情报交流
红外制导导弹的发展及其关键技术
汪中贤 樊 祥
摘 要 介绍了红外制导导弹
的组成与工作原理,归纳了红外制导导弹的发展历程,同时给出了红外制导导弹不同发展阶段的特点以及典型装备,最后对红外制导导弹的发展趋势和关键技术进行了探讨。
关键词 红外制导导弹 工
作原理 发展历程 关键技术
引 言
红外制导导弹是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量,从而实现寻的制导的武器,是当今红外技术的重要军事应用之一,是非常有效的精确制导打击力量。红外制导技术的研究始于第二次世界大战期间,而最早用于实战的红外制导导弹是美国研制的响尾蛇空空导弹。由于红外制导导弹具有制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高、结构紧凑、机动灵活等优点,经过半个世纪的发展,已广泛发展为反坦克导弹、空地导弹、地空导弹、空空导弹、末制导炮弹、末制导子母弹以及巡航导弹等等。
1 红外制导导弹
红外制导多用于被动寻的制导系统,制导系统的红外位标器(导引头)接收目标辐射的红外线,经光学调制和信息处理后输出电信号并与导弹上基准信号比较,得出目标的位置参数信号,用于跟踪目标和控制导弹飞向目标。
红外制导技术的发展促进了红外制导导弹的研制,同时红外制导导弹不要求发射平台装备专门的火控系统、不需要来自目标的特殊射频辐射以及能截获足够
本文2009 05 20收到,作者分别系解放军电子工程学院硕士、博士生导师
远的目标等特点,使其越来越受到青睐。红外制导导弹的工作原理是:来自目标的红外辐射透过弹头前端的整流罩,由光学系统会聚后投射到红外探测器上(光敏元件),然后将红外辐射由光信号转变为电信号,再经电子线路和误差鉴别装置形成作用于舵机的实时控制信号,使导弹自动瞄准、跟踪和命中目标,图1为红外制导导弹的组成示意图。2 红外制导导弹的发展历程
红外制导导弹的发展可分为
情报交流
基础上做了多次改进,形成了世界上最大的空空导弹系列。2)第二代红外点源寻的导弹(1957年 1966年),工作波段在3 m~5 m间,探测器采用制冷技术,光敏元件为锑化铟探测器。此种导弹导引头可以同时探测喷气式发动机喷管和发动机排出的CO2废气的红外辐射,
两大阶段,第一阶段为热点式制导导弹(点源寻的制导导弹),主要时间段是从20世纪40年代中期至70年代中期,第二阶段为
热成像式制导导弹,主要开始于70年代中期,热成像式制导导弹克服了点源式制导导弹的很多缺点,为红外制导导弹的发展展现了美好前景。
2.1 红外点源寻的制导导弹红外点源寻的制导导弹是指当导弹上红外位标器(导引头)对目标红外特性进行探测时,把探测目标作为点光源处理,目标与背景相比都有张角很小的特性,利用空间滤波等背景鉴别技术,把目标从背景中识别出来,得到目标的位置信息,达到跟踪目标的效果,图2为红外点源寻的制导导弹组成框图。
2.1.1 红外点源寻的制导导弹发展历程
20世纪40年代中期,一些近距格斗空空导弹开始采用红外点源寻的制导,红外点源寻的制导导弹的发展经历了三个阶段:1)第一代红外点源寻的导弹(20世纪40年代 1955年),工作波段为1 m~3 m,采用非制冷硫化铅探测器。此种导弹作用距离近,而且导引头只能探测飞机的喷气式发动机尾喷管的红外辐射。因此,这类导弹的攻击范围只限制在目标后方狭窄的扇形区域内,故其战术使用只能进行尾追攻击,且受背景和气象条件对红外辐射吸收影响较大,不能全天候作战,抗干扰能力弱,使战术性能受到很大限制。第一代红外点源寻的导弹的典型代表有美国的AIM 9B响尾蛇、俄罗斯的K 13和SAM 7等导弹。
响尾蛇AIM 9是美国研制的世界上第一种被动式红外点源寻的制导空空导弹。AIM 9的原型AIM 9A没有批量生产,大量生产和使用的是AIM 9B。AIM 9B由美国海军武器中心于1948年开始研制,1953年9月首次发射试验成功,1956年7月开始装备部队,最大射程11km,使用高度小于15km,最大速度为Ma=2,主要用于从尾部攻击速度比较慢的老式轰炸机。除美国自己使用外,还有英、法、德等10多个国家以及台湾地区使用,总共生产了8万枚。随后,为了满足不断发展的战术使用需要,美国海、空军曾在AIM 9B
甚至可以敏感机体蒙皮温度升高
