反導(dǎo)/反臨攔截彈多模導(dǎo)引頭關(guān)鍵技術(shù)淺析

李炯 張濤 張朋飛 雷虎民

摘 要：????? ?多模復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)能夠較好地克服采用單一模式制導(dǎo)的缺點(diǎn)， 提高精確制導(dǎo)武器在復(fù)雜電磁環(huán)境下的制導(dǎo)精度和可靠性， 被認(rèn)為是當(dāng)前最有發(fā)展前途的尋的制導(dǎo)技術(shù)。 本文主要對(duì)臨近空間所面臨的多重防御任務(wù)進(jìn)行論述， 從臨近空間環(huán)境和目標(biāo)特性?xún)蓚€(gè)方面闡述了臨近空間防御導(dǎo)引頭所面臨的難點(diǎn)， 介紹了幾種常用的多模復(fù)合導(dǎo)引頭， 并對(duì)反導(dǎo)/反臨多模導(dǎo)引頭的選取進(jìn)行了大膽設(shè)想， 重點(diǎn)分析了發(fā)展多模復(fù)合導(dǎo)引頭所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：???? 多模復(fù)合導(dǎo)引頭; 反導(dǎo)/反臨; 臨近空間; 多模復(fù)合制導(dǎo);? 攔截彈

中圖分類(lèi)號(hào)：??? TJ765? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：??? A? 文章編號(hào)：??? ?1673-5048（2018）01-0008-07

0 引? 言

臨近空間一般指介于航空器飛行空間與航天器軌道空間之間的空域， 對(duì)其具體的高度尚無(wú)統(tǒng)一的定義， 一般認(rèn)為其高度為20～100 km[1]。 從當(dāng)前防空武器及天基武器的覆蓋范圍可知， 臨近空間處于各種空天武器的攔截能力之外， 這種特有的空間區(qū)域優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了臨近空間飛行器的快速發(fā)展， 對(duì)當(dāng)前的空天防御系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)[2-4]。

出于保密考慮， 國(guó)外到目前為止并未公開(kāi)關(guān)于臨近空間防御的相關(guān)成果。 美國(guó)擁有世界上最先進(jìn)的彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)， 其正在高超聲速武器攔截領(lǐng)域開(kāi)展積極的探索。 美國(guó)導(dǎo)彈防御局提出了兩種攔截方案： 一種是采用無(wú)人機(jī)和激光武器進(jìn)行攔截; 另一種是對(duì)薩德、 “標(biāo)準(zhǔn)”-3系統(tǒng)、 “愛(ài)國(guó)者”-3系統(tǒng)和“中程增程防空系統(tǒng)”等原有的防空反導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造， 使其適用于高超聲速武器的攔截。 俄羅斯也提出了將高超聲速目標(biāo)與其他空天目標(biāo)一起作為一個(gè)有機(jī)的整體， 統(tǒng)一建立防空反導(dǎo)體系[5-7]。

臨近空間既是臨近空間飛行器的主要活動(dòng)區(qū)域， 也是彈道導(dǎo)彈飛行必經(jīng)的一個(gè)階段， 屬于末段高層反導(dǎo)攔截區(qū)域。 防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)將不再局限于空氣動(dòng)力學(xué)目標(biāo)及彈道目標(biāo)的攔截防御， 更要拓展到臨近空間飛行器及空天高超聲速飛行器的攔截防御， 實(shí)現(xiàn)反導(dǎo)/反臨雙任務(wù)的一體化作戰(zhàn)[8]。 而彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)的大量應(yīng)用以及臨近空間高超聲速飛行器的高速機(jī)動(dòng)能力， 使得反導(dǎo)/反臨作戰(zhàn)對(duì)攔截器的精確制導(dǎo)能力提出了更高要求， 從而使多模復(fù)合導(dǎo)引頭及其制導(dǎo)技術(shù)在反導(dǎo)/反臨攔截器上得到了極大的重視和廣泛應(yīng)用[9-11]。

1 臨近空間防御導(dǎo)引頭所面臨的難點(diǎn)

