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1、红外/激光双模导引头工作模式研究 王建立 魏菊仙 凡建超 中国兵器装备集团公司长沙机电产品研发中心 摘 要： 根据红外/激光双模导引头自身技术特点和综合保障条件, 分析了导引头具备的单模红外、单模激光、红外/激光并联、红外/激光串联、基于知识的自主目标识别等五种工作模式。从总体设计角度综合考虑命中精度要求和保障条件等方面因素, 给出了不同条件下导引头工作模式的确定方式, 为明确炸弹使用模式和作战使用流程提供重要依据。关键词： 红外/激光双模导引头; 自主目标识别; 命中精度; 炸弹; 收稿日期：2017-03-24Received： 2017-03-24引言激光导引头具有技术成熟、组成简单、制
2、导精度高、成本低等优点1, 但容易受到战场条件的干扰, 同时由于需要对目标进行不间断的照射, 地照人员、飞机与飞行员的安全也受到严重威胁。此外, 针对激光半主动制导的干扰技术也不断发展并广泛应用, 如美国的 LATADS 激光诱骗系统、英德联合研制的 GLDOS激光对抗系统、AN/VLQ-6 装甲战车保护系统及英国的 405 型激光诱骗系统等2。红外成像导引技术成熟, 具有高分辨率、高灵敏度、高信息更新率等优点3, 通过目标自主识别技术实现发射后不管, 可在夜间使用, 云雾等气象条件对它无显著影响, 基本具备全天候作战能力, 但受战场环境和季节的影响较大。因此, 针对复杂战场环境下的强对抗需求
3、, 将激光和红外两种探测方式复合是提升武器系统作战灵活性和战场适应性的有效手段, 可有效提高系统的抗干扰能力, 拓展可攻击目标种类的多样性4-5。相比单模导引头, 红外/激光双模导引头需根据各探测模式的特点, 合理设计导引头工作模式, 充分发挥双模导引头各自的技术优势, 提升炸弹的生存力, 为制导武器更准确地命中目标奠定基础。1 导引头工作模式红外/激光双模导引头能够独立或复合工作, 根据激光指示和目标图像模板等保障条件, 具有单模激光、单模红外、并联复合、串联复合和基于知识的自主目标识别等五种工作模式。导引头工作模式可由炸弹指定或导引头自主选择, 具体的使用条件和方式如下。1.1 单红外模式
4、当具备目标图像模板数据保障且不能提供激光指示时, 导引头红外子系统通过自动模板匹配, 完成对目标的识别与截获, 实现发射后不管。目标图像模板可以是 3D 数模或卫星图片, 也可以是载机实时获取的红外、可见光、SAR 成像图片, 如图 1 所示。图 1 单红外模式示意图 下载原图1.2 单激光模式当不具备目标图像模板数据保障且能够提供激光指示时, 导引头激光子系统自主接收、识别并跟踪目标反射的激光信号。在此模式下, 激光照射器需要在末制导阶段持续对目标进行照射, 如图 2 所示。图 2 单激光模式示意图 下载原图1.3 红外/激光并联复合模式既具备目标图像模板数据保障, 又能够提供激光指示时,
5、激光子系统与红外子系统相互独立地同时工作, 可随时上线工作或退出跟踪。在此模式下, 根据激光和红外的测角信息判断激光和红外捕获的目标是否为同一目标。若不是同一目标, 则认为激光子系统受到干扰, 导引头输出红外子系统跟踪信息;若为同一目标, 则进行双模跟踪信息的数据融合6-7, 将航迹关联后的跟踪信息输出至弹载计算机, 如图 3 所示。图 3 红外/激光并联复合模式示意图 下载原图1.4 红外/激光串联复合模式当不具备目标图像模板数据保障且不能够提供长时间激光指示时, 激光子系统捕获并跟踪目标, 当炸弹进入红外作用距离后, 红外子系统对激光光斑指示区域完成锁定并转入跟踪。红外子系统稳定跟踪目标后
6、, 若激光照射器停止照射, 则由红外子系统完成对目标的跟踪;在双模探测均有效的情况下, 对双模跟踪信息进行数据融合, 将航迹关联后的跟踪信息输出至弹载计算机, 如图 4 所示。图 4 红外/激光串联复合模式示意图 下载原图1.5 基于知识的自主识别模式当不具备目标图像模板数据保障且不能够提供激光指示时, 导引头可基于对特定目标的红外辐射特性和目标共性特征的认知, 设计不同类型目标特定的识别算法8, 对目标进行识别跟踪, 如图 5 所示。此种模式需要对目标进行侦察或探测, 从而获取目标类型, 并通过载机将目标类型装定给导引头。目前典型的目标类型为建筑、电厂、桥梁、机场和舰船等。图 5 基于知识的
7、自主识别模式示意图 下载原图2 导引头工作模式的选择由于炸弹的作战任务为精确命中目标, 因此红外/激光双模导引头工作模式应以命中精度为判断依据, 选择对命中精度有利的工作模式。激光子系统的保障条件主要有两种途径:地面照射和空中照射, 其中空中照射包括投弹载机或协同载机。照射精度对命中精度的影响较大。红外子系统的保障条件主要有:3D 数模、卫星图片, 以及载机实时获取的红外、可见光、SAR 成像图片, 同时图像模板的分辨率对命中精度的影响较大。根据目前探测手段和技术水平, 不同保障条件下命中精度由高到低的排序为:地面照射、基于图像模板的自主目标识别、空中照射、基于知识的自主目标识别, 如图 6
8、所示。图 6 不同保障条件下命中精度等级 下载原图炸弹在不同作战方式下, 依照命中精度的高低, 在不同保障条件下导引头的工作模式选择如表 1 所示。由表 1 可知, 当具备激光指示时, 导引头根据图像模板的制备情况采用并联或串联工作模式;当不具备激光指示时, 导引头根据图像模板的制备情况采用单红外或基于知识的自主识别工作模式。表 1 导引头的工作模式选择结果 下载原表 另外, 由于导引头采用红外/激光的双模体制, 当提供了激光指示时, 采用的工作模式为红外/激光串联复合模式, 而不是单激光模式, 充分体现了双模体制更强的灵活性、适应性和抗干扰能力。3 结束语针对红外/激光双模导引头的制导体制,
9、 结合其自身特点, 分析了导引头所具备的单模红外、单模激光、红外/激光并联、红外/激光串联、基于知识的自主目标识别等五种工作模式, 同时从总体设计角度, 设计了红外/激光双模导引头工作模式的选择方案, 为后续炸弹使用模式和作战使用流程的确定提供了重要的设计依据。参考文献1胡博, 常伟军, 孙婷, 等.激光半主动制导导引头光学系统设计.应用光学, 2012, 33 (2) 2王恒坤, 王兵, 陈兆兵.对抗激光制导武器的光电装备的发展分析.舰船电子工程, 2011 (8) 3王学伟, 徐庆九.主动雷达/红外成像复合制导关键技术.光电技术应用, 2012, 27 (1) 4史贤, 俊秦亮, 史小强, 等.国外空地导弹研究现状及关键技术.飞航导弹, 2016 (5) 5沈远香, 黄晓霞, 王永惠.国外多模复合制导技术.四川兵工学报, 2013, 34 (10) 6许建忠, 王祖林, 郭旭静.基于决策信息的毫米波/红外复合制导信息融合.控制与决策, 2012, 27 (1) 7白昆, 王岳环.基于目标行为分析的雷达/红外融合抗干扰.华中科技大学学报, 2013, 41 (1)
