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激光制导武器发展现状

归档日期:06-26       文本归类:激光末端制导      文章编辑:爱尚语录

  1.2.1 激光制导武器发展现状 激光制导武器以激光脉冲为制导信源来探测和追踪目标,分为寻的制导和驾束制导,目前应用最为广泛的是激光寻的制导。激光寻的制导根据指示光源来源不同,分为激光半主动寻的制导和主动寻的制导[8]。激光半主动寻的制导的指示光源由弹外的目标指示器发出,弹上的激光导引头根据弹外的指示激光进行制导;而激光主动寻的制导能够实现指示激光的自主发射和接收,该过程通过弹上的激光发射器和导引头实现。目前,由于技术水平和硬件条件的制约,激光主动寻的制导应用难度较大,激光半主动寻的制导研究最为成熟、应用最为广泛。 1.2.1.1 国外发展现状 半个多世纪以来,各国的激光制导武器已发展到上百种型号,目前技术研究较为领先的国家有:美国、俄罗斯、日本、法国、英国、以色列等,其中美国研制的激光精确制导武器最为典型[9]~[13]。 1962年,美陆军最早开始研发激光半主动制导武器,并在1968年首次使用于越南战场[14]。美军最初是通过“宝石路计划Ⅰ”(Pave Way Program Ⅰ)发展的激光精确制导武器,其在普通炸弹上安装激光制导系统和附件(相当于给普通炸弹安装上“光电眼”),使普通炸弹具备制导能力,从而极大地提高了武器的性能,打击精度能达到3米,其代表性的型号有3种:GBU-10A/B、GBU-11A/B、GBU-12 A/B型,但该系列武器存在较大缺陷,如昼夜全天候作战能力较差,对飞机投弹高度要求较高[15];1974年,美军全面启动了“宝石路计划Ⅱ”(Pave Way Program Ⅱ)系列武器的研制任务,在激光制导系统中,首次加载了激光编码技术,用以提高激光制导武器在战场多目标环境下的抗干扰性能,CEP精度能够达到1~2米,典型的武器型号包括GBU-10 C/D、GBU-12C、GBU-16B、GBU-17B等,该系列武器在马岛战争、叙利亚战争、海湾战争和科索沃战争中取得了辉煌的战绩,但仍对载弹飞机飞行高度有较高要求。图1.1为FA-18战斗机携带4枚重227kg的 GBU-12(“宝石路II”)演练时的场景;80年代初,美军又陆续研制了“宝石路计划Ⅲ”(Pave Way Program Ⅲ)系列激光精确制导武器,该系列武器不仅继承了之前的优点,还配置了微型自动驾驶仪,采用比例导引制导律[16],极大地扩大了导引头的搜索视场,CEP能够达到1米以内,射程能达到10km。该系列武器于1983年装备美军,具备较强的全天候作战能力,主要型号有GBU-22B、GBU-24B、GBU-27、GBU- 28等,图1.2所示为美国 GBU-28型(“宝石路”Ⅲ)激光制导炸弹;自伊拉克战争以来,“宝石路计划Ⅳ”(Pave Way Program Ⅳ)系列得到迅速发展,在前几代的基础上,配置了集成化高、消耗低的微惯组,极大地提高了武器的制导精度,采用第二代GPS/INS制导定位系统,具备了很强的抗干扰能力,堪称“全天候艺术级”精品,广泛装备于美军和英国皇家空军[17]。其中,美军最新研制的GBU-54型激光精确制导武器,它采用GPS和激光制导,专门打击移动目标,飞行过程中设定目标的初始坐标后,末端通过激光制导实时跟踪目标,由GPS不断修正目标位置,从而确保打击精度。图1.3所示为2010年10月1日,美F-16“战隼”战机携带两枚GBU-54型炸弹在阿富汗巴格拉姆机场起飞时的场景。 