1.1 臨近空間環(huán)境

臨近空間是指在空間上20～100 km高度范圍內(nèi)的大氣層， 主要包括平流層、 中間層和熱層的一部分。 平流層一般距地面15～50 km， 雜質(zhì)少， 幾乎沒(méi)有水汽凝結(jié)及霧、 雨、 雹等氣象， 也沒(méi)有大氣的對(duì)流， 能見(jiàn)度好， 氣溫基本上不隨高度變化。 包含大氣中90%以上的臭氧成分的臭氧層也在平流層中， 主要吸收一定波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)（λ<0.3 μm）和紅外線(xiàn)（λ≈9.6 μm）。 中間層一般距地面50～80 km， 空氣質(zhì)量約占整個(gè)大氣的1/300 0。 該層大氣密度比較小， 吸收長(zhǎng)波的水蒸氣、CO2等物質(zhì)很少， 非常有利于紅外輻射的傳播和紅外目標(biāo)的探測(cè)。 在工程上， 從資源利用的角度， 將大氣層從低到高依次分為航空層（h≤20 km）、 臨近空間層（h=20～100 km）和空間層（h≥100 km）。 大氣層分布、 大氣密度等特性如圖1所示。

作為一種強(qiáng)輻射體， 臨近空間高超聲速飛行器溫度高達(dá)2 400 ℃， 而黑體輻射的峰值波長(zhǎng)λm與溫度T成反比， 有

λm=2 898T（μm）（1）

在工程上， 通常采用以下近似法則：

λ0.5T=1 800， 5 100（μm·K）（2）

滿(mǎn)足式（2）關(guān)系的兩個(gè)波長(zhǎng)之間的能量約占總輻射功率的60%以上。 以2 700 K為例估算， 其峰值波長(zhǎng)λm=1.07 μm， λ0.5=0.66 μm， 1.88 μm。 可見(jiàn)， 臨近空間防御比較適合采用短波紅外探測(cè)器來(lái)探測(cè)目標(biāo)。

1.2 臨近空間目標(biāo)特性

臨近空間既是反臨的攔截區(qū)域， 也是末段高層反導(dǎo)的主要攔截區(qū)域， 因此， 臨近空間目標(biāo)包括臨近空間高超聲速飛行器和末段高層再入段彈道導(dǎo)彈。

臨近空間高超聲速飛行器的主要特性如下：

（1） 飛行速度大于馬赫數(shù)5， 最大可達(dá)馬赫數(shù)25。

（2） 機(jī)動(dòng)過(guò)載能力為2g～4g。

（3） 飛行高度為20～100 km。

（4） 雷達(dá)反射截面積為0.01～0.1 m2。

（5） 幾何尺寸為1～20 m。

（6） 再入角度不會(huì)太大， 跟氣動(dòng)外形有關(guān)。

末段高層再入段彈道導(dǎo)彈的主要特性如下：

（1） 射程遠(yuǎn)， 再入速度大。 戰(zhàn)術(shù)型的再入速度通常為馬赫數(shù)5～15， 戰(zhàn)略型的最大秒速可達(dá)7.2 km。

（2） 彈道高， 再入角度大。 中近程彈道導(dǎo)彈最大高度在數(shù)十至數(shù)百千米， 遠(yuǎn)程或洲際最大彈道高度可能在數(shù)百至數(shù)千千米; 大再入角是彈道導(dǎo)彈又一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)， 其再入角度通常為40°～45°， 有些采用機(jī)動(dòng)變軌飛行的導(dǎo)彈， 其再入角可達(dá)75°～80°， 從而使其高低角的角速度變化非常劇烈， 對(duì)方雷達(dá)跟蹤困難。

（3） 雷達(dá)反射面小。 戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的雷達(dá)有效反射面， 頭體不分離的通常為0.2～0.3 m2， 頭體分離的通常為0.1～0.2 m2， 而采用隱身措施的通常小于0.1 m2。

（4） 命中精度高， 殺傷威力大。

（5） 隱蔽性好， 突防能力強(qiáng)。

（6） 制導(dǎo)系統(tǒng)不易受干擾， 有多彈頭特征。 助推火箭、 末修級(jí)脫落、 拋灑誘餌等會(huì)產(chǎn)生干擾。

1.3 臨近空間防御對(duì)導(dǎo)引頭的要求

臨近空間環(huán)境的特點(diǎn)及臨近空間目標(biāo)的特性給反導(dǎo)/反臨攔截器帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)， 從而對(duì)臨近空間防御導(dǎo)引頭提出了更高的要求。 反導(dǎo)/反臨攔截器多模復(fù)合導(dǎo)引頭及其制導(dǎo)技術(shù)的主要要求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1） 探測(cè)距離遠(yuǎn)、 空域大、 盲區(qū)小;

（2） 具有較強(qiáng)的目標(biāo)識(shí)別能力;

（3） 高容量、 高速度、 智能化的信息處理能力;

（4） 高精度、 快響應(yīng)的隨動(dòng)控制系統(tǒng);

（5） 具有適應(yīng)高超聲速、 高機(jī)動(dòng)飛行狀態(tài)變化的能力;

