雷达红外复合导引头系统技术介绍

导弹制导系统

亦称“导弹导引和控制系统”。导引和控制导弹按选定的导引规律飞行并命中目标的整套装置和软件的统称。由测量装置、计算装置和执行装置组成。其工作原理是测量、计算导弹的位置、速度、加速度、射程等参数，与装定参数比较，按预定规律形成制导指令信号，通过放大和变换，驱动操纵元件（舵面或喷管等）动作（偏转或转动），调整弹体姿态，使它沿着一定的弹道飞行，并在适当条件下发出关机指令，使导弹以允许的误差接近或命中目标。按形成导引指令的来源不同，分为自主式制导、遥控制导、寻的制导和复合制导等系统。

寻的制导

依靠弹上导引装置接收目标辐射或反射的能量（红外线、激光、无线电波等），形成导引信号而导向目标的制导方式。其特征是目标的探测与跟踪都是在弹上完成的。按探测频谱，分为雷达寻的制导、红外寻的制导、激光寻的制导和电视寻的制导等。按照射能源所在位置，分为主动寻的制导、半主动寻的制导和被动寻的制导。由装在弹上的导引头发射能量照射目标，并接收目标反射信号，形成导引信号而导向目标的制导方式称为主动寻的制导；利用弹外制导站向目标发射能量，并接收目标反射回来的能量，形成导引信号而导向目标的制导方式称为半主动寻的制导；导弹的导引头直接感受由目标本身辐射的能源或反射自然能源能量，形成导引信号而导向目标的制导方式称为被动寻的制导。寻的制导精度高，且与射程无关，但弹上制导设备较复杂，作用距离较短。多用于空空、地空、空地等导弹的末制导。

雷达寻的制导

由弹上的雷达导引装置接收来自目标的电磁辐射或反射的能量，形成导引信号而导向目标的制导方式。按雷达发射波长，分为微波雷达寻的制导和毫米波雷达寻的制导。微波雷达寻的制导的工作波长为1厘米~1米，具有作用距离相对较远、全天候能力强等特点；毫米波雷达寻的制导的工作波长为1~10毫米，具有体积小、质量轻、精度高、抗干扰能力强等特点，但易受恶劣天气影响。

红外寻的制导

由弹上的红外导引装置接收来自目标的红外辐射能量，形成导引信号而自动导向目标的制导方式。是一种被动寻的制导方式。按工作体制，分为红外点源寻的制导和红外成像寻的制导。波长3~5微米的红外波多用于红外点源寻的制导，波长8~14微米的红外波主要用于红外成像寻的制导。红外导引装置比微波雷达导引装置尺寸小、质量轻、精度高，但易受气候影响。

目前除了雷达/红外复合之外，还有很多体制的复合导引头。理论上来讲雷达（包括主动、被动及厘米波、毫米波等不同波段）、红外（包括点元、多元、成像、致冷型、非致冷型等等）、可见光（电视）、激光（包括半主动、成像等）都可以进行双模、三模甚至三种以上多模的复合。

导引头作为移动装置(例如飞机、轮船、导弹、火箭等)的导航器件中的关键器件， 对导航质量好坏起着决定作用。部分导引头具备激光探测功能和红外探测功能的双重功能，在对这类导引头进行测试的时候需要对两种探测功能进行测试。

现在研究和应用比较多的是双模导引头。如红外/激光测距复合导引头，已经在巡飞侦察弹上应用，通过对目标的侦察定位，可自身攻击目标外，还可以引导其他弹药，实现弹与弹之间的协同作战。红外成像/雷达半主动复合导引头，已经在美国的舰载防空导弹“拉姆”上应用。

此外，还有主动雷达/半主动雷达复合导引头，红外双色复合导引头等。从目前技术成熟度来说，红外成像/激光半主动复合导引头，红外成像/半主动雷达复合导引头等相对成熟，主动雷达导引头/激光成像等相对较新的导引头复合时难度很大。总体来说，目前复合导引头主要还是“双模导引头”。下一步，复合导引头肯定会发展“多模导引头”，即集成至少三种体制的导引头。美国在这方面研究走的比较靠前了，如毫米波主动雷达/非致冷红外成像/激光半主动三模复合导引头，由美国雷神公司研制的，在其空射型防区外小直径炸弹（GBU-53/B）、网络化巡飞攻击导弹（PAM）等精确打击弹药上应用，闭环飞行试验已经获得成功。

目标特征信号控制技术（又称隐身技术）是集空气动力学、材料学、电磁学、工程物理等诸多技术的一门综合性交叉学科，介绍如何减少武器系统的目标特征信号，使其难以被探测系统发现和跟踪的各种技术，其中包括雷达特征信号控制技术、声频特征信号控制技术、红外特征信号控制技术、磁特征信号控制技术等。

由于不同武器系统的作战环境各不相同，其隐身设计的侧重点也就有所不同，因此必须综合分析威胁条件和可达性要求，对隐身、气动、结构等指标进行综合考虑，组合各项隐身技术，使武器达到预期的隐身效果。

在隐身飞行器的总体设计中，需要考虑气动与隐身外形之间的矛盾等众多因素，如采用S进气道或埋入式进气道和矢量推力技术对发动机推力影响很大，降低了发动机的效率，从而影响飞行器的航程和负载能力；非常外形对武器系统结构强度设计提出了新的要求；吸波材料将增加飞行器的质量，采用保形技术将武器安排在机舱内，将减少武器的有效载荷，天线、进气道的位置应兼顾作战环境要求，发动机的安排有利于红外特征信号抑制等。

