新一代精确制导武器是指通过采用先进的信息技术,在其飞行过程中不断测量目标信息并修正自身飞行航线和状态,保证最终准确命中目标的武器。精确制导技术主要研究弹载精确探测、信息支援综合利用和高精度导引控制技术。光学精确制导技术是按探测器工作波段划分为光学、射频和声学三种中的一大类,它义可分为可见光、红外和紫外等,至今有70 %的精确制导武器采用了光学精确制导技术。光波与微波相比,分辨力高,易于成像,测量精度高,无多路径影响,隐蔽性好,重量轻,体积小;但也有明显不足之处,受天候影响较大,在大气层内作用距离都不太远"。
光学制导仿真作为光学制导武器主要设计和验证手段,在武器装备论证、总体设计、制导控制组合研制和型号鉴定使用等部门得到了越来越广泛的应用。光学制导仿真分为数学仿真和半实物仿真,数学仿真是将导弹武器系统和工作环境等物理对象按照实际飞行状态进行模型化描述。半实物仿真是将上述数学模型的一部分用实物替代,在有实物参与的情况下对整个飞行过程进行仿真模拟。显然,半实物仿真不仅比数学仿真更具有真实性,而且由于其无破坏、可重复和经济性,已成为制导武器设计和研制的主要验证手段。
光学制导的发展现状
1.1电视制导
电视制导是利用电视摄像机捕获、识别、定位目标并由弹上或弹外设备形成控制指令导引导弹等武器飞向目标的一种制导技术。由于利用目标反射可见光所以系统的角分辨率、制导精度高,而且便于鉴别真假目标不受电磁干扰。但它只能在白天和能见度较好的条件下使用,且易受强光和烟雾弹的干扰。电视制导有两种方式,一种是电视指令制导、另一种是电视寻的制导。电视指令制导是指导弹上的电视摄像机将所摄取的目标图像以电磁波的形式发送到制导站或载机制导站或载机的操纵人员得到目标的直观图像,从多个目标中选取需要攻击的目标,同时形成制导控制指令发送给导弹,使它跟踪并飞向所选定的目标的制导方式。
电视成像制导方式可以分为三种
（1）电视跟踪指令制导 弹体外部（如地面跟踪站)电视摄像机捕获、跟踪目标,由无线电（或光纤）指令导引控制武器飞向目标,这是一种指令制导方式;
（2）电视成像遥控制导 电视成像系统处于弹上,精确制导武器与发射平台利用无线（或光纤）双向传输系统将弹上电视成像系统摄取的目标及背景图像传送给发射平台上的接收端,形成的控制指令再发送回弹上控制系统,导引精确制导武器飞向命中目标。这种制导方式可实现在回路中制导。
（3）电视成像寻的制导 电视摄像机安装在精确制导武器上,由弹上电视成像系统完成目标探测、跟踪和识别,并与控制导引系统一起完成导弹武器的精确制导。
1.2红外制导
利用红外成像探测原理进行日标的探测,实现对目标检测、识别与跟踪,向飞行器控制系统输入目标的视线角位置和角速率,使控制系统控制飞行器飞向日标。随着科学技术的不断进步,尤其是红外成像技术的发展,红外制导技术已走过三个发展阶段:第一阶段为红外点源或亚成像制导:第二阶段为光学扫描成像制导;第三阶段为凝视焦面阵成像制导。
红外点源或亚成像制导。根据日标和背景空间辐射特性的差别即光学系统对目标和肯景辐射所成像的尺寸不同,利用空间滤波技术在背景中检测出目标信号。空间滤波器一般采用调制盘来实现。红外扫描成像制导。相比红外点源寻的,成像制导具有更好的识别、抗干扰能力、更高的制导精度和全天候作战能力。光学扫描成像寻的器由一个外框架陀螺仪构成,它的转子与光学系统的扫描反射镜鼓合。
1.3激光制导
由弹外或弹上的激光束照射日标,弹上的激光导引头等制导装置利用目标漫反射或敏感发射光束,跟踪目标导引导弹或制导炸弹命中目标的制导技术。激光制导分为半主动寻的制导、驾束制导和主动寻的制导等方式。激光制导现正在发展激光主动成像制导技术,由于激光可形成二维强度像和三维像,且图像稳定,便于识别算法的编制,是成像制导的方展方向之一。
