双支路红外引信的分析与优化

对付具有强辐射源的各种喷气式飞机的响尾蛇“空-空”导弹，所配用的引信就是采用双支路原理的被动型红外引信。

当导弹与目标距离在9m以内，接近目标的相对速度为150～800m/s时，红外引信启动，引爆战斗部。

该引信由敏感装置（即光学接收系统）、电子电路部分、安全保险执行机构和热电池组成。下面主要分析光学接收系统及电路部分。

一、光学接收系统

光学接收系统是用来接收目标的红外辐射探测目标的。它共有8个红外接收器。其中4个长缝接收器（第一路）能接收与导弹纵轴成45°方向的红外辐射；另外4个短缝接收器（第二路）能接收与导弹纵轴成75°方向的红外辐射。形成了两个相互独立的光学通路。其视场角都是1°30′，两通道接收器交错排列，环形分布，用螺钉固定于一个八角框架上。接收器上的长、短光缝分别与引信壳体上的长短窗口相对应。在光缝上装有滤光片，底部有一真空镀铝的抛物面反射镜，硫化铅光敏电阻安装在反射镜的焦点上。由于两个通道抛物面的形状和位置不同，构成两个通道接收角度的差异。在垂直于导弹纵轴的平面内，每一个接收器能接收90°范围以内的红外辐射，不论导弹从目标哪一边接近，两路光学接收系统都能接收到来自目标的信号。

1.接收器的光路图

如图7-18所示，在45°（或75°）方向上，由目标来的红外辐射首先透过外壳上保护胶带，再透过滤光片，滤除杂散干扰，然后射到抛物面反射镜上，经反射聚焦于光敏电阻上。光敏电阻的阻值在红外辐射的照射下发生变化。由于导弹与目标的接近速度为150～800m/s，同时光学系统的视场角又只有1°30′，所以光敏电阻被目标的红外辐射照射只是瞬间，感受到的只是一个脉冲信号。

图7-18　接收器光路图

所用光敏电阻波段范围为1～3μm，而在2μm处其接收能力最大。红外滤光片长缝在2.0～4.5μm、短缝的在2.5～3.0μm有30%～60%透射率，这就是将光敏电阻的工作范围限制在2.0～4.5μm（长缝）、2.5～3.0μm（短缝）狭窄的光谱范围内。

2.两通道信号的关系

导弹以一定的脱靶量，从目标尾部接近目标。这时两路光学接收器将在不同的时间，不同的角度接收到来自目标的辐射信号。为分析方便，设导弹与目标在同一平面内平行接近，如图7-19所示。

导弹以相对速度150～800m/s接近目标。到45°方向时第一通道先接收到目标信号，导弹再飞过一段到75°方向时，第二通道才接收到目标信号。这就是说，在两路信号间存在一个顺序关系。只要是导弹从目标尾部正常接近，必然先得到第一通道的信号，然后才得到第二通道的信号。

这两路脉冲信号有一定的时间间隔，从图7-19中可见，当导弹与目标的距离是最大允许脱靶量9m时，从45°方向到75°方向飞过的距离最长。如再设导弹以最小的相对速度150m/s接近目标，则这种情况下，两路脉冲信号的时间间隔便是最长的了。可以算出，两路脉冲信号的时间间隔将小于44ms。若是导弹的导引误差减小，或相对速度增大，其时间间隔都将减小。

两路脉冲信号的幅值和导弹与目标间的距离有关。距离近，光学接收器接收到的红外辐射强，脉冲信号的幅值就大。反之，导弹与目标间的距离大，甚至超过允许脱靶量时，脉冲信号的幅值就会逐渐减小。

从以上分析可以看出，导弹与目标在距离9m以内正常相遇时，两路脉冲信号之间存在有一定的顺序关系、一定的时间间隔以及它们都有比较大的幅值。这就是它们之间的规律，可利用这个规律来选择引信的最佳起爆时机。

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图7-19　导弹接近目标时两通道信号的关系

二、电路

导弹从发射瞬间起，引信便开始工作。光学接收系统不断探测周围空间的红外辐射，会接收到各种各样的信号，如太阳光的散射、云朵对阳光的反射以及空中目标的红外辐射等。引信怎样排除干扰，分辨出有用的信号，又如何利用目标的信号选择最佳起爆时机等，这便是电子电路要解决的问题。

前面已经讲过，两通道的信号存在一定的关系，针对这些特点，电子电路的功用是：把光学接收系统接收到的红外辐射脉冲信号转换为电脉冲信号，并进行放大，对放大信号进行顺序鉴别、时间鉴别和幅值鉴别，排除干扰，形成起爆脉冲；为了击中目标要害，要使起爆脉冲延迟10～14ms；起爆脉冲控制执行级工作，起爆战斗部。电路方框图如图7-20所示。

图7-20　光学接收系统电路方框图

1.脉冲放大器

在目标红外辐射作用下，光敏电阻的阻值发生变化，将目标信息转换成电信号。由于光敏电阻被红外辐射照射只是一瞬间，所以输出的电信号是一个脉冲信号。该信号通过脉冲放大器进行放大后，输出一个正（或负）脉冲信号。

2.限幅器、脉冲展宽电路和重合级

放大器在放大目标信号的同时，也放大了各种各样的干扰信号，这部分电路的作用就是对信号进行顺序鉴别、时间鉴别和幅值鉴别，取出真实的目标信号。

三个鉴别是这样进行的：以第一电路脉冲信号为辅助，先加以限幅，使其幅度一定，利用这个一定幅度的脉冲经脉冲展宽电路形成一个一定宽度的波门，去控制重合级。当在这个波门以内时，重合级得到第二路脉冲信号且足够大时，重合级工作，输出一个负脉冲信号至延时级。如果只有一路脉冲，或虽有两路信号，但一、二路的顺序相反，或两路时间间隔太大，或脉冲幅度小，这些都不反映导弹与目标正常相遇的情况，而是背景干扰或导弹已脱靶，这时重合级都不工作。

第二路中形成电路的作用是将第二路放大后输出的脉冲信号进行微分，得到一个尖顶的窄脉冲信号加至重合级。

重合级是一个有双控制极的开关，其特点是当两个控制极上电压均达到一定值时，开关导通，否则开关断开。第一路信号经放大、限幅和展宽后加至重合级第一控制极上，当该信号足够大，在t1～t2这段时间内达到一定值时，使重合级处于等待导通状态。若t1～t2这段时间内，加至第二控制极上的第二路放大器输出信号经形成电路后达到一定值时，重合级便可导通。而t1～t2这段时间是根据导弹与目标正常相遇时，两路信号的时间间隔大小来确定的，该引信为35ms。

由上述可见，要使重合级工作，第一路必须先工作，且信号幅度足够大，开启第一控制极，使重合级处于等待状态。在35ms内，第二路信号足够大时，使第二控制极开启，重合级导通，输出一个负脉冲信号。

3.延时电路

当重合级输出时，目标正在引信前方75°方向，虽然目标已进入战斗部杀伤范围以内，但是还没有进入最大杀伤区，还不应立即起爆战斗部。为了使目标的要害部位处于战斗部杀伤破片最密集区，以便给目标最大程度的杀伤，故设置了延时电路。对于指定的目标，固定延时时间为10～14ms。

该延时电路是由单稳态多谐振荡器组成，延时后信号输给执行级，作为起爆战斗部的信号。