（6） 能有效應(yīng)對(duì)隱身、 突防、 干擾等因素的影響。

2 臨近空間防御多模復(fù)合導(dǎo)引頭的選取

臨近空間環(huán)境及目標(biāo)特性決定了單一類(lèi)型的導(dǎo)引頭很難滿(mǎn)足臨近空間防御作戰(zhàn)的需求， 因此， 采用多模復(fù)合導(dǎo)引頭勢(shì)在必行。 多模導(dǎo)引頭的優(yōu)點(diǎn)在于可充分發(fā)揮多種模式導(dǎo)引頭或不同頻段頻譜信息的特點(diǎn)， 取長(zhǎng)補(bǔ)短， 提高目標(biāo)綜合探測(cè)、 識(shí)別、 跟蹤能力以及攔截彈自身的生存能力， 提升反導(dǎo)/反臨攔截作戰(zhàn)效能。 目前， 廣泛應(yīng)用的多模復(fù)合導(dǎo)引頭為雙模復(fù)合導(dǎo)引頭， 主要包括主/被動(dòng)雷達(dá)、 微波/紅外、 毫米波/紅外、 紫外/紅外、 激光/紅外等。 在上述復(fù)合體制中， 毫米波/紅外復(fù)合制導(dǎo)由于具備光電優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、 復(fù)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)， 已經(jīng)成為當(dāng)今較為主流和成熟的制導(dǎo)方式。 另外， 激光導(dǎo)引頭制導(dǎo)精度高、 抗干擾能力強(qiáng)、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 具備多目標(biāo)能力， 且容易實(shí)現(xiàn)模塊通用化， 近年來(lái)也成為研究熱點(diǎn)。 但目前可用激光波長(zhǎng)種類(lèi)太少， 容易被敵方偵測(cè)和對(duì)抗; 需要對(duì)目標(biāo)實(shí)施主動(dòng)照射， 增加了被敵人發(fā)現(xiàn)和反擊的概率; 使用受氣象條件限制， 在復(fù)雜環(huán)境中的實(shí)用性較差， 大功率激光器實(shí)時(shí)性無(wú)法保證， 這些因素限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

2.1 光學(xué)多模導(dǎo)引頭

光學(xué)導(dǎo)引頭包括紅外導(dǎo)引頭、 紫外導(dǎo)引頭及可見(jiàn)光導(dǎo)引頭， 是當(dāng)前技術(shù)比較成熟、 應(yīng)用比較廣泛的一類(lèi)導(dǎo)引頭。 在大氣中高速飛行的目標(biāo)， 其能量輻射主要來(lái)源于三個(gè)方面： 一是蒙皮氣動(dòng)加熱引起的溫度升高產(chǎn)生的熱輻射（波長(zhǎng)8～14 μm）;? 二是尾噴口及噴管尾流產(chǎn)生的熱輻射（波長(zhǎng)1～5 μm）;? 三是飛行器本身對(duì)陽(yáng)光的反射與散射（波長(zhǎng)0.48～0.55 μm）。 因此， 光學(xué)導(dǎo)引頭的復(fù)合模式多采用紅外雙色、 紅外/紫外以及紅外/可見(jiàn)光等雙模制導(dǎo)方式。 光學(xué)多模導(dǎo)引頭的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高， 可以大幅提高導(dǎo)引頭的探測(cè)靈敏度和跟蹤精度， 制導(dǎo)作用距離遠(yuǎn)， 通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)可以改善對(duì)抗紅外誘餌干擾和反目標(biāo)隱身能力， 具備準(zhǔn)全天候作戰(zhàn)能力。

2.2 微波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

微波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭主要有主動(dòng)雷達(dá)/紅外、 半主動(dòng)雷達(dá)/紅外和被動(dòng)雷達(dá)/紅外三種。 主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭由于可以測(cè)距、 測(cè)速， 且可實(shí)現(xiàn)發(fā)射后不管， 與被動(dòng)模式的紅外導(dǎo)引頭復(fù)合， 可以充分利用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的測(cè)距、 測(cè)速能力以及紅外導(dǎo)引頭的高分辨成像特性， 達(dá)到導(dǎo)引頭綜合性能的提升， 但這類(lèi)導(dǎo)引頭的缺點(diǎn)是尺寸與重量比較大。 被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭一般用于空地反輻射導(dǎo)彈， 其微波尋的器采用微波相位干涉儀， 作用距離較主動(dòng)式遠(yuǎn)， 但角分辨率不高。 被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭與紅外復(fù)合通常采用共孔徑方式， 分別探測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)輻射和紅外輻射。 在攔截作戰(zhàn)過(guò)程中， 首先使用微波被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭探測(cè)并跟蹤目標(biāo)， 當(dāng)達(dá)到紅外導(dǎo)引頭作用范圍時(shí)， 引導(dǎo)紅外導(dǎo)引頭搜索探測(cè)目標(biāo)， 利用紅外導(dǎo)引頭的高分辨率實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的攻擊。

