紅外制導是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身輻射的能量來實現(xiàn)尋地制導的技術。紅外制導技術是精確制導武器一個十分重要的技術手段,紅外制導技術分為紅外成像制導技術和紅外非成像制導技術兩大類。 VRxBi!d
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紅外非成像制導技術是一種被動紅外尋地制導技術,任何絕對溫度零度以上的物體,由于原子和分子結構內部的熱運動,而向外界輻射包括紅外波段在內的電磁波能量,紅外非成像制導技術就是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身所輻射的紅外能量來實現(xiàn)精確制導的一種技術手段。它的特點是制導精度高,不受無線電干擾的影響;可晝夜作戰(zhàn);由于采用被動尋的方式,攻擊隱蔽性好。但它的正常工作受云、霧和煙塵的影響;并有可能被曳光彈、紅外誘餌、云層反射的陽光和其它熱源誘惑,偏離和丟失目標。此外,紅外制導系統(tǒng)作用距離有限,所以一般用作近程武器的制導系統(tǒng)或遠程武器的末制導系統(tǒng)。 ;[6u79;I
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紅外成像制導是利用紅外探測器探測目標的紅外輻射,以捕獲目標紅外圖象的制導技術,其圖象質量與電視相近,但卻可在電視制導系統(tǒng)難以工作的夜間和低能見度下作戰(zhàn)。紅外成像制導技術已成為制導技術的一個主要發(fā)展方向。 doe[f_\
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實現(xiàn)紅外成像的途徑有許多,主要有以下兩種: `j<'*v
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(1)多元紅外探測器線陣掃描成像制導; 7{b|+0W
(2)多元紅外探測器平面陣的非掃描成像探測器(通常稱為凝視焦面陣紅外成像制導系統(tǒng))。紅外成像探測器從70年代以來已由多元線陣發(fā)展到面陣,從近紅外發(fā)展到遠紅外。紅外凝視焦面陣列探測器的元件數(shù),對近紅外已達107個,對于遠紅外已達105個,探測率已達1012~1014量級。紅外成像制導系統(tǒng)的靈敏度和空間分辨率都很高,動態(tài)跟蹤范圍大,可達1500 ~1800,有效作用距離遠,抗干擾性好。與非成像制導技術相比,紅外成像制導系統(tǒng)具有更好的目標識別能力和制導精度。全天候作戰(zhàn)能力和抗干擾能力也有較大改善。但成本較高,全天候作戰(zhàn)能力仍不如微波和毫米波制導系統(tǒng)。 最初出現(xiàn)的精確制導技術主要包括有線指令制導、微波雷達制導、電視制導、紅外非成像制導、激光制導等,利用這些制導技術研制的精確制導武器易受各種氣候及戰(zhàn)場情況的影響,抗干擾能力差;而正在發(fā)展的新的精確制導技術途徑如紅外成像制導、毫米波制導、合成孔徑雷達制導、激光成像制導、以及雙色紅外、紅外與毫米波復合、多摸導引頭等制導技術成為目前精確制導武器制導系統(tǒng)主要的發(fā)展方向,具有廣泛的應用前景。 MBa/-fD
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[國外概況] 紅外制導導彈的發(fā)展經歷了三個階段。第一階段是60年代中期以前,這一時期紅外武器主要用于攻擊空中速度較慢的飛機目標。在此期間紅外制導技術主要是點源探測,工作在1~3微米(μm)波段。其代表型號為美國的"紅眼睛",前蘇聯(lián)的"SAM-7"地對空導彈。由于第一代紅外制導導彈工作波段為1~3μm,只能尾追攻擊飛機,攻擊角度小,受背景和氣象條件影響嚴重,抗干擾能力弱,使其戰(zhàn)術性能受到很大局限。 .t["kaA
