光电跟踪与制导技术

第一章、绪论及跟踪系统综述光电制导与跟踪系统是以电视、红外、激光、毫米波等成像设备为手段，利用目标跟踪识别技术获取对方目标运动、状态、形状等信息，然后实施打击的光电技术，是夺取战场信息优势、实施精确打击的重要技术手段。特点：精确性高效性先进性威慑性非制冷红外探测器热探测器利用红外辐射的热效应引起探测材料的温度变化，进而产生某种可度量的物理量的变化，获得与红外辐射相对应的信号。一般不需要制冷，可靠性高，且成本较低，但灵敏度不高，响应速度较慢红外搜索跟踪系统是一种被动空中目标搜索跟踪系统，连续旋转的红外扫描头实施搜索，并将空中目标作为点目标成像在探测器阵列上。电子信号处理系统对红外扫描头获得的信号进行处理，排除飞鸟等形成的虚假目标信号，确定目标的航迹，为防空武器系统提供目标的方位角和俯仰角信息，引导防空武器瞄准和跟踪目标空中目标。微光夜视系统通过采集目标场景反射的微弱的光线，利用像增强器将其放大数万倍以上，形成明亮的图像，供人观察。分为微光直视系统（微光夜视仪）和微光电视系统激光武器分类软杀伤激光武器硬杀伤激光武器战略应用的机载激光系统（ABL）射程200km，战术应用的机载激光系统射程20km激光雷达特点：角分辨率、速度分辨率和距离分辨率高，抗干扰能力好，不仅能探测和跟踪目标，获得目标的方位、速度等信息，而且利用激光的相干性，还能获得微波雷达不能得到的其它类型的信息。航空相机特点：能迅速地获取敌方纵深地区的大范围地面情报。获取的照片不仅清晰、直观、容易判读，而且其上所包含的信息的容量、质量和可靠性是其他侦察手段无法比拟的类型：分幅相机、缝隙相机和全景相机无人值守地面传感器光电综合侦察系统特点：组件式、功能互补、昼夜全天候工作光电对抗装置激光警戒接收机导弹临近报警装置（红外、紫外、雷达）红外干扰机激光诱饵系统烟幕系统伪装第二章、导弹总体设计2.1导弹武器系统1、有翼导弹是一种以火箭发动机或吸气式发动机为动力，机动飞行所需的法向力依靠升力部件的空气动力提供，装有战斗部的自控飞行器。分类：地空导弹、空空导弹、空地导弹、反舰导弹、反坦克导弹特点1）制导精度高2）机动能力强3）系统组成及结构复杂2、弹道导弹：一种沿预先设定的弹道飞行，将弹头投向预定目标的导弹.按作战使命分：战略弹道导弹、战术弹道导弹2.2导弹武器系统组成：1）导弹系统：导弹弹体、推进系统、制导系统、引战系统、电气系统由弹体、推进系统、制导系统、引战系统和电气系统组成。导弹在制导系统和推进系统的作用下在空中飞行，最后导向所攻击的目标；引信引爆战斗部，用以摧毁目标；弹上电气系统保证导弹从起飞直至击毁目标的全过程中给弹上设备供电，并把各设备有机地连接起来，使它们按程序协同工作。2）火控系统：目标显示和探测系统、数据处理和计算系统、发射平台参数测量处理系统、发射装置完成对目标信息的获取和显示、数据处理，发射平台参数测量和处理，计算装定射击诸元，射前检查，战术决策和实施导弹发射任务。该系统主要由目标探测和显示系统、数据处理计算系统、发射平台参数测量处理系统、射前检查设备、发射装置、发射控制系统等构成3）技术保障设备：检测设备、各种车辆、电站用于完成导弹起吊、运输、贮存、维护、检测、供电和技术准备，以保障导弹处于完好的技术状况和战斗待发状态。技术保障设备主要有：测试设备、吊车、运输车、装填车、技术阵地及仓库拖车、电源车、燃料加注车、清洗车、气源车、通信指挥车和其它配套工具。2.3导弹研制可行性论证阶段方案阶段初样阶段试样阶段设计定型阶段生产定型阶段各阶段目的主要工作详见课件（光电制导发展和总体设计.pdf）2.4导弹总体设计一、总体设计的依据战术技术指标；完成研制的时间节点和定型时间；研制经费额度。二、总体设计遵循的原则技术先进性综合性高可靠性经济性三、总体设计的基本内容依据批准的战术技术指标要求，进行导弹总体方案论证；选择导弹总体参数；提出弹上各系统研制任务书；进行导弹工作流程、信息流程和内外接口设计；进行惯量、气动、弹道、操作性和稳定性以及载荷等计算，试验和仿真；完成可靠性、维修性、电磁兼容性和环境适应性的总体设计，最有效地满足给定的研制目标和要求。