产生的红外辐射。由于工作波段向中波方向伸展,有效减小了阳光辐射的干扰,从而提高了制导系统抗背景辐射干扰的能力。这一时期的红外制导导弹扩大了攻击区,可以从后方攻击机动目标,但其攻击范围仍未超过后半球,不能实现全向攻击。第二代红外点源寻的导弹的典型代表有英国的红头(RedTop)导弹、美国的响尾蛇AMI 9D导弹和法国的玛特拉R 530导弹。
红头导弹是由英国航空航天公司动力分部于1957年研制的空空导弹,1965年生产并服役,此型导弹最大射程12km,最大使用高度18km,最大速度为Ma=3,导引头工作波长4 m~5 m,主要用来对付超声速和亚声速飞机,直至20世纪80年代初一直是英国歼击机的主要装备,但此型导弹红外导引头受云雾影响较大。
3)第三代红外点源寻的导弹(1967年以后)为近距格斗导弹,其红外制导系统普遍采用了高灵敏度的制冷锑化铟光敏元件,并且改变了以往光信号的调制方式,多采用了圆锥扫描和玫瑰线扫描,亦有非调制盘式的多
情报交流
元脉冲调制系统,探测范围大,跟踪角速度高等特点,有的还具有自动搜索和自动截获目标的能力。因此,这一代的红外制导导弹可以在近距离内全向攻击机动能力大的目标。第三代红外点源寻的导弹的典型代表有美国的毒刺导弹和响尾蛇AIM 9L/M导弹、法国的魔术R 550导弹、苏联的 73导弹和以色列的怪蛇 3空空导弹。
73导弹北约代号为AA 11射手(Archer),是苏联20世纪70年代中后期研发,采用深制冷光电探测器的红外制导近程格斗空空导弹,也是世界上第一种能离轴发射,且搭配头盔瞄准具达到!可视即可发射∀的导弹。 73导弹弹长2.9m、翼展510mm、弹径170mm;最大速度Ma=3.7,最大射程20km,最大使用高度20km,对固定翼飞机类目标的杀伤概率为60%。安装的全向红外导引头探测距离为10km~15km,发射前视野#45∃,发射后#60∃,从导弹锁定目标到发射只需1s。其主要特点是:具有与头盔瞄准具(HMS)搭配的离轴发射能力;超过一般格斗导弹的射程;气动控制方式使其兼顾极短射程与远程的机动性能。
2.1.2 红外点源寻的制导导弹特点分析
红外制导方式的出现推动了导弹制导技术的发展,红外点源寻的制导导弹具有以下优点:1)体积小、质量轻、造价相对便宜;
一般红外导引头接收机很少有超过200mm的,便携式导弹的红外导引头接收孔径更小,不大于50mm,包括电子舱和随动机构的总质量不到1kg。
2)分辨率和制导精度高;红外工作波长为微米量级,寻的雷达一般工作在厘米或毫米量级。红外系统的角分辨率比雷达要高出1~2数量级。3)无源探测,工作隐蔽,不易受电子干扰;
4)红外探测不受多路径效应影响,可以探测低空目标。
但是,红外点源寻的制导导弹由于采用以调制盘调制为基础的信息处理,造成无法排出张角较小的点源红外干扰或复杂的背景干扰,且容易被曳光弹、红外诱饵和其它热源诱惑而偏离和丢失目标,也没有区分多目标的能力,使导弹作战效率大打折扣。此外,红外点源寻的制导导弹作用距离有限,所以一般只用作近程武器的制导系统或远程武器的末制导系统。
2.2 红外成像寻的制导导弹
红外成像寻的制导导弹是指弹上摄像头对目标探测时,将目
标按扩展源处理,摄取目标及背景的红外图像并进行预处理,得到数字化目标图像。经图像处理和图像识别后,区分出目标、背景信息,识别出要攻击的目标并抑制噪声信号。跟踪处理器形成的跟踪窗口的中心按预定的跟踪方式跟踪目标图像,并把误差信号送到摄像头跟踪系统,控制摄像头继续瞄准目标。同时,向导弹的控制系统发出导引指令信息,控制导弹的飞行姿态,使导弹飞向选定的目标,因此,是一种发射后不管的制导导弹。图3为红外成像寻的制导导弹组成框图。
2.2.1 红外成像寻的制导导弹发展历程
自20世纪80年代以来,红外成像制导技术得到了突飞猛进的发展,目前红外成像制导导引头在体制上有凝视阵列成像和线列扫描成像,在波段上,有中波和长波。红外成像寻的制导导弹的发展经历了两代。
1)第一代红外成像制导导弹采用多元线列探测器和旋转光机扫描器相结合的方法,实现探
情报交流
测器对空间二维图像的读出,采4N扫描焦平面器件已经达到实AIM 9X导弹现正处于初期生产用并扫或串并扫扫描体制。这类用水平),采用了复杂背景下目阶段,已生产约1000枚,计划成像制导导弹在20世纪70年代标识别技术。典型代表有:美国到2018年生产约10000枚。
中期开始研制,目前已经成熟并坦克破坏者(TankBreaker)导2.2.2 特点分析
开始批量生产装备部队。典型代弹、欧洲的ASRAAM、美国AIM 红外成像寻的制导导弹是一表有:美国AGM 65D/F幼畜空9X响尾蛇后续型、法国麦卡空种自主式智能制导导弹,代表了地、空舰红外成像制导导弹(采空导弹、以色列的怪蛇 4/5等导当代红外制导导弹的发展趋势,用16元锑镉汞光导线列器件和弹。
