红外制导

红外制导导弹制导是指导弹、火箭、飞船等运动物体，依靠其上的仪器或人的控制自动奔向目标的过程，该过程是由制导装置来完成的。一般可分为(1)自主制导。制导信息不是指挥站或目标所发送的能量，完全由安装在飞行器内部的设备动作来制导飞行器。(2)遥控制导。利用装设在飞行器内部和外部的设备，在指挥站(可设在地面或别的飞行器上)制导该飞行器，驾束制导和指令制导都属遥控制导。(3)寻的制导。利用来自目标的信息，测算出目标的位置，控制器根据计算出来的信号控制飞行器的飞行方向而将飞行器导向目标。(4)全球定位系统(GPS)制导。利用飞行器上安装的GPS接收机接收4颗以上的导航卫星播发的信号来修正飞行器的飞行路线。(5)复合制导。综合利用几种制导方式的优点于飞行全过程的制导。按照制导时携带信息的载波可分为无线电制导、红外制导和激光制导等。红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导的技术。大多数红外制导系统是被动式的。在各种精确制导体系中，红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点，在现代武器装配发展中占据着重要的地位。导弹（guidedmissile）依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行弹道，将战斗部导向并摧毁目标的武器。属于精确制导武器。具有射程远、速度快、精度高、威力大等特点。自50年代中期出现了美国“响尾蛇”、英国“火光”为代表的红外制导导弹以来，世界各国普遍开展了对红外制导导弹的研究，红外制导已经用于空-空、地-空、空-地、地-地导弹中，近年来在反坦克弹中也开始采用红外制导，但其中以空-空导弹采用红外制导为数最多。据不完全统计，世界各国研制的红外导弹有50多种型号，现已装备部队的有30多种，其中正在服役的红外空-空导弹就有数十种。如图1所示为被动式红外导弹制导系统原理图。导引头由整流罩、光学系统、探测系统、信号处理系统组成。导引头是导弹的重要部位，就像导弹的眼睛一样，由它接收到目标的红外辐射，再转为电的信号，送入电子装置处理，经放大后带动控制系统，控制舵的转动方目标导引头电子装置控制系统舵转动系统向，使导弹准确地飞向目标。红外导引头必须能够分辨目标辐射和背景辐射，要求目标辐射的信号强度要超过背景的辐射强度，如果两者的红外辐射强度相当的话，那么红外导引头很可能区分不了目标和背景，制导也就无从谈起了。舰空导弹攻击的都是空中高速目标（飞机或导弹），速度越快越容易摩擦生热，而且发动机产生的热量也远大于陆上或水面目标，目标的温度越高则红外辐射强度就越大，与背景（天空）的区别就越明显，越有利于红外导引头将“热”目标从“冷”背景中区分出来。再加上天空作为背景一般来说都是比较“干净”的，不像陆上或海上可能会存在各种杂物的干扰，因此红外制导非常适合用于包括舰空导弹在内的各种对空导弹。根据红外探测系统的不同，其制导可以分为单元探测器红外制导和多元成像红外制导。红外制导技术是精确制导武器中一个十分重要的技术手段，分为红外点源（非成像）制导技术和红外成像制导技术两大类。如图2所示为单元探测器红外制导导弹引头结构示意图，左边是导弹所要追踪的目标。云层天空等的辐射和散射会干扰对目标信号的检测，这些干扰信号称为背景辐射。目标和背景两种辐射经大气传输进入整流罩再经光学系统聚集在调制盘上。调制盘将射入的红外辐射按一定规律进行编码，得到不同的信号，作用在探测器上，把背景信号过滤掉，检出目标信号。图2调制盘基本作用1.使恒稳的光能转变成交变的光能2.产生目标所在空间位置的信号编码3.空间滤波——抑制背景的干扰调制盘按调制方式来分粪,可以分为调幅调频和脉冲编码式调制盘。前两种与电学上的调幅和调频是一致的,即它们分别用调制信号幅度、频率的变化来反映目标的位置脉冲编码式调制盘是用一组组脉冲的频率和相位来反映目标的方位。探测器分为两种：热探测器和光子探测器，热探测器可以理解为热敏电阻（热效应），只有有热源就会跟着上。自然它就是最容易被太阳骗过了。而光子探测器（相当于光电效应）则是只对特定波长有反应，这就从最开始端抛开了太阳这个干扰源。还有后面的处理电路或者理解为核心计算，对不同的信号进行分析判断后（一般都是利用存储的数据进行比对）很容易就会排除干扰。红外点源（非成像）制导系统红外点源制导系统通常由光学系统、调制器、红外探测器、制冷器、伺服机构以及电子线路等组成。