2.3 毫米波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

毫米波介于微波與紅外波段之間， 兼具兩者的特性。 毫米波導(dǎo)引頭大多采用單脈沖測(cè)角體制， 可以得到目標(biāo)的角度信息和距離信息。 相對(duì)于微波， 毫米波導(dǎo)引頭還具有更高的角分辨率和多普勒分辨率， 抗干擾能力強(qiáng)， 穿透云霧、 塵埃及等離子體能力強(qiáng); 相對(duì)于紅外， 毫米波具有更寬的波束， 更適合在較大范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索與截獲。 毫米波/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭有分孔徑結(jié)構(gòu)和共孔徑結(jié)構(gòu)兩種常用的配置方式。 其中， 共孔徑結(jié)構(gòu)復(fù)合導(dǎo)引頭由于體積小、 重量輕， 更適合未來(lái)精確制導(dǎo)武器復(fù)合尋的制導(dǎo)的作戰(zhàn)使用。 在攔截作戰(zhàn)過(guò)程中， 毫米波雷達(dá)提供目標(biāo)的距離信息和多普勒信息， 還可以從回波信號(hào)中提取幅度、 頻譜、 相位和極化等多種信息， 彌補(bǔ)紅外尋的器的不足， 紅外尋的器則主要用于小范圍跟蹤和精確定位， 提高導(dǎo)引頭的綜合性能。

2.4 反導(dǎo)/反臨攔截多模復(fù)合導(dǎo)引頭的選取

不論是反導(dǎo)還是反臨， 其目標(biāo)都具備遠(yuǎn)超馬赫數(shù)5的飛行速度， 高超聲速的飛行速度使得目標(biāo)探測(cè)、 跟蹤需要更遠(yuǎn)的作用距離， 以保證攔截方具有足夠的作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間。 考慮臨近空間的環(huán)境特性以及目標(biāo)所具有的高超聲速、 大機(jī)動(dòng)能力， 使得目標(biāo)的電磁輻射在頻譜上更有利于光學(xué)探測(cè)。 紅外、 激光等光學(xué)制導(dǎo)以及兼具一定紅外特性的毫米波制導(dǎo)更能滿(mǎn)足臨近空間的反導(dǎo)/反臨作戰(zhàn)的遠(yuǎn)距離探測(cè)與高精度攔截需求。 因此， 反導(dǎo)/反臨攔截多模復(fù)合導(dǎo)引頭可采用以光學(xué)制導(dǎo)為主的復(fù)合方式， 主要包括以下三種：

（1） 雙色紅外成像制導(dǎo)。 臨近空間目標(biāo)的高超聲速飛行使得氣動(dòng)加熱令目標(biāo)蒙皮及其周?chē)目諝鉁囟壬仙馃彷椛洌?利用不同波段紅外的熱輻射感知能力， 通過(guò)復(fù)合制導(dǎo)及圖像融合技術(shù)能充分提高目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別能力。

（2） 紅外/毫米波復(fù)合制導(dǎo)。 毫米波兼具微波與紅外兩者的特性， 利用毫米波的測(cè)距能力以及提供的高靈敏多普勒信息， 可以彌補(bǔ)紅外制導(dǎo)的不足。 毫米波的強(qiáng)穿透等離子體能力， 可以提升反導(dǎo)/反臨攔截作戰(zhàn)中復(fù)合導(dǎo)引頭的探測(cè)與跟蹤能力。

（3） 紅外/激光成像復(fù)合制導(dǎo)。 激光制導(dǎo)可以成像， 還可以測(cè)距， 具有較高的角分辨率與距離分辨能力， 可以彌補(bǔ)被動(dòng)紅外成像制導(dǎo)的不足， 大幅提升復(fù)合導(dǎo)引頭的目標(biāo)探測(cè)與捕獲能力。

