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隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭智能化，信息化的發(fā)展，戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高精度打擊的作戰(zhàn)任務(wù)，精確制導(dǎo)武器逐漸受到了人們的重視。

導(dǎo)引頭作為精確制導(dǎo)武器系統(tǒng)的核心，兼具自主搜索、識別與跟蹤目標(biāo)的復(fù)雜功能，能夠持續(xù)輸入目標(biāo)信息并給出制導(dǎo)控制指令，確保武器系統(tǒng)不斷地跟蹤目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的精確打擊。而紅外技術(shù)用于制導(dǎo)武器是由空空導(dǎo)彈開始的。1948年美國開始研制紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈，1956年“響尾蛇”空空導(dǎo)彈研制成功。

因?yàn)榧t外導(dǎo)引頭在制導(dǎo)精度、抗干擾性、隱蔽性和效費(fèi)比等方面具有很大優(yōu)勢，已經(jīng)成為先進(jìn)精確制導(dǎo)武器廣泛采用的目 標(biāo)敏感裝置之一。在未來戰(zhàn)爭中，紅外導(dǎo)引頭技術(shù)必然會在不同的任務(wù)需求中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。所以重視并大力研發(fā)這一技術(shù)勢在必行。本文重點(diǎn)介紹了紅外導(dǎo)引頭技術(shù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及該技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

02

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

國外紅外型空空導(dǎo)彈的發(fā)展先后經(jīng)歷了四代，而每次更新?lián)Q代的標(biāo)志恰恰就是紅外導(dǎo)引頭技術(shù)的更新。

第一代：采用非制冷的硫化鉛探測器，工作在近紅外波段，只能探測飛機(jī)發(fā)動機(jī)噴口的紅外輻射，因此僅可以從尾后方向攻擊目標(biāo)。這一代導(dǎo)彈利用調(diào)制盤的調(diào)制信息從空間上、能量上區(qū)分目標(biāo)和背景，因而也不具備抗紅外誘餌干擾的能力。這一代的導(dǎo)彈的典型代表有美國的AIM-9B響尾蛇（圖一）、蘇聯(lián)的K-13，以及中國的ＰＬ－２等。它們的探測距離為10千米以下，有效攻擊范圍僅為目標(biāo)尾后2~3千米。

第二代：第二代采用制冷的硫化鉛或銻化銦探測器，提高了探測能力，可以從后向攻擊目標(biāo)。但是令人感到遺憾的是這一代導(dǎo)彈仍然不具備抗紅外誘餌干擾的能力。典型代表有美國的ＡＩＭ－９Ｄ，中國的ＰＬ－５乙，法國的馬特拉R530（圖二），以及俄羅斯的R-60T等。它們?nèi)匀徊捎螟喪綒鈩硬季郑捎玫闹吕湫土蚧U探測器卻極大地提高了探測靈敏度，引信則采用紅外近炸引信，比之前的紅外導(dǎo)引技術(shù)更加先進(jìn)。

第三代：采用制冷銻化銦探測器，工作在中波紅外波段，改進(jìn)了調(diào)制盤系統(tǒng)，部分型號采用了多元探 測器，具備一定程度的全向攻擊能力及抗干擾能力。這一代導(dǎo)彈通過改進(jìn)的調(diào)制方式，可以從空間上、能量上比上兩代細(xì)分目標(biāo)和背景，同時采用集成電路使得導(dǎo)彈的邏輯判斷能力有較大提高， 而且還具備了一定的抗紅外誘餌的能力，這使得作戰(zhàn)性能和可靠性大幅提高。這一代導(dǎo)彈典型的代表有美國的ＡＩＭ－９Ｌ，中國的ＰＬ－８Ｂ，以及ＰＬ－５Ｃ等。

第四代：采用成像制導(dǎo)技術(shù)，大幅度提高了探測能力，可以全方位探測、攻擊目標(biāo)，具備很強(qiáng)的抗干擾能力。典型的有美國的AIM－9X、英國的ASRAAM、德國的IRIS－T、法國的MICA＿ＩＲ、以色列的Python５和南非的Ａ－Ｄarter等。其中MICA－IR、Python５和A－Darter采用了雙色紅外成像制導(dǎo)技術(shù)。由于這一代導(dǎo)彈的空間分辨力和光譜分辨力較之前有很大的提高，可以利用能量、形狀、軌跡、光譜等特征來區(qū)分目標(biāo)和干擾。

目前，國外的第四代紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈逐步裝備部隊(duì)，其技術(shù)特點(diǎn)如下:

