[科普中国]-寻的制导系统

基本功能

寻的制导最基本的特征是目标的探测与跟踪在导弹上完成．用来探测和跟踪目标的设备安装在导弹头部，称为导引头。导引头基本功能是截获目标．跟踪目标．连续测量目标的位置信息、运动信息，并且按照规定的导引规律输出控制信号。2

（1）目标截获

导引头正常截获目标的基本条件是搜索空域满足一定落入概率，必须设置合理判定目标的门限，使背景噪声和内部噪声造成的虚警概率足够小，同时使具有一定信噪比的目标回波信号检测概率足够大。由于目标不同，初始条件不同，导引头截获跟踪目标的过程以及战术使用特点的不同，采用的截获方式也必然是多种多样的，经常提到的”发射前锁定”、“发射后锁定”、“人工锁定”、“自动锁定”、“打了不管”等．反映了导引头不同的截获方式。“发射前锁定”是指导弹起飞前，导引头已经捕获和跟踪目标．导弹起飞后可以立即转入寻的制导受控飞行。发射前对目标锁定往往是通过其他探测设备提供目标信息，对导引头的指向、距离测量系统和速度测量系统的初态进行引导与装定。“发射后锁定”是指导弹起飞后．导引头在飞行中搜索和截获目标。有的系统通过地面或其他平台为导引头提供目标粗信息，使导引头减小在空域、时域及频域的搜索范围，甚至在某一维上可不搜索．处于“等待”状态．这埘缩短截获时间，提高截获概率是有利的。另一种情况是没有任何导引信息。导引头独立完成对目标的搜索和截获。此时搜索范围要扩大，截获时间要增加，截获目标难度大．特别是在复杂的战场环境中．自主截获目标更困难。这就要求导引头能提取日标特征．建立有效的判据。这种发射后不需要地面或其他平台配合，独立自主截获目标的能力。习惯上又被称为“打了不管”。实际应用中．很多系统是人进行初始判定决策．完成目标截获．称为“人工锁定”。2

（2）目标跟踪

导引头截获目标之后，转入跟踪。跟踪目标的基础是连续测量目标，包括目标角度、距离和速度的测量，根据当前测量窗口(包括空间窗口、时间窗口、频率窗口)位置和相应的误差．实时调整窗口位置对准日标。完成对目标的跟踪。在寻的制导中．导引头角跟踪系统提供目标视线在测量坐标系中与参考轴的夹角．提供在惯性空间视线转率信息，形成控制指令。距离跟踪、速度跟踪不是所有导引头都具备的，一般来讲，从制导律j二看，不直接影响控制指令的形成，但是距离、速度跟踪对于目标分辨、背景杂波抑制以及改善寻的制导精度是非常重要的。2

基本组成寻的系统的基本组成。概括起来有以下部分。

（1）能量发射装置

对于探测和跟踪目标散射信号的寻的系统来说．需要发送能量照射目标．包含了目标信息的部分散射能量被导引头接收．实现目标的探测和跟踪．能量发射装置可以放在弹上．属于导引头一个组成部分，也可以放在地面或其他平台上。有的寻的系统探测跟踪目标与背景的辐射信号。则不需要能量发射装置。2

（2）能量收集装置

为接收足够的目标散射或辐射能量，需要一定口径．一定面积的收集器，即雷达导引头中的天线，或红外光学导引头中的镜头。这种天线或镜头具有明显的方向性，这是导引头测角的基础。

（3）扫描装置

能量收集器方向性强．对天线来说波束宽度窄，对光学镜头来说是指瞬时视场很小。很多系统是利用波束或视场运动，完成顺序比较测角或者扫描成像，扫描装置的功能是使波束或视场按一定规律高速运动。对于瞬时比较测角或者凝视成像系统。则不需要扫描装置。2

（4）信号检测装置

导引头收集到目标散射或辐射能量，通过检测装置转成基带信号，是反映目标信息最原始的信号。雷达导引头中混频、检波电路等，光学导引头中光电转换的探测器件都属检测装置。

（5）信号处理装置

信号处理主要完成目标识别、判决、参数提取。需要对原始的信号进行积累、滤波以及变换。信号处理主要通过计一算机完成。

（6）伺服机构

寻的制导过程中．导引头天线指向是通过伺服机构调整的。目标偏离天线轴线时，产生角误差信号，经放大和校正处理送至力矩器，使天线指向对准目标。

（7）稳定平台

导引头是以弹上测量坐标为参考测量目标坐标和运动状态。导弹飞行过程中弹体姿态会出现很大的摆动．如果弹体运动耦合到测量坐标系．就会造成不利影响．使导引头角跟踪回路工作更困难，不仅要跟踪目标的运动，同时还要克服由于弹体摆动造成的附加运动。这样，导引头输出的目标运动状态不再是在惯性空间的运动。而是叠加了弹体摆动。这会破坏正常的导引规律。因此测量坐标系和弹体之间的去耦是非常重要的。去耦可以通过稳定回路实现，也可以使用惯性元件直接稳定天线或光学镜头指向．例如把导引头天线或主镜与三自由度陀螺内环固联，利用陀螺定轴性实现去耦。稳定平台不仅可以使用硬件方法实现，也可以通过软件完成．或行称为去耦数学平台。这种去耦方法是用于导引头天线或主镜与弹体直接固联，没有常平架伺服的系统．角跟踪是通过调整弹体姿态实现。导引头输出的目标信息中叠加了弹体姿态摆动信息，根据弹上姿态运动传感器的输出，经过处理可以消除弹体扰动影响，恢复目标本身的信息。采用这种去耦方式的前提是弹体姿态摆动幅度不应超出导引头视场。2

