精确制导技术的发展趋势
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作者: 谢彦宏 孔 挺 瞿东辉
摘要:首先介绍了精确制导技术的基本概念,并介绍了精确制导技术的分类,对精确制导技术的现状做了详细描述,最后指出了精确制导技术的发展趋势。
关键词:精确制导技术 分类 发展
精确制导技术是以高性能的光电探测器为基础,采用目标识别、成像跟踪以及相关跟踪等方法,控制和引导武器准确命中目标的技术。它是以微电子技术、计算机技术和光电子技术为核心,以自动控制技术为基础而发展起来的高新技术。同时,它还是精确制导武器的核心技术,是确保精确制导武器在复杂战场环境中既能准确命中选定的目标乃至目标的要害部位,又尽可能减少附带破坏的关键技术。
1 精确制导技术的分类
按照不同的划分标准,精确制导技术有多种分类方法。本文按照不同控制导引方式进行分类。
1.1 自主式制导
自主式制导是引导指令由弹上制导系统按照预先拟定的飞行方案控制导弹飞向目标,制导系统与目标、指挥站不发生任何联系的制导。自主制导的实现方式有:惯性制导、方案制导、地形匹配制导和星光制导等。
1.2 寻的制导
寻的制导是利用导弹上设备接收来自目标辐射或反射的能量,靠弹上探测设备测量目标与导弹相对运动的技术参数,并将这些技术参数变换成引导指令信号,使导弹飞向目标。根据目标信息的来源不同,寻的制导可分为主动寻的制导、半主动寻的制导和被动寻的制导三大类。
1.3 遥控制导
遥控制导是依靠设在地面(海上、空中平台)指挥站来测定目标和导弹的相对位置,并向导弹发出控制导引指令,以攻击目标的制导方式。遥控制导的实现方式有:有线指令制导、无线指令制导、电视指令制导、波束制导、全球定位(GPS)制导。
1.4 复合制导
导弹从发射到命中目标要经历3个飞行阶段:即初始段、中段和末段。如果在某段或某几段采用一种以上制导方式,即称为复合制导。
2 国外精确制导技术发展现状
精确制导技术作为当今武器研发的重点方向,已得到了各国的广泛认识,其中红外成像寻的制导技术、毫米波寻的制导技术、复合寻的制导技术已取得了一定的成绩。
2.1 红外成像寻的制导技术
红外成像制导是利用目标和背景的热辐射温差,形成图像来实现自动导引。具有分辨率高、抗干扰能力强,隐蔽性好、自主捕获目标,昼夜工作能力强等特点。导弹越接近目标,接收到的目标红外辐射越强,制导精度越高,大大提高了命中率,但对目标本身的辐射或散射的依赖性较大。目前红外成像制导技术已发展了两代,第一代是光机扫描成像;第二代是凝视红外焦平面阵列成像。
2.2 毫米波寻的制导技术
毫米波寻的制导具有传播性能好、波束窄、带宽、抗干扰能力强、精度高和体积小等显著特点。由于毫米波技术的成功开发,已经实现了利用毫米波宽带特性形成一维(距离)图像,而且性能更加优越的两维、三维成像正在成为国际上研究的热点,弹载相控技术的出现为开拓和发展毫米波成像提供了可能。相控阵天线具有扫描速度快、扫描范围大、抗电子干扰能力强、指向精度高等优点。由于无机械随动系统,因而体积小、质量轻,适于弹上使用。
2.3 复合寻的制导技术
单一模式的导引系统将难以适应新的局部战争的要求,而发展和采用复合寻的制导将是唯一的选择。复合寻的制导兼有两种或多种频谱的性能优点,既可以充分发挥各自模式的优势,又可相互弥补对方的劣势,在战术使用上将大大提高寻的制导系统的抗干扰性能、全天候性能、反隐身和识别目标的能力,提高制导精度,扩展作用距离。复合寻的制导的形式有多种,按制导体制来复合有射频和光学间的复合;按基本方式复合,有指令、程控寻的间的不同复合;按飞行时间顺序,可分为串、并联复合方式;按结构来复合,有共口径和并行复合分口径的复合。在多种复合形式中,红外/毫米波复合技术性能最佳,该系统光、电互补,克服了各自的不足,综合了光、电制导的优点,仍然是当前和今后相当长一段时间内世界各国研究的重点。
3 精确制导技术的发展趋势