主要有如下特点:
串并扫描型光机扫描)、AIM 132响尾蛇AIM 9X空空导弹是1)灵敏度和导引精度高空空导弹以及美国在海湾战争中美国海、空军于1992年开始研红外成像寻的制导导引头噪使用的远程攻击型AGM 84E斯制的响尾蛇AIM 9L/M后续型导声的等效温差NETD&0.05∋拉姆(SLAM)导弹。
弹,2002年才开始装备部队,采~0.1∋,很适合探测远程小目 美国AGM 65D幼畜空地导用128%128元、3 m~5 m中标的需求,且空间分辨率很高,弹于1974年开始在AGM 65A基波凝视红外成像导引头和低成本 &0.2mrad~0.3mrad,多目础上改进,1983年进入空军服微型信号处理电子线路技术。按标鉴别能力强。
役,该型导弹最大射程43.4km,要求响尾蛇AIM 9X能应对诸如2)抗干扰能力强
最大速度Ma=1.2,最大使用高俄罗斯的射手(AA 11)和其它大这类导引头由于有目标识别度9.45km。D型在A型基础上离轴角发射全向攻击导弹,具有能力,可以在复杂背景干扰下探的改进之处有:改装红外成像导比对手更好的目标截获能力和优测、识别目标。
引头,其数字式定心跟踪器使导良的抗红外干扰能力。同时,要3)具有智能功能并可实现弹飞向目标的中心,而不是飞向求导弹具有在发射之前锁定目标发射后不管
最大温差点,红外频段的选择能和发射后不管的能力。AIM 9X红外成像制导导弹具有在各透过战场上的烟雾获得昼夜、全导弹另一特点是可与国际视觉系种复杂战术环境下自主搜索、捕天候作战能力。
统公司的联合头盔指示系统获、识别和跟踪目标的能力,并AGM 65D导弹在1993年停(JHMCS)联用,显示由雷达等传且能按威胁程度自动选择目标和产,月产量500枚,单价12.3万感器探测到的目标信息和导弹导目标薄弱部位进行命中点选择,美元,批生产总数25127枚。引头信息。AIM 9X导弹最大射可以实现发射后不管。
AGM 65F导弹在D型红外成像程17.7km,最大速度Ma=2.5。
4)具有准全天候功能和很
导引头的基础上,专为攻击舰艇目标增加了图像调制处理能力,并采用质量增大到136kg的爆破穿甲战斗部和可调延时引信,此外,采取工程改进措施进一步降低导弹生产成本。
2)第二代红外成像制导导弹去掉了光机扫描红外器件而采用扫描或凝视红外焦平面器件(目前长波64%64元、128%128元和中波256%256元、320%240元红外焦平面探测器件以及
情报交流
强的适应性
红外成像系统主要工作在8 m~14 m远红外波段,该波段具有穿透烟雾和昼夜工作能力,且此系统可以装在各种型号的导弹上使用,只是识别、跟踪的软件不同。
但是,红外成像制导系统的热图像只相当于单目观察而无立体感,其显示的热图像实质上只是一幅单色辐射强度的分布图。在目标与干扰物的图像重叠时,不能根据图像灰度去辨认出目标和干扰物。由于雨水对红外的吸收作用较强也不能远距离传输;因此,该类导弹不能在下雨或空气中水分含量较高时使用,只能用于近距离作战,这是红外成像寻的制导系统的一大弱点。3 新一代红外制导导弹3.1 发展趋势
目前,世界各个军事强国都在抓紧研发新一代红外(红外/复合)制导导弹,由于红外成像导引头能大幅度增大红外(红外/复合)制导导弹对目标的迎头作用距离,有良好的抗各种红外干扰的能力,并能为导弹提供更多的目标信息,更好地抑制背景干扰,提高识别概率和命中精度等优点,因此,新一代红外(红外/复合)制导导弹必将采用小型化和智能化的红外成像导引头,且向红外复合制导方向发展。3.2 关键技术分析
新一代红外(红外/复合)制导导弹一般被称作!四代后∀红外制导导弹,由于它属于复杂武器系统,且为了满足现代作战需求,必须解决红外制导导弹面临的关键技术难题,现将所需解决的关键技术难题归纳如下:一是总体系统技术;二是红外制导系统新技术;三是红外多频段和红外复合制导技术;四是智能化制导技术;五是先进控制技术;六是远程推进技术;七是精确引爆技术。
3.2.1 总体系统技术
总体系统技术应当保证新一代红外制导导弹性能达到!远、准、快、狠∀的要求:!远∀指能够超视距发射;!准∀是制导精度高,脱靶量小于10m;!快∀指具有多种灵活的发射、截获方式,导弹机动性高,进一步扩大攻击区;!狠∀指引战配合良好,能够准确引爆,毁伤能力强;要达到这些要求,关键在于掌握导弹总体核心技术:红外制导导弹武器系统新原理、新体制研究;先进的武器系统集成技术;武器系统信息网络技术研究;远程导弹的一体化设计技术。