2.1.1 美國AIM-9X導(dǎo)彈

AIM-9X采用128×128元凝視銻化銦FPA導(dǎo)引頭。探測器工作在３～５μｍ波段，和機(jī)械斯特林制冷器、慣性組件一起安裝在隔艙板的后面，固定在彈體上。光學(xué)系統(tǒng)則位于隔艙板前面的穩(wěn)定平臺上。導(dǎo)引頭采用半捷聯(lián)穩(wěn)定平臺技術(shù)，用安裝在隔艙上的慣性組件來指示位標(biāo)器框架系統(tǒng)，從而省去了速率陀螺。其極坐標(biāo)式的兩軸結(jié)構(gòu)位標(biāo)器能以800°/ｓ的速率俯仰和以1600°/s的速率滾轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) ±９０°跟蹤場。導(dǎo)引頭最大直徑127ｍｍ，其半球形藍(lán)寶石整流罩的直徑為76ｍｍ。AIM-9X導(dǎo)引頭布局的優(yōu)點(diǎn)是位標(biāo)器尺寸小，且省卻了通往前端框架的氣路。現(xiàn)階段裝備部隊(duì)的AIM-9X尚不具備發(fā)射后截獲能力。目前正在研制的AIM-9XBlockⅡ?qū)⒕邆溥@一能力。它重新設(shè)計了導(dǎo)引頭的制導(dǎo)艙和引信，在保證導(dǎo)彈外形不變的情況下，利用導(dǎo)彈內(nèi)部騰出的5.08cm空間，增加了與AIM-120導(dǎo)彈相同的單向數(shù)據(jù)鏈。

2.1.2 英國的ASRAAM導(dǎo)彈

ASRAAM采用休斯公司研制的128×128元凝視銻化銦FPA導(dǎo)引頭。工作波段為３～５μｍ。導(dǎo)引頭采用J－T制冷方式，探測器安裝在兩軸穩(wěn)定平臺上，實(shí)現(xiàn) ±９０°跟蹤場。慣性組件由DASA研制，安放在電子艙內(nèi)。導(dǎo)引頭信息處理軟件由ADA語言編寫，可以設(shè)定導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)的部位。ASRAAM可以使用發(fā)射前鎖定方式或發(fā)射后鎖定方式發(fā)射。導(dǎo)引頭最大直徑166mm，其半球形藍(lán)寶石整流罩的直徑約為80mm。目前，英國及印度的空軍已經(jīng)裝備該型導(dǎo)彈。

2.1.3 德國的IRIS－T導(dǎo)彈

IRIS-T采用4x128銻化銦探測器陣列紅外成像導(dǎo)引頭，該導(dǎo)引頭由迪爾-BGT防務(wù)公司研制，最初采用的是多元64x1交錯排列銻化銦探測器陣列。紅外探測器工作波段在3-5微米間，導(dǎo)引頭采用機(jī)械掃描紅外陣列成像，具有正負(fù)90度視場。IRIS-T并沒有像ASRAAM和AIM-9X那樣采用凝視焦平面陣列，而是傳統(tǒng)的機(jī)械掃描式陣列，前者的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)引頭靈敏度高、導(dǎo)彈總瞬時視場很大、對于大機(jī)動性目標(biāo)也不存在跟蹤角速度問題，從而提髙了格斗性能；應(yīng)該說這種技術(shù)更加先進(jìn)，是未來發(fā)展方向，但凝視成像導(dǎo)引頭在探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)時，目標(biāo)像點(diǎn)落入探測元盲區(qū)時會造成目標(biāo)圖像不穩(wěn)定，解決的方法是增大探測元密度，這勢必造成導(dǎo)引頭成本提高。而后者則可以減小激光干擾，降低對弧光燈的敏感度。另外，機(jī)械掃描陣列的成本低 ，覆蓋面積大，熱處理方便，具有相當(dāng)好的動態(tài)探測范圍，在導(dǎo)引頭被藍(lán)寶石制整流罩因受熱產(chǎn)生熱噪聲干擾前，可以探測到紅外信號更弱的目標(biāo)。IRIS-T6的導(dǎo)引頭具有全向能力和遠(yuǎn)距離捕獲目標(biāo)能力，捕獲距離跟