图 1.1 FA-18战机携带GBU-12双模型 图 1.2 GBU-28型激光制导炸弹 除了宝石路系列激光精确制导武器外,美军重点研发的另一系列激光精确制导武器是“海尔法”系列,该系列武器主要配置在武装直升机[18]上。1982年,美国Lockheed Martin公司研制出的“HellfireⅠ”型激光精确制导导弹,用以打击地面装甲战车和加固工事,主要包括AGM-114A、AGM-114B、AGM-114C、AGM-114F等型号。而后,美军又继续研制了“HellfireⅡ”系列激光精确制导武器,主要型号是AGM-114K型,该型武器具有良好的抗干扰性能,通过双重编码(PRF码和PIM码),增强了目标丢失后重新获取的能力,极大地提高了打击运动目标的机动能力。上述两种系列的激光制导武器现已成为美空军的“杀手锏”装备。图1.4为2011年6月3日北约部队空袭利比亚时,阿帕奇直升机携带16枚“HellfireⅡ”型激光制导武器作战时的场景。 图1.3 美F-16战机携带GBU-54制导炸弹 图 1.4阿帕奇携带16枚Hellfire型 此外,其他国家较为典型的精确制导武器还有:俄罗斯Krasnopol(红土地)型激光制导炮弹(图1.5)、法国Matra型激光制导炸弹和最新的AASM型导弹(图1.6)、以色列Nimrod型激光制导导弹和Guillotine型炸弹等。 图 1.5俄罗斯最早的Krasnopol型炮弹 图 1.6法国最新服役的AASM型导弹 1.2.1.2 国内发展现状 国内研制激光精确制导武器起步较晚,在目睹了近几场局部战争之后,中国的激光精确制导武器才逐渐发展[19]起来。1977年我国开始研制第一代激光制导炸弹7712型(也称LT-1型),该型炸弹采用风标式激光导引头和速度追踪导引法,实弹打靶CEP精度为5米,结构和性能与美国“宝石路计划”Ⅰ型武器类似,最终因技术问题研制进程中断;在7712型基础上,我国于1997年正式着手研制第二代激光制导武器。在2004年洛阳014中心(空空导弹研究院)成功研制并定型了新型激光制导武器LT-2(雷霆2),LT-2型与7712型性能基本相同,但精度明显提高,实现了该型武器的国产化和批量生产,但在风速较大、打击运动目标情况下仍存在较大缺陷;为更好地满足现代战场的需求,进一步改善武器各方面性能,我国又成功研制了LT-3(雷霆3)第三代激光制导武器。LT-3型采用激光制导和INS/GPS复合制导技术,极大地提高了CEP精度[20]。2006年,在珠海航展中首次亮相的LT-2和LT-3型激光精确制导炸弹(如图1.7);此外,在2012年珠海航展上,中国又展出了新一代天戈系列激光制导武器(如图1.8),该系列展出了100KG、250KG和1000KG三种型号,采用陀螺稳定式激光导引头和比例式导引方式,整体武器性能已达到了美国“宝石路计划”Ⅲ系列武器的性能。随着我国第三代光电吊舱技术、大功率激光器技术和大面积CCD成像技术的不断突破,新型激光制导武器的投放距离和命中精度都会显著提高,与国外先进的精确制导武器的差距将会逐渐缩小[21]。 图 1.7 LT-2和LT-3型激光精确制导炸弹 图 1.8 1000KG天戈激光制导炸弹 1.2.2 激光有源干扰发展现状与趋势 激光无源干扰主要依托特殊的吸光和散光材料,在大气传播过程中,通过削弱或吸收激光目标指示器发射的制导激光脉冲,以实现干扰的目的[22];激光有源干扰依靠激光告警和干扰设备主动实施干扰,激光告警设备探测到制导激光脉冲波长、编码等参数后,利用干扰设备发射干扰激光脉冲,以欺骗或压制激光导引头信号提取过程。