主动式激光寻的制导是指激光源和寻的器均安装在弹上,导弹发射后能主动寻找目标,缺点是电源设备大而重,激光成像扫描速度较慢,目前还没有用于实战。激光主动式寻的制导示意图见图6 随着时间的推移和技术的发展今后的激光制导武器应该向发射后不管的主动式激光制导方式方向发展,智能地自动探测、识别、跟踪 直到命中目标并可以实施全天候、隐身化作战。由于激光主动成像可成三维图像。且图像稳定,便于图像识别算法的编制 也可能是成像制导的发展方向。
精确制导技术发展方向
光学精确制导技术已经在精导武器如:反舰反坦克、防空反导、空间攻防、中远程精确打击等方面得到了广泛应用。随着精导武器在战争中的作用愈发突出,对抗措施也将获得很大发展,使得作战环境更为复杂,此外随着空间争夺的加剧,对精确制导技术提出了更高需求,这将促使精确制导技术在新形势下更进一步发展。
精确制导技术在防空反导、对地打击、反舰反坦克、空间攻防等方面将得到愈来愈多的应用,各类导弹、炮弹涵盖亚音速、超音速、高超音速,作战环境有海上、空中、空间、水下,气象条件有全天候、全天时等等。同时,精确制导系统所处的环境异常复杂化,而且还要求导引头小型化、低成本。因此导引体制、作战能力、使用代价、成本因素等是精确制导技术研究者必须考虑的,也愈来愈得到大家的重视。这些方面,技术性比较强,难度也很大,必须具备更多的技术支掉,如高速高分辨红外成像器件、红外无热化光学系统、天温度范围的非均匀校正、目标/背景特性与环境特性、气动光学效应与校正、光学头罩、弹体姿态变化和振动条件下目标视线高精度稳定跟踪等。
光学目标环境模拟器作为光学制导半实物仿真系统的主要设备,其发展直接受光学制导探测体制的牵引。与探测波段相对应,有可见光目标仿真技术、红外目标仿真技术;与探测体制相对应,有点源目标仿真系统、成像目标仿真系统。成像仿真技术能够提供比点源仿真更丰富的目标特性细节、更复杂的干扰和背景特性,成为当今仿真技术发展的主流。
一个成像目标仿真系统主要包括数字图像生成系统、视频/光学动态图像转换器、光学投影系统和目标视线运动模拟系统。各分系统性能直接影响成像仿真系统整体性能。
1）多模或复合制导将逐步发展成为精确制导的主要方式。双模寻的复合制导技术已日趋成熟, 未来三模复合寻的制导技术将实用化,例如日本已着手研制对空导弹用的微波毫米波 红外三模寻的头。双色红外成像、红外成像和毫米波、红外成像与宽带微波被动雷达、主被动雷达等多模或复合制导是发展的重点;
2）光学制导将主要以成像制导为主,凝视红外成像制导是主要制导方式,固体激光非扫描成像制导方式将获得大的发展。射频制导中的毫米波成像制导、微波成像制导是射频制导的发展重点;
3）为满足远程精确打击的需要,随射程的增加将普遍采用中制导和末制导复合制导技术,中制导将普遍采用惯性导航和全球定位系统复合制导,末制导采用双模寻的和自动目标识别算法;
4）提高目标识别及在复杂战场环境下的自适应跟踪和抗干扰能力;
5）发展合成孔径雷达成像技术和新的探测技术,增大作用距离,使武器能在防区外攻击目标;6）智能化信息处理技术(软、硬件）的研究和发展,重点是自动目标识别(ATR)技术研究;
7）微处理技术的发展将 NS和GPS作为一个整体装入导弹系统,这种一体化 NSGPS技术具有更好的抗干扰性能,质量轻、体积小适于导弹安装;
8)继续完善末制导技术以提高命中精度并全天候作战和提高抗干扰能力。
精确制导技术的发展使精确制导武器的发展朝着系列化、智能化、提高射程与制导精度、隐身、多功能战斗部、超声速、降低成本等方向发展,以适应未来战场的需要。
参考文献
[1]邓仁亮.光学制导技术.北京:国防工业出版社.1992
[2]李江涛，徐锦，徐世录.红外复合制导技术的发展与现状，飞航导弹，2006（7）:47-51