其工作过程为:光学系统接收目标红外辐射，经调制器处理成包括目标信息的光信号，由红外探测器将光信号转换成易处理的电信号，再经电子线路进行信号的滤波、放大、处理，检测出目标角位置信息，并将此信息送给伺服机构，使光轴向着目标方向运动，实现制导系统对目标的持续跟踪。这类系统的优点是结构简单、成本低、动态范围宽、响应快，缺点是无法排除张角较小的点源红外干扰和复杂背景干扰，从目标获取的信息量太少而制导精度不高，也没有区分多目标的能力，主要用于近距空空格斗弹、反坦克导弹，及其他低成本、小型化导弹。红外成像制导系统红外成像制导系统一般由红外摄像头、图像处理电路、图像识别电路、跟踪处理器和稳定系统等组成。红外摄像头接收前方视场范围内目标和背景红外辐射，利用各部分辐射强度的差别，获得能够反映目标和周围景物分布特征的二维图像信息，然后由图像处理电路进行预处理和图像增强，得到可见光图像以视频显示输出，同时将数字化后的图像送给图像识别电路，通过特征识别算法从背景信息和干扰中提取出目标图像，由跟踪处理器按照预定的匹配跟踪算法计算出光轴相对于目标的角偏差，最后通过稳定系统驱动红外镜头运动，消除相对误差实现目标跟踪。红外成像制导的成像方式有两种:一种是光机扫措成像,另一种是凝视成像。先进近程空空导弹采用的是凝视成像。它的工作波段一般选择在中波3-5和长波8-12的红外波段上。这类系统在抗干扰能力、探测灵敏度、空间分辨率等方面有很大提高，能够探测远程小目标和鉴别多目标，甚至可以实现对目标的自动识别和命中点的选择，但其结构复杂、成本高，主要用于巡航导弹、反舰导弹、空地导弹等。那么红外非成像制导(红外点源制导)和红外成像制导两者有什么区别呢?简单说就是对付同样的战斗机目标时，非成像的红外导引头看到的目标是一个模糊的亮点，而成像导引头看到的目标就是一个比较具体的飞机形状了，飞机每个部位的热辐射信号都被捕捉下来并生成红外图像。可见红外成像制导相比非成像制导而言，最大的优势之一就是具备了更好的目标识别能力和抗干扰能力，因为后者看到的只是一个亮点，假如目标释放出一个更大的热源(红外干扰弹)，则非成像导引头就会跟踪上这个假目标，而丢失了真正的目标。而红外成像导引头虽然可能看的还是比较模糊，但已经足以帮助弹上制导东统将真实目标与干扰源区分开来，传统的闪光弹和照明弹对它的干扰基本上没有效果。红外成像制导的这个优势，最终将淘汰非成像红外制导。我囯新一代空空格斗弹、便携式防空导弹、舰载近防导弹也都配备了先进的红外成像。我自己的了解：非成像的导引头看到的飞机就是模模糊糊一个大亮点，主要是发动机那里特别亮，这种情况下非常容易受到干扰，因为只需要搞个比发动机更热的目标，那就会在非成像导引头上产生一个更大的热源，更亮的目标，导引头就会跟踪上这个目标；而成像的导引头，看到的就是一个具体的飞机，面阵上面分成若干个小格子，每个格子都记录下飞机相应的参数，比如机翼、机身、发动机等等的热信号，单纯的干扰热源会被计算机自动忽略掉，因为它不符合最初的跟踪参数。对于这种导引头就只有想办法采用激光干扰的方法，直接照射导弹的导引头，搞瞎它。未来发展趋势非制冷红外制导系统2光学双色制导系统微波/红红外成像制导技术的发展趋势：一是复合制导；复合制导是指导弹在飞行弹道的同一制导段或不同制导段（如中段或末段）采用两种以上制导方式（如自主制导、遥控和寻的制导）进行制导的技术。二是智能化，智能化复合制导的核心是智能化的信息处理技术，它在很大程度上依赖于软件和信息处理方法。这就要求信息融合技术在现有的硬件和传感器水平上，寻求新的特征层融合算法、决策层算法和传感器自动复合策略，从理论上形成一套复合寻的制导信息融合方法。三是继续研制多量子阱红外焦平面阵列超晶格材料是用现代薄膜生长技术制成的一种新型材料，它是在自然界中从未存在过的一种全新的人工制造的晶体。超晶格是由2种不同成分的半导体材料以薄层的形式交替排列而成，每一薄层的厚度只有1~10nm，薄层的数目可以达到几百甚至更多。超晶格实际上是由许许多多半导体异质结连接而成的，只是由于每一薄层厚度非常小，因而这些异质结不再是互相孤立的，从整体上就出现了一些单个异质结所不具备的新的特性。超晶格可以有多种形式的结构。如果窄禁带材料（它形成势阱）的宽度很小，可以和电子的德布罗意波长相比，而宽禁带材料（它形成势垒）的宽度较大，使两个相邻势阱中的电子波函数不能相互耦合，则这种超晶格称为多量子阱结构。