目标具有磁场、静电场、声场、水压场、热辐射以及力学强度等固有特性,此外还有对电磁波、光波照射的响应特性,如电磁波散射、激光反射及散射等。这些特性均可用来作为探测目标的物理基础。
引信探测目标的方式主要有以下4类。
(1)接触目标:引信或弹体与目标直接接触,依靠力学或者其他效应感觉目标。
(2)感应目标:引信或弹体与目标不接触,而是感应由目标出现导致的物理场变化来感觉目标。
(3)预先装定:根据测得的从武器到预定起爆点的距离或从发射(投放或布设)开始到预定起爆的时间或按目标位置的环境信息在发射(投放或布设)前装定。
(4)指令控制:根据武器系统中其他目标探测系统感觉的目标信息发出的指令而直接作用。
其中,前两种探测以引信自身的目标探测为主,后两种探测依赖于武器系统或平台对目标的探测结果。由于预先装定可能产生较大的弹目交汇误差,影响对目标的毁伤效能,所以又发展了实时装定技术。实时装定是将预先装定的信息量缩短至弹丸发射瞬间(甚至发射后),并由武器系统中的火控控制系统来完成,因此也可以认为实时装定是一种特殊的指令控制。控制指令在弹丸发射瞬间或弹道飞行中发出。在预先装定和指令控制方式中,引信并不探测目标,实质上是由武器系统中的探测系统来完成目标探测的,引信只是被动地执行系统。
除了传统的以接触力作为接触探测目标的手段以外,以无线电探测为非接触探测的最早形式,出现了各种利用物理场的存在来探测目标的方式。典型的目标探测包括以下几类。
1.声探测技术
声探测技术利用目标发出或者反射的声波,对其进行测量、识别、定位和跟踪等。声探测理论上可以是主动的、被动的或者半主动的,但在实际中使用的主要是主动式或被动式。主动式是探测器发出特定形式的声波,并接受目标反射的回波,以发现目标和对其的定位,主要用于探测水面和水下目标,通常采用超声波,常见的有声呐探测系统。空气中的超声波衰减很严重,除了近距离外,很少使用。被动式则直接接收目标发出的声音,可以在水中和空气中使用,但极易受到其他声源的干扰。反直升机智能雷达探测以多元声探测为主来实现对目标的定方位。
2.地震动探测技术
人员、装备等在地面上运动时,必然会引起地面振动等物理场变化,地面传感器可通过探测这些物理量的变化来发现这些目标。其中,地震动探测是实现对装甲车辆、人员等地面行进目标探测的主要方式。通过对地震动信号的预先处理与分析,建立不同类典型目标的地震动特征数据库,可用于后续地震动探测系统的目标识别。
3.磁探测技术
当铁磁性材料出现时,会引起磁场的变化,利用该原理可以实现对铁磁性材料组成的目标的磁探测。磁探测涉及的范围很广,其方法多样。根据测量所依据的不同的基本物理现象,大致可分为以下几种:
(1)磁力法。磁力法是利用在被测磁场中的磁化物体或通电流的线圈与被测磁场之间相互作用的机械力(或力矩)来测量磁场的一种经典方法。
(2)电磁感应法。电磁感应法是以电磁感应定律为基础测量磁场的一种经典方法。可通过探测线圈的移动、转动和振动等多种方法产生的磁通变化来测定磁场。其中,冲击法主要用于测量恒定磁场;伏特法主要用于测量高频磁场;电子磁通法用于测量恒定磁场、交变磁场或脉冲磁场(或磁通);旋转线圈法和振动线圈法是电磁感应法的直接应用,主要用于测量恒定磁场。
(3)电磁效应法。电磁效应法是利用金属或半导体中流过的电流和在外磁场同时作用所产生的电磁效应来测量磁场的一种方法。其中,霍尔效应法应用最广,可以测量10-7~10 T范围内的恒定磁场;磁阻效应法主要用于测量10-2~10 T的较强磁场;磁敏晶体管法可以测量10-5~10-2T范围内的恒定磁场和交变磁场。
(4)磁共振法。磁共振法是利用物质量子状态变化而精密测量磁场的一种方法,其测量对象一般是均匀的恒定磁场。其中,核磁共振法主要用于测量10-2~10 T范围内的较强磁场;流水式核磁共振可测量10-5~25 T范围内的磁场,还可以测量不均匀的磁场;电子顺磁共振法主要用于测量10-4~10-3T范围内的较弱磁场;光泵法用于测量10-3T以下的弱磁场。
(5)超导效应法。超导效应法是利用弱耦合超导体中的约瑟夫森效应的原理来测量磁场的一种方法,可以测量0.1 T以下的恒定磁场或交变磁场。超导量子干涉期间,具有从直流到1012Hz的良好频率特性。
(6)磁通门法。磁通门法也称为磁饱和法,是利用被测磁场中磁芯在交变磁场的饱和激励下其磁感应强度与磁场强度的非线性关系来测量磁场的一种方法。这种方法主要用于测量恒定的或缓慢变化的弱磁场,在测量电路稍加变化后也可以测量交变磁场。
