红外导引头国内外研究现状综述
作者：王世泽，挺拔书院
01
配景常识
跟着当代战争智能化，信息化的成长，战场情况日趋繁杂，为了实现远间隔、高精度袭击的作战义务，准确制导兵器逐渐受到了人们的看重。
扶引头作为准确制导兵器体系的焦点，兼具自立搜刮、辨认与跟踪目的的繁杂功效，可以或许连续输入目的信息并给出制导节制指令，确保兵器体系赓续地跟踪目的，进而实现对目的的准确袭击。而红外技术用于制导兵器是由空空导弹开端的。1948年美国开端研制红外制导空空导弹，1956年“响尾蛇”空空导弹研制胜利。
由于红外扶引头在制导精度、抗滋扰性、隐蔽性和效费比等方面具有很年夜上风，已经成为先进准确制导兵器普遍采纳的目 标敏感装配之一。在将来战争中，红外扶引头技术必然会在分歧的义务需求中施展至关紧张的作用。以是看重并年夜力研发这一技术势在必行。本文重点先容了红外扶引头技术海内外的研讨近况以及该技术将来的成长趋向。
02
海内外研讨近况
2.1 国外研讨近况
国外红外型空空导弹的成长先后阅历了四代，而每次更新换代的标记恰恰便是红外扶引头技术的更新。
第一代：采纳非制冷的硫化铅探测器，事情在近红外波段，只能探测飞机动员机喷口的红外辐射，是以仅可以从尾后偏向进击目的。这一代导弹应用调制盘的调制信息从空间上、能量上区分目的和配景，因而也不具备抗红外钓饵滋扰的才能。这一代的导弹的典型代表有美国的AIM-9B响尾蛇（图一）、苏联的K-13，以及中国的ＰＬ－２等。它们的探测间隔为10千米以下，有用进击规模仅为目的尾后2~3千米。
第二代：第二代采纳制冷的硫化铅或锑化铟探测器，进步了探测才能，可以从后向进击目的。然则令人觉得遗憾的是这一代导弹仍旧不具备抗红外钓饵滋扰的才能。典型代表有美国的ＡＩＭ－９Ｄ，中国的ＰＬ－５乙，法国的马特拉R530（图二），以及俄罗斯的R-60T等。它们仍旧采纳鸭式气动结构，但所采纳的致冷型硫化铅探测器却极年夜地进步了探测敏锐度，引信则采纳红外近炸引信，比之前的红外扶引技术加倍先进。
第三代：采纳制冷锑化铟探测器，事情在中波红外波段，改良了调制盘体系，部门型号采纳了多元探 测器，具备必定水平的全向进击才能及抗滋扰才能。这一代导弹经由过程改良的调制方式，可以从空间上、能量上比上两代细分目的和配景，同时采纳集成电路使得导弹的逻辑断定才能有较年夜进步， 并且还具备了必定的抗红外钓饵的才能，这使得作战机能和靠得住性年夜幅进步。这一代导弹典型的代表有美国的ＡＩＭ－９Ｌ，中国的ＰＬ－８Ｂ，以及ＰＬ－５Ｃ等。
第四代：采纳成像制导技术，年夜幅度进步了探测才能，可以全方位探测、进击目的，具备很强的抗滋扰才能。典型的有美国的AIM－9X、英国的ASRAAM、德国的IRIS－T、法国的MICA＿ＩＲ、以色列的Python５和南非的Ａ－Ｄarter等。此中MICA－IR、Python５和A－Darter采纳了双色红外成像制导技术。因为这一代导弹的空间分辩力和光谱分辩力较之前有很年夜的进步，可以应用能量、外形、轨迹、光谱等特性来区分目的和滋扰。
今朝，国外的第四代红外制导空空导弹慢慢设备军队，其技术特色如下:
2.1.1 美国AIM-9X导弹
AIM-9X采纳128×128元谛视锑化铟FPA扶引头。探测器事情在３～５μｍ波段，和机器斯特林制冷器、惯性组件一路安装在隔舱板的后面，固定在弹体上。光学体系则位于隔舱板前面的稳固平台上。扶引头采纳半捷联稳固平台技术，用安装在隔舱上的惯性组件来指导位标器框架体系，从而省去了速度陀螺。其极坐标式的两轴布局位标器能以800°/ｓ的速度俯仰和以1600°/s的速度滚转，实现 ±９０°跟踪场。扶引头最年夜直径127ｍｍ，其半球形蓝宝石整流罩的直径为76ｍｍ。AIM-9X扶引头结构的长处是位标器尺寸小，且免却了通往前端框架的气路。现阶段设备军队的AIM-9X尚不具备发射后截获才能。今朝正在研制的AIM-9XBlockⅡ将具备这一才能。它从新设计了扶引头的制导舱和引信，在保证导弹形状不变的环境下，应用导弹内部腾出的5.08cm空间，增长了与AIM-120导弹雷同的单向数据链。
