[科普中国]-红外制导

背景介绍

红外线具有人眼不能观察、抗干扰性好、隐蔽性好，并且能在薄雾及黑夜中进行被动探测等特点，目标与背景的红外辐射一般具有明显的差异，因此利用红外装备可以揭示伪装的目标，分辨率极好，早在第一次世界大战期间，红外技术在军事上就已获得广泛的应用。第二次世界大战后，近代物理的光辉成就促进了红外技术取得惊人的发展，高性能新型红外探测器也相继问世，直接用于军事目的的红外仪器也日渐增多。海湾战争中，以美国为首的多国部队，依靠大量的现代化武器装备与现代通讯设施，以绝对优势赢得了战争的胜利就是很好的例证。2

导弹是很有威力的现代化武器，它能跟踪目标，而且命中率很高。许多军事目标，特别是一些运动目标，如飞机、火箭、坦克、军舰等都具有大功率的动力部分，都要不断地向外发射很强的红外辐射，尤其是飞机和火箭，其运动速度很快，这样其外壳与大气摩擦的结果必将产生大量的热量，从而使它们向外辐射出的红外线强度增大很多。红外制导技术就是利用这些目标自身所发射的强大的红外辐射使导弹能自动进行瞄准和跟踪，并引起导弹自动接近目标，直到命中为止。2

定义红外成像制导系统红外成像制导系统一般由红外摄像头、图像处理电路、图像识别电路、跟踪处理器和稳定系统等组成。红外摄像头接收前方视场范围内目标和背景红外辐射, 利用各部分辐射强度的差别, 获得能够反映目标和周围景物分布特征的二维图像信息, 然后由图像处理电路进行预处理和图像增强, 得到可见光图像以视频显示输出, 同时将数字化后的图像送给图像识别电路, 通过特征识别算法从背景信息和干扰中提取出目标图像, 由跟踪处理器按照预定的匹配跟踪算法计算出光轴相对于目标的角偏差, 最后通过稳定系统驱动红外镜头运动, 消除相对误差实现目标跟踪。

这类系统在抗干扰能力、探测灵敏度、空间分辨率等方面有很大提高, 能够探测远程小目标和鉴别多目标, 甚至可以实现对目标的自动识别和命中点的选择, 但其结构复杂、成本高, 主要用于巡航导弹、反舰导弹、空地导弹等。1

红外点源（非成像）制导系统红外点源制导系统通常由光学系统、调制器、红外探测器、制冷器、伺服机构以及电子线路等组成。其工作过程为:光学系统接收目标红外辐射, 经调制器处理成包括目标信息的光信号, 由红外探测器将光信号转换成易处理的电信号, 再经电子线路进行信号的滤波、放大、处理, 检测出目标角位置信息, 并将此信息送给伺服机构, 使光轴向着目标方向运动,实现制导系统对目标的持续跟踪。

这类系统的优点是结构简单、成本低、动态范围宽、响应快, 缺点是无法排除张角较小的点源红外干扰和复杂背景干扰, 从目标获取的信息量太少而制导精度不高, 也没有区分多目标的能力, 主要用于近距空空格斗弹、反坦克导弹, 及其他低成本、小型化导弹。1

红外制导原理红外非成像制导技术是一种被动红外寻的制导技术，任何绝对温度零度以上的物体，由于原子和分子结构内部的热运动，而向外界辐射包括红外波段在内的电磁波能量，红外非成像制导技术就是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身所辐射的红外能量来实现精确制导的一种技术手段。它的特点是制导精度高，不受无线电干扰的影响；可昼夜作战；由于采用被动寻的方式，攻击隐蔽性好。但它的正常工作受云、雾和烟尘的影响；并有可能被曳光弹、红外诱饵、云层反射的阳光和其它热源诱惑，偏离和丢失目标。此外，红外制导系统作用距离有限，所以一般用作近程武器的制导系统或远程武器的末制导系统。

红外成像制导是利用红外探测器探测目标的红外辐射,以捕获目标红外图像的制导技术,其图像质量与电视相近,但却可在电视制导系统难以工作的夜间和低能见度下作战。红外成像制导技术已成为制导技术的一个主要发展方向。实现红外成像的途径有许多，主要有以下两种：（1）多元红外探测器线阵扫描成像制导；（2）多元红外探测器平面阵的非扫描成像探测器（通常称为凝视焦面阵红外成像制导系统）。红外成像探测器从70年代以来已由多元线阵发展到面阵，从近红外发展到远红外。红外凝视焦面阵列探测器的元件数，对近红外已达107个，对于远红外已达105个，探测率已达1012～1014量级。红外成像制导系统的灵敏度和空间分辨率都很高，动态跟踪范围大，可达1500 ～1800，有效作用距离远，抗干扰性好。与非成像制导技术相比，红外成像制导系统具有更好的目标识别能力和制导精度。全天候作战能力和抗干扰能力也有较大改善。但成本较高，全天候作战能力仍不如微波和毫米波制导系统。

红外制导的发展与应用最初出现的精确制导技术主要包括有线指令制导、微波雷达制导、电视制导、红外非成像制导、激光制导等，利用这些制导技术研制的精确制导武器易受各种气候及战场情况的影响，抗干扰能力差；而正在发展的新的精确制导技术途径如红外成像制导、毫米波制导、合成孔径雷达制导、激光成像制导、以及双色红外、红外与毫米波复合、多摸导引头等制导技术成为目前精确制导武器制导系统主要的发展方向，具有广泛的应用前景。

在导弹的制导技术中，红外制导有着重要作用。在被动式自动导引的导弹中，广泛采用了红外自动导引装置（又称红外导引头）。红外导引头的作用是：利用目标发射的红外辐射，对目标进行探测、跟踪，并给出能够满足导引规律所要求的控制导弹飞行的控制信号。红外制导与主动或半主动式的雷达、激光制导相比，具有结构简单、工作可靠、价格低廉、不易受干扰等优点。自50年代中期出现了美国“响尾蛇”、英国“火光”为代表的红外制导导弹以来，世界各国普遍开展了对红外制导导弹的研究，红外制导已经用于空-空、地-空、空-地、地-地导弹中，近年来在反坦克弹中也开始采用红外制导，但其中以空-空导弹采用红外制导为数最多。据不完全统计，世界各国研制的红外导弹有50多种型号，现已装备部队的有30多种，其中正在服役的红外空-空导弹就有数十种。

我国关于红外制导导弹的研究是自1958年研制空-空导弹开始的，虽起步较晚，但三十多年的发展是很快的，相应于国外的三代红外空-空导弹（尾追攻击型、全向攻击型和近距格斗型导弹），我国也都进行了研制工作。近年来全国很多厂所正在开展红外地-空、空-地、地-地末制导、反坦克等导弹的研制工作。值得提出的是，由于红外热成像技术近年来的迅速发展，给外侦查、火控、制导及夜视等方面的应用提供了更方便的条件，展示出更广阔的前景。