3.2.2 红外制导系统新技术
新一代红外(红外/复合)制导系统的红外探测器阵列数目必定大幅度增加,传感器获取的目标信息量也会成倍地增加,同时导弹速度的不断增大又要求制导系统具有更高的数据更新率。为达到要求,必需应用许多新技术:新型高性能红外探测器技术;多传感器信息融合技术;自动目标识别(ATR)技术;结构优化设计技术;红外制导系统抗干扰技术。3.2.3 红外多频段和红外复合制导技术
新一代的战机应用先进的光、电干扰技术和隐身技术,单模式的制导武器已经容易受到干
扰和难以探测目标,于是多模式制导技术应运而生。多模制导是指把多个波段的制导技术运用在同一个导引头,如红外多光谱复合制导技术,采用短波与中波,中波与长波红外复合制导技术;红外与毫米波复合制导技术,红外与微波复合制导技术,红外与INS/GPS复合制导技术,构成多模导引头,实现一弹多头,可以根据不同作战目标和使用环境选用不同的制导系统。该项技术可以发挥各频段导引体制的优势,互相弥补各自的不足,提高导弹的作战效能;因此,研制新的红外制导导弹主要应用红外多频段和红外复合制导技术,其关键技术包括:红外/毫米波导引技术、多光谱凝视成像导引技术、多模导引抗干扰技术和主动/被动复合导引技术。3.2.4 智能化制导技术
智能化的含义是指制导导弹不用人工参与自动实现目标的检测、真伪识别及高精度跟踪,可自动选择攻击点,形成导引指令,从而引导导弹自行飞向目标,即实现发射后不管的能力。智能化制导技术不仅是红外制导导弹的发展方向,同时也是其它导弹或武器系统的发展方向之一。智能化制导导弹具有以下特点:
1)能在充满各种干扰的战场环境中完成视场中目标的自动检测、识别与捕获,并可对多个目标进行精确跟踪;
情报交流
2)能够综合利用多个传感器的信息进行融合处理;3)能对视场中的目标进行威胁判断,优先加权,选择最具威胁的目标进行拦截;4)能进行攻击点选择等。3.2.5 先进控制技术
新一代红外/复合制导导弹采用的先进控制技术主要有直接力控制技术和倾斜转弯控制技术。直接力控制技术是通过对侧向力的控制,使导弹产生大机动过载,实现快速转弯;这种侧向力可以通过燃气舵或转动喷口改变发动机推力方向,也可以设计产生侧向力的专用装置,其关键技术包括飞行控制与直接力控制装置的一体化设计、精巧的伺服装置和高性能耐热材料等技术。倾斜转弯控制技术适用于非轴对称气动外形的空空导弹,而采用固体火箭冲压发动机的中、远程空空导弹正好属于这类气动外形,其主要特点是导弹在较长的飞行距离上保持比较小的攻角,从而减少了阻力,当目标机动时,导弹能够将升力面对准目标,进行高速机动,获得较大的机动攻击能力。3.2.6 远程推进技术
新一代红外/复合制导空空导弹的动力装置大都采用火箭冲压发动机,由于冲压发动机前面有进气道,能够吸入空气作为氧化剂,它的比冲大,工作时间长,比一般固体火箭发动机的推
4 结束语
随着新材料、先进计算机技术和模式识别技术的研制和开发,下一代新型红外制导导弹将采用更为先进的末制导技术,使红外制导导弹更加智能化,且具有全方位攻击和真正意义上的全天候作战能力。在未来现代化战争中,新一代红外制导导弹将发力大得多;与一般固体火箭发动机相比,同样体积和质量冲压发动机能够为导弹提供两倍以上的射程。固体冲压发动机比液体冲压发动机更加安全,关键技术包括:固体冲压燃烧控制技术;高比冲、少烟推进剂;小比重耐高温材料;固体火箭冲压发动机总体试验技术;固体火箭冲压发动机与全弹一体化设计技术。3.2.7 精确引爆技术
随着目标种类越来越多,对空空导弹的引爆系统提出了越来越高的要求。除了进行制导/引信一体化设计、充分利用导引头和飞控系统提供的信息实现精确引爆、提高杀伤概率之外,新的发展趋势是采用智能化的定向引战系统,这类系统的近炸引信能够准确测定目标方位,设定最佳起爆时间,战斗部向目标方位定向爆炸。定向战斗部的杀伤威力将有很大提高,关键技术包括:定向近炸引信技术;高效定向战斗部技术;制导/引信一体化设计技术。
参考文献
[1] 任宁.红外成像制导技术的发
展.红外与激光工程(增刊),2007(36):99~102
[2] 邓任亮.光学制导技术.北京:
国防工业出版社,1992[3] 赵善彪,张天孝,李晓钟.红外
导引头综述.飞航导弹,2006(8):42~45
[4] 刘隆和.多模复合寻的制导技
术.北京:国防工业出版社,2001
[5] 钟任华.飞航导弹红外导引头.