導(dǎo)彈的動力射程相匹配。據(jù)報道，IRIST導(dǎo)引頭比目前“響尾蛇”導(dǎo)彈的視場要大3-4倍。德國空軍副部長評價IRIS- T的目標(biāo)截獲能力時說，配合“臺 風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)的頭盔顯示系統(tǒng)，飛行員只需要往后肩看一眼，發(fā)射后的導(dǎo)彈就可攻擊目標(biāo)，甚至是載機(jī)后面的目標(biāo)。由于采用了大量具有毫弧度分辨率的探測元件，以及大規(guī)模并行和壓縮處理技術(shù)，因此其能清楚地區(qū)分出目標(biāo)、背景紅外線輻射源和目標(biāo)可能發(fā)射的任何曳光彈，具有極髙的獨(dú)立判斷和抗干擾能力。再配合瑞典薩伯公司研制的新型彈上計算機(jī)，可達(dá)到驚人的跟蹤率和智能圖像處理效果。

2.1.4 南非的Ａ－Ｄarter導(dǎo)彈

Ａ－ＤＡＲＴＥＲ導(dǎo)彈探測器為２×100元，采用線列掃描方式。雙色探測器的響應(yīng)波段是中短波。離軸角可達(dá) ±90°。導(dǎo)引頭最大直徑166ｍｍ，其半球形藍(lán)寶石整流罩的直徑約為１５０ｍｍ。由于其選擇了ＢＡＥ系統(tǒng)公司的最新固體慣性測量單元（ＩＭＵ）作為中程制導(dǎo)組件，因此具備了獲得發(fā)射后截獲能力的潛力。

2.1.5 法國MICA－IR導(dǎo)彈

該種導(dǎo)彈采用可互換使用的主動雷達(dá)和被動紅外導(dǎo)引頭，因此進(jìn)一步擴(kuò)大了該導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)使用范圍。在近距格斗時，可以采用主動雷達(dá)型并在發(fā)射前鎖定目標(biāo)，也可以采用紅外成像型在發(fā)射前或發(fā)射后鎖定目標(biāo)，從而獲得發(fā)射后不管能力。在中距攔射時，采用主動雷達(dá)型，其制導(dǎo)體制為初段慣性制導(dǎo)、中段載機(jī)指令修正、末段主動雷達(dá)制導(dǎo)，與機(jī)載邊跟蹤/邊掃描雷達(dá)配合，可以同時攻擊6~8個目標(biāo)。導(dǎo)引頭采用藍(lán)寶石整流罩，雙色探測器，線列掃描方式。尚不知其響應(yīng)波段和探測器元數(shù)。探測器采用斯特林制冷方式。導(dǎo)彈最大過載３５ｇ，彈尾端配有數(shù)據(jù)鏈，具備發(fā)射后截獲能力。

2.1.6 以色列的Python５導(dǎo)彈

采用雙波段凝視焦平面 Ｉｎｓｂ探測器，制冷方式為Ｊ－Ｔ方式。探測器元數(shù)為320×240。頭罩材料為藍(lán)寶石。據(jù)稱其離軸角為±100°，比目前的同類產(chǎn)品大。新型圖像處理器可每隔25ms對兩個波段圖像進(jìn)行一次比對。具備發(fā)射后截獲能力。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對于紅外導(dǎo)引頭研究高度重視，眾多科研工作者經(jīng)過艱辛的工作，在紅外導(dǎo)引頭技術(shù)的理論與應(yīng)用取得了一系列可喜的成果。

王恩德等利用級數(shù)理論分析了位標(biāo)器的跟蹤收斂特性。高明等設(shè)計了雙波段成像位標(biāo)器。馮志偉等探討了小型紅外成像兩軸位標(biāo)器。王軍平等研究了滾仰式兩軸位標(biāo)器光軸空間隨動軌跡的優(yōu)化問題。王軍平等介紹了滾仰式平臺標(biāo)準(zhǔn)口字形搜索的四元數(shù)法實(shí)現(xiàn)。王嘉鑫等分析了導(dǎo)引頭隔離度對制導(dǎo)穩(wěn)定性的影響。隨著FPA規(guī)模的增加，積分時間也增加，同時瞬時視場減小，這些都使圖像穩(wěn)定越來越重要。如何對穩(wěn)定后的圖像進(jìn)行評估，目前尚未有一個統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，整流罩等技術(shù)也在艱難地攻關(guān)克難，有了很大進(jìn)展。

我國的紅外導(dǎo)引頭的紅外探測能力，自動目標(biāo)識別技術(shù)，實(shí)時圖像處理技術(shù)都得到了長足的發(fā)展。

2.2.1 紅外探測技術(shù)