在上述三種典型的多模復(fù)合制導(dǎo)方式中， 紅外成像與毫米波主動(dòng)雷達(dá)雙模復(fù)合制導(dǎo)是當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈應(yīng)用較多的一種復(fù)合體制， 也是一種極具潛力與發(fā)展前途的制導(dǎo)技術(shù)。 紅外/毫米波復(fù)合制導(dǎo)可以獲取目標(biāo)更多、 更豐富的信息， 提升目標(biāo)探測(cè)、 識(shí)別、 跟蹤能力， 提高攔截作戰(zhàn)反隱身、 抗干擾能力， 實(shí)現(xiàn)全天時(shí)、 全天候反導(dǎo)/反臨攔截作戰(zhàn)[12-15]。

隨著未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜， 電子干擾、 電磁對(duì)抗、 隱身與反隱身等越來(lái)越劇烈， 三模制導(dǎo)將成為未來(lái)復(fù)合制導(dǎo)的一種發(fā)展趨勢(shì)。 三模制導(dǎo)相對(duì)于雙模制導(dǎo)來(lái)說(shuō)， 不僅在功能上優(yōu)勢(shì)更互補(bǔ)， 而且抗干擾能力、 容錯(cuò)性更強(qiáng)， 更能提升攔截系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能。 目前， 美國(guó)在陸軍的聯(lián)合通用導(dǎo)彈上已開(kāi)展了紅外成像/毫米波/半主動(dòng)激光三模導(dǎo)引頭的研制; 美國(guó)空軍和洛克希德·馬丁公司也聯(lián)合開(kāi)發(fā)了制冷型三模導(dǎo)引頭， 該復(fù)合導(dǎo)引頭由半主動(dòng)激光傳感器、 紅外成像傳感器和毫米波雷達(dá)共同組成， 極大地提升導(dǎo)彈發(fā)射后不管能力;? 日本還在研制對(duì)空導(dǎo)彈的紅外/微波/毫米波三模尋的導(dǎo)引頭。 隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展及其在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈復(fù)合制導(dǎo)中的廣泛應(yīng)用， 新型三模復(fù)合導(dǎo)引頭將是各軍事大國(guó)研究和發(fā)展的重點(diǎn)方向[16]。

3 反導(dǎo)/反臨攔截多模復(fù)合導(dǎo)引頭關(guān)鍵技術(shù)

以紅外成像與毫米波復(fù)合的反導(dǎo)/反臨攔截多模復(fù)合導(dǎo)引頭為例， 其關(guān)鍵技術(shù)主要包括： 多模復(fù)合導(dǎo)引頭系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與優(yōu)化， 紅外/毫米波雙模信號(hào)的轉(zhuǎn)換及交班、 多源信息融合技術(shù)， 復(fù)雜背景下的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與高幀頻大容量信息處理技術(shù)， 大范圍角度跟蹤與高精度快響應(yīng)伺服控制技術(shù)， 氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)抑制等。

3.1 多模復(fù)合導(dǎo)引頭系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與優(yōu)化

紅外/毫米波雙模導(dǎo)引頭是一個(gè)多功能復(fù)合系統(tǒng)， 要求其能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模式分別探測(cè)目標(biāo)并進(jìn)行相關(guān)信息處理的需求， 同時(shí)還能在有限的導(dǎo)彈頭部空間內(nèi)進(jìn)行合理的布局， 并盡量減少對(duì)導(dǎo)彈總體氣動(dòng)布局和制導(dǎo)控制系統(tǒng)等總體技術(shù)的影響， 因此， 需要從多模復(fù)合導(dǎo)引頭系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面對(duì)導(dǎo)彈總體進(jìn)行綜合考慮。 紅外/毫米波雙模導(dǎo)引頭的系統(tǒng)集成主要包括以下幾類(lèi)：

（1） 紅外前置型

紅外前置型雙模導(dǎo)引頭是指在毫米波雷達(dá)天線(xiàn)罩的前端安裝紅外探測(cè)位標(biāo)器， 由于紅外探測(cè)位標(biāo)器是具有一定體積的金屬遮擋物， 從而會(huì)影響毫米波雷達(dá)接收天線(xiàn)的接收性能， 而且毫米波雷達(dá)接收天線(xiàn)的性能變化與金屬遮擋物的幾何尺寸及相對(duì)位置有關(guān)。 因此， 在設(shè)計(jì)紅外前置型雙模導(dǎo)引頭時(shí)， 需要考慮紅外探測(cè)器對(duì)毫米波雷達(dá)接收天線(xiàn)遮擋的影響， 并采用相應(yīng)的技術(shù)方法減小其影響， 使導(dǎo)引頭中的紅外系統(tǒng)和毫米波系統(tǒng)都能夠正常地探測(cè)、 跟蹤目標(biāo)。 該類(lèi)型雙模導(dǎo)引頭適于中、 低空防空導(dǎo)彈。