北京:宇航出版社,1995[6] 柯恂.世界飞机武器手册.北
京:航空工业出版社,1998[7] 刘桐林.世界导弹大全.北京:
军事科学出版社,1998[8] 张中南,王富宾,李晓.发展中
的红外成像制导技术.飞航导弹,2006(1):40~42
[9] 徐南荣,卞南华.红外辐射与制
导.北京:国防工业出版社,1997
[10] SweetnanB.Insearchofthe
perfectmissiledatalinks,alDefenceReview,2007(6)
[11] 朱福.双模寻的制导技术的发
展.红外与激光工程(增刊),2007(36):50~53
[12] 王秀萍.2007年国外空空导弹
发展综述.航空兵器,2008(2):3~7
[13] 杨卫平,沈振康.红外成像导
引头及其发展趋势.激光与红外,2007(1):1130~1132
en
hancements.Jane(sInternation
挥更大的作用。
情报交流
红外制导导弹的发展及其关键技术
汪中贤 樊 祥
摘 要 介绍了红外制导导弹
的组成与工作原理,归纳了红外制导导弹的发展历程,同时给出了红外制导导弹不同发展阶段的特点以及典型装备,最后对红外制导导弹的发展趋势和关键技术进行了探讨。
关键词 红外制导导弹 工
作原理 发展历程 关键技术
引 言
红外制导导弹是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量,从而实现寻的制导的武器,是当今红外技术的重要军事应用之一,是非常有效的精确制导打击力量。红外制导技术的研究始于第二次世界大战期间,而最早用于实战的红外制导导弹是美国研制的响尾蛇空空导弹。由于红外制导导弹具有制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高、结构紧凑、机动灵活等优点,经过半个世纪的发展,已广泛发展为反坦克导弹、空地导弹、地空导弹、空空导弹、末制导炮弹、末制导子母弹以及巡航导弹等等。
1 红外制导导弹
红外制导多用于被动寻的制导系统,制导系统的红外位标器(导引头)接收目标辐射的红外线,经光学调制和信息处理后输出电信号并与导弹上基准信号比较,得出目标的位置参数信号,用于跟踪目标和控制导弹飞向目标。
红外制导技术的发展促进了红外制导导弹的研制,同时红外制导导弹不要求发射平台装备专门的火控系统、不需要来自目标的特殊射频辐射以及能截获足够
本文2009 05 20收到,作者分别系解放军电子工程学院硕士、博士生导师
远的目标等特点,使其越来越受到青睐。红外制导导弹的工作原理是:来自目标的红外辐射透过弹头前端的整流罩,由光学系统会聚后投射到红外探测器上(光敏元件),然后将红外辐射由光信号转变为电信号,再经电子线路和误差鉴别装置形成作用于舵机的实时控制信号,使导弹自动瞄准、跟踪和命中目标,图1为红外制导导弹的组成示意图。2 红外制导导弹的发展历程
红外制导导弹的发展可分为
情报交流
基础上做了多次改进,形成了世界上最大的空空导弹系列。2)第二代红外点源寻的导弹(1957年 1966年),工作波段在3 m~5 m间,探测器采用制冷技术,光敏元件为锑化铟探测器。此种导弹导引头可以同时探测喷气式发动机喷管和发动机排出的CO2废气的红外辐射,
两大阶段,第一阶段为热点式制导导弹(点源寻的制导导弹),主要时间段是从20世纪40年代中期至70年代中期,第二阶段为
热成像式制导导弹,主要开始于70年代中期,热成像式制导导弹克服了点源式制导导弹的很多缺点,为红外制导导弹的发展展现了美好前景。
2.1 红外点源寻的制导导弹红外点源寻的制导导弹是指当导弹上红外位标器(导引头)对目标红外特性进行探测时,把探测目标作为点光源处理,目标与背景相比都有张角很小的特性,利用空间滤波等背景鉴别技术,把目标从背景中识别出来,得到目标的位置信息,达到跟踪目标的效果,图2为红外点源寻的制导导弹组成框图。
2.1.1 红外点源寻的制导导弹发展历程
20世纪40年代中期,一些近距格斗空空导弹开始采用红外点源寻的制导,红外点源寻的制导导弹的发展经历了三个阶段:1)第一代红外点源寻的导弹(20世纪40年代 1955年),工作波段为1 m~3 m,采用非制冷硫化铅探测器。此种导弹作用距离近,而且导引头只能探测飞机的喷气式发动机尾喷管的红外辐射。因此,这类导弹的攻击范围只限制在目标后方狭窄的扇形区域内,故其战术使用只能进行尾追攻击,且受背景和气象条件对红外辐射吸收影响较大,不能全天候作战,抗干扰能力弱,使战术性能受到很大限制。第一代红外点源寻的导弹的典型代表有美国的AIM 9B响尾蛇、俄罗斯的K 13和SAM 7等导弹。
响尾蛇AIM 9是美国研制的世界上第一种被动式红外点源寻的制导空空导弹。AIM 9的原型AIM 9A没有批量生产,大量生产和使用的是AIM 9B。AIM 9B由美国海军武器中心于1948年开始研制,1953年9月首次发射试验成功,1956年7月开始装备部队,最大射程11km,使用高度小于15km,最大速度为Ma=2,主要用于从尾部攻击速度比较慢的老式轰炸机。除美国自己使用外,还有英、法、德等10多个国家以及台湾地区使用,总共生产了8万枚。随后,为了满足不断发展的战术使用需要,美国海、空军曾在AIM 9B