（8）头罩

除上述组成部分外，还有一个特殊部件，就是导引头头罩。头罩位于导弹的头部．属于弹导一个舱段，其形状由导弹总体气动外形确定。由于导弹飞行中头罩受到各种力作用和气动加热．闪此头罩必须有足够的强度和耐烧蚀性。同时头罩和导引头又有密切关系，在导引头工作的频谱范围内．头罩必须具有良好的透过性，折射误差以及误差变化率要足够小。因此头罩要满足两方面的要求。实际应用中。由于折射误差及变化率的存在．因此头罩是导引头测量坐标与弹体坐标之间的耦合环节，对角跟踪回路也会带来很大影响。2

基本特点寻的制导与指令制导相比，在系统组成和战术性能方面存在许多特殊性，其基本特点可以归纳为几个方面。

(1)弹上制导探测设备

制导探测设备在弹上，探测设备和受控对象在一起．这是寻的制导一个突出的特点。这把探测、导弹、目标三点制导转化成导弹、目标二点制导，使探测坐标和弹体坐标以及执行坐标保持严格的相关性，省去了三点制导中控制指令由探测坐标到弹上执行坐标的传送和复杂转换，避免了指令传输过程的发送接收和调制解凋。使设备简化，并可以减小或避免指令传输中引入的干扰。2

(2)高制导精度

制导精度与探测精度有关，在指令制导中，探测系统要测量导弹和目标之间角误差．并根据导弹到目标视线的线偏差形成控制指令．修正导弹飞行。控制精度与目标测量精度、导弹测量精度有关。导弹越飞越远．因此同样测角误差．当距离增大时．最终线偏差的测量误差较大 寻的制导不存在导弹测量的问题．只是测量目标，而且导弹离目标越来越近，线偏差测量精度越来越高。从这个意义上说．寻的制导测量误差是收敛的。另一方面寻的制导过程中，信噪比小断提高．这对目标测量精度也是有利的。2

(3)自主性强

寻的制导系统是在弹上探测目标，而后形成控制指令．直接送到执行机构．完成导弹制导。原则上可以脱离地面支援。

(4)近场大目标效应

远距离探测，可把目标看成一个点，当导弹飞近目标时，从弹上探测目标．目标所占盘体角增大．不再是点目标，来自目标不同部位的信号可能产生干涉效应，使探测的目标等效散射中心发生移动。由于目标相对导引头的姿态不断变化造成目标散射中心在角度上快速抖动．即产生目标角噪声．影响寻的制导的精度．这是寻的制导中的一个重要问题。近场大目标效应的另一个影响是当目标充满视场后．使角误差提取困难．尤其是非成像系统，将不能提供角信息．从而形成探测系统所决定的失控距离。2

(5)探测坐标系与弹体运动扰动

探测坐标系会受到弹体运动扰动．这是寻的制导的特殊问题．导引头必须有去耦措施。

(6)探测系统与环境约束

探测系统受弹上环境约束．寻的系统对探测设备的体积、重量有严格的要求。设备需经受振动、冲击以及高低温环境．因此导引头的设计中．除了性能指标外，可靠性要求是十分重要的。通常导引头工作时间较短．在设计中可以采用“暂态设计”原则．即保证在导引头要求的工作时间内系统可靠。2

分类被动寻的制导被动寻的制导时导弹不主动发射信号，而是通过被动地接收目标辐射的电磁波、红外线或可见光，引导导弹飞行目标，如图4 - 57所示为被动寻的制导示意图。被动寻的制导根据辐射信息的不同可分为被动雷达寻的制导、被动红外寻的制导和可见光寻的制导三大类。

被动雷达寻的制导是在导弹头部安装雷达天线，依靠目标辐射的雷达信号来跟踪目标，一般用于攻击电磁辐射大的目标，如地面雷达站、预警机等，但如果对方采取一定反制手段，如敌方雷达关机，命中率就会受到很大影响，因此单独使用效果差，需结合其他制导方式。1

被动红外寻的制导多用于中程空对空导弹的末制导、近距格斗空对空导弹和反坦克导弹等。它是利用导弹上的探测设备，探测被跟踪物体自身的红外辐射来判断和追踪目标。发展较早的红外制导只是利用目标的红外辐射强度，把目标作为点光源处理，称为红外非成像制导。将红外信号在空间上强度分布和频率分布等进行分析处理，进而识别和跟踪目标的制导方式称为红外成像制导。红外制导导弹隐蔽性好，精度高，在夜间视线不好的情况下使用效果也很好，但红外制导距离受天气影响较大。1