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第二階段是60年代中期到70年代中期。由于飛機的速度和機動能力大大提高,紅外誘餌的有效使用,使得第一代紅外制導導彈作戰(zhàn)效能明顯下降。隨著工作在3~5μm波段的碲化姻紅外元件的研制成功,并達到工程應用水平,國外出現(xiàn)了可攻擊高速、機動能力強的飛機的第二代紅外制導導彈。第二代紅外制導導彈改進了調制盤,提高了抗干擾能力,增大了對飛機的攻擊角度,同時在信號處理電路上進行了改進,使這一代導彈的作戰(zhàn)性能得到了較大的提高。其代表型號為美國的"尾刺"(Stinger)及法國的"西北風"等地對空導彈。 第三階段是70年代中期以后,由于工作在8~14微米波段的,高性能線列長波碲鎘汞(HgCdTe)紅外元件的工程應用及紅外成像制導技術的成熟使紅外制導導彈產生了一次大的飛躍。第一代紅外成像導彈的代表產品是"幼畜-65D"空對地導彈,它采用光機掃描型紅外成像導引頭,性能比較差,成像質量比較低。而第二代紅外成像導彈則采用焦平面陣列,具有發(fā)射后不用管、全天候作戰(zhàn)能力、自動目標識別以及較強的抗干擾能力,滿足了實戰(zhàn)的要求,因此成為反坦克導彈的開發(fā)重點。各國正在發(fā)展的焦平面陣列成像制導反坦克導彈有遠程"崔格特"、"海爾法"的改進型、"標槍"和"拉格"等。遠程"崔格特"反坦克導彈。 英、法、德聯(lián)合研制的"崔格特"導彈計劃從1998年起開始取代"米蘭"導彈。遠程"崔格特"的紅外成像導引頭使用8~12微米的焦平面陣列器件和微機控制,以實現(xiàn)發(fā)射后不管。該導彈既可車載也可從直升機上發(fā)射,相應射程分別為4000米和5000米。 美國的"海爾法"空地反坦克導彈,激光半主動制導。為了進一步提高性能,其改進型將采用焦平面陣列的紅外成像制導。"標槍"即先進的中程反坦克導彈系統(tǒng)(AAWS-M)為凝視型紅外焦平面陣列成像制導,由德克薩斯儀器公司與馬丁?瑪麗埃塔公司合作研制,具有"發(fā)射后不管"能力,1998年開始裝備美軍。 美國在紅外制導技術領域一直處于世界領先地位,早在40多年前,美率先研制成采用紅外非成像制導技術的空對空制導導彈并一直保持領先至今。美國對紅外成像制導技術的早期研究始于70年代;隨著4X4元HgCdTe探測器的研制成功,休斯公司于1975年生產出了第一枚紅外成像制導導彈。 sd=i!r)ya
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民用和軍用紅外成像焦平面陣列傳感器與系統(tǒng)市場"的調查結果表明,到2004年這段時間內,紅外成像焦平面陣列傳感器與系統(tǒng)市場預計將以每年29%的速度增長。其中市場增長最快的將是那些新興紅外傳感器技術,如微測輻射熱計、鐵電測輻射熱計和量子阱紅外光電導體。 1ltoLd\{
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據(jù)Frost & Sullivan公司稱,1996年,紅外成像焦平面陣列傳感器的總市場額為2.837億美元,紅外傳感器集成系統(tǒng)則達到10億美元,其中主要幾種紅外焦平面陣列傳感器市場如下: HFf|
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碲鎘汞陣列:傳感器1.9億美元,系統(tǒng)5.357億美元; UL{Xe&sT
銻化銦陣列:傳感器0.53億美元,系統(tǒng)2.64億美元; $D45X<
硅化鉑陣列:傳感器0.164億美元,系統(tǒng)0.82億美元; #}A!Bk
非本征硅陣列:傳感器0.05億美元,系統(tǒng)0.25億美元; D}_\oE/n
鐵電陣列:傳感器0.096億美元,系統(tǒng)0.48億美元; `HHbQXB
微測輻射熱計陣列:傳感器0.097億美元,系統(tǒng)0.462億美元; 量子阱紅外光電導體:由于該技術在1996年才進入市場,所以在這一年沒有收益。不過在1997年,該技術的傳感器市場達0.035億美元,系統(tǒng)為0.175億美元。[技術難點] 3~5μm和8~12μm兩個波段是軍用紅外探測器工作的兩個主要波段,因為在1~3μm、3~5μm和8~12μm三個波段工作的紅外探測器敏感絕對溫度的峰值分別為1000K、500K和300K。制導武器所要攻擊的軍事目標的紅外輻射溫度是:飛機的渦輪發(fā)動機尾焰約1000K;加熱的飛行器的表面溫度可能是在300~400K;行進中的坦克溫度可能在400K以上;而靜止的坦克溫度約為300K,與它所在的環(huán)境溫度相差不大。故攻擊飛機的導彈以選擇1~3μm和3~5μm波段工作的紅外探測器為佳,攻擊坦克或地面目標的彈藥則以選擇3~5μm和8~12μm工作的紅外探測器為佳。 紅外制導技術的發(fā)展方向是成像精確制導技術。紅外技術的關鍵是紅外元器件、致冷技術和信號處理技術。70年代以來,紅外探測器件和技術得到突飛猛進的發(fā)展,先后出現(xiàn)了碲鎘汞線列器件、紅外焦平面陣列和紅外電藕和器件,另外加上信息處理技術和微處理機以及超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,使得紅外成像技術得以迅速發(fā)展。