（2） 紅外側(cè)置型

紅外側(cè)置型雙模導(dǎo)引頭是指紅外探測(cè)系統(tǒng)安裝在彈頭側(cè)方（又稱(chēng)紅外側(cè)窗探測(cè)）， 可以避免紅外前置對(duì)毫米波雷達(dá)接收天線(xiàn)的遮蔽影響， 但是這種配置方式對(duì)復(fù)合導(dǎo)引頭系統(tǒng)的導(dǎo)彈總體氣動(dòng)布局以及制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等總體技術(shù)會(huì)產(chǎn)生影響。 紅外側(cè)置型復(fù)合導(dǎo)引頭的關(guān)鍵問(wèn)題在于如何在導(dǎo)引末端由毫米波向紅外探測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)接時(shí)保證紅外探測(cè)系統(tǒng)的光軸始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)， 通常需要結(jié)合姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)導(dǎo)彈姿態(tài)的控制完成紅外側(cè)窗探測(cè)。 該類(lèi)型雙模導(dǎo)引頭較多用于中遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈、 反戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈和攻擊巡航導(dǎo)彈。

（3） 共孔徑型

共孔徑型雙模導(dǎo)引頭特點(diǎn)是毫米波天線(xiàn)系統(tǒng)與紅外探測(cè)系統(tǒng)互相兼容， 并且可以應(yīng)用同一個(gè)伺服系統(tǒng)完成毫米波系統(tǒng)與紅外系統(tǒng)的同步跟蹤。 共孔徑復(fù)合導(dǎo)引頭的關(guān)鍵在于一體化的整流罩， 要求一體化整流罩不僅兼具良好的紅外光學(xué)透射性能以及與毫米波天線(xiàn)系統(tǒng)的匹配性， 還具備耐高壓高溫、 耐震動(dòng)沖擊、 高機(jī)械強(qiáng)度、 化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。 該類(lèi)型雙模導(dǎo)引頭主要用于反艦導(dǎo)彈及反坦克導(dǎo)彈。

（4） 共形一體化型

共形一體化型雙模導(dǎo)引頭是指采用導(dǎo)彈氣動(dòng)外形、 紅外探測(cè)系統(tǒng)頭罩和共形相控陣天線(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)方法， 在滿(mǎn)足導(dǎo)彈總體氣動(dòng)特性以及前向、 側(cè)向截獲跟蹤目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求的同時(shí)， 還可以擴(kuò)大紅外探測(cè)跟蹤視場(chǎng)以及毫米波相控陣天線(xiàn)的掃描視場(chǎng)。 共形一體化型雙模導(dǎo)引頭的主要技術(shù)難點(diǎn)在于紅外/毫米波一體化的探測(cè)跟蹤系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。 該類(lèi)型雙模導(dǎo)引頭可用于多類(lèi)防空反導(dǎo)導(dǎo)彈， 也是最利于雙模導(dǎo)引頭的一種結(jié)構(gòu)形式， 適用性較廣。

3.2 多模信號(hào)的轉(zhuǎn)換、 交班及信息融合技術(shù)

在攔截作戰(zhàn)過(guò)程中， 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、 目標(biāo)特性以及氣象條件不同， 都會(huì)對(duì)導(dǎo)引頭制導(dǎo)性能產(chǎn)生較大的影響， 不同模式的導(dǎo)引頭探測(cè)系統(tǒng)獲取的目標(biāo)信息品質(zhì)也各不相同。 在毫米波與紅外成像探測(cè)系統(tǒng)獲得的目標(biāo)信息品質(zhì)都較好的情況下， 可以充分利用兩者的互補(bǔ)信息進(jìn)行融合濾波， 提高對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、 跟蹤精度， 同時(shí)能有效提升抗毫米波或抗紅外干擾能力。 當(dāng)其中一種探測(cè)系統(tǒng)受到干擾或受環(huán)境影響無(wú)法得到有效的目標(biāo)信息或發(fā)生故障時(shí)， 仍可利用另一個(gè)未受干擾或影響的探測(cè)系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與跟蹤， 保證對(duì)導(dǎo)彈的制導(dǎo)與控制。

根據(jù)毫米波與紅外探測(cè)系統(tǒng)各自的特性， 為實(shí)現(xiàn)雙模導(dǎo)引頭的信號(hào)融合處理， 提高對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、 跟蹤能力， 需構(gòu)建有效的雙模信號(hào)融合處理模型， 使導(dǎo)引頭工作模式可以平穩(wěn)地在毫米波和紅外兩個(gè)子系統(tǒng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)接。 在轉(zhuǎn)接過(guò)程當(dāng)中， 多模信號(hào)的轉(zhuǎn)換、 交班及多源信息的融合處理技術(shù)是其關(guān)鍵所在。