甚至可以敏感机体蒙皮温度升高
产生的红外辐射。由于工作波段向中波方向伸展,有效减小了阳光辐射的干扰,从而提高了制导系统抗背景辐射干扰的能力。这一时期的红外制导导弹扩大了攻击区,可以从后方攻击机动目标,但其攻击范围仍未超过后半球,不能实现全向攻击。第二代红外点源寻的导弹的典型代表有英国的红头(RedTop)导弹、美国的响尾蛇AMI 9D导弹和法国的玛特拉R 530导弹。
红头导弹是由英国航空航天公司动力分部于1957年研制的空空导弹,1965年生产并服役,此型导弹最大射程12km,最大使用高度18km,最大速度为Ma=3,导引头工作波长4 m~5 m,主要用来对付超声速和亚声速飞机,直至20世纪80年代初一直是英国歼击机的主要装备,但此型导弹红外导引头受云雾影响较大。
3)第三代红外点源寻的导弹(1967年以后)为近距格斗导弹,其红外制导系统普遍采用了高灵敏度的制冷锑化铟光敏元件,并且改变了以往光信号的调制方式,多采用了圆锥扫描和玫瑰线扫描,亦有非调制盘式的多
情报交流
元脉冲调制系统,探测范围大,跟踪角速度高等特点,有的还具有自动搜索和自动截获目标的能力。因此,这一代的红外制导导弹可以在近距离内全向攻击机动能力大的目标。第三代红外点源寻的导弹的典型代表有美国的毒刺导弹和响尾蛇AIM 9L/M导弹、法国的魔术R 550导弹、苏联的 73导弹和以色列的怪蛇 3空空导弹。
73导弹北约代号为AA 11射手(Archer),是苏联20世纪70年代中后期研发,采用深制冷光电探测器的红外制导近程格斗空空导弹,也是世界上第一种能离轴发射,且搭配头盔瞄准具达到!可视即可发射∀的导弹。 73导弹弹长2.9m、翼展510mm、弹径170mm;最大速度Ma=3.7,最大射程20km,最大使用高度20km,对固定翼飞机类目标的杀伤概率为60%。安装的全向红外导引头探测距离为10km~15km,发射前视野#45∃,发射后#60∃,从导弹锁定目标到发射只需1s。其主要特点是:具有与头盔瞄准具(HMS)搭配的离轴发射能力;超过一般格斗导弹的射程;气动控制方式使其兼顾极短射程与远程的机动性能。
2.1.2 红外点源寻的制导导弹特点分析
红外制导方式的出现推动了导弹制导技术的发展,红外点源寻的制导导弹具有以下优点:1)体积小、质量轻、造价相对便宜;
一般红外导引头接收机很少有超过200mm的,便携式导弹的红外导引头接收孔径更小,不大于50mm,包括电子舱和随动机构的总质量不到1kg。
2)分辨率和制导精度高;红外工作波长为微米量级,寻的雷达一般工作在厘米或毫米量级。红外系统的角分辨率比雷达要高出1~2数量级。3)无源探测,工作隐蔽,不易受电子干扰;
4)红外探测不受多路径效应影响,可以探测低空目标。
但是,红外点源寻的制导导弹由于采用以调制盘调制为基础的信息处理,造成无法排出张角较小的点源红外干扰或复杂的背景干扰,且容易被曳光弹、红外诱饵和其它热源诱惑而偏离和丢失目标,也没有区分多目标的能力,使导弹作战效率大打折扣。此外,红外点源寻的制导导弹作用距离有限,所以一般只用作近程武器的制导系统或远程武器的末制导系统。
2.2 红外成像寻的制导导弹
红外成像寻的制导导弹是指弹上摄像头对目标探测时,将目
标按扩展源处理,摄取目标及背景的红外图像并进行预处理,得到数字化目标图像。经图像处理和图像识别后,区分出目标、背景信息,识别出要攻击的目标并抑制噪声信号。跟踪处理器形成的跟踪窗口的中心按预定的跟踪方式跟踪目标图像,并把误差信号送到摄像头跟踪系统,控制摄像头继续瞄准目标。同时,向导弹的控制系统发出导引指令信息,控制导弹的飞行姿态,使导弹飞向选定的目标,因此,是一种发射后不管的制导导弹。图3为红外成像寻的制导导弹组成框图。
2.2.1 红外成像寻的制导导弹发展历程
自20世纪80年代以来,红外成像制导技术得到了突飞猛进的发展,目前红外成像制导导引头在体制上有凝视阵列成像和线列扫描成像,在波段上,有中波和长波。红外成像寻的制导导弹的发展经历了两代。
1)第一代红外成像制导导弹采用多元线列探测器和旋转光机扫描器相结合的方法,实现探
情报交流
测器对空间二维图像的读出,采4N扫描焦平面器件已经达到实AIM 9X导弹现正处于初期生产用并扫或串并扫扫描体制。这类用水平),采用了复杂背景下目阶段,已生产约1000枚,计划成像制导导弹在20世纪70年代标识别技术。典型代表有:美国到2018年生产约10000枚。
中期开始研制,目前已经成熟并坦克破坏者(TankBreaker)导2.2.2 特点分析
开始批量生产装备部队。典型代弹、欧洲的ASRAAM、美国AIM 红外成像寻的制导导弹是一表有:美国AGM 65D/F幼畜空9X响尾蛇后续型、法国麦卡空种自主式智能制导导弹,代表了地、空舰红外成像制导导弹(采空导弹、以色列的怪蛇 4/5等导当代红外制导导弹的发展趋势,用16元锑镉汞光导线列器件和弹。
