光学制导技术

tanjie109

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  [定义] 在武器装备中，采用光学技术设备，接收对方军事目标反射及辐射的光学信息，通过光电转换，将目标的光学信息转化为包含有目标形体的图像信息、目标位置信息和目标运动信息的电子信号，对该信号进行电子学处理，用处理后的信号控制、制导武器装备，对对方军事目标实施有效拦裁、摧毁和杀伤的技术，称之为光学制导技术。
   内涵：光学制导在技术设备上，可以是电视制导技术，红外（成像与非成像）制导技术，光纤制导技术，激光制导技术。光学制导在应用上，可以用于制导反坦克导弹，制导炸弹，制导战术地对地导弹，制导空间******等。是精确制导武器的重要技术手段。光学制导从工作体制上可分为光学寻的制导技术和光学指令制导技术。
   光学寻的制导：用装在制导武器上的光学接收设备，接收来自目标的自然或人为的光学辐射或反射信息，对此光学信息加工处理，并用加工和处理后的信号，实现对目标的搜索、截获和精密跟踪，控制、制导武器飞向目标。光学寻的制导，可实现武器的"打了就不管了"的作战功能，是精确制导武器的一项重要技术手段，有着十分广阔的发展前景。在防空导弹，空对空导弹，空对地导弹，巡航导弹，制导炸弹，战术地对地导弹等武器上，得以广泛应用。
   光学指令制导：又称光学遥控制导。它是用装于导弹武器系统的发射阵地或发射载体上的光学设备，接收目标的光学反射和辐射信息，实现对目标的搜索截获和跟踪。同时也接收拦截导弹的光学反射和辐射信息，实现对拦截导弹空间位置和运动参数的测量。把对目标和导弹的跟踪、测量信号送到阵地指挥控制中心，经处理、计算和分析，形成导弹飞行的控制指令。通过指令发射机，发往导弹，控制制导弹飞向目标。由于作为指令制导的光学设备对目标的搜索距离和视场有一定的局限性，因而光学指令制导很少单独作战使用，大多与微波雷达技术复合，以构成光电复合指令制导系统，进行互补，以实现不同作战环境条件下的作战任务，提高武器系统作战的有效性。光学指令制导主要用于面对空弹导武器系统和空对地导弹武器系统中。
   光学制导技术的研究范围，概括起来可归纳为以下十个方面：
   （1）光学制导系统技术研究：包括最佳技术方案论证，工作体制与工作波段选择，系统战术及技术指标分析，总体结构布局及体积、尺寸、重量设计，信号流程及信号输出形式设计，电子学接口及机械接口设计等。
   （2）光学（红外、电视、激光）搜索与精密跟踪技术研究。
   （3）现代光学系统设计、加工与镀膜技术研究。
   （4）红外探测器，电视摄像机，激光发射与接收机技术研究。
   （5）光学材料与光电子器件应用技术研究。
   （6）光学信息数字处理机技术研究。
   （7）光学干扰、抗干扰及光学隐身技术研究。
   （8）目标的光学辐射、反射及散射特性技术研究。
   （9）大气光学传输特性及气动光学效应与校正技术研究。
   （10）光学制导技术仿真及性能评估技术。
   特点：
   （1）制导精度高，可导引武器与被拦截目标直接碰撞，可制导选择目标的"薄弱"部位攻击。
   （2）电视和红外制导，由于对目标被动探测和跟踪，可容易实现"打了就不管了"的作战模式。
   （3）抗电子干扰能力强，不易被反辐射导弹攻击。在战争环境条件下，系统生存能力强。
   （4）可全天时作战，可全方位攻击目标。
   （5）能源消耗小、造价低，体积小，重量轻，安装、使用机动灵活方便。
   （6）容易实现多色、多模的光电复合制导。
   （7）电视和红外制导，难于获得目标距离信息。
（8）在恶劣的气象条件下作战，光学制导的作战距离受到局限。
[国外概况] 由于光学制导技术制导精度高、抗干扰能力强，具有"打了就不管了"能力、成本低等特点，世界各军事大国，都投入了大量财力、物力和人力进行开发和研究。特别是从本世纪七十年代以来，高性能光电子器件的研制成功和更新换代，大规模集成智能化的微主息处理硬件及软件的工程应用，使得高级光学制导开发与应用成为可能。特别是在现代精确制导武器和高技术武器系统中，光学制导技术成为一个十分重要的技术手段。
   光学制导技术包括红外制导技术，激光制导技术，电视制导技术及它们组合的复合制导技术。