多模導(dǎo)引頭的信息融合是指復(fù)合導(dǎo)引頭各種模式的探測(cè)系統(tǒng)分別獲取不同頻段的目標(biāo)特征信息， 中心處理器對(duì)同時(shí)得到的各傳感器目標(biāo)信息， 按照一定準(zhǔn)則進(jìn)行融合處理， 以獲取精準(zhǔn)的目標(biāo)信息對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)。

信息融合引入了更多的目標(biāo)信息， 增加了目標(biāo)特征維數(shù)， 為導(dǎo)彈制導(dǎo)提供了更多的目標(biāo)特征信息， 從而可以提高目標(biāo)識(shí)別的綜合概率和目標(biāo)跟蹤的可靠性。 信息融合的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題在于工程實(shí)現(xiàn)中的實(shí)時(shí)性問(wèn)題， 其中還涉及到了多源信息的時(shí)空對(duì)準(zhǔn)。 由于毫米波和紅外探測(cè)系統(tǒng)獲得的目標(biāo)信息不具備一致性， 信息融合采用特征層融合與決策層融合較好。 首先對(duì)毫米波和紅外導(dǎo)引頭分別進(jìn)行信息處理， 獲取各自的目標(biāo)特征信息， 再進(jìn)行特征融合進(jìn)而進(jìn)行航跡處理; 或分別對(duì)毫米波和紅外導(dǎo)引頭進(jìn)行觀測(cè)——航跡互聯(lián)判決， 再對(duì)各自的判決進(jìn)行決策融合， 進(jìn)而進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)判決。

3.3 復(fù)雜背景下的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與智能信息處理技術(shù)

導(dǎo)彈的發(fā)展趨勢(shì)是協(xié)同化、 智能化， 而多模復(fù)合導(dǎo)引頭的智能化則體現(xiàn)在目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別與智能信息處理方面， 針對(duì)各探測(cè)系統(tǒng)獲得的目標(biāo)信息進(jìn)行綜合分析判斷和自動(dòng)處理， 并制定決策對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)與控制。

智能化導(dǎo)引頭要求導(dǎo)引頭可以在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中完成對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)、 識(shí)別與捕獲， 并根據(jù)各傳感器獲得的目標(biāo)信息進(jìn)行融合處理。 自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別能力是復(fù)合導(dǎo)引頭最基本的要求之一， 導(dǎo)彈在攔截作戰(zhàn)時(shí)希望能夠準(zhǔn)確對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。 目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別以及多波段高分辨復(fù)合導(dǎo)引頭所獲得的多通道數(shù)據(jù)對(duì)信息處理能力提出了很高的要求， 比較有效的方法是借助智能信息處理算法來(lái)解決復(fù)雜背景下高數(shù)據(jù)率的目標(biāo)識(shí)別與跟蹤問(wèn)題。 同時(shí)， 結(jié)合攔截作戰(zhàn)背景研究特定作戰(zhàn)環(huán)境、 特定目標(biāo)的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別策略以及智能自主決策機(jī)制也尤為重要。 為使導(dǎo)彈能夠適應(yīng)各種典型復(fù)雜環(huán)境， 在攔截作戰(zhàn)過(guò)程中， 導(dǎo)彈必須能夠隨著典型作戰(zhàn)環(huán)境及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性的變化， 自適應(yīng)改變其攔截制導(dǎo)模式， 提高綜合殺傷效能。

3.4 大角速度跟蹤與高精度快響應(yīng)伺服控制技術(shù)

臨近空間的飛行器與彈道目標(biāo)都是以超高聲速進(jìn)行飛行， 攔截彈也是以超高聲速的速度進(jìn)行攔截。 在攔截過(guò)程中， 彈目相對(duì)速度非常高， 視線(xiàn)角速率也非常大， 要求末制導(dǎo)復(fù)合導(dǎo)引頭的探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有大角速度跟蹤范圍。 此外， 臨近空間攔截通常都采用氣動(dòng)力/直接力復(fù)合控制， 在采用直/氣復(fù)合控制時(shí)需要彈體保持一定的姿態(tài)， 以保證導(dǎo)引頭探測(cè)系統(tǒng)能夠在合適的姿態(tài)下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與跟蹤， 因此， 反導(dǎo)/反臨攔截復(fù)合導(dǎo)引頭還需要有足夠的角度跟蹤范圍。 以美國(guó)的末端高層防御系統(tǒng)（THAAD）為例， 其導(dǎo)引頭采用中波紅外成像制導(dǎo)， 俯仰角跟蹤范圍為5°～60°、 方位角跟蹤范圍為-2°～+2°， 具有一定的末端高層反導(dǎo)/反臨能力， 但是在目標(biāo)進(jìn)行大機(jī)動(dòng)飛行時(shí)， 導(dǎo)引頭很容易丟失目標(biāo)。