主要有如下特点:
串并扫描型光机扫描)、AIM 132响尾蛇AIM 9X空空导弹是1)灵敏度和导引精度高空空导弹以及美国在海湾战争中美国海、空军于1992年开始研红外成像寻的制导导引头噪使用的远程攻击型AGM 84E斯制的响尾蛇AIM 9L/M后续型导声的等效温差NETD&0.05∋拉姆(SLAM)导弹。
弹,2002年才开始装备部队,采~0.1∋,很适合探测远程小目 美国AGM 65D幼畜空地导用128%128元、3 m~5 m中标的需求,且空间分辨率很高,弹于1974年开始在AGM 65A基波凝视红外成像导引头和低成本 &0.2mrad~0.3mrad,多目础上改进,1983年进入空军服微型信号处理电子线路技术。按标鉴别能力强。
役,该型导弹最大射程43.4km,要求响尾蛇AIM 9X能应对诸如2)抗干扰能力强
最大速度Ma=1.2,最大使用高俄罗斯的射手(AA 11)和其它大这类导引头由于有目标识别度9.45km。D型在A型基础上离轴角发射全向攻击导弹,具有能力,可以在复杂背景干扰下探的改进之处有:改装红外成像导比对手更好的目标截获能力和优测、识别目标。
引头,其数字式定心跟踪器使导良的抗红外干扰能力。同时,要3)具有智能功能并可实现弹飞向目标的中心,而不是飞向求导弹具有在发射之前锁定目标发射后不管
最大温差点,红外频段的选择能和发射后不管的能力。AIM 9X红外成像制导导弹具有在各透过战场上的烟雾获得昼夜、全导弹另一特点是可与国际视觉系种复杂战术环境下自主搜索、捕天候作战能力。
统公司的联合头盔指示系统获、识别和跟踪目标的能力,并AGM 65D导弹在1993年停(JHMCS)联用,显示由雷达等传且能按威胁程度自动选择目标和产,月产量500枚,单价12.3万感器探测到的目标信息和导弹导目标薄弱部位进行命中点选择,美元,批生产总数25127枚。引头信息。AIM 9X导弹最大射可以实现发射后不管。
AGM 65F导弹在D型红外成像程17.7km,最大速度Ma=2.5。
4)具有准全天候功能和很
导引头的基础上,专为攻击舰艇目标增加了图像调制处理能力,并采用质量增大到136kg的爆破穿甲战斗部和可调延时引信,此外,采取工程改进措施进一步降低导弹生产成本。
2)第二代红外成像制导导弹去掉了光机扫描红外器件而采用扫描或凝视红外焦平面器件(目前长波64%64元、128%128元和中波256%256元、320%240元红外焦平面探测器件以及
情报交流
强的适应性
红外成像系统主要工作在8 m~14 m远红外波段,该波段具有穿透烟雾和昼夜工作能力,且此系统可以装在各种型号的导弹上使用,只是识别、跟踪的软件不同。
但是,红外成像制导系统的热图像只相当于单目观察而无立体感,其显示的热图像实质上只是一幅单色辐射强度的分布图。在目标与干扰物的图像重叠时,不能根据图像灰度去辨认出目标和干扰物。由于雨水对红外的吸收作用较强也不能远距离传输;因此,该类导弹不能在下雨或空气中水分含量较高时使用,只能用于近距离作战,这是红外成像寻的制导系统的一大弱点。3 新一代红外制导导弹3.1 发展趋势
目前,世界各个军事强国都在抓紧研发新一代红外(红外/复合)制导导弹,由于红外成像导引头能大幅度增大红外(红外/复合)制导导弹对目标的迎头作用距离,有良好的抗各种红外干扰的能力,并能为导弹提供更多的目标信息,更好地抑制背景干扰,提高识别概率和命中精度等优点,因此,新一代红外(红外/复合)制导导弹必将采用小型化和智能化的红外成像导引头,且向红外复合制导方向发展。3.2 关键技术分析
新一代红外(红外/复合)制导导弹一般被称作!四代后∀红外制导导弹,由于它属于复杂武器系统,且为了满足现代作战需求,必须解决红外制导导弹面临的关键技术难题,现将所需解决的关键技术难题归纳如下:一是总体系统技术;二是红外制导系统新技术;三是红外多频段和红外复合制导技术;四是智能化制导技术;五是先进控制技术;六是远程推进技术;七是精确引爆技术。
3.2.1 总体系统技术
总体系统技术应当保证新一代红外制导导弹性能达到!远、准、快、狠∀的要求:!远∀指能够超视距发射;!准∀是制导精度高,脱靶量小于10m;!快∀指具有多种灵活的发射、截获方式,导弹机动性高,进一步扩大攻击区;!狠∀指引战配合良好,能够准确引爆,毁伤能力强;要达到这些要求,关键在于掌握导弹总体核心技术:红外制导导弹武器系统新原理、新体制研究;先进的武器系统集成技术;武器系统信息网络技术研究;远程导弹的一体化设计技术。
3.2.2 红外制导系统新技术
新一代红外(红外/复合)制导系统的红外探测器阵列数目必定大幅度增加,传感器获取的目标信息量也会成倍地增加,同时导弹速度的不断增大又要求制导系统具有更高的数据更新率。为达到要求,必需应用许多新技术:新型高性能红外探测器技术;多传感器信息融合技术;自动目标识别(ATR)技术;结构优化设计技术;红外制导系统抗干扰技术。3.2.3 红外多频段和红外复合制导技术