   红外制导技术，它是利用红外接收设备，被动接收目标体的红外辐射，并将辐射能光电转和处理，提供制导控制信号进行制导。红外制导技术已有近半个世纪的发展应用历史。在技术上，发展应用经历了两个阶段，即红外点源制导和红外成像制导。红外制导技术的发展与应用，在很大程度上取决于红外探测器技术的发展。红外制导技术主要应用于导弹自动寻的制导。
   红外点源制导是把目标视为一个点源红外辐射体。红外接收设备，接收目标红外辐射，经聚焦和光电转换，解析出控制导弹飞行的控制信号，制导导弹飞向目标。主要应用于空对空和地对空导弹。美国"响尾蛇"(Side Winder)系列空对空导弹，即为这种制导体制的典型代表。几十年来在集中于提高制导精度，提高灵敏度，加强抗干扰能力，扩大攻击目标范围等方面的研究与改进。几十年来，在多次空战中，创造了令人瞩目的战绩。在现在的空战中仍在应用，是现代作战飞机的重要装备。现在已发展从AIM-9A到AIM-9M的多种型号。红外点源寻的制导，也成功的应用于防空导弹武器。美国的"小桷树"（chaparral)防空导弹，"红眼睛"（Redeye)防空导弹，"尾刺"(Stinger)防空导弹，法国的"西北"(Mistral）防风导弹及前苏联的"SAM-7"防空导弹等都是采用红外点源寻的制导。红外点源寻的制导导弹，一般用于近程、低空制导导弹。红外点源寻的制导，设备简单、造价低是其突出优点。但是，灵敏度低、精度差、易受干扰的缺点限制了发展和应用。
   红外成像制导是红外成像接收设备接收由于目标体表面温度分布及辐射系统的差异而形成目标体的"热图"。信息处理器对目标"热图进行处理与分析，给出导弹飞行的控制信号控制导弹飞向目标。红外成像制导，主要用于高级自动寻的导弹武器。随着红外探测器技术的发展，红外成像制导发展在技术上经历两个阶段，发展了两代红外成像制导。第一代为光机扫描红外成像制导。它是使用单元或红元红列红外探测器，通过两维或一维的光机扫描成像。其代表武器型号为美国投资32亿美元，由美国休斯（HUGHES）公司研制的"小牛"(Mavcrik) AGM-65D空地反坦克导弹和AGM-65F反舰导弹。它用16元线列长波帝镉汞红外探测器，用装于动力陀螺外转子上的20面内反射镜扫描成像。对地面坦克的成像距离可达6公里。该导弹在海湾战争中，得以成功使用。另外光机扫描红外成像制导技术也用于防空武器系统中的火控系统，在超低空作战时，对目标跟踪和对导弹制导。法国汤姆逊无线电(Thomson-CSF）公司研制生产的舰载防空导弹"海响蛇"导弹的火控系统上就装有一台红外成像跟踪仪（SEID）。它用160元非均匀排列的线列长波帝，镉汞红外探测器，用一维光学扫描成像。对每球面度20瓦的目标，截获距离大于12公里。在超低空情况下，完成拦截作战制导任务。第二代红外成像制导称之为凝视红外成像制导技术。它是用高性能的焦面阵（FPA）红外探测器组成的红外成像器，对目标凝视成像。这是从七十年代以来，迅速发展、装备和应用的一项高新技术，有着巨大的发展应用潜力。现代精确制导导弹，争相采用红外凝视成像制导寻的。它具有制导精度高、灵敏度高、抗干扰能力强、具有智能目标识别功能等优点。世界各军事大国，都在大投入的开发、生产和装备这种制导武器。美国的反坦克导弹"坦克破坏者"(Tank Brcaker)采用64×64元焦面阵长波红外凝视成像的制导。美、英、法、德四国联合研制的AIM-132型近距离空空导弹（ASRAAM）是用美国休斯公司研制生产的128×128元红外焦面阵凝视成像寻的。美国海军最新装备的AGM-84斯拉姆（SLAM）空射巡航导弹末端采用红外凝视成像制导。欧洲三国英、法、德联合研制的"崔格特"（Trigat)反坦克导弹原为激光半主动制导，现也改为凝视红外成像制导。美国正在研制试验的、计划在2004年布署总投资在141亿美元的"战区高空区域防御系统"（THAAD），其拦截导弹的动能******（KKV），选用由美国劳拉红外成像系统公司研制制造的256×256元中波凝视红外成像寻的。它对目标的截获距达40公里，制导精度小于1米，可实现直接与目标撞击。视场、帧频、积分时间可变。并具备目标识别功能。美国"大气层内拦截计划"（AIT）的动能******，拟采用双色256×256像元的红外凝视成像寻的。凝视红外成像制导技术也应用于防空导弹的火控系统。如美国的"霍克"防空导弹火控系统中，加装了中波128×128像元的凝视红外成像******，并与电视和激光测距共用"共口径"光学系统，构成"霍克"的光学****跟踪系统（ITAS），完成在反辐射导弹攻击情况下，对空作战制导任务。从技术发展和应用效能等角度看，凝视红外成像制导，无疑将是今后精确制导武器十分重要的技术发展方向。
