雷達紅外復(fù)合導(dǎo)引頭系統(tǒng)技術(shù)介紹

導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)

亦稱“導(dǎo)彈導(dǎo)引和控制系統(tǒng)”。導(dǎo)引和控制導(dǎo)彈按選定的導(dǎo)引規(guī)律飛行并命中目標的整套裝置和軟件的統(tǒng)稱。由測量裝置、計算裝置和執(zhí)行裝置組成。其工作原理是測量、計算導(dǎo)彈的位置、速度、加速度、射程等參數(shù)，與裝定參數(shù)比較，按預(yù)定規(guī)律形成制導(dǎo)指令信號，通過放大和變換，驅(qū)動操縱元件（舵面或噴管等）動作（偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動），調(diào)整彈體姿態(tài)，使它沿著一定的彈道飛行，并在適當(dāng)條件下發(fā)出關(guān)機指令，使導(dǎo)彈以允許的誤差接近或命中目標。按形成導(dǎo)引指令的來源不同，分為自主式制導(dǎo)、遙控制導(dǎo)、尋的制導(dǎo)和復(fù)合制導(dǎo)等系統(tǒng)。

尋的制導(dǎo)

依靠彈上導(dǎo)引裝置接收目標輻射或反射的能量（紅外線、激光、無線電波等），形成導(dǎo)引信號而導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式。其特征是目標的探測與跟蹤都是在彈上完成的。按探測頻譜，分為雷達尋的制導(dǎo)、紅外尋的制導(dǎo)、激光尋的制導(dǎo)和電視尋的制導(dǎo)等。按照射能源所在位置，分為主動尋的制導(dǎo)、半主動尋的制導(dǎo)和被動尋的制導(dǎo)。由裝在彈上的導(dǎo)引頭發(fā)射能量照射目標，并接收目標反射信號，形成導(dǎo)引信號而導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式稱為主動尋的制導(dǎo)；利用彈外制導(dǎo)站向目標發(fā)射能量，并接收目標反射回來的能量，形成導(dǎo)引信號而導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式稱為半主動尋的制導(dǎo)；導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭直接感受由目標本身輻射的能源或反射自然能源能量，形成導(dǎo)引信號而導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式稱為被動尋的制導(dǎo)。尋的制導(dǎo)精度高，且與射程無關(guān)，但彈上制導(dǎo)設(shè)備較復(fù)雜，作用距離較短。多用于空空、地空、空地等導(dǎo)彈的末制導(dǎo)。

雷達尋的制導(dǎo)

由彈上的雷達導(dǎo)引裝置接收來自目標的電磁輻射或反射的能量，形成導(dǎo)引信號而導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式。按雷達發(fā)射波長，分為微波雷達尋的制導(dǎo)和毫米波雷達尋的制導(dǎo)。微波雷達尋的制導(dǎo)的工作波長為1厘米~1米，具有作用距離相對較遠、全天候能力強等特點；毫米波雷達尋的制導(dǎo)的工作波長為1~10毫米，具有體積小、質(zhì)量輕、精度高、抗干擾能力強等特點，但易受惡劣天氣影響。

紅外尋的制導(dǎo)

由彈上的紅外導(dǎo)引裝置接收來自目標的紅外輻射能量，形成導(dǎo)引信號而自動導(dǎo)向目標的制導(dǎo)方式。是一種被動尋的制導(dǎo)方式。按工作體制，分為紅外點源尋的制導(dǎo)和紅外成像尋的制導(dǎo)。波長3~5微米的紅外波多用于紅外點源尋的制導(dǎo)，波長8~14微米的紅外波主要用于紅外成像尋的制導(dǎo)。紅外導(dǎo)引裝置比微波雷達導(dǎo)引裝置尺寸小、質(zhì)量輕、精度高，但易受氣候影響。

目前除了雷達/紅外復(fù)合之外，還有很多體制的復(fù)合導(dǎo)引頭。理論上來講雷達（包括主動、被動及厘米波、毫米波等不同波段）、紅外（包括點元、多元、成像、致冷型、非致冷型等等）、可見光（電視）、激光（包括半主動、成像等）都可以進行雙模、三模甚至三種以上多模的復(fù)合。

導(dǎo)引頭作為移動裝置(例如飛機、輪船、導(dǎo)彈、火箭等)的導(dǎo)航器件中的關(guān)鍵器件， 對導(dǎo)航質(zhì)量好壞起著決定作用。部分導(dǎo)引頭具備激光探測功能和紅外探測功能的雙重功能，在對這類導(dǎo)引頭進行測試的時候需要對兩種探測功能進行測試。

