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火眼金睛-浅析我国主动雷达/红外成像导引头   

2013-10-19 10:04:02|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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   火眼金睛-浅析我国主动雷达/红外成像导引头 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

    我国首次展出的主动雷达/红外成像导引头实物


    正在进行的我国第7届雷达展览会上,我国甘肃长风电子科技有限责任公司首次公开展示了国产弹载主动雷达/红外成像复合制导导引头,引起外界的关注。

    此前曾经有国产复合导引头的消息传出,如去年珠海航展公开的CM-506KG小直径制导炸弹就配备有毫米波/红外成像导引头、我国自行研制的第二代末敏弹也配备有复合探测系统,它也包括红外成像探测系统、毫米波探测系统,但是复合制导系统实物展示,这次可能还是第一次,它显现了我国在精确制导领域的进步。

从公开的图片来看,笔者注意到它的整流罩呈卵圆形,这意味着它的载弹速度并不高,从内部结构图来看,笔者注意到它的雷达天线呈现长条形,这样意味着它的波束在高度方向比较发散,因此高度方向的探测精度较低,因此笔者推测这个导引头可能用来攻击地面或者海面目标,在高度方向的精度可以恰当降低,所以笔者认为这个导引头应该是给国产反舰导弹配备的,它标志着我国反舰导弹导引头的探测能力更强,抗电子干扰能力更好,作战能力也更大,可以有效的提高国产反舰导弹的战术技术能力,从而增强我国海军的作战能力,同时也有助于提高国产反舰导弹在国际市场上的竞争能力。

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 现代水面舰艇结构复杂,反射面大,是比较理想的目标


反舰导弹的末制导系统一般采用微波雷达,这主要是因为微波雷达的技术比较成熟,研制成本和费用较低,还就是攻击水面目标时候,海面背景干扰较低,杂波干扰比陆地要小,还有就是舰艇本身就是一个巨大的雷达反射体,特别是水面舰艇本身就是由金属表面构成,根据相关资料,一艘5000吨级的水面舰艇它的RCS面积可以达到5000多平方米,另外甲板还有较多的电子设备、武器、锚泊设备等,这些都增加舰艇的RCS,这些都有利于反舰导弹末制导雷达探测目标,简化信号与数据处理系统,这也是为什么反舰导弹一开始就能实现主动寻的制导。

 对于反舰导弹来说,在发射前火控系统会在航路上建立一个目标瞄准点和相应的目标搜索区,导弹飞抵瞄准之后,末制导雷达开机,对预定目标进行搜索和跟踪,探测到目标后,转入锁定和跟踪,对目标进行攻击,如果搜索区没有发现目标,末制导雷达会按着一定比例对搜索区进行扩大搜索,如果仍旧没有发现目标,导弹则继续沿着预定航线飞行和搜索,直至燃料耗尽。由于这种搜索方式的探测较小,不利于发挥反舰导弹射程上的优势,所以新型反舰导弹,如鱼叉反舰导弹在预定目标区未探测到目标的时候,会执行再搜索程序,进一步扩大探测范围。

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 微波雷达仍然是反舰导弹的主力末制导系统,国为国产C-602反舰导弹的末制导雷达


最初的反舰导弹末制导系统如国产上游-1号导弹使用的SL-1型,采用的是圆锥扫描体制,探测距离低、搜索范围小、精度差、抗电子干扰能力弱,所以很快被淘汰了,后来我国为上游-1号研制了改进型LM-1型单脉冲末制导雷达,所谓单脉冲雷达,就是发射一个脉冲,能同时形成若干个波束,将各波束回波信号的振幅和相位进行比较,各波束接收的信号之和,可测出目标的距离,从而实现对目标的测量和跟踪。它的探测能力较强,探测范围较大,抗干扰能力强,是目前末制导雷达主流体制。

进入80年代,随着微电子工业的发展,各国纷纷用通用信号处理器-DSP、大规模可编程逻辑门阵列-FPGA来对反舰导弹末制导雷达进行数字化改造,改造后的末制导转达可以根据相应战场环境来对雷达进行调整,有效的增强雷达对于小RCS目标的探测能力,提高探测距离、范围和抗干扰能力,还可以提高雷达的可靠性、延长使用寿命等,上世纪80年代我国海军曾经利用相关器件对上游-1反舰导弹的末制导雷达进行数字化改进,不但提高雷达的探测距离、抗干扰能力,甚至还具备了攻击干扰源的,有效的提高了导弹的攻击能力,延长的导弹的使用寿命。

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早期反舰导弹的性能较低
 

由于反舰导弹的小型化,同时为了提高抗干扰能力,反舰导弹末制导雷达也在向更高频率发展,如早期的反舰末制导雷达多采用X波段,波长较长,为了保证天线具备足够的增益,提高抗干扰能力,天线就必须有一定的尺寸,从而导致导弹直径的增加,这样不利于导弹的小型化,所以我国研制的鹰击-8反舰导弹,它的末制导雷达频率向上达到KU波段,这个波段介于厘米波和毫米波之间,频率高,波长就短,这样在较小天线的情况下,仍旧能够保持足够的天线增益,从而保证雷达的探测距离,所以鹰击-8在直径比上游-1直径大幅度下降的情况下,末制导探测性能并没有明显的下降,同时由于波长较短,分辨能力增加,制导精度反而得到提高。

