彈道導(dǎo)彈中段紅外輻射特性測(cè)量技術(shù)研究

王春莉 謝亞梅 焦勝海（北京航天長(zhǎng)征飛行器研究所，北京，100076）

彈道導(dǎo)彈中段紅外輻射特性測(cè)量技術(shù)研究

王春莉 謝亞梅 焦勝海
（北京航天長(zhǎng)征飛行器研究所，北京，100076）

從突防和反突防角度出發(fā)，研究彈道導(dǎo)彈中段紅外輻射特性都具有極其重要的意義。本文就地面模擬測(cè)量技術(shù)和動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量技術(shù)進(jìn)行闡述，對(duì)彈道導(dǎo)彈中段目標(biāo)特性研究具有一定的參考價(jià)值。

彈道導(dǎo)彈；紅外輻射特性；地面模擬；空間環(huán)境模擬

彈道導(dǎo)彈中段是導(dǎo)彈攻防對(duì)抗集中體現(xiàn)的區(qū)域，防御系統(tǒng)設(shè)法利用可獲得的各種傳感器信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)彈頭的準(zhǔn)確識(shí)別和跟蹤。特別是STSS系統(tǒng)部署以后，防御系統(tǒng)對(duì)于彈道中段真假目標(biāo)能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的探測(cè)、跟蹤、識(shí)別，而且有可能直接引導(dǎo)攔截彈實(shí)施攔截，并進(jìn)行殺傷評(píng)估。因此，未來(lái)彈道導(dǎo)彈的突防系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須加強(qiáng)彈道中段目標(biāo)特性測(cè)量的研究。本文就地面模擬和動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量?jī)煞N方式進(jìn)行闡述。［1］ ［2］

1 地面模擬測(cè)量技術(shù)

地面模擬測(cè)試即是在地面模擬建立中段目標(biāo)的空間輻照環(huán)境，將目標(biāo)置于其中，利用紅外熱像儀等輻射測(cè)量設(shè)備完成。測(cè)試系統(tǒng)包括空間環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)備、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)模擬設(shè)備、輻射特性測(cè)量設(shè)備（包含點(diǎn)溫儀和熱像儀）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、攝像監(jiān)視系統(tǒng)等。

1.1 空間環(huán)境模擬方法［3］［4］

彈道導(dǎo)彈在空間飛行時(shí)間較短，面臨的空間環(huán)境以太陽(yáng)輻射、地球背景輻射、冷黑及真空環(huán)境影響最為嚴(yán)重。

1）真空及冷黑環(huán)境模擬

高真空度環(huán)境下熱傳遞方式是以輻射為主。從換熱的角度來(lái)說(shuō)，當(dāng)真空度優(yōu)于1X10-2Pa時(shí)，氣體對(duì)流和熱傳導(dǎo)引起的換熱量只有輻射換熱量的萬(wàn)分之一；同樣，熱分析表明，由液氮溫度77K來(lái)代替空間3K的冷黑環(huán)境，用作空間模擬器的冷壁（即熱沉），其誤差在1%以內(nèi)。因此，試驗(yàn)中空間環(huán)境模擬器使用液氮作為冷源，在熱沉表面上涂以高吸收系數(shù)的（大于0.95）黑漆模擬冷黑環(huán)境空間。

2）空間外熱流模擬

按照模擬熱流的特點(diǎn)，空間外熱流環(huán)境的模擬方法有兩類，一類是入射熱流模擬法，通常是利用太陽(yáng)模擬器來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一類稱吸收熱流模擬法，一般是依靠紅外加熱燈、電阻加熱片、熱沉調(diào)溫等模擬目標(biāo)表面吸收的空間外熱流的方法實(shí)現(xiàn)。輻射熱流的模擬按照陽(yáng)光彈道和陰影彈道兩種情況考慮，在陽(yáng)光彈道測(cè)試試驗(yàn)中可采用入射熱模擬法，陰影彈道下采用吸收熱流模擬法。