近年来,精确制导技术获得了一些新的进展。惯性敏感技术、智能化寻的制导技术、光纤制导技术和多模探测技术等,将成为精确制导技术发展的主要方向。
3.1 惯性敏感技术
自动寻的制导技术由于探测器受各种条件的限制,其探测距离是有限的。中远程精确制导武器在初、中段采用惯性导航,中间利用GPS修正和图像匹配制导等自主制导方式。惯性导航的核心是惯性敏感器件,对惯性敏感器件的基本要求为:高性能,包括高精度测量,大动态范围等;承受各种恶劣的弹载环境条件,即能在高过载、强震动、高低温条件下正常工作;轻小型、简单化。因此,惯性敏感器件及其系统的发展方向为:固态化、集成化、复合化、微小型化。
3.2 智能化寻的制导技术
随着人工智能、成像制导、微型计算机和自适应控制技术的发展和突破,人们已经探索研究了使精确制导武器实现完全自动化和智能化的智能制导技术。智能化寻的制导采用图像处理、人工智能和计算机技术,无人参与地对目标自动探测、自动目标识别、自动捕获和跟踪,并进行瞄准点选择和杀伤效果评估。
智能化寻的制导系统的核心是智能导引头,它具有很高的探测灵敏度和空间分辨率,其主要技术特点为:在干扰条件下自动探测、搜索、识别目标,捕获多目标并进行多目标跟踪;综合利用多种信息,对数据进行融合处理;自动判断和决策;自动进行威胁判断、优先加权,选择威胁大的目标进行攻击;选择瞄准点和杀伤效果评估。
3.3 光纤制导技术
光纤技术具有信息传输容量大、抗干扰能力强、制导精度高、隐藏性好等一系列优点,日益受到各国政府和军方的重视。光纤制导的关键技术包括:光纤强度与细径化,光纤拼接、绕线与放线,光纤双向传输等。而光纤制导武器中所用到的关键技术是:制导光纤、制导光纤陀螺。目前用于导弹的制导光纤有多模和单模两种类型。多模光纤的特点是:适宜传输几种光射线,便于拼接,但耗损大,多用于近程制导,能够使用简单的连接器和复用器,价格便宜;单模光纤的特点是:适宜传输单一光射线,多用于中远程制导,抗干扰能力强,性能好,但价格高。随着导弹射程的增加,要求光纤制导传输低损耗,其所用的光纤朝着高强度单模形式发展。光纤陀螺的发展趋势:一是向更高精度,更高可靠性的方向发展,为航空、航天、航海提供高精度的惯性元件;二是体积小、高度集成、价格便宜,结构更牢固的超小型方向发展,为战术级应用提供兼顾、廉价的惯性传感器;三是向多轴化方向发展。当前一个研究方向是采用单模光纤实现高精度光纤陀螺。干涉型光纤陀螺是使用最早,发展最成熟,最具实用化意义的陀螺。
3.4 多模探测技术
随着光电干扰技术、隐身技术和反辐射导弹技术的发展,单一频段或模式的制导体制受各自性能弱点的局限,已不能满足现代战场作战的需要。如雷达制导系统易受箔条和角反射器等假目标的干扰;红外制导系统易受目标性质、目标与背景热辐射反差程度和气候的影响,并且不能测距,全向攻击性能较差;激光制导系统易受云、雾、烟的影响,不能全天候使用。此时,多模探测技术应运而生,它可以获取目标的多种频谱信息。
多模复合探测实际上是多传感器合成在精确制导武器系统中的应用。它利用多种探测手段取得目标信息,经过计算机的数据合成处理,得出目标与背景的综合信息,然后进行目标的识别、捕捉和跟踪。采取多模探测,可以弥补单一探测方法的不足,消除其在恶劣环境时探测的局限性,获取更多更有用的目标信息。应用该项技术后,精确制导武器的制导精度、目标识别能力、作战打击能力、抗干扰能力都得到了增强,还可实现全天候作战。正在发展的多模探测主要是采用双模复合形式,其中有:紫外/红外,可见光/红外,激光/红外,微波/红外和毫米波/红外,毫米波红外成像等。
随着信息技术的高速发展,依赖于信息技术的精确制导技术是军事技术研究的热点。参与此项技术研究的国家将越来越多,研究发展的力度越来越大。相信随着信息技术的发展,精确制导技术必将取得惊人的成果。
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