新一代的战机应用先进的光、电干扰技术和隐身技术,单模式的制导武器已经容易受到干
扰和难以探测目标,于是多模式制导技术应运而生。多模制导是指把多个波段的制导技术运用在同一个导引头,如红外多光谱复合制导技术,采用短波与中波,中波与长波红外复合制导技术;红外与毫米波复合制导技术,红外与微波复合制导技术,红外与INS/GPS复合制导技术,构成多模导引头,实现一弹多头,可以根据不同作战目标和使用环境选用不同的制导系统。该项技术可以发挥各频段导引体制的优势,互相弥补各自的不足,提高导弹的作战效能;因此,研制新的红外制导导弹主要应用红外多频段和红外复合制导技术,其关键技术包括:红外/毫米波导引技术、多光谱凝视成像导引技术、多模导引抗干扰技术和主动/被动复合导引技术。3.2.4 智能化制导技术
智能化的含义是指制导导弹不用人工参与自动实现目标的检测、真伪识别及高精度跟踪,可自动选择攻击点,形成导引指令,从而引导导弹自行飞向目标,即实现发射后不管的能力。智能化制导技术不仅是红外制导导弹的发展方向,同时也是其它导弹或武器系统的发展方向之一。智能化制导导弹具有以下特点:
1)能在充满各种干扰的战场环境中完成视场中目标的自动检测、识别与捕获,并可对多个目标进行精确跟踪;
情报交流
2)能够综合利用多个传感器的信息进行融合处理;3)能对视场中的目标进行威胁判断,优先加权,选择最具威胁的目标进行拦截;4)能进行攻击点选择等。3.2.5 先进控制技术
新一代红外/复合制导导弹采用的先进控制技术主要有直接力控制技术和倾斜转弯控制技术。直接力控制技术是通过对侧向力的控制,使导弹产生大机动过载,实现快速转弯;这种侧向力可以通过燃气舵或转动喷口改变发动机推力方向,也可以设计产生侧向力的专用装置,其关键技术包括飞行控制与直接力控制装置的一体化设计、精巧的伺服装置和高性能耐热材料等技术。倾斜转弯控制技术适用于非轴对称气动外形的空空导弹,而采用固体火箭冲压发动机的中、远程空空导弹正好属于这类气动外形,其主要特点是导弹在较长的飞行距离上保持比较小的攻角,从而减少了阻力,当目标机动时,导弹能够将升力面对准目标,进行高速机动,获得较大的机动攻击能力。3.2.6 远程推进技术
新一代红外/复合制导空空导弹的动力装置大都采用火箭冲压发动机,由于冲压发动机前面有进气道,能够吸入空气作为氧化剂,它的比冲大,工作时间长,比一般固体火箭发动机的推
4 结束语
随着新材料、先进计算机技术和模式识别技术的研制和开发,下一代新型红外制导导弹将采用更为先进的末制导技术,使红外制导导弹更加智能化,且具有全方位攻击和真正意义上的全天候作战能力。在未来现代化战争中,新一代红外制导导弹将发力大得多;与一般固体火箭发动机相比,同样体积和质量冲压发动机能够为导弹提供两倍以上的射程。固体冲压发动机比液体冲压发动机更加安全,关键技术包括:固体冲压燃烧控制技术;高比冲、少烟推进剂;小比重耐高温材料;固体火箭冲压发动机总体试验技术;固体火箭冲压发动机与全弹一体化设计技术。3.2.7 精确引爆技术
随着目标种类越来越多,对空空导弹的引爆系统提出了越来越高的要求。除了进行制导/引信一体化设计、充分利用导引头和飞控系统提供的信息实现精确引爆、提高杀伤概率之外,新的发展趋势是采用智能化的定向引战系统,这类系统的近炸引信能够准确测定目标方位,设定最佳起爆时间,战斗部向目标方位定向爆炸。定向战斗部的杀伤威力将有很大提高,关键技术包括:定向近炸引信技术;高效定向战斗部技术;制导/引信一体化设计技术。
参考文献
[1] 任宁.红外成像制导技术的发
展.红外与激光工程(增刊),2007(36):99~102
[2] 邓任亮.光学制导技术.北京:
国防工业出版社,1992[3] 赵善彪,张天孝,李晓钟.红外
导引头综述.飞航导弹,2006(8):42~45
[4] 刘隆和.多模复合寻的制导技
术.北京:国防工业出版社,2001
[5] 钟任华.飞航导弹红外导引头.
北京:宇航出版社,1995[6] 柯恂.世界飞机武器手册.北
京:航空工业出版社,1998[7] 刘桐林.世界导弹大全.北京:
军事科学出版社,1998[8] 张中南,王富宾,李晓.发展中
的红外成像制导技术.飞航导弹,2006(1):40~42
[9] 徐南荣,卞南华.红外辐射与制
导.北京:国防工业出版社,1997
[10] SweetnanB.Insearchofthe
perfectmissiledatalinks,alDefenceReview,2007(6)
[11] 朱福.双模寻的制导技术的发
展.红外与激光工程(增刊),2007(36):50~53
[12] 王秀萍.2007年国外空空导弹
发展综述.航空兵器,2008(2):3~7
[13] 杨卫平,沈振康.红外成像导
引头及其发展趋势.激光与红外,2007(1):1130~1132
en
hancements.Jane(sInternation
挥更大的作用。