末制导炮弹的制导系统优化

通常，把末制导炮弹中能够克服飞行中的各种干扰因素，引导和控制炮弹根据目标的运动情况，按选定的导引规律飞向目标的全部装置和软件称为制导系统。制导系统以末制导炮弹体为控制对象，包括导引子系统和控制子系统。其中，导引子系统通常由弹体、目标位置运动敏感器和导引计算机组成。其功能是测量相对目标的运动偏差，按照预先设计好的导引规律，由导引计算机形成导引指令。该指令通过弹上控制系统控制末制导炮弹运动。末制导炮弹姿态控制系统一般由姿态敏感元件、控制计算机和伺服机构组成。其主要功能是保证末制导炮弹在导引指令作用下沿着要求的弹道飞行，保证末制导炮弹的姿态稳定，不受各种干扰影响。

末制导炮弹是一种集常规炮弹与制导弹药特点于一体的新型弹药，而其制导系统中的导引技术对提高弹药的性能有重要作用。因此，下面重点介绍末制导炮弹常用的几种导引技术。

（1）激光导引技术

它是利用激光获得导引信息或传输导引指令，使末制导炮弹按一定导引规律飞向目标的导引方法。激光波束方向性强、波束窄，所以激光制导精度高，抗干扰能力强。它在用激光器向目标发射激光波束之际，同时用对激光敏感的探测器敏感目标反射回来的激光束，导引末制导炮弹飞向目标。激光的波长是毫米波的千分之一，而激光束的散角是毫弧度级，因而目标分辨率很高，导引终点误差可达0.5～1.0m，能同时分别命中两个相隔仅10 m甚至靠得更近的目标。已装备的激光制导武器多数采用半主动式制导，少数采用驾束制导。如美国的“铜斑蛇”激光半主动式末制导炮弹、苏联的“红土地”等，都是采用半主动式激光制导的末制导弹药。它们在弹道末端由弹上的激光导引头自动搜索从目标反射回来的激光编码信号，经信号处理，在自动识别、跟踪并锁定目标的同时，将导引指令传输给控制系统，使末制导炮弹进入自动跟踪状态，直至与目标遭遇。

（2）毫米波导引技术

它是利用毫米波获得导引信息或传输导引指令，使末制导炮弹按一定导引规律飞向目标的导引技术。毫米波是波长为1～10 mm的电磁波，而用于末制导炮弹的毫米波的波长多为8mm和3mm（或2mm），介于微波和红外线之间。毫米波器件尺寸小，质量轻，抗干扰能力强，制导精度高，能比较容易地实施对多目标的攻击。末制导炮弹采用毫米波导引的原因是全天候性能好，有较强的穿透云层和雾的能力；战场环境适应性好，可以在尘埃和浓烟下工作；毫米波传感器不仅能测得目标的方位，还能测得目标的距离和速度。由于末制导炮弹内的天线直径通常会被限制在6～15 cm内，传感器的尺寸同样也受到很大限制，但要求有很高的探测目标的空间分辨率（波束宽度要求在0.5°～2°）；再加上探测坦克等目标时又呈低空下视状态，地物杂波和多径效应会产生相当大的干扰，所以只能通过窄波束降低这种干扰。凡此种种，都是末制导炮弹需要采用毫米波导引的主要原因。毫米波导引的主要模式有主动式、被动式和主—被动复合式。主动式是指利用毫米波雷达截获和跟踪目标，已被多数末制导炮弹采用；被动式是指利用毫米波辐射计截获和跟踪目标；主—被动复合式是指主动式截获和早期跟踪，最后由被动式跟踪到与目标相遇，常用于远距离毫米波制导武器。但毫米波的分辨率比可见光和红外光低，制导精度和隐蔽性不如红外导引；在全天候性能和作用距离上不如微波导引。

（3）红外导引技术

利用目标和背景的红外辐射能量的差异，提取目标信息并加以处理，以确定目标相对于导引头视轴的角偏移，产生导引信号，将末制导炮弹导向所要攻击的目标。人们通常指的红外制导系统，绝大多数就是指这种被动式自动导引系统。任何物体只要它的温度高于绝对零度，都能辐射红外线，且辐射能量随温度上升而迅速增加。对地面坦克目标的探测来说，最重要的是3～5μm（中红外）和8～14μm（远红外）两个大气窗口。红外导引的优点是目标探测分辨率高，可获得较高的制导精度；弹上设备简单可靠，功耗少，体积小，质量小；以被动方式工作，隐蔽性能好。然而，红外制导的全天候性能和战场烟尘环境的适应性不及毫米波导引。红外导引又分红外点源导引和红外成像导引两种。(www.xing528.com)

①红外点源导引。红外点源导引又称红外非成像导引。其特点是把目标看成一个热点源来探测。末制导炮弹通过导引头锁定并跟踪目标的最热部分。它的工作原理是弹上的红外导引头接收从目标辐射来的红外线。当视线与红外导引头光轴重合时，经导引头光学系统聚焦的目标像点落在以一定角速度旋转或固定的调制盘中心，不被调制；当目标偏离光轴时，像点被调制。从像点投射在调制盘上的位置可以判断出目标偏离光轴的方位和距离，形成导引信号，控制末制导炮弹飞向目标。

②红外成像导引。这是利用装在弹头的热成像仪摄取目标图像信息，用数字计算机对目标图像信息进行处理，形成导引指令来控制末制导炮弹飞行的导引方法。热成像仪的主要部件是光机扫描器件或红外焦平面阵列器件。其工作波段如下：碲镉汞（Hg-Cd-Te）凝视焦平面阵列器件的工作波段是8～12μm，而利用肖特基效应的焦平面阵列硅器件的工作波段是3～5μm。这两个波段的大气透过率高，使末制导炮弹能在远距离内探测到目标；它也可以在发射前把目标信息存储在弹体内，发射后该弹就不断摄取目标图像信息并与预先存储的目标信息比较，进行相关跟踪。红外成像导引系统主要由红外探测和成像、信息处理两部分组成。前者摄取景物的红外图像，并把二维景物图像转换为随时间变化的视频幅度信号（其时间同步基准与每个像素的时间位置有着精确的对应关系）；信息处理系统识别目标，并以各种跟踪算法为基础产生出目标位置相对于摄像头光轴的误差信号。由于采用红外波段，白天、黑夜或者目标有简单的伪装时，红外图像导引均能正常使用，不易受假目标的诱惑；同时，由于红外成像获取的信息比较丰富，因此制导精度高。但是，红外热成像的技术难度大，成本相对较高。

（4）复合导引技术

以毫米波雷达和被动红外传感器复合导引为例，这是一种双模式寻的导引方式。毫米波雷达和红外传感器的组合形式既可以是共口径的，也可以是相互分开的。红外传感器既可以是成像式，也可以是非成像式；既可以是单波段，也可以是双波段。这种双模式的复合导引头可以使毫米波雷达和红外传感器的性能相互补充，以最大可能对地面目标进行探测。这种复合导引系统既利用了红外传感器的高分辨率目标信息，又利用了毫米波的距离和多普勒目标特征信息。因此，可用于目标识别的信息量大为增加。例如，识别目标轮廓可利用红外成像传感器的数据；而识别运动中的坦克则可以利用毫米波雷达进行搜索和截获，再利用红外传感器进行鉴定并攻击目标。

（5）惯性导引技术

利用惯性器件作为测量元件的导引方法被称为惯性导引。惯性导引和上述4种导引的区别是，它属于自主式导引。在末制导炮弹中它常被用来对弹体重力的法向分力影响进行补偿，工作在末制导炮弹的滑翔段。