四、导弹总体设计输出的主要文件总体设计文件1）武器系统性能和状态类；2）结构协调类；3）设计计算类；4）试验规划类；5）分系统设计依据类。工厂生产文件靶场使用文件定型文件第三章、电视导引头原理3.1电视导引头在飞航导弹中的作用电视导引头是飞航导弹中的一种。电视导引头系统是通过弹载电视导引头获取目标区图像，在地面站实时选择、自动锁定目标进行打击的精确制导武器系统。电视制导有三大技术难题:一是摄像机抗过载问题；二是旋转并高速运动图像的清晰化处理问题；三是目标搜索与跟踪问题。电视导引头和雷达导引头相比较优点：电视导引头是成像系统，易采用数字图像处理技术；抗电磁干扰。主要是由于其原理是被动检测目标与背景光能的反差，所以电磁波干扰不起作用；跟踪精度高。此特点是由于光学系统本身的性能决定的。体积小，质量小。可以在低仰角下工作，不产生多路径效应(镜面反射和实际目标回波相干产生了多路径效应(雷达制导的特点))。缺点：只能在良好的能见度下工作，不是全天候的武器系统；易受强光和烟雾弹的干扰。使用和存放的环境要求高。3.2电视导引头的基本原理电视脱靶量的定义：目标偏离视轴的角度叫脱靶量。脱靶量测量：摄影+判读、电视测量目标的精确位置=视轴的空间角度+脱靶量3.3、飞航导弹电视导引头的分类从功能上分：自动搜索、自动捕获和自动跟踪、人工装定的电视导引头和捕控指令电视导引头。从体制上分：点跟踪、边缘跟踪、形心跟踪（含质心跟踪）、相关跟踪。从提取信号的种类分：模拟量信号、模拟和数字信号并存、数字信号。从装载对象分：地地、地空、岸舰、空地、空舰（空、地（岸）、舰、潜排列组合）3.4、飞航导弹电视导引头的功能和性能功能：1）在导弹飞行末段（或者中段），接受武器系统指令机构的控制下开机，并按照预定程序进行搜索。2）对满足规定条件下的目标进行捕获，并发出捕获指令。3）对目标进行稳定跟踪，使光轴实时对准目标。并向控制系统提供光轴与弹轴的角偏差值。4）当被跟踪的目标丢失后，应具有记忆功能。在记忆时间内出现目标，系统应正常工作。当目标丢失超过记忆时间后，电视导引头重新搜索并再次捕获跟踪目标。跟踪具体的型号不同，功能还有其他的一些要求。性能：1）捕获目标的最大距离：它是电视导引头的主要参数之一，它与目标的尺寸的大小，目标和背景的光能反差、外接照度、大气透过率、镜头焦距、成像器件灵敏度、弹体飞行高度等因素有关。2）跟踪目标的最小距离：对于采用形心体制跟踪的电视导引头，最小作用距离等于目标图像充满靶面的距离。即盲区。采用相关跟踪方法可以减小盲区。3）角跟踪精度：按照计划要求。4）分辨率：与电视导引头的CCD参数和光学系统参数有关。3.5、飞航导弹电视导引头的组成3.6、飞航导弹电视导引头参数的计算（课件上没有）第四章、可见光制导导弹的组成：:(1)推进系统(2)制导系统(3)战斗部(4)弹体系统(5)供电系统（弹上电源）（1）推进系统：以发动机为主体，为导弹提供飞行动力，保证导弹获得需要的射程和速度。导弹常用的发动机有火箭发动机（固体、液体火箭发动机）、空气喷气发动机（涡轮喷气和冲压喷气发动机）、以及组合型发动机（固—液组合，火箭—冲压组合发动机）。（2）制导系统：制导系统是导引和控制导弹飞向目标的仪器和设备的总称。制导系统可以完全装在弹上，如自寻的制导系统。但也有的导弹，弹上只装控制系统，导引系统则装在地面指挥站或载舰、载机上，如面对空导弹等。（3）战斗部：导弹上直接毁伤目标，完成其战斗任务的部分，由于大多置于导弹头部，故习惯称为导弹头。由于导弹所攻击的目标性质和类型不同，相应的要求导弹配置有毁伤作用不同，结构类型不同的战斗部，如爆破战斗部、杀伤战斗部、聚能战斗部、化学战斗部、生物战剂战斗部以及核战斗部。