设备的侦察、 信息能力,这样势必将大大提高其战斗使用效能。
美国的响尾蛇 AIM-9X 导弹采用红外成像导引 头,具有多目标和全向攻击能力。探测器为 128 × 128 元的锑化铟凝视焦平面阵列,工作在 3 μm ~ 5 μm 波段。采用机械闭环斯特林低温制冷器,可 连续工作很长时间,大大减少了维护工作量。头罩 用蓝宝石材料。该导引头与具有 180°的跟踪视场, 最大离轴发射角达到 ± 90°。导引头的目标截获距 离在蓝天背景下为 13 km ~ 16 km,在地面杂波背景 下为 6. 4 km,可与联合头盔提示系统配合使用。以 色列的怪蛇 4 空空导弹采用 100 元线列扫描成像导 引头,德国 IRIS-T 空空导弹采用 128 元线列扫描成 像导引头,南非的 A-Darter 空空导弹则采用 2 × l00 双色线列扫描成像导引头。
据美国《航空周刊》报道,EADS 德国公司正在 发展一种 Ka 波段( 35 GHz) 相控阵雷达导引头,结 构设计紧 凑,为 导 弹 加 装 红 外 探 测 器 腾 出 大 量 空 间。该相控阵约有 700 个小型收发机,可装到导弹 肩部,无需机械扫描,而是生成电子波束。采用该 相控阵雷达导引头的空空导弹,可对多个目标进行 跟踪,从而增强了对抗目标实施自卫干扰的能力。
飞航导弹 2011 年第 8 期
图 1 目标红外成像位标器 Damask
2 主动激光导引头 未来光电子导引系统还包括主动激光导引头,
由洛马公司研制,用于装备未来导弹和自主弹药。 试验型自主航空弹药 LOCAAS 的导引头采用
激光探测站,可以对地形和位于其中的目标进行三 维高精度摄影,实现目标的探测和识别。运用反射 信号干涉测量法,无需进行扫描就可得到目标的三 维图象。激 光 探 测 站 中 采 用 激 光 照 射 脉 冲 发 生 器 ( 波长 1. 54 nm,脉冲重复频率 10 Hz ~ 2 kHz,宽度 10 ~ 20 毫微秒) ,而电荷耦合的敏感元阵列作为接 收器。这种激光站与标准激光探测站不同,标准激 光站采用扫描光束进行格栅式扫描,而这种激光站 的视角稍大( 达 ± 20°) 、图像畸变小、辐射峰值功 率相当大。这种激光站与目标自动识别设备配合, 可根据弹载计算机存储的信号特征探测达 50 000 种典型目标。
当前世界发达国家正在进行一系列科研试验设 计工作来改进精确制导武器的光学、光电和雷达导 引头。主要途径包括: 继续探索和研发精确制导武 器导引头的新型技术和结构方案,开发新的元器件 和工艺技术,完善导引算法及软件,优化弹载导引 设备的质量、尺寸特性和价格指标。国外先进国家 精确制导武器导引头的主要改进方向可归纳为: 研 制能在多个红外波段工作的红外成像导引头,其中 包括采用不需要深度冷却的光学接收器的导引头; 主动激光探测装置的实际运用; 采用带有平面或共 形天线的主、被动雷达导引头; 研制多通道复合导 引头等。
哈姆( HARM) 最新型导弹 AGM-88E( AARGM) 采用了全新的双模主被动复合导引头,由美国科学 与应用技术公司负责开发。该双模导引头由数字式 宽带被动射频导引头和主动 W Fra bibliotek段毫米波雷达导
飞航导弹 2011 年第 8 期
控制与制导
引头复合。导引头采用 Ball 宇航技术公司开发的共 形天线阵取代标准哈姆采用的单柱式螺旋天线,可 处理宽带被动导引头和 W 波段脉冲导引头的信号。 这种主被动复合导引头具有较强的抗雷达关机能 力。当导弹到达目标区附近时,如果目标雷达已关 机,则启动毫米波导引头,搜索目标雷达天线或其 防空导弹发射架发出的强回波。主 / 被动雷达双模 导引头作为复合制导导弹的核心部件,其制导精度 和抗干扰性能大大提升了精确制导武器的威力。
向,研制多通道主被动导引头也是导引头的技术改 进方向之 一,例 如 红 外 成 像 与 雷 达 复 合 或 红 外 成 像、激光与雷达复合等。能够充分利用多种导引头 的性能优点,实现对目标的捕获和跟踪。与单一模 式制导导弹相比,采用复合制导技术的导弹具有显 ·72·
图 2 在改进现有 HARM 导弹基础上研制的 AGM-88E
引言 导引头是精确制导武器的核心部件,导引头技
术的进步是整个精确制导武器更新换代的重要标 志。因此,发达国家非常重视导引头技术的发展。 精确制导武器的导引头由位标器和电子组件构成。 通常用带有陀螺或电子稳定装置的导引头来确定 “导弹-移动目标”的视线角速度、导弹纵轴和视线 之间的夹角,以及一系列其它的必要参数。固定位 标器( 无活动部件) 通常用于攻击地面固定目标的 相关极值 导 引 系 统,或 作 为 复 合 导 引 头 的 辅 助 通 道。
1 红外成像导引头 红外成像导引头及在红外成像导引基础上实现
的自动目标捕获或自动目标识别末制导方式被先进 精确制导武器所广泛采用。国外精确制导武器研发 机构也进行了红外成像导引头的相关研究,致力于 开发相对廉价的带有非致冷光学探测器的红外成像 导引头。这种光学探测器可运用于导引头、相关修 正和空中 侦 察 系 统。光 学 探 测 器 阵 列 由 以 半 导 体 ( 锑化铟) 金属互化物( 镉、汞及碲) 为基础的敏感 元件组成。
相关文档
最新文档