可见光寻的制导又称电视制导，可通过导弹上的高清CCD摄像机寻找目标，并利用目标反射的可见光信息进行跟踪和控制导弹飞行。它有较高的分辨率和制导精度，抗电磁波干扰能力强，但只能在白天和能见度较好的条件下使用，在夜间和恶劣天气下不能使用，射程也较近。

主动寻的制导主动雷达寻的制导的导弹自带雷达和天线，导弹持续向目标发射雷达波并接受目标反射的雷达波，从而测定目标的方位、距离、轨迹等信息，修正导弹飞行路线直至命中目标。该制导方式的优点是精度高，可全天候工作，抗干扰能力强。由于导弹本身安装了雷达，不依赖于载机雷达跟踪目标，具备独立搜索、跟踪目标的能力，因此对载机限制少、具有发射后不管的能力，可有效提高载机的生存率。缺点是导弹装载的雷达尺寸较小、功率较低，因此制导距离有限，一般用于导弹的末段制导。1

半主动寻的制导半主动寻的制导用机载或地面雷达（或激光照射器）持续跟踪并照射目标，导弹上的接收机接收目标反射的雷达波（或激光），导弹上的计算机运算得到目标的位置和运动参数，引导导弹飞向目标。半主动寻的制导主要有两种：半主动雷达寻的制导和半主动激光寻的制导。

半主动雷达寻的制导主要用于对空导弹，与主动雷达寻的制导相比，由于发射平台（飞机、舰船、防空阵地）装载的雷达功率更高，因此制导距离更远。其缺点是飞机发射导弹后载机不能做大的机动，要用雷达一直跟踪目标直至命中目标，不具备“发射后不管”的能力，因此降低了载机在空战中的生存率。1

半主动激光寻的制导主要用于反坦克导弹和近程对地攻击导弹，飞机或地面人员用激光照射器照射目标，导弹接收反射的激光信号进行制导。半主动激光寻的制导的制导精度很高，夜间也可以使用，但发射后也需要持续照射目标，不具备“发射后不管”的能力。1

TVM制导通过导弹的制导(Track Via Missile，TVM)是介于指令制导和半主动雷达制导之间的一种制导方式，如图4 - 60所示。火控雷达照射目标导致回波反射，导弹接收到反射的回波后，把接收到的回波信号发给地面（或军舰）上的控制站，由控制站解算制导轨迹，并用无线电发送回去，引导导弹拦截目标。该制导类型的优点是导弹不向目标发射雷达波，导弹不需要进行复杂的计算，降低了成本和重量，而且导弹的抗干扰性能好。缺点是不具备“发射后不管”的能力，一旦数据链被干扰中断则会导致制导失败。1

引导法导弹在接近目标的过程中，与目标保持一定的关系，称为导引法。是形成制导指令、决定弹道特性的基本因素。寻的制导常用的导引法有：①直接瞄准法。导弹在接近目标过程中，弹纵轴始终对准目标。弹道较弯曲，但实现简单，适于攻击低速或固定目标。②变弹体前置角法。不论目标向何方向运动，导弹纵轴始终指向目标前置方向。对低速目标，弹道较平直，实现简单。常用于反舰导弹的航向制导。③等弹体前置角法。导弹纵轴对目标视线保持固定夹角。实现更简单，但弹道较弯曲，且与目标运动方向有关。常用于低空巡航反舰导弹的俯仰制导。④比例导引法。导弹速度矢量转动角速度与目标视线转动角速度保持一定的比例关系。不论目标怎样运动，弹道都较平直，实现较简单，适于打击活动目标，广泛应用于对空和反舰导弹。为改善弹道特性和提高制导精度，还常进行导弹加速度、接近速度和重力修正，先进的导弹还应用现代控制理论解决最佳制导问题。3

复合寻的制导特点未来战争中．从战场发展势态分析可以看出，战争将走向立体化、快速化、电子化和综合化。未来战争将是作战体系对作战体系的战争。一体化作战．将综合动用侦察、光电干扰，并采用多层次、多种类、多厅位、多架次全方向的电子战．光电隐身技术手段。因而对于导弹寻的制导，面对这种复杂的战场环境，必须采取相应的技术手段，而其中复合寻的制导技术．将是行之有效的一种对策。2

所谓复合的制导．就是在一个寻的器上安装两个和两个以上的接受传感器。用得到的目标信息进行拟合处理加工。以期得到对目标准确的识别和判断。用以对付目标的伪装．隐身和所施放的各种光电干扰，并能在各种复杂的作战环境下．全天候、全天时有效工作。2

在设计复合寻的制导系统时应重点考虑以下原则：

（1）具有强的战场适应性：能在能见度差、阴、雨、雪、雾等气象条件下工作。

（2）具有良好的反隐身能力。即在目标微波隐身和光学隐身情况下能正常完成作战任务。

（3）具有良好的抗光电干扰能力。

（4）能适应复杂的目标环境。即对于目标种类多．数量大．目标形体大或小，速度快与慢及真假目标等有快速截获能力。

（5）有良好的目标选择跟踪及威胁判断能力。