按照干扰机理不同,激光有源干扰可分为激光角度欺骗干扰和高重频干扰[23]~[24]。相比于无源干扰,激光有源干扰指示性更强、干扰主动性更好[25]。 激光光电对抗涉及激光制导武器抗干扰技术和激光干扰关键技术,国外对于该内容高度保密,公开的资料较少。从公开发表的资料看,激光角度欺骗干扰目前多集中于理论研究,对于角度欺骗干扰机理和干扰参数方面开展的建模和数学仿真研究较多,半实物仿线];高重频干扰是近几年最新发展的干扰技术,对于高重频干扰的研究目前处于理论探索阶段,对其干扰机理和干扰效果还未能完全理清[29]~[32]。高重频干扰是1996年陈宏哲在《激光有源干扰技术综述》一文中首次提出的,并指出高重频干扰具有无需识别编码方式、干扰效率高等诸多优势,在未来光电对抗领域有较大的应用前景;而后,2003年黄峰在《高重频固体激光器在光电对抗中的应用研究》一文中指出全固体激光器(DPSSL)可应用于高重频干扰机中,并对其原理和技术指标进行了初步研究,推进了高重频干扰从理论研究到工程应用的进程;此后,国内学者对于高重频干扰的研究逐渐增多,目前研究重点主要集中于两个方面。一是,高重频干扰机理分析;二是,高重频对导引头干扰机理建模以及效果试验[33]。总体来看,目前对于激光有源干扰的研究还很不全面、不系统,大多以机理分析、某一环节的建模仿真为主,针对整个激光制导和干扰对抗过程开展的研究较少。 1.2.2.1 国外激光有源干扰装备现状 目前,国内外典型的激光有源对抗装备可分为激光欺骗干扰装备和激光压制干扰装备,分别可以实施激光角度欺骗干扰和高重频干扰,该装备也同时具备无源干扰能力,是一个多功能综合防护系统[34]。 比较典型的激光欺骗干扰装备有:防护美陆军VIDS战车的AN/GLQ-13激光诱骗装备、美军LATADS激光诱饵系统、乌克兰TSHU-1激光欺骗系统、英国405型激光诱骗设备等[35]。其中,AN/GLQ-13型光电干扰车配备了先进的激光侦察与告警设备、角度欺骗干扰设备,具备独立作战能力;英国的405型光电干扰装备能够分析和识别目标回波脉冲信号,并能够复制和发射与制导脉冲相同的干扰脉冲,用以欺骗激光半主动制导武器。此外,由英德联合研制的GLDOS型激光干扰系统,能够识别和测定激光脉冲信号的重复频率和编码方式,有效实施激光应答式有源干扰。随着激光技术的不断进步,研制干扰距离更远、编解码更高效、实用性更强的欺骗干扰装备将会受到各国的青睐。 激光压制干扰装备主要用于干扰和压制激光导引头光电探测设备以及作战人员,使光电探测系统不能正常工作、人员致眩或致盲。美国对该类型干扰装备的研发尤为重视,先后研发了“眼镜蛇”激光致眩装备、DAZER(“眩目器”)激光压制干扰装备、“军刀”203眩目器、“美洲虎”(jaguar)车载致盲装备、AN/PLQ-5便携激光致盲武器、AN/VLQ-8A导弹对抗系统和AN/VLQ-7(stingray)激光干扰装备等。此外,还有俄罗斯FSY-1“拉瑟”致盲武器等。眩目器系列武器干扰距离能够达到8千米,使人失明数分钟,致盲武器与战车配合使用对制导武器和人员的危害更大。激光压制式干扰装备在未来将会高速发展,自动化程度更高、跟踪探测能力更强、致眩或致盲效果更明显。 1.2.2.2 国内有源干扰装备现状 我国有源干扰装备研制过程借鉴了国外的有益经验,其发展历经坎坷,公开的激光对抗资料不多。