2.1.2 英国的ASRAAM导弹
ASRAAM采纳休斯公司研制的128×128元谛视锑化铟FPA扶引头。事情波段为３～５μｍ。扶引头采纳J－T制冷方式，探测器安装在两轴稳固平台上，实现 ±９０°跟踪场。惯性组件由DASA研制，安放在电子舱内。扶引头信息处置软件由ADA语言编写，可以设定导弹进击目的的部位。ASRAAM可以使用发射前锁定方式或发射后锁定方式发射。扶引头最年夜直径166mm，其半球形蓝宝石整流罩的直径约为80mm。今朝，英国及印度的空军已经设备该型导弹。
2.1.3 德国的IRIS－T导弹
IRIS-T采纳4x128锑化铟探测器阵列红外成像扶引头，该扶引头由迪尔-BGT防务公司研制，最初采纳的是多元64x1交织分列锑化铟探测器阵列。红外探测器事情波段在3-5微米间，扶引头采纳机器扫描红外阵列成像，具有正负90度视场。IRIS-T并没有像ASRAAM和AIM-9X那样采纳谛视焦平面阵列，而是传统的机器扫描式阵列，前者的长处是扶引头敏锐度高、导弹总瞬时视场很年夜、对付年夜灵活性目的也不存在跟踪角速率问题，从而提髙了搏斗机能；应该说这种技术加倍先进，是将来成长偏向，但谛视成像扶引头在探测远间隔目的时，目的像点落入探测元盲区时会造成目的图像不稳固，办理的办法是增年夜探测元密度，这势必造成扶引头本钱进步。尔后者则可以减小激光滋扰，低落对弧光灯的敏感度。另外，机器扫描阵列的本钱低 ，笼罩面积年夜，热处置便利，具有相称好的动态探测规模，在扶引头被蓝宝石制整流罩因受热发生热噪声滋扰前，可以探测到红外旌旗灯号更弱的目的。IRIS-T6的扶引头具有全向才能和远间隔捕捉目的才能，捕捉间隔跟
导弹的动力射程相匹配。据报道，IRIST扶引头比今朝“响尾蛇”导弹的视场要年夜3-4倍。德国空军副部长评价IRIS- T的目的截获才能时说，共同“台 风”战役机的头盔显示体系，飞行员只必要今后肩看一眼，发射后的导弹就可进击目的，乃至是载机后面的目的。因为采纳了年夜量具有毫弧度分辩率的探测元件，以及年夜范围并行和紧缩处置技术，是以其能清晰地域分出目的、配景红外线辐射源和目的可能发射的任何曳光弹，具有极髙的自力断定和抗滋扰才能。再共同瑞典萨伯公司研制的新型弹上计算机，可到达惊人的跟踪率和智能图像处置后果。
2.1.4 南非的Ａ－Ｄarter导弹
Ａ－ＤＡＲＴＥＲ导弹探测器为２×100元，采纳线列扫描方式。双色探测器的相应波段是中短波。离轴角可达 ±90°。扶引头最年夜直径166ｍｍ，其半球形蓝宝石整流罩的直径约为１５０ｍｍ。因为其选择了ＢＡＥ体系公司的最新固体惯性丈量单位（ＩＭＵ）作为中程制导组件，是以具备了得到发射后截获才能的潜力。
2.1.5 法国MICA－IR导弹
该种导弹采纳可交换使用的自动雷达和被动红外扶引头，是以进一步扩展了该导弹的战术使用规模。在近距搏斗时，可以采纳自动雷达型并在发射前锁定目的，也可以采纳红外成像型在发射前或发射后锁定目的，从而得到发射后不管才能。在中距拦射时，采纳自动雷达型，其制导体系体例为初段惯性制导、中段载机指令修正、末段自动雷达制导，与机载边跟踪/边扫描雷达共同，可以同时进击6~8个目的。扶引头采纳蓝宝石整流罩，双色探测器，线列扫描方式。尚不知其相应波段和探测器元数。探测器采纳斯特林制冷方式。导弹最年夜过载３５ｇ，弹尾端配稀有据链，具备发射后截获才能。
2.1.6 以色列的Python５导弹
采纳双波段谛视焦平面 Ｉｎｓｂ探测器，制冷方式为Ｊ－Ｔ方式。探测器元数为320×240。头罩资料为蓝宝石。据称其离轴角为±100°，比今朝的同类产物年夜。新型图像处置器可每隔25ms对两个波段图像进行一次比对。具备发射后截获才能。