(7)磁光效应法。磁光效应法是利用磁场与光和介质的相互作用而产生磁光效应来测量磁场的一种方法,可用于测量恒定磁场、交变磁场和脉冲磁场。其中,利用法拉第效应可测量0.1~10 T范围内的磁场;利用克尔效应法可测量高达100 T的强磁场。
(8)巨磁阻效应法。传导电子的自旋相关散射是巨磁阻效应的主要原因。巨磁阻传感器具有体积小、灵敏度高、响应频率宽、成本低等优点,是多种传统的磁传感器的换代产品。
磁探测技术除了用于弹道末段对目标的探测,还可用于弹丸转数、弹丸姿态等的测量,实现引信对弹药的定距起爆、弹道修正等控制功能。(www.xing528.com)
4.激光探测技术
激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好且频率处于光波频段等本质属性,因此利用激光作为探测手段的各种探测系统在探测精度、探测距离、角分辨率、抵抗自然和人为干扰能力等方面都有较强的优势。在现代战场中,电磁环境日益恶化,特别是人为电磁干扰使无线电近炸引信的生存能力和正常作用能力受到极大的威胁,激光探测技术恰恰为无线电探测提供了必要的补充。
几何截断定距是适合近程引信定距探测的一种精确定距技术。几何截断定距体制激光探测的作用原理如图9.1所示,其发射与接收光轴存在一定夹角,该方法利用固定距离区域内目标出现时才能有回波被接收到的原理,进行精确定距探测。激光近程探测在常规弹药引信中应用时,解决抗发射冲击问题非常重要。
图9.1 几何截断定距体制激光探测的作用原理示意
5.电容探测技术
有绝缘介质隔开的导电体之间会形成电容,当导电体之间的间距发生变化或有第三导体接近时,电容值会发生变化。电容探测技术依靠设计电容电极与电容量变化检测电路来实现对目标的探测。根据电容变化的原理,电容探测主要有三种类型的探测方式,即变间隙式、变面积式、变介质式。电容近炸引信是一种比较普遍使用的近炸引信,其探测目标的基本原理是引信探测器利用一定频率的振荡器,通过探测电极在其周围空间建立起一个准静电场,当引信接近目标时,该电场便产生扰动,电荷重新分布,使引信电极间等效电容量产生相应的规律性变化,引信则利用探测器将这种变化的信息以信号的形式提取出来,实现对目标的探测。双电极的电容近炸引信电路原理框图如图9.2所示。当目标出现时,电容C10、C20随之出现。
图9.2 电容近炸引信电路原理框图
6.毫米波探测技术
毫米波探测是以毫米波为物理基础的探测技术,由传统无线电探测发展而来。毫米波属于无线电波的一个波段,介于微波到光波的电磁频谱波段。与微波相比,其主要区别有:
(1)任何物质在一定温度下都要辐射毫米波,可通过用被动方式探测物体辐射毫米波的强弱来识别目标。
(2)毫米波的波束窄,方向性好,有极高的分辨率。
(3)多普勒频率高,测量精度高。与激光和红外波段相比,毫米波具有穿透烟雾、尘埃的能力,基本可以全天候工作。
(4)毫米波段的频率范围正好与电子回旋谐振加热所要求的频率相吻合,许多与分子转动能级有关的热性在毫米波段没有相应的谱线,因此噪声较小。
常用的毫米波探测系统有毫米波雷达、毫米波辐射计等。图9.3所示为毫米波探测系统的简化原理框图。
图9.3 毫米波探测系统的简化原理框图
7.红外探测技术
红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波,又称为热射线。高于绝对零度的物质都可以产生红外线。红外线的物理本质是热辐射,这种辐射的量主要由这个物体的温度和材料的性质决定,尤其是热辐射的强度及光谱成分主要取决于辐射体的温度。红外探测是以红外物理学为基础,对产生红外辐射的目标进行探测和识别的技术。一个完整的红外探测器包括红外敏感元件、红外辐射入射窗口、外壳、电极引出线以及按需要而加的光阑、冷屏、场镜、光锥、浸没透镜和滤光片等。图9.4所示为红外仪器的基本组成框图。
红外探测器可分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化,进而使其有关物理参数或性能发生相对变化,通过测量有关物理参数或性能的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。光子探测器是一种新型高精度红外探测器,利用某些半导体材料在红外辐射的照射下产生光子效应,使材料的电学性质发生变化,通过测量电学性质的变化,从而确定红外辐射的强弱。
图9.4 红外仪器的基本组成框图
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