現(xiàn)在研究和應(yīng)用比較多的是雙模導(dǎo)引頭。如紅外/激光測距復(fù)合導(dǎo)引頭，已經(jīng)在巡飛偵察彈上應(yīng)用，通過對目標的偵察定位，可自身攻擊目標外，還可以引導(dǎo)其他彈藥，實現(xiàn)彈與彈之間的協(xié)同作戰(zhàn)。紅外成像/雷達半主動復(fù)合導(dǎo)引頭，已經(jīng)在美國的艦載防空導(dǎo)彈“拉姆”上應(yīng)用。

此外，還有主動雷達/半主動雷達復(fù)合導(dǎo)引頭，紅外雙色復(fù)合導(dǎo)引頭等。從目前技術(shù)成熟度來說，紅外成像/激光半主動復(fù)合導(dǎo)引頭，紅外成像/半主動雷達復(fù)合導(dǎo)引頭等相對成熟，主動雷達導(dǎo)引頭/激光成像等相對較新的導(dǎo)引頭復(fù)合時難度很大?？傮w來說，目前復(fù)合導(dǎo)引頭主要還是“雙模導(dǎo)引頭”。下一步，復(fù)合導(dǎo)引頭肯定會發(fā)展“多模導(dǎo)引頭”，即集成至少三種體制的導(dǎo)引頭。美國在這方面研究走的比較靠前了，如毫米波主動雷達/非致冷紅外成像/激光半主動三模復(fù)合導(dǎo)引頭，由美國雷神公司研制的，在其空射型防區(qū)外小直徑炸彈（GBU-53/B）、網(wǎng)絡(luò)化巡飛攻擊導(dǎo)彈（PAM）等精確打擊彈藥上應(yīng)用，閉環(huán)飛行試驗已經(jīng)獲得成功。

目標特征信號控制技術(shù)（又稱隱身技術(shù)）是集空氣動力學(xué)、材料學(xué)、電磁學(xué)、工程物理等諸多技術(shù)的一門綜合性交叉學(xué)科，介紹如何減少武器系統(tǒng)的目標特征信號，使其難以被探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和跟蹤的各種技術(shù)，其中包括雷達特征信號控制技術(shù)、聲頻特征信號控制技術(shù)、紅外特征信號控制技術(shù)、磁特征信號控制技術(shù)等。

由于不同武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)環(huán)境各不相同，其隱身設(shè)計的側(cè)重點也就有所不同，因此必須綜合分析威脅條件和可達性要求，對隱身、氣動、結(jié)構(gòu)等指標進行綜合考慮，組合各項隱身技術(shù)，使武器達到預(yù)期的隱身效果。

在隱身飛行器的總體設(shè)計中，需要考慮氣動與隱身外形之間的矛盾等眾多因素，如采用S進氣道或埋入式進氣道和矢量推力技術(shù)對發(fā)動機推力影響很大，降低了發(fā)動機的效率，從而影響飛行器的航程和負載能力；非常外形對武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度設(shè)計提出了新的要求；吸波材料將增加飛行器的質(zhì)量，采用保形技術(shù)將武器安排在機艙內(nèi)，將減少武器的有效載荷，天線、進氣道的位置應(yīng)兼顧作戰(zhàn)環(huán)境要求，發(fā)動機的安排有利于紅外特征信號抑制等。

在隱身艦船的設(shè)計中，應(yīng)主要考慮雷達隱身，兼顧紅外及磁特征信號控制。雷達隱身以采用外形技術(shù)為主，艦船側(cè)面的船體應(yīng)向外或向內(nèi)傾斜一定角度，上層建筑則采用大傾角設(shè)計，避免角反射器，同時對船側(cè)覆貼吸波材料，排氣管應(yīng)安排在接近水線，以便于將廢氣直接排入水中。對艦艇表面的傳感器及武器系統(tǒng)必須采用專門的隱身措施；如對雷達、通信天線加裝頻率選擇表面，艦炮及導(dǎo)彈發(fā)射架用涂有吸波材料的傾斜外殼遮擋起來。采用這些措施后勢必降低艦船對威脅的探測能力，減少武器裝載數(shù)量，降低艦船的作戰(zhàn)能力。同時，船體覆貼吸波材料后維護困難。

潛艇的隱身設(shè)計以聲頻特征信號控制為主，兼顧磁、雷達、紅外和尾流化學(xué)特征信號控制。研究的重點放在低噪聲流線外形設(shè)計、新型推進系統(tǒng)、浮筏隔振、管路噪聲以及聲隱身材料（如消聲瓦）等方面。應(yīng)注意采用減振浮筏或消聲瓦材料將減少潛艇的可用空間、增加潛艇質(zhì)量、降低有效載荷，同時，應(yīng)考慮采用磁性材料制造潛艇外殼或內(nèi)部安裝消磁系統(tǒng)。