2008年4月第六届CIDEX(中国国际国防电子展览会)上,我国展出的“保镖”型光电对抗系统在一定程度上反映了国内的研究进展[36],该系统能够准确进行激光告警,进行激光无源干扰和有源干扰的一体化作战,能够保护我军地面工事、作战场坪、装甲车、坦克和机场跑道等重要军事目标,其工作示意图如图1.9所示。此外,在2014年5月第九届CIDEX上,我国又展出了最新型的光电对抗系统——“陆神”地空光电对抗系统,如图1.10,该系统可同时实施光电有源和无源干扰,主要防护对象是空地光电精确制导武器和光电探测设备,可有效保护我发射场坪、机场、跑道、防御工事等地面重要军事目标。 图 1.9“保镖”光电对抗系统工作示意图 图 1.10“陆神”光电对抗系统示意模型 1.2.3 仿真技术发展现状与趋势 第二次世界大战以来,随着计算机技术、电子学、光学、制造业等领域的迅猛发展,仿真技术也逐渐兴起,仿真技术在科学研究和产品研发过程中也发挥着不可替代的作用。 数学仿真是用数学模型替换原系统的所有环节和设备,用计算机程序实现对某一过程的仿真,整个仿真过程都是用模型或算法代替。数学仿真可以基本实现对原系统的仿真,获取大量的试验数据,仿真可重复性强,但相比于半实物仿真或实物实验,其仿真可信度有待进一步提高;半实物仿真以相似性原理为基础,将数学仿真系统的部分环节或物理模型用实物来代替[37],又称Hardware-in-the-Loop(硬件-数字仿真)。相比于外场模拟仿真试验和实弹打靶试验,半实物仿真试验既能够达到检验产品和设备的目的,又可以缩短产品研发周期、节约研发经费。由于半实物仿真中,有部分实物参与且与真实试验相似性极高,半实物仿真试验结果具有很强的可信度。从现在产品研发和科学研究过程来看,仿真试验已是不可或缺的重要一环,具有举足轻重的作用[38]~[40]。 美国在半实物仿真方面一直处于世界领先地位,尤其在新型武器的研制方面。目前,美军在激光制导武器研制、武器性能测试、干扰对抗和作战评估等方面建立了一整套仿真系统,对提升美军战斗力发挥了重要作用。例如,美海军在加利福尼亚州的默古角、中国湖等地拥有完备的仿真条件,可以开展异地分布式仿真试验,为美海军舰载导弹的研制提供了优良的试验条件[41];美陆军导弹指挥部在亚拉巴马州建立的高级仿真中心(ASC)支持多种型号导弹从发射到拦截全过程的半实物仿真试验,成为“爱国者”等导弹的研发基地;美空军的埃格林空军试验基地可以进行全程半实物仿真试验,为美军空空、空地导弹的研制和试验提供了完备的条件。此外,美国的一些军火公司(如Lockheed Martin公司、波音公司等)也有自己的仿真实验室,并在稳步扩大其规模。据统计,美军每研发一种新型武器,都必须首先开展半实物仿真试验,用于对武器性能和结构进行检验。半实物仿真技术在国防和军队建设中发挥着越来越重要的作用[42]。 从上世纪90年代后期,国内开始兴起对精确制导武器半实物仿真系统的研究。目前,国内典型的激光制导半实物仿真系统主要有:中国空空导弹研究院建设的“激光制导武器半实物仿真系统”,北京理工大学光电学院建设的激光半主动制导半实物仿线研究所建设的“激光制导反坦克导弹半实物仿真系统”、西安第二炮兵工程大学精确制导与仿真实验室建设的“激光制导半实物仿线]。这些系统大多以开展激光导引头性能测试和闭环半实物仿真为主,一般包括导弹姿态模拟系统、目标/干扰模拟系统、环境模拟系统、实时仿真解算系统、实时通讯网络和仿线]等。 本文档由香当网(用户上传

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