在隐身舰船的设计中，应主要考虑雷达隐身，兼顾红外及磁特征信号控制。雷达隐身以采用外形技术为主，舰船侧面的船体应向外或向内倾斜一定角度，上层建筑则采用大倾角设计，避免角反射器，同时对船侧覆贴吸波材料，排气管应安排在接近水线，以便于将废气直接排入水中。对舰艇表面的传感器及武器系统必须采用专门的隐身措施；如对雷达、通信天线加装频率选择表面，舰炮及导弹发射架用涂有吸波材料的倾斜外壳遮挡起来。采用这些措施后势必降低舰船对威胁的探测能力，减少武器装载数量，降低舰船的作战能力。同时，船体覆贴吸波材料后维护困难。

潜艇的隐身设计以声频特征信号控制为主，兼顾磁、雷达、红外和尾流化学特征信号控制。研究的重点放在低噪声流线外形设计、新型推进系统、浮筏隔振、管路噪声以及声隐身材料（如消声瓦）等方面。应注意采用减振浮筏或消声瓦材料将减少潜艇的可用空间、增加潜艇质量、降低有效载荷，同时，应考虑采用磁性材料制造潜艇外壳或内部安装消磁系统。

坦克等路上战车所面临的威胁主要包括毫米波雷达、红外以及可见光指令制导导弹，因此要求坦克的隐身以雷达、红外隐身为主，兼顾可见光隐身。采用外形技术降低战车雷达目标特征信号的同时，应考虑合理安排排气/冷却管的位置，减少排气中的粒子杂质，并采用兼顾雷达、红外隐身材料进一步降低武器特征信号。

工事、机库等设施的隐身设计应以雷达隐身为主，兼顾红外、可见光隐身，主要采用复杂的外形布局和应用兼顾雷达、红外复合隐身材料为主。

目前的探测系统仍以雷达为主，因此隐身技术研究仍以雷达目标控制信号为主，声、光、红外等特征信号控制为辅，逐步向多功能隐身方向发展。

雷达隐身层在与ITO膜复合后，材料的雷达隐身性能几乎不受影响，测试曲线几乎相同，仅在中频波段存在测试误差。另外，通过计算平均反射率表明：在2～18GHz范围内，未镀有ITO膜的雷达波隐身复合材料的平均反射率为-7.73dB，镀有ITO膜的红外/雷达兼容复合隐身材料的平均反射率为-7.70dB。说明红外与雷达的兼容性良好，雷达波通过红外层时的反射较小，几乎可以忽略不计。

掺杂氯化物半导体的红外/雷达波隐身复合材料

红外隐身材料一般要求在大气窗口内有较低的发射率，较高的反射率，雷达隐身材料则要求在微波和毫米波有尽可能高的吸收率和较低的反射率，从而使其RCS尽可能减小。掺杂氧化物半导体材料在一定程度上可满足以上两方面的要求。

（1）掺杂氧化物半导体材料

①红外高反射率的产生。掺杂氧化物材料可以成为具有较高浓度自由电子气模式的半导体材料，其薄膜本身也可以是透明的，如In2O3、SnO2、ZnO、InSnO3（ITO）等，禁带宽度一般在3.0eV左右。在红外波段，由于红外光波长较长，光子能量小于半导体禁带宽度，半导体对它没有本征吸收，对光子的吸收和反射起主要作用的是自由载流子。入射电磁波与材料中的自由载流子作用，并发生反常色散。

同时实验也证明了：半导体在重掺杂情况下等离子波长都在红外区域，随着载流子浓度的增加，等离子波长向短波方向移动。在等离子体振荡频率附近，由于入射光子与等离子体共振出现吸收峰，当载流子浓度增加时，共振吸收峰向短波方向移动，当入射光的波长比λp小时，掺杂氧化物半导体呈现高透射现象；当入射光的波长比λp大时，复介电常数的实部为负值，等离子体呈屏蔽效应，掺杂氧化物半导体在红外区呈现高反射现象，

为了提高末制导段雷达与红外复合导引头的跟踪精度,首先将雷达与红外传感器观测到的目标距离、角度等信息进行融合,并将融合后的新观测信息作为雷达与红外传感器的输入,然后分别运用无迹卡尔曼粒子滤波算法对目标状态进行初估计,将各自得到的目标状态估计采用协方差加权融合的方法进行融合,最后得到目标最终的状态估计。为了有效应对强噪声干扰、箔条干扰以及红外诱饵干扰,通过导引头观测信息关联度的检测、新息方差迹值的比较,进而对干扰进行判断,然后选择合适的导引头工作模式对目标进行跟踪，可以有效提高抗干扰能力。

复合的模式越多，导引头越复杂，每一种模式都需要相应的敏感器件、机械及电子组件，在有限的弹载空间内集成，小型化存在很大的技术难度，这些困难都需要未来不断研究加以突破。复合导引头采用复合制导方式可以适应复杂的天气及战场环境，具有较强的战场适应能力，复合制导技术将各种探测器的优点有机地结合在一起，使武器系统的综合性能大大提高，所以这项技术可以说是最有发展前途的制导技术。