国外主要反辐射导弹及洲际导弹的制导方式

精密智造2020-11-26 14:42:48

反辐射导弹的制导方式

主要有寻的制导、遥控制导、惯性制导、地形匹配与景象匹配制导、全球定位(GPS)制导、复合制导等。 

寻的式制导  

        寻的式(又称自动寻找式)制导系统是通过弹上的导引系统(导引头或寻的头)感受目标辐射或反射的能量,自动形成控制命令并跟踪目标,导引制导武器飞向目标。这种制导方式按感受能量(波长)可分为(微波)雷达寻的、红外寻的、毫米波寻的、电视寻的和激光寻的制导;若按弹上安装的导引系统可分为主动寻的、半主动寻的和被动寻的制导。

图1 具备激光半主动寻的制导、红外/射频、红外热成像多种导引头的海尔法反坦克导弹

目前,世界上多数导弹和一部分空地导弹都采用这种制导方式。它比较适合攻击短距离目标。主动式雷达寻的制导具有“发射后不用管”的优点,能从任何角度攻击目标,精度很高,但易受电子干扰;毫米波制导虽然具有制导系统强、精度高、抗干扰能力强的特点,但作用距离短。目前,世界各国发展较多的是激光雷达寻的制导。

图2 采取被动红外寻的制导的前卫-2型单兵防空导弹

遥控式制导

        遥控式制导系统是指导引系统的全部或部分设备安装在弹外制导站,由制导站执行全部或部分的测量武器与目标相对运动参量并形成制导指令,再通过弹上控制系统导引制导武器飞向目标。按指令传输方式可分为指令制导和波束制导。其中指令制导又分有线指令制导、无线指令制导和电视指令制导3种。其特点是弹上设备简单、成本低,如使用相控阵雷达,还可以对付多个目标。波束制导则包括雷达波束和激光波束制导两种。其弱点是射程受制导站跟踪探测系统作用距离的限制,精度随射程增加而降低。

3 奈基2型防空导弹,它是一种用雷达跟踪无线电指令制导的高空地空导弹

惯性制导
        
惯性制导是利用惯性测量设备测量导弹参数的制导技术。它是一种自主式制导方式。惯性制导系统全部安装在弹上,主要是陀螺仪、加速度表、制导计算机和控制系统。一般用于攻击固定目标。根据惯性测量仪表在弹上的安装方式,可分为平台式惯性制导和捷联式惯性制导两种。惯性制导的优点是抗干扰性强、隐蔽性能好、不受气象条件限制。其弱点是制导精度随飞行时间(距离)的增加而降低。因此工作时间较长的惯性制导系统,常用其它制导方式来修正其积累的误差。

图4 采用捷联式惯导制导的“阿拉姆”(ALARM)空射反辐射导弹

地形匹配与景象匹配制导

        地形匹配与景象匹配制导系统又称地图匹配和景象匹配区域相关制导,是通过遥测、遥感手段按其地面坐标点标高数据绘制成数字地图,预先存入弹载计算机内,导弹飞临这些地区时,弹载的计算机将预存数据与实地数据进行比较,并随时根据指令修正弹道偏差,控制导弹飞向目标。由于绘制地图的方法不同,因此,又有转达图像匹配、可见光电视图像匹配、激光雷达图像匹配和红外热成像匹配制导等方式,它不受天气影响。地形匹配制导与惯性制导配合,可大大减小惯性制导的误差,这样导弹就会像长着眼睛似的迂回起伏,准确地飞向预定目标。该制导方式主要用于巡航导弹(如美国的“战斧”导弹)。

图5 美国战斧式巡航导弹

全球定位(GPS)制导 

        全球定位(GPS)制导系统属于导航制导方式。它是利用空间导航卫星的准确定位功能为制导武器提供全天候、连续、实时和高精度的导航服务,保证制导武器得到位置、速度和精确的时间三维信息。安装GPS接收机的制导武器可以取消地形匹配制导,可以缩短制定攻击计划所需的时间,或攻击非预定目标。目前,美国陆军战术导弹ATACMS、“联合防区外发射武器”(JSOW)、“联合直接攻击弹药”(JDAM)等采用这种制导方式。

图6 美国陆军战术导弹ATACMS


复合制导

        复合制导又称组合制导系统,是将各种制导方式的优长组合在一起,在其中某段或几段采用的多种制导方式。它是一种取长补短的办法。目的是增大制导距离,提高制导精度和抗干扰能力。使用“一体化”的复合式制导,对系统可靠性、大容量高速度计算机、减少飞行重量等方面都要有很高的要求,制造成本也相当高。

图7 采取主动中途指令、惯性制导和雷达主动末制导的等复合制导方式的AIM-120C空空导弹

图8 采用主动雷达加捷联惯导等复合制导方式的霹雳-12型空空导弹

洲际导弹的制导方式

现役洲际弹道导弹一般采用高精度惯性系统,以传统机电型陀螺及平台式系统为主,同时辅以星光、地形匹配、GPS、寻的制导等技术,形成复合制导体制。惯性制导系统通常由惯性测量装置(陀螺平台)、计算机、控制或显示器等组成,惯性测量装置包括测量角运动参数的陀螺仪和测量平移运动加速度的加速度计。计算机对所测得的数据进行运算,获得运动物体的速度和位置。导弹的计算机所发出的控制指令,直接送到执行机构控制其姿态,或者控制发动机推力的方向、大小和作用时间,将导弹引导到目标区内。惯性制导负责早期和中段指挥导弹飞向目标大致方向,而其他的制导方式(主动雷达制导、卫星制导、星光制导,以及S300等远程导弹的半主动雷达制导)作为末段攻击过程中的精确制导方式。