紅外探測技術(shù)有紅外成像探測技術(shù)和紅外非成像探測技術(shù)兩種，后者更受人們青睞。不同于掃描成像依賴探測元件和掃描鏡頭對目標(biāo)地物進(jìn)行基于線列的瞬時視場取樣掃描，以凝視紅外成像探測技術(shù)為典型代表的紅外成像探測技術(shù)采用大規(guī)模探測單元和凝視工作方式，能夠連續(xù)累積目標(biāo)輻射能量，此外，受制于現(xiàn)代先進(jìn)導(dǎo)彈武器小彈徑、大跟蹤場等條件，探測組件體積一般較小、重量一般較輕，在目標(biāo)響應(yīng)上又具有圖像分辨率高、靈敏度高、信息更新率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，適于對高速機(jī)動小目標(biāo)、無人機(jī)蜂群編隊(duì)、復(fù)雜地物背景中的運(yùn)動目標(biāo)或隱蔽目標(biāo)成像。由于省去了傳統(tǒng)掃描成像方式中的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)和掃描部件，集成化程度高，不僅易于滿足彈載要求，而且能推動精確制導(dǎo)武器向輕小型化方向發(fā)展。

2.2.2 自動目標(biāo)識別技術(shù)

自動目標(biāo)識別技術(shù)(A1R)是采用計算機(jī)處理一個或多個傳感器的輸出信號，以識別和跟蹤特定目標(biāo)的技術(shù)。前視紅外成像傳感器、合成孔徑雷達(dá)和激光雷達(dá)等典型傳感器均可應(yīng)用于ATR技術(shù)。自動目標(biāo)識別技術(shù)可以提高導(dǎo)彈自尋的能力，實(shí)現(xiàn)發(fā)射后不管，促使導(dǎo)彈武器向智能化方向發(fā)展，縮短截獲目標(biāo)的時間。通過使用ATR技術(shù)，導(dǎo)彈也可以自動選擇最佳攻擊點(diǎn)，提高導(dǎo)彈的毀傷能力。支持向量機(jī)作為自動目標(biāo)識別的一種關(guān)鍵技術(shù)，不僅廣泛運(yùn)用于軍事上飛機(jī)艦船等目標(biāo)的識別，也普遍在深空探測領(lǐng)域中外天體的地形地貌探測、無人駕駛車輛地面目標(biāo)識別。

2.2.3 圖像實(shí)時處理技術(shù)

圖像實(shí)時處理技術(shù)的作用是對來自紅外成像探測系統(tǒng)的視頻信號進(jìn)行分析與甄別，并排除混雜在目標(biāo)信號中的背景噪聲和紅外誘餌干擾，提取真實(shí)的目標(biāo)信號，進(jìn)而計算目標(biāo)位置和命中點(diǎn)。一般包括紅外圖像預(yù)處理、紅外圖像實(shí)時檢測、目標(biāo)圖像實(shí)時跟蹤三類關(guān)鍵技術(shù)。由于非線性理論的重大突破 以及計算機(jī)計算能力的顯著提升，現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤的主要算法已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的模板匹配、光流法和卡爾曼濾波方法，交互式多模型粒子濾波算法、無跡粒子濾波等。

03

未來發(fā)展趨勢

盡管紅外導(dǎo)引頭多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)均取得了長足的發(fā)展進(jìn)步，但采取單一紅外制導(dǎo)模式的制導(dǎo)武器系統(tǒng)已經(jīng)難以滿足復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)需求，多光譜/多波段光學(xué)成像制導(dǎo)、多模復(fù)合制導(dǎo)、多彈協(xié)同制導(dǎo)等技術(shù)將成為未來精確制導(dǎo)武器最為理想的選擇。與此同時，紅外誘餌技術(shù)的發(fā)展也使得抗誘餌干擾能力成為紅外導(dǎo)引技術(shù)的發(fā)展方向之一。

04

感想和建議

通過學(xué)習(xí)這門課程，我在初步學(xué)習(xí)飛行器和導(dǎo)彈等的相關(guān)原理的同時了解了我國航天與兵器領(lǐng)域發(fā)展歷程及最新成果，以及與美國等發(fā)達(dá)國家相比有何優(yōu)勢和差距，同時也知道了北京理工大學(xué)為國家軍工行業(yè)做出的很多貢獻(xiàn)和科研成果，增強(qiáng)對我國國防實(shí)力的自信，也認(rèn)識到我國仍需努力追趕與發(fā)達(dá)國家的不小差距的現(xiàn)實(shí)。這也培養(yǎng)了我對航天方向的興趣 ，對我未來的研究方向選擇起了很大作用，我覺得這門課很有價值。建議之后介紹更多其他領(lǐng)域兵器如各類戰(zhàn)車，戰(zhàn)艦的知識以及更多關(guān)于各種類型武器及飛行器等的運(yùn)行原理。

－ The End －

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