探究毫米波导引头目标定位机理

当导弹飞行至导引头的有效作用距离时［7，8］，毫米波制导空地导弹导引头解锁（即解除导引头锁定状态，发射电磁波，搜索探测目标）开始工作，搜索并捕获目标后输出制导所需信息，导引头工作示意图如图1所示。准确的目标指向可大幅减小导引头捕获目标的压力，目标的准确定位对毫米波导引头的准确指向至关重要。

图1　导引头工作示意图

首先，对导引头的指向进行推导。导弹与目标的几何关系示意图如图2所示，图中M表示离轨前导弹所在的位置，P表示感兴趣目标所在位置，在导弹发射前，目标在北天东系的坐标位置（xt，yt，zt）为

图2　导弹与目标的几何关系示意图

式中，R为导弹发射前火控系统（机载稳瞄系统或者雷达系统）测出的弹目距离；θn0为目标俯仰角；φn0为目标方位角。假设感兴趣目标为静止目标，建立发射坐标系后，可得到目标在发射坐标系下的坐标（xt0，yt0，zt0）为

其中，坐标转换矩阵A为

式中，φbx表示北向角。由于弹上惯性导航装置可实时给出弹体位置坐标（xm，ym，zm），可将导引头坐标原点平移至导弹位置，此时导引头位置坐标为（xt1，yt1，zt1），即(www.xing528.com)

同样，弹上惯性导航装置可实时给出弹体的姿态（ϑ，φ，γ），ϑ表示导弹的俯仰角，φ表示导弹的偏航角，γ表示导弹的滚转角，将导引头位置坐标（xt1，yt1，zt1）变换到弹体坐标系［9］，得到

其中，

获得（xt2，yt2，zt2）后，可获得目标的指向角度。偏航指向角φpt可表示为

俯仰指向角ϑpt可表示为

通过式（7）与式（8），获得了目标的俯仰和偏航方向的指向角。理想情况下，若目标指向完全精确，则毫米波导引头开始工作后，导引头伺服控制其框架运动到指定方向即可快速捕获目标。

然而实际情况下，武器系统的误差较大，导引头往往还需要经过较为复杂的扫描搜索和目标选择过程才能实现对目标的准确捕获。换言之，式（1）中的弹目距离R、目标俯仰角θn0和目标方位角φn0的测量精度并不高。以小型直升机载毫米波空地导弹为例，武器系统通过机载雷达进行距离和角度测量时，其精度较差，通常测量得到的目标定位误差为几百米。此外，不同于激光和红外“人在回路”的制导体制，毫米波导引头对于复杂的背景条件较为敏感［10］，目标识别和选择的难度很大。因此，在实际情况中，对于窄波束毫米波雷达导引头而言，较为复杂的导引头扫描搜索和目标选择过程是不可避免的。