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 后期有较大的提高


不过反舰导弹末制导雷达一个缺点就是开机工作时间较长,这样的话就给对方的电子战系统以可趁之机,随着技术的发展,目前舰载电子战系统的能力越来越高,先进的雷达侦察系统可在1秒钟之内完成电磁信号的分析,并且自动引导主动雷达干扰机进行干扰,雷达干扰的手段也由单一箔条干扰、压制干扰发展到噪声干扰、欺骗干扰和复合干扰等,针对末制导雷达的干扰源攻击能力,还出现了舷外干扰和欺骗系统,这些都对反舰导弹的末制导系统提出更高的要求。

另外一个就是舰艇的隐身性能也在提高,我们知道现在舰艇已经广泛采用隐身技术对舰体、上层建筑进行设计,武器也发展了垂直发射技术,尤其是新世纪隐身舰体已经从舰体、上层建筑发展到甲板设备、武器及电子系统,出现了整体式桅杆甚至电子系统与上层建筑一体化技术,这些都大大降低了舰艇的RCS,同时也对反舰导弹的末制导雷达提出了更高的要求。

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发射干扰弹的我国海军驱逐舰
 

因此新世纪反舰导弹末制导雷达一个发展趋势就是向更高频率发展,如采用毫米波雷达,毫米波的优点就是波长短,分辨能力强,甚至可以对目标进行成像,同时波束比较狭窄,降低了海面反射及背景干扰,尤其是毫米波波长短,而现代隐身舰艇多针对厘米波进行设计,所以许多措施对于毫米波是无效的,也就说许多表面对于厘米波来说是平滑的,但是对毫米波来说却是粗糙的,这样就会形成散射,从而增加舰艇的RCS,根据珠海航展的消息,我国C-701反舰导弹就采用了毫米波末制导雷达,对于隐身舰艇具备较好的打击能力。

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 具备全隐身能力的DDG-1000驱逐舰


不过毫米波雷达一样需要辐射电波,对方仍然可以进行探测和干扰,所以反舰导弹也需要一种被动的探测系统,我们知道,现代舰艇除了拥有巨大的RCS,也是一个庞大的红外辐射源,一般而言海水的温度大多在30度以上,有的更低,而舰艇发动机的工作温度则高达数百甚至上千度,即使排气的温度也在200度左右,同时甲板经过阳光长时间曝晒,使用武器产生的火焰等都是红外辐射源,特别是舰艇的红外辐射源很难消除,这样就为红外制导系统提供了机会。

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我国C-701反舰导弹的毫米波导引头

 

红外制导系统是依靠目标红外辐射来探测、跟踪和锁定目标,由于不辐射电波,对方难以防范,可以实现静默攻击,系统体积和重量都较降低,适合战术导弹运用,早期反舰导弹如国产海鹰-2甲反舰导弹配备的点光源红外制导系统,容易被对方干扰,新一代反舰导弹如国产的YJ-82KH,已经换装了红外成像制导系统,红外成像系统是根据目标各部位红外辐射源得到目标红外图像,从而区分目标与背景,制导导弹攻击目标,由于它的分辨能力强,传统闪光弹及照明弹等对它干扰基本上没有效果,红外成像系统另外一个优势就是可以将目标图像通过数据链传递给后方,由后方操纵手进行识别,然后选择目标薄弱部位进行攻击,并且在攻击前进行打击效果评估,不过红外制导系统的探测距离一般要低于主动雷达制导系统,此外它不能提高目标的距离,而且在恶劣气候条件下的作战能力比较低。

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 采用红外成像制导的NSM导弹


因此雷达/红外成像制导系统就出现了,它的优点就是结合了雷达和红外成像制导两种制导方式的优点,优势互补,互相取长补短,具备较强的探测能力、反隐身能力和抗干扰能力,例如主动雷达制导方式全天候探测能力强,具备多目标探测能力,但是容易被对方探测,分辨能力较差,而红外成像制导方式分辨能力强,攻击隐蔽性好,这样就可以根据攻击时的条件灵活使用相应的制导方式,从而提高导弹的攻击能力。

尤其在抗干扰能力方面,主动雷达探测到目标之后,将指示给红外成像系统之后,就可以关机,让后者对预定区域进行探测和搜索,降低导弹的暴露概率,另外在主动雷达受到箔条或者舰载雷达干扰机压制的时候,也可以利用红外成像制导系统探测目标,新世纪舰载电子战系统一个发展方向就是舷外干扰和欺骗,例如舷外干扰机、雷达诱饵等,这些都会对末制导雷达形成较大的干扰,而如果有红外成像系统则可以分辨出哪些是真目标,哪些是假目标。

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 我国主动雷达/红外成像复合制导系统结构图


不过复合制导系统的缺点就是系统复杂,成本较高,目标融合、目标自动识别等难度较大,由于战术导弹内部空间有限,如何安排这两种制导系统也令人头疼,这是因为雷达和红外制导系统的频率不同,天线和整流罩相应不现,一般红外制导系统要伸出弹体之外,这样显然会增加弹体的阻力,从相关图片来看,国产雷达与红外成像主动探测系统采用应该是上下并联式布位置,红外成像系统位于雷达天线的下方,这样的优点就是节约了弹体空间,降低了阻力,但是缺点就是雷达孔径受到限制,为了保证足够的天线增益,保持雷达的探测距离,所以雷达的工作频率可能较高,笔者推测它的工作频率应该在KU波段甚至就是毫米波雷达。

主动雷达与红外成像制导复合制导系统的研制成功,表明我国在复合制导系统、信号与数据处理、信息融合、目标识别等方面取得了突破性进步,未来可以进一步发展更加先进的系统,适应更加广泛的导弹品种,如为红旗-9增加红外成像导引头,提高红旗-9对于战术弹道导弹和低空巡航导弹的攻击能力。

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 使用半主动/红外成像复合制导的SM-2 Block4A
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