1.2 測(cè)量方法

地面模擬測(cè)量要獲取的數(shù)據(jù)為目標(biāo)紅外輻射溫度和紅外熱圖像。輻射溫度是利用安裝在真空容器內(nèi)的點(diǎn)溫儀和置于容器外的熱像儀進(jìn)行非接觸測(cè)量獲得，紅外熱圖像是采用放置在真空容器外的紅外熱像儀測(cè)量獲得。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法如下：

a） 根據(jù)獲得的輻射溫度，繪制不同測(cè)量點(diǎn)輻射溫度隨時(shí)間的變化曲線；

b） 根據(jù)獲得的輻射溫度，利用普朗克輻射定律計(jì)算得到輻射強(qiáng)度，見公式（1）、公式（2）。

式中： I——彈頭的輻射強(qiáng)度，W/sr；

T—溫度，K；

2 動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量技術(shù)研究

地面模擬測(cè)量可以有效避免大氣對(duì)測(cè)量精度的影響，且可模擬陽(yáng)光和陰影彈道等不同空間輻照環(huán)境。但該方法存在無(wú)法模擬彈頭主動(dòng)段的氣動(dòng)加熱、測(cè)量目標(biāo)尺寸受密閉容器尺寸限制及引入的各種誤差等缺陷，而動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量可直接獲得中段彈頭紅外特性。但是由于實(shí)際測(cè)量困難程度大，所以本文提及的動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量技術(shù)處于想定狀態(tài)。

動(dòng)態(tài)飛行測(cè)量技術(shù)是用導(dǎo)彈把紅外輻射測(cè)量設(shè)備發(fā)射到真空，對(duì)包括背景在內(nèi)的被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。

2.1 測(cè)量系統(tǒng)組成設(shè)想

測(cè)量系統(tǒng)包括測(cè)量裝置和地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

測(cè)量裝置主要由紅外測(cè)量設(shè)備、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。紅外測(cè)量設(shè)備由光學(xué)系統(tǒng)和紅外機(jī)芯組件組成，光學(xué)系統(tǒng)接收來(lái)自目標(biāo)和背景的紅外輻射、并匯聚到紅外探測(cè)器焦平面上，紅外探測(cè)器組件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，經(jīng)由圖像預(yù)處理電路讀出、校正后輸出灰度圖像；控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)保證測(cè)量裝置在空間的穩(wěn)定飛行；能源系統(tǒng)為整個(gè)測(cè)量裝置提供用電；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)紅外圖像的存儲(chǔ)、處理和數(shù)據(jù)的下傳。

地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)測(cè)量裝置下傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和后處理。

2.2測(cè)量過(guò)程

在彈道中段，測(cè)量裝置從導(dǎo)彈中被以低速拋出，在導(dǎo)彈附近伴飛，裝置相對(duì)慣性空間保持穩(wěn)定，并對(duì)導(dǎo)彈的紅外輻射圖像進(jìn)行連續(xù)采集，獲得的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮、編碼并實(shí)時(shí)下傳。地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和處理，最終獲取其紅外輻射強(qiáng)度及輻射溫度等參數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)彈攻防對(duì)抗中目標(biāo)特性的對(duì)抗，本質(zhì)上是信息的對(duì)抗，因此，目標(biāo)特性數(shù)據(jù)的獲取和處理在導(dǎo)彈攻防問(wèn)題中處于核心和基礎(chǔ)的位置。為了支撐導(dǎo)彈突防新概念設(shè)計(jì)、導(dǎo)彈攻防對(duì)抗，需要彈道導(dǎo)彈目標(biāo)特性及其相關(guān)背景的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)，是需要跟蹤收集和長(zhǎng)期積累的。今后要繼續(xù)加強(qiáng)導(dǎo)彈目標(biāo)特性測(cè)量技術(shù)的研究，為導(dǎo)彈突防技術(shù)提供基礎(chǔ)支撐。

（References）

［1］強(qiáng)勝，申鎮(zhèn)，易東云.基于中低軌衛(wèi)星觀測(cè)的彈道導(dǎo)彈變軌識(shí)別算法［J］.彈道學(xué)報(bào)，2009，21（4）∶29-33.

［2］楊華. SBIRS-low衛(wèi)星紅外探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)距離分析［J］. 現(xiàn)代防御技術(shù)，2003，31（3）∶45-47.

［3］徐根興.目標(biāo)和環(huán)境的光學(xué)特性［M］. 北京：中國(guó)宇航出版社，1995.

［4］柯受權(quán).衛(wèi)星環(huán)境工程和模擬試驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)宇航出版社，1993.

王春莉（1976-），女，高級(jí)工程師，研究方向∶飛行器設(shè)計(jì)。