红外型空空导弹导引头特点及实现方式分析

2014-12-03张红波李妙玲

中国军转民 2014年7期

关键词：空空导弹导引头制导

■张红波鲁星李妙玲

引言

随着科学技术的发展，战争攻防对抗日益激烈，战争环境日趋复杂，要求红外型空空导弹能在复杂的环境和强干扰条件下准确地探测、识别、跟踪目标。为此，目前，空空导弹将采用红外导引头技术，它主要有许多独特的技术要求及特点。

1.红外型空空导弹导引头技术要求及特点分析

1.1 具备更高的空间分辨力与探测性能

红外导引头技术从单元、多元发展到成像，导弹的空间分辨率和抗干扰能力不断提高。红外成像制导系统摆脱了把跟踪目标作为一个点热源因而只能跟踪目标最热部分的局限性，通过成像探测器捕获目标的红外图像，其温度分辨率小于0.1℃，可为控制系统提供更多的目标形状、能量信息，使得导弹的命中精度高、抗干扰性强。成像制导使其制导系统具有一定“智能”和软件可编程灵活性，可根据图像特性，选择目标要害部位进行攻击，故可以在复杂背景或强干扰情况下仍能准确地击中目标，从根本上改善制导武器的性能。

目前作为主流的红外成像导引头采用了线列扫描成像(IRIS-T)或凝视成像技术(AIM-9X，ASRAAM)。线列扫描成像具有更好的抗激光干扰的能力，且探测器像元的均匀性较好。而凝视红外成像制导技术由于采用大规模探测单元和凝视工作方式，能够连续累积目标辐射能量，因此具有高分辨率、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。此外，凝视成像省去了机电扫描部件，体积小、重量轻、可靠性高，非常适用于对空间、重量要求高的空空导弹。

由于第五代空空导弹本身对红外导引头的探测灵敏度、杂波抑制能力、目标识别能力、瞄准点识别选择能力均有很高的要求，这些要求都希望导引头有小的单元瞬时视场(空间分辨率)。

对于导弹系统而言，大的视场和小的单元瞬时视场往往是相互抵触的。大的视场对于提高目标探测概率、降低对中制导精度要求等导弹战术性能有利。但是，成像导引头相对于非成像导引头在目标识别和抗干扰能力上的优势主要在于能够利用目标、干扰在形状信息上的差异。目前，空空导弹的空间分辨率多在0.4mrad左右，对于不开加力的单发战斗机类目标，导弹从后向观测，能被导引头敏感的发动机舱及尾喷口部分的尺寸在2m×2m，因此其距导弹5km外在红外成像导引头上的成像大小已小于1个像素，导引头已无法利用形状信息对其进行识别，成像的好处没有得到充分发挥。因此，第五代空空导弹红外导引头可采用320×256元探测器来替代四代弹的128×128元探测器，将空间分辨率提高到0.2mrad左右。

1.2 具备更好的光谱分辨力

近年来，随着面源型红外诱饵弹等光电对抗技术的飞速发展，单一波段的红外成像制导武器的作战效能日益削弱，因此双色成像制导技术应运而生。尽管在某些谱段打击的目标与其所处的背景或者其释放的干扰差别很小，但是他们之间的相似性不可能在较宽的红外波段内都稳定存在。因此双色成像制导技术在继承红外成像技术继承来的固有优势外，在能量信息、空间信息基础上引入第三维光谱信息进行目标识别，大大提高探测识别性能，克服单一探测频段的局限。

目前得到重点研究的是多光谱成像制导技术。由于该技术可以同时在多个窄的光谱波段上对同一对象(背景与目标)进行观测并获得相应波段的相应图像，它反映了观测对象在各个窄光谱波段上的相应特性，包含了观测对象的更多信息。在进行抗干扰时，可利用的光谱信息更多，而光谱特征是不同化学成分的物质所具有的固有特性，利用该特性，可大大提高导弹的抗干扰能力。可以说红外成像探测正处于从通过探测信号的强度来得到目标的“黑白照片”阶段的后期，向通过探测信号的强度和光谱来得到目标的“彩色照片”的阶段过渡。

多光谱导引头还具有更高的可靠性。若目标采用隐身技术或使用激光定向干扰使得目标在某些波段的图像丢失时，导引头还可以利用其它波段的图像继续对目标进行识别，从而提高导弹的战场适应能力。

此外，多光谱导引头还具备更好的抗气动加热能力。对于中波红外导引头而言，接收到的激波气体的辐射能量多集中在4.2µm左右，如果能够对中波段进行细分，则可以利用谱段信息屏蔽掉激波辐射能量形成的干扰，有利于对目标的截获和稳定跟踪。

目前国内已开展了双色红外成像导引头预先研究工作，第五代空空导弹红外导引头可在现有技术基础上做进一步应用研究工作。

1.3 采用多模复合制导技术

可以考虑采用相控阵雷达/红外成像双模导引头和红外成像/激光主动成像复合导引头。雷达与红外成像复合导引头的优点是可以相互取长补短，提高系统的抗干扰能力和适应能力，障碍则是其技术复杂性和由此而引起的成本大幅上升。由于激光三维主动成像导引头具有高角度分辨率、高距离分辨率特性，可以同时获取反映固有特征的强度像和反映目标几何形状的三维几何像，同时可用距离选通实现目标筛选，因此特别适合于复杂环境下的目标识别和抗人工干扰。而红外成像与激光主动成像模式进行复合，可以先利用红外成像系统作用距离远、视场范围大的优势来探测并截获目标，再利用激光主动成像系统来对目标进行精确识别，从而极大地提升导弹的环境和任务适应性及抗干扰能力。