图9 采用复合制导的俄罗斯S-300V地空导弹系统

反辐射导弹制导技术发展方向

工作频段将向传统频带两端发展。目前,在役“哈姆”导弹频带为0.8~20GHz、“阿拉姆”导弹为2~20 GHz。而防空雷达工作频段正向传统频带(2~18GHz) 的两端发展,即米波和毫米波方向。相应地,未来反辐射导弹导引头天线也将向着更宽的频带0.1~40 GHz方向发展。

制导方式向多模制导方向发展。单一制导方式已不适应现代电子战的作战要求,反辐射导弹导引头正在由波束制导向复合制导方向发展。通过改进制导系统,与红外、毫米波主动制导、激光、卫星导航、惯性导航组合,形成复合制导能力,优势互补,即可提高对雷达目标攻击的准确性,又可在失去目标雷达辐射的电磁波时继续利用其它制导技术完成作战任务。采用微机编程控制,对付雷达紧急关机,提高导弹自主作战能力,以及有效对付频率捷变干扰。

接收机向高灵敏度、大动态范围方向发展。未来打击目标由辐射源扩展至非辐射源,作战方式是防区外发射,对导引头接收机提出更高要求。在接收辐射能量方面,要求导引头能在敌防空系统的杀伤距离之外截获和攻击目标;能在远距离从目标旁瓣或后瓣探测并截获目标或者辐射源;能利用附加辐射,如指控车、发电机、车辆等工作中产生的辐射进行跟踪。据美国海军估计,反辐射导弹的探测能力,当附加辐射(或称无意辐射)功率为1W时,现有的导引头探测距离为4.8km;10W时为16 km;100W时为48km; 能在近距离跟踪目标雷达主瓣内的大信号。为此,导引头的接收机要有更高的灵敏度和大动态范围。

接收天线向共形化方向发展。AARGM采用共形天线取代单柱式螺旋天线,已进行多次装备共形天线阵的AARGM 发射试验,开发了一组独特的处理算法与天线、传感器系统。可处理多模导引头信号,测角精度高,对近轴目标能达到1º~3º。导引头被动接收天线频带展宽技术、共形技术以及阵列技术是其中重要发展方向。

       信息处理器向智能化方向发展。战场电磁环境日趋复杂,在战区飞机上同时接收的电磁信号密度将达每秒百万次以上,信号体制多样化,防空武器的反应时间将显著缩短,这些都要求导引头在信号处理速度方面有较大提高。同时,要从战场高密度的信号中分选出差别很小的雷达信号,对虚假信号和镜像信号的抑制能力要求提高。需要提高导引头存储、分析、识别和记忆能力。最终实现在复杂电磁环境下自主搜索、跟踪、锁定多种体制目标雷达。

洲际导弹的制导技术发展方向

惯性技术的发展一直是洲际导弹制导技术发展的重点之一,根据国外惯性技术的最新发展进展,发展趋势可归纳为以下几个方面:

敏感器向高精度、小型化方向发展

未来,高精度机电陀螺仍将占据主导地位,外军将通过改进现役陀螺及配套元器件等提高精度和可靠性。同时,探索新概念、新原理惯性陀螺,如光子晶体光纤陀螺、原子干涉/自旋陀螺等。其中,原子干涉/自旋陀螺已在实验室演示成功,报道称其灵敏度比现有惯性仪表提高了10个数量级;光子晶体光纤陀螺使用光子晶体光纤绕制光纤环,可显著提升陀螺性能,尤其是环境适应能力。微型加速度计有多种方案,如微机电、原子加速度计等,目前正处研发阶段,未来将成为新一代产品投入使用。

系统技术向组合化、集成化、智能化方向发展

误差补偿技术仍是提高制导精度的重要发展方向。在仪表硬件发展进入瓶颈时,借助误差补偿技术可将精度提高1~3个量级。通过引入陆基无线电定位技术、惯性器件技术、末助推技术、星光定位技术、地形匹配定位技术、景象匹配定位技术等,与惯性技术组合提升制导精度,十米级精度成为洲际导弹惯性制导追求的极限目标。传统的机电分离式系统在体积质量、可靠性等方面越来越难以满足要求,系统集成技术将通过电路集成化、单片化、机电一体化、多层次冗余等有效提升惯性系统的整体性、可靠性。智能化是惯性系统未来发展的方向。未来10年,将在自主误差标定与实时在线补偿,动基座条件下高精度自主对准及传递对准,自主功能检测、故障诊断与隔离,自适应参数调整与系统重构,组合信息与冗余信息智能化处理与决策等方面加强开发,促进制导体制向智能化方向发展。

惯性系统向快速反应、高性能、高可靠方向发展

惯性系统的准备时间是影响洲际导弹快速反应能力的重要指标,影响准备时间的主要因素是惯性系统初始对准方法。动平台下惯性系统对准技术是解决快速初始对准问题的关键技术。目前,国外大部分惯性产品均具备动平台对准能力,未来对准时间将进一步缩短。随着光子、原子等敏感器的广泛应用,系统复杂性明显降低,惯性系统可靠性将有大幅提升。平台式与捷联式惯导系统将并行发展。平台式惯性系统将充分利用最新控制理论和控制技术来进一步改善其稳定回路的性能;捷联式系统将更多采用数字化固态惯性仪表和系统集成一体化技术、先进数据滤波算法等,使其综合性能不断提高。

探索新器件、新材料、新技术的发展

采用新器件、新材料、新技术向来是提高惯性仪表及系统性能的重要手段,也是推进惯性技术跨越式发展的源泉。未来,随着纳米技术、原子光学技术、超导材料技术的发展,纳机电系统、激光原子干涉陀螺技术和超导陀螺技术等将引起广泛关注。控制理论、精密加工等基础领域的进步,也将对惯性技术的发展带来重要影响。


转自海陆空天惯性世界

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