2.2 海内研讨近况
我国对付红外扶引头研讨高度看重，浩繁科研事情者颠末艰辛的事情，在红外扶引头技术的理论与利用取得了一系列可喜的结果。
王恩义等应用级数理论阐发了位标器的跟踪收敛特征。高超等设计了双波段成像位标器。冯志伟等探究了小型红外成像两轴位标器。王军平等研讨了滚仰式两轴位标器光轴空间随动轨迹的优化问题。王军平等先容了滚仰式平台尺度口字形搜刮的四元数法实现。王嘉鑫平分析了扶引头隔离度对制导稳固性的影响。跟着FPA范围的增长，积分光阴也增长，同时瞬时视场减小，这些都使图像稳固越来越紧张。若何对稳固后的图像进行评估，今朝尚未有一个同一的评价尺度。与此同时，整流罩等技术也在艰巨地攻关克难，有了很年夜进展。
我国的红外扶引头的红外探测才能，主动目的辨认技术，及时图像处置技术都获得了长足的成长。
2.2.1 红外探测技术
红外探测技术有红外成像探测技术和红外非成像探测技术两种，后者更受人们青睐。分歧于扫描成像依附探测元件和扫描镜头对目的地物进行基于线列的瞬时视场取样扫描，以谛视红外成像探测技术为典型代表的红外成像探测技术采纳年夜范围探测单位和谛视事情方式，可以或许持续累积目的辐射能量，此外，受制于当代先进导弹兵器小弹径、年夜跟踪场等前提，探测组件体积一样平常较小、重量一样平常较轻，在目的相应上又具有图像分辩率高、敏锐度高、信息更新率高等诸多长处，适于对高速灵活小目的、无人机蜂群编队、繁杂地物配景中的活动目的或隐蔽目的成像。因为省去了传统扫描成像方式中的繁杂光学体系和扫描部件，集成化水平高，不仅易于满意弹载要求，并且能推进准确制导兵器向轻小型化偏向成长。
2.2.2 主动目的辨认技术
主动目的辨认技术(A1R)是采纳计算机处置一个或多个传感器的输出旌旗灯号，以辨认和跟踪特定目的的技术。前视红外成像传感器、合成孔径雷达和激光雷达等典型传感器均可利用于ATR技术。主动目的辨认技术可以进步导弹自寻的才能，实现发射后不管，匆匆使导弹兵器向智能化偏向成长，缩短截获目的的光阴。经由过程使用ATR技术，导弹也可以主动选择最佳进击点，进步导弹的损伤才能。支撑向量机作为主动目的辨认的一种症结技术，不仅普遍运用于军事上飞机舰船等目的的辨认，也广泛在深空探测范畴中外天体的地形地貌探测、无人驾驶车辆地面目的辨认。
2.2.3 图像及时处置技术
图像及时处置技术的作用是对来自红外成像探测体系的视频旌旗灯号进行阐发与甄别，并排除稠浊在目的旌旗灯号中的配景噪声和红外钓饵滋扰，提取真实的目的旌旗灯号，进而计算目的地位和射中点。一样平常包含红外图像预处置、红外图像及时检测、目的图像及时跟踪三类症结技术。因为非线性理论的重年夜突破 以及计算机计算才能的明显晋升，现阶段实现目的跟踪的主要算法已经不仅仅局限于传统意义上的模板匹配、光流法和卡尔曼滤波办法，交互式多模子粒子滤波算法、无迹粒子滤波等。
03
将来成长趋向
只管红外扶引头多项症结技术均取得了长足的成长提高，但采取单一红外制导模式的制导兵器体系已经难以满意繁杂多变的战场情况和战术义务需求，多光谱/多波段光学成像制导、多模复合制导、多弹协同制导等技术将成为将来准确制导兵器最为抱负的选择。与此同时，红外钓饵技术的成长也使得抗钓饵滋扰才能成为红外扶引技术的成长偏向之一。
04
感触和建议
经由过程进修这门课程，我在初步进修飞行器和导弹等的相关原理的同时相识了我国航天与武器范畴成长历程及最新结果，以及与美国等蓬勃国度相比有何上风和差距，同时也知道了北京理工年夜学为国度军工行业做出的许多进献和科研结果，加强对我国国防实力的自大，也熟悉到我国仍需尽力追赶与蓬勃国度的不小差距的实际。这也造就了我对航天偏向的兴致 ，对我将来的研讨偏向选择起了很年夜作用，我感到这门课很有代价。建议之后先容更多其他范畴武器如各种战车，战舰的常识以及更多关于各类类型兵器及飞行器等的运行原理。
起源：北理工飞行器节制体系试验室