1.4 具备智能化信息处理能力

智能化信息处理技术是各种精确制导对目标及干扰背景信息进行处理的技术，它是精确制导关键技术之一，甚至可以说是瓶颈技术。国外十分重视智能化信息处理技术(软、硬件)，重点是自动目标识别(ATR)技术研究，ATR技术60年代初期就已经提出来了。由于红外成像系统具备灵敏度高、特征信息丰富、作用距离远、信息更新率快等优点，因此它一直是ATR研究的首选传感器。红外成像ATR系统的发展已经历两代：第一代红外成像ATR系统软件是不可编程的，是模式识别算法，只有有限的知识，没有向动态环境学习和自适应的能力；第二代红外成像ATR系统软件是可编程的，是知识基算法，它融入人工智能，有自适应和学习能力。目前红外成像ATR技术在对地面目标的自动识别方面还不成熟，使得红外成像制导不得不保留人工捕获的方式。新一代的空空导弹红外导引头探测系统能够为信息处理系统提供更为丰富的目标及其背景的信息，而这些信息的利用率则取决于信息处理技术，信息利用率越高，得出的处理结果就可能越真实，自动识别概率越高。未来的信息处理技术主要包括多源信息融合技术、智能抗干扰技术、低信噪比目标自动截获与自动识别技术以及超高速、模块化、通用化信号处理机设计技术，以充分利用传感器获取的丰富目标信息(形状、能量、轨迹、光谱)，实现智能识别处理。

2.红外型导弹导引头技术可能的实现方式

分析国内外同类型导弹导引头的实现技术，大体有以下几种方式：

2.1 双色红外成像导引头

红外成像导引头是一种有大量探测元，利用目标与背景之间的温度差经过数据信息处理成像的导引头。红外成像导引头具有以下特点：具有较高的灵敏度和较小的空间分辨率，可以在夜间或烟雾条件下以被动方式全方位对冷目标进行探测；抗红外干扰能力强，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；可以实现智能化制导，利用软件实现对目标的自行判断、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，在云层中短时中断视场仍可跟踪目标。

根据成像方式不同，红外成像导引头可分为扫描成像和凝视阵列成像两种。凝视阵列的优点是采用能瞬间观察景物的电扫，没有复杂的机械扫描机构及电子处理设备，对目标的截获和分辨能力强、信噪比高、虚警率低、重量体积小，但是凝视阵列系统具有阵列中探测器响应不均匀性的缺点。而线列扫描成像则具有难度小、成本低的优点。两种导引头都可以采用摆动的万向支架，以提高导弹离轴发射和跟踪能力。

凝视阵列应用的探测器有碲镉汞、锑化铟、硅化铂等，采用波段有中红外(3-5μm)以及远红外(8-12μm)。远红外波段可以提供最佳热图像，对目标与背景的温差灵敏度较高，对应的峰值温度为30-150℃，导弹可以从任意方向感受飞机的红外辐射，但是抗水气能力差；中红外波段对热点跟踪性及抗水气能力强，但易受阳光反射干扰。

由于未来作战环境日趋复杂，对抗加剧，而单一模式的导引头都有各自的性能局限性，多模制导可以发挥各自制导体制的优势，弥补对方的不足，极大地提高作战效能和武器的命中率。

2.2 被动射频雷达/红外双模导引头

被动射频雷达/红外双模制导可实现全程被动制导，即将微波相干型导引头和红外成像导引头组合在一起，使导弹具有很强的抗干扰能力和突防能力。特别适合攻击敌方的预警机和干扰机。这种双模导引头的主要技术特点有：

微波相干型导引头与红外导引头在结构上容易实现协调达到结构兼容的目的；在复杂的光、电综合作战环境中具有较好的抗干扰作战能力；既扩大了单模红外导引头的探测、跟踪距离，又发挥了红外成像导引头精确制导的特点；具有较好的低空性能；双模复合导引头中的微波相干型导引头也容易实现宽波段的接收。

2.3 主动毫米波/红外双模导引头

只要在天气良好的条件下，采用焦平面阵列的红外成像导引头无论昼夜均可在15公里外提供高分辨率的影像，从而探测与识别目标，但红外导引头不能给出目标的距离和速度数据，天气和烟雾会显著降低其性能。主动式毫米波雷达也能提供高分辨率影像，用偏振来减小雨的影响，毫米波可全天候使用，又能提供目标的距离和速度信息。将主动毫米波雷达与被动红外探测器结合在一起，就能发挥各自优势。红外探测器探测目标热点和提供最佳攻击点，主动毫米波探测器提供与目标的距离信息和确定目标散射中心，将复合的红外毫米波探测结果(热点和散射中心)组合处理，可显著提高有效攻击目标的概率，并具有很好的抗干扰性和反目标隐身能力。