坦克等路上戰(zhàn)車所面臨的威脅主要包括毫米波雷達、紅外以及可見光指令制導(dǎo)導(dǎo)彈，因此要求坦克的隱身以雷達、紅外隱身為主，兼顧可見光隱身。采用外形技術(shù)降低戰(zhàn)車雷達目標特征信號的同時，應(yīng)考慮合理安排排氣/冷卻管的位置，減少排氣中的粒子雜質(zhì)，并采用兼顧雷達、紅外隱身材料進一步降低武器特征信號。

工事、機庫等設(shè)施的隱身設(shè)計應(yīng)以雷達隱身為主，兼顧紅外、可見光隱身，主要采用復(fù)雜的外形布局和應(yīng)用兼顧雷達、紅外復(fù)合隱身材料為主。

目前的探測系統(tǒng)仍以雷達為主，因此隱身技術(shù)研究仍以雷達目標控制信號為主，聲、光、紅外等特征信號控制為輔，逐步向多功能隱身方向發(fā)展。

雷達隱身層在與ITO膜復(fù)合后，材料的雷達隱身性能幾乎不受影響，測試曲線幾乎相同，僅在中頻波段存在測試誤差。另外，通過計算平均反射率表明：在2～18GHz范圍內(nèi)，未鍍有ITO膜的雷達波隱身復(fù)合材料的平均反射率為-7.73dB，鍍有ITO膜的紅外/雷達兼容復(fù)合隱身材料的平均反射率為-7.70dB。說明紅外與雷達的兼容性良好，雷達波通過紅外層時的反射較小，幾乎可以忽略不計。

摻雜氯化物半導(dǎo)體的紅外/雷達波隱身復(fù)合材料

紅外隱身材料一般要求在大氣窗口內(nèi)有較低的發(fā)射率，較高的反射率，雷達隱身材料則要求在微波和毫米波有盡可能高的吸收率和較低的反射率，從而使其RCS盡可能減小。摻雜氧化物半導(dǎo)體材料在一定程度上可滿足以上兩方面的要求。

（1）摻雜氧化物半導(dǎo)體材料

①紅外高反射率的產(chǎn)生。摻雜氧化物材料可以成為具有較高濃度自由電子氣模式的半導(dǎo)體材料，其薄膜本身也可以是透明的，如In2O3、SnO2、ZnO、InSnO3（ITO）等，禁帶寬度一般在3.0eV左右。在紅外波段，由于紅外光波長較長，光子能量小于半導(dǎo)體禁帶寬度，半導(dǎo)體對它沒有本征吸收，對光子的吸收和反射起主要作用的是自由載流子。入射電磁波與材料中的自由載流子作用，并發(fā)生反常色散。

同時實驗也證明了：半導(dǎo)體在重摻雜情況下等離子波長都在紅外區(qū)域，隨著載流子濃度的增加，等離子波長向短波方向移動。在等離子體振蕩頻率附近，由于入射光子與等離子體共振出現(xiàn)吸收峰，當(dāng)載流子濃度增加時，共振吸收峰向短波方向移動，當(dāng)入射光的波長比λp小時，摻雜氧化物半導(dǎo)體呈現(xiàn)高透射現(xiàn)象；當(dāng)入射光的波長比λp大時，復(fù)介電常數(shù)的實部為負值，等離子體呈屏蔽效應(yīng)，摻雜氧化物半導(dǎo)體在紅外區(qū)呈現(xiàn)高反射現(xiàn)象，

為了提高末制導(dǎo)段雷達與紅外復(fù)合導(dǎo)引頭的跟蹤精度,首先將雷達與紅外傳感器觀測到的目標距離、角度等信息進行融合,并將融合后的新觀測信息作為雷達與紅外傳感器的輸入,然后分別運用無跡卡爾曼粒子濾波算法對目標狀態(tài)進行初估計,將各自得到的目標狀態(tài)估計采用協(xié)方差加權(quán)融合的方法進行融合,最后得到目標最終的狀態(tài)估計。為了有效應(yīng)對強噪聲干擾、箔條干擾以及紅外誘餌干擾,通過導(dǎo)引頭觀測信息關(guān)聯(lián)度的檢測、新息方差跡值的比較,進而對干擾進行判斷,然后選擇合適的導(dǎo)引頭工作模式對目標進行跟蹤，可以有效提高抗干擾能力。

復(fù)合的模式越多，導(dǎo)引頭越復(fù)雜，每一種模式都需要相應(yīng)的敏感器件、機械及電子組件，在有限的彈載空間內(nèi)集成，小型化存在很大的技術(shù)難度，這些困難都需要未來不斷研究加以突破。復(fù)合導(dǎo)引頭采用復(fù)合制導(dǎo)方式可以適應(yīng)復(fù)雜的天氣及戰(zhàn)場環(huán)境，具有較強的戰(zhàn)場適應(yīng)能力，復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)將各種探測器的優(yōu)點有機地結(jié)合在一起，使武器系統(tǒng)的綜合性能大大提高，所以這項技術(shù)可以說是最有發(fā)展前途的制導(dǎo)技術(shù)。