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激光寻的制导

归档日期:06-26       文本归类:激光导引头      文章编辑:爱尚语录

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  激光寻的制导是由弹外或弹上的激光束照射在目标上,弹上的激光寻的器利用目标漫反射的激光,实现对目标的跟踪和对导弹的控制,使导弹飞向目标的一种制导方式。按照激光源所处位置不同,激光寻的制导又可分为激光主动寻的制导与激光半主动寻的制导。

  自20世界60年代以来,发展的激光寻的制导武器主要有三类:制导炸弹、导弹和制导炮弹。

  在这种制导方式下,激光源和激光寻的器均设置在弹上。当导弹发射后,能主动寻找被攻击目标,是一种“发射后不管”的制导方式。由于激光源设备大而笨重,因此,目前难以用于实战。但是,这种制导方式很有吸引力,是激光寻的制导的发展方向。

  激光半主动寻的制导是目前应用最广泛、技术最成熟的一种激光寻的制导方式。在这种制导方式下,激光源放在弹外载体上,而激光寻的器放在弹上。激光半主动寻的制导系统如图所示。

  系统主要由弹上寻的系统、弹外载体及安置在载体内的激光目标指示器构成。弹上寻的系统是其核心部分,一般由激光探测器、放大及逻辑运算器、信息处理器、指令形成装置和陀螺平台组成。激光半主动寻的制导中,激光目标指示器向被攻击的目标发射激光束为导弹指示目标,光学接收系统接收并汇聚目标反射的激光束能量,通过激光探测器转换成电信号:放大器把信号放大,并经逻辑运算产生误差信号,于是便测出了目标所处的位置及导弹飞行偏离;这样信号处理器依据角误差信号求出纠正导弹偏离的导引信息;指令形成装置依据导引信息产生导引控制指令,操纵导弹沿着正确的弹道飞向目标,直至命中目标。激光寻的制导的突出优点在于制导精度高、抗干扰能力强和可用于复合制导。

  激光半主动寻的制导系统由弹外的激光目标指示器和弹上的激光寻的器(也叫激光导引头)两部分组成。

  激光指示器由激光发射器和光学瞄准器等组成。因为激光的发散角较小,所以只要瞄准器的十字线对准目标,激光发射器发射的激光束就能准确地照射到目标上。激光照射在目标上形成光斑,其大小由照射距离和激光束发散角决定。为了提高抗干扰能力和在导引头视场内出现多个目标时,也能准确地攻击指定的目标,在激光目标指示器中有编码器,射出的是经过编码的激光束。

  目前,激光指示器基本上都采用掺钕的钇铝石榴石激光器,工作于1.06um近红外波段,具有脉冲重复频率高(可以使导引头获得足够的数据)、功率适中的特点,但其正常工作受气象和烟尘的影响。今后趋向于使用工作于10.6um远红外波段的二氧化碳激光器,以改善全天候作战能力和抗烟雾干扰的能力。

  激光和普通光一样,是按几何学原理反射的,目标将激光反射到激光导引头后,经光学系统汇聚在探测器上。激光束在光学系统中要经过滤光片,滤光片只能透过激光器发射的特定波长的激光,从而可以在一定程度上排除其他光源的干扰,探测器将接收到的激光信号转换成电信号输出。对于编码的激光束,激光导引头中有与之相对应的编码电路,在有多个目标的情况下,按照各自的编码,导弹只攻击与其对应的指示器指示的目标。

  自20世界60年代以来,发展的激光寻的制导武器主要有三类:制导炸弹、导弹和制导炮弹。

  在炮弹发射前,利用激光目标指示器发现和测量目标并将目标方位、距离、激光编码、云高等数据通报给炮弹发射阵地。火控计算机算出火炮射击诸元和炮弹应装定的参数,如弹道、碰撞角等,自动输入炮弹,并由炮手在炮弹上装入激光编码和定时。炮手还要根据目标距离装填相应的推进剂。炮弹发射的同时通知激光目标指示器向约定的目标发射编码激光脉冲,直至命中或炮弹自炸时为止。激光制导炮弹的射程一般在3~20km之间,所以必须在发射后离目标一定距离时寻的器才开始工作。

  利用激光半主动寻的制导直升机搜索、发现目标,并进入锁定跟踪状态;启动激光发射器,并且不间断地向目标发射激光束;在附近的另一架飞机随即向目标方向发射激光制导炸弹之后,立即脱离战区返航。