（4）弹体弹体是导弹的结构主体，是各舱、门、空气动力翼面、弹上机构及一些零组件联接而成的，具有良好的气动外形的壳体，用以安装战斗部、制导系统、动力装置、推进剂及供点系统（弹上电源），以及空气动力翼面（包括产生升力的弹翼），产生操纵力的舵面，以及保证稳定飞行的安定面（尾翼）（5）供电系统（弹上电源）供电系统负责给弹上各分系统供给正常工作所需要的电能，主要包括电源，各种配电、变电装置等。导弹的分类：（1）按照发射地点和目标所在的位置分类：面对面、面对空、空对面、空对空（导弹）；（2）按照作战使命分类：战术型、战略型；（3）按照结构与弹道分：有翼式（巡航式、其他有翼式）、弹道式；（4）按照射程远近分：近程（0～1000）、中程（1000～3000）、远程（3000～8000）、洲际（8000～∞）km；（5）按所攻击的目标分类：攻击固定目标、攻击活动目标（反飞机、反坦克、反舰（潜）、反卫星、）在大气层内飞行的导弹，可由改变空气动力获得控制，有翼导弹一般用改变空气动力的方法来改变控制力。在大气层中或大气层外飞行的导弹，都可以用改变推力的方法获得控制4.2导弹制导系统的分类稳定回路系统是制导系统的重要环节，它的性质直接影响制导系统的制导准确度，弹上控制系统应既能保证导弹飞行的稳定性，又能保证导弹的机动性，即对飞行有控制和稳定的作用制导系统功能上讲包括导引系统和控制系统两部分根据导引系统的工作是否与外界发生联系可分为自寻的制导系统也称为自寻的制导系统，是利用目标辐射或反射的能量制导导弹去攻击目标。根据导弹所利用能量的能源所在位置的不同，自寻的制导系统可分成三种：1、主动式：照射目标的能源在导弹上，对目标辐射能量，同时有导引头接收目标反射回来的能量的寻的制导方式。2、半主动式：照射目标的能源不在导弹上，弹上只有接收装置，能量发射装置设在导弹以外的制导站或其他位置3、被动式：目标本身就是辐射源，不需要发射装置，由弹上导引头直接感受目标辐射的能量，导引头将以目标的特定物理特性作为跟踪的信息源。作用距离小，常用红外自寻的系统。原理组成：遥控制导系统由导弹以外的制导站向导弹发出导引信息的制导系统，称为遥控制导系统。根据导引指令在制导系统中形成的部位不同，遥控制导又分为波束制导和遥控指令制导。相比于自寻的制导，遥控制导设备分布在弹上和制导站上，精度较高，精度随着导弹与制导站距离的增加而降低，且在命中目标前不能规避障碍，生存能力较差。天文制导（星光制导）是根据导弹、地球、星体三者之间的运动关系，来确定导弹的运动参量，将导弹引向目标的一种制导技术。导弹天文导航系统一般有两种：一种是由光电六分仪或无线电六分仪，跟踪一种星体，导引导弹飞向目标。另一种是用两部光电六分仪或无线电六分仪，分别观测两个星体，根据两个星体等高圈的交点，确定导弹的位置，导引导弹飞向目标。地图匹配制导是利用地图信息进行制导的一种制导方式。地图匹配制导一般有地形匹配制导与景象匹配区域相关器制导两种。它们的基本原理相同，都是利用弹上计算机预存的地形图或景象图，与导弹飞行到预定位置时携带的传感器测出的地形图或景象图进行相关处理，确定出导弹当前位置偏离预定位置的偏差，形成制导指令，将导弹引向预定区域或目标。方案制导就是根据导弹飞向目标的既定航迹，拟制的一种飞行计划。方案制导是导引导弹按这种预先拟制好的计划飞行，导弹在飞行中的导引指令就根据导弹的实际参量值与预定值的偏差来形成。方案制导系统实际上是一个程序控制系统，所以方案制导也叫程序制导。惯性导航系统是一自主式的空间基准保持系统。它由惯性测量装置、控制显示装置、状态选择装置、导航计算机和电源等组成。惯性测量装置包括三个加速度计和三个陀螺仪。复合制导，可把上述几种制导方式以不同的形式组合起来，以进一步提高制导系统的性能可分为串联复合制导、并联复合制导和串并联复合制导三种为提高导弹命中精度与毁伤效果需要对导弹的质心与姿态同时进行控制。但目前大部分导弹是通过对姿态的控制间接实现质心控制的。导弹姿态运动有三个自由度，即俯仰、偏航和滚转三个姿态，通常也称为三个通道。如果以控制通道的选择作为分类