   激光制导技术，是用激光发射设备，向目标发射激光，激光接收设备接收目标反射的激光信号，对含有目标位置信息的信号处理，并用该信号制导导弹飞向目标。激光制导主要有三种制导工作体制，即激光寻的制导，激光指令制导和激光驾束制导。激光寻的制导又分为主动激光寻的和半主动激光寻的。激光主动寻的制导是激光发射照射器与激光接收机都装在同一枚导弹或炸弹上。由于激光发射机的体制、重量和功率之间存在着技术上的困难，至今尚未看到可以实用作战的制导武器。但由于主动激光寻的制导精度高，抗干扰能力强，可"打了就不管了"等优点，国外都在加速研制实战型的武器型号。主动寻的制导是激光制导技术很重要的研究发展方向。激光半主动制导是激光接收器装在导弹上，激光发射照和射器装于导弹发射载体上或人工携带。美国的精确制导炸弹GBU-27，马丁?马里厄塔(Martin Marietta)公司研制生产的"铜斑蛇"炮弹，洛克韦尔公司研制生产的"海尔法"（Hellfive)空地导弹及"大猎犬"（Bulldog)AGM-83A空地导弹，法国汤姆逊无线电公司(Thomson-CSF)研制生产的AS30L空地导弹等均采用激光半主动制导。激光半主动制导，制导精度高，造价高。
[影响] 光学制导技术，在近三十年来得到了迅速发展。光学制导技术在制导武器系统中的广泛使用，使制导武器技术的发展与应用展现一个全新时代。近三十年来，光学信息探测与传感器技术的迅速发展，高性能光电器件的不断研制成功，大规模集成高速智能型光电信息处理的微电子技术迅速发展，使光学制导技术在现代精确制导武器和现代高技术武器系统中的应用成为可能。几十年代，在现代化的区域性的局部战争战例中，使用的精确制导武器，绝大多数是使用光学制导的技术手段。只有光学制导技术才能准确识别目标、选择目标和选择目标易损命中点，实施有效摧毁目标。军事技术专家分析认为，新一代制导武器应具备发射后不管；自主搜索截获目标；多目标分辨和有效识别；攻击命中点自主选择；全方位攻击目标和全天候作战；复杂背景抑制和抗人为干扰；模块化设计和作战软件灵活可变等功能。光学制导技术，则可做到满足这些功能。国外的重要国防技术研究、研究和生产单位，都建立了相关的专门机构，投入大量人力、物力和财力，进行光学制导技术的先期开发与研制工作。他们一方面研制新一代的高性能光学制导武器，另一方面对原有的制导武器进行改进和改装，增加光学制导技术设备。有关专家预言，二十一世纪的精确制导武器中，光学制导技术的开发和应用，将是主流。
   光学制导技术的发展与应用，也带动了相关技术的发展。如为适应精确制导武器所用的体积小、重量轻、效率高的光学系统，带动和促进了现代二元光学、微光学技术的开发、设计与生产。带动和促进了红外、激光与可见光电视成像传感器技术与器件的发展。带动了光学信息处理的微电子技术发展，带动了光学干扰、抗干扰与目标光学隐身技术的研究与发展。光学制导技术，在武器系统中的应用和装备水平，在一定程度上，反映一个国家现代化武器技术水平。
技术难点] （1）体积小、重量轻、效率高、像质好弹上光学系统设计与生产。
   （2）高性能红外中波与长波大数量像元的焦面阵探测器组件研制与生产。
   （3）非致冷焦面阵红外成像探测器研制与生产。
   （4）双色（多色）复合光学传感器研制。
   （5）大功率、高效率、轻小型激光发射机研制与生产。
   （6）复杂背景下，目标光学图像信号检测、滤波、分割与增强技术研究。
   （7）实时动目标光学图像精密跟踪技术。
   （8）复杂作战环境条件下，目标光学辐射、反射及传输特性的物理及数字模型建模技术。
   （9）光学干扰、抗干扰及目标光学隐身技术。
   （10）多波段光学图像信息融合技术。
   （11）弹上微型光学信息处理机技术。
   （12）激光相干接收技术。