  制导炸弹上的接收机接收从目标上不断反射回来的激光,并经弹上信号处理器的快速处理后,形成制导指令,不断地修正导弹的飞行偏差,直至导弹命中目标。

  以美国的“海尔法”导弹为例,介绍激光半主动制导系统。导弹由直升机运载,是机载发射的。照射目标的激光指示器可用地面激光器,也可以配用机载激光指示器,载机发射导弹后可以随意机动,但激光指示器必须一直照射目标。导引头主要由光学系统、探测器、陀螺平台和电子设备(微处理机)组成,光学系统主要元件均采用全塑材料聚碳酸酯。

  目标反射的激光束经球形外罩后,由主反射镜反射,经滤光片聚焦在激光探测器上。为减小入射能量的损失,增大反射系数,主反射镜表面镀有反射层。陀螺平台中的陀螺转子是一块永久磁铁,其上附有机械锁定器和主反射镜,这些部件随陀螺转子一起旋转,增大了转子的转动惯量,激光探测器装在内环上,不随转子转动。机械锁定器用于陀螺不工作时保证陀螺转子轴与导弹纵轴重合。

  (1)无源干扰利用烟幕遮蔽目标或利用假目标进行引偏。利用大面积烟幕可以遮蔽目标,但是导弹在制导中段已经具有一定的制导精度,即使在末制导段激光雷达无法寻找到目标,导弹仍然会以一定的精度飞向目标,威胁依然较大,因此简单地使用烟幕无法有效地保护目标。可以根据预先计算的导弹飞行轨迹,选择恰当时机布撒拦截式对激光反射的烟幕,使弹上计算机根据雷达成像误以为前方存在高大物体而采取规避行动,导弹机动规避之后,由于距离关系,已无法再次瞄准目标。也可以根据预先计算的导弹飞行轨迹,在弹道下方选择适当时机布撒吸收激光的烟幕,使激光雷达无法对地物清晰成像,观测不到高度值,从而改变飞行轨迹,偏离目标。利用假目标来诱骗导弹,使之在目标安全距离之外爆炸。假目标必须在大角度范围之内对激光具有强烈的反射作用,并且其在激光雷达上的成像要与真实目标相似。采用假目标的同时,根据成像原理,对真实目标雷达成像特征进行淡化伪装,会使假目标的效果更好。

  (2)对激光有源干扰,如果采取压制、噪声等方式,使激光雷达寻找不到目标,效果会与大面积烟幕遮蔽目标一样,导弹仍然会以一定的精度飞向目标。所以激光有源干扰以欺骗方式为主。对红外制导的干扰过程,与对毫米波/红外制导导弹的红外制导干扰过程类似,在此不再赘述。

  随着激光元器件的小型化模块化技术的不断进步,激光制导技术正以惊人的速度向前发展,已成为精确制导的一个重要分支,未来激光制导的发展方向主要体现在以下几个方面。

  (1)研制激光主动式寻的器。迄今为止,激光主动式寻的器一直未投入实际使用,主要问题在于电源系统的小型化上。

  (2)发展激光成像寻的器。与毫米波、红外、电视成像制导技术相类似,采用成像寻的器有利于提高探测和判别多目标的能力,有利于识别目标的要害部位并进行精确打击、提高导弹的抗干扰能力和有利于实现智能寻的制导。

  (3)增大作用距离。现用的激光半主动寻的制导的作用距离一般在10km左右,比较靠近敌方目标,其发射系统的安全性没有得到有力保障。因而增大激光制导武器的作用距离是十分必要的。

  (4)减小制导系统的体积和重量。无论是哪种制导方式,制导系统总是弹头的一部分,努力减小这一部分的体积和重量有利于提高制导武器的机动能力和作用距离,增大弹头的有效载荷(炸药),提高武器的杀伤威力。

  (5)发展复合寻的制导:在现代作战中,由于战场环境千变万化,各种高技术作战手段密集投入应用和恶劣气象等因素的影响,对单一制导方式提出了严峻的考验。为提高武器系统的可靠性、减小失效概率,大力发展复合制导势在必行。

  胡生亮,贺静波,刘忠等编著,精确制导技术,国防工业出版社,2015.08

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