国外精确制导武器的导引头技术发展

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
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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·
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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。
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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
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