為了滿(mǎn)足大范圍探測(cè)與跟蹤的系統(tǒng)要求， 完成對(duì)既定空域的快速監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定跟蹤， 特別是對(duì)高超聲速飛行器/彈道導(dǎo)彈這一類(lèi)目標(biāo)的最佳探測(cè)跟蹤， 要求導(dǎo)引頭伺服機(jī)構(gòu)在有限的空間范圍內(nèi)既能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的大角速度跟蹤范圍， 又要滿(mǎn)足較高的穩(wěn)定跟蹤精度。 此外， 臨近空間目標(biāo)具備2 g～4 g的機(jī)動(dòng)過(guò)載能力， 攔截器必須具有3倍以上的目標(biāo)機(jī)動(dòng)過(guò)載能力以滿(mǎn)足攔截過(guò)程中的大機(jī)動(dòng)過(guò)載需求。 高機(jī)動(dòng)大過(guò)載的彈載約束對(duì)導(dǎo)引頭的平臺(tái)適應(yīng)能力及伺服控制能力提出了更高的要求， 要求導(dǎo)引頭伺服控制系統(tǒng)具有足夠?qū)挼膸捄妥銐蛐〉乃绤^(qū)， 在滿(mǎn)足多模導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)的穩(wěn)定性、 快速性的同時(shí)， 還要保證多模復(fù)合伺服系統(tǒng)的平穩(wěn)切換， 實(shí)現(xiàn)雙模（多模）導(dǎo)引頭的可靠、 穩(wěn)定交班。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

臨近空間高超聲速飛行器的快速發(fā)展使得其威脅日漸形成， 臨近空間的攻防對(duì)抗也會(huì)日趨激烈， 臨近空間的戰(zhàn)略地位將會(huì)越來(lái)越高。 面對(duì)不斷發(fā)展的先進(jìn)導(dǎo)彈攻擊技術(shù)， 各軍事強(qiáng)國(guó)在許多關(guān)鍵技術(shù)上都已展開(kāi)大量研究， 并取得了一定的突破。 在臨近空間高超聲速飛行器以及反導(dǎo)/反臨攔截技術(shù)的發(fā)展方面， 應(yīng)注重跟蹤國(guó)際領(lǐng)先國(guó)家的技術(shù)動(dòng)態(tài)， 牽引相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展， 縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距， 以提升臨近空間綜合防御能力。 作為提高精確制導(dǎo)武器作戰(zhàn)效能的倍增器， 具備目標(biāo)探測(cè)、 識(shí)別、 抗干擾能力等突出優(yōu)勢(shì)的多模復(fù)合尋的制導(dǎo)技術(shù)， 應(yīng)不斷適合未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)導(dǎo)彈“遠(yuǎn)程壓制、 精確打擊、 高效毀傷”的發(fā)展要求， 其必將在臨近空間反導(dǎo)/反臨攔截作戰(zhàn)中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hampton S. Near-Space[J]. Air Force Magazine， ?2005 （7）： 88.

[2] Rodriguez A，?? Dickeson J，?? Cifdaloz O， et al. Modeling and Control of Scramjet-Powered Hypersonic Vehicles：? Challenges，? Trends，? & Tradeoffs[C]∥ AIAA Guidance，? Navigation and Control Conference and Exhibit， Honolulu，? Hawaii，? 2008： AIAA 2008-6793.

[3] Morelli E A，? Derry S D，? Smith M S. Aerodynamic Parameter Estimation for the X-43A（Hyper-X） from Flight Data[C]∥ AIAA Guidance，? Navigation，? and Control Conference and Exhibit， San Francisco， 2005： AIAA 2005-5921.

[4] Bahm C，? Baumann E，? Martins J，? et al. The X-43A Hyper-X Mach 7 Flight 2 Guidance，? Navigation，? and Control Overview and Flight Test Results[C]∥ AIAA/CIRA 13th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies，? Capua，? Italy，? 2005： AIAA 2005-3275.

[5] 曹丙焱， 周偉.美國(guó)高超聲速巡航導(dǎo)彈防御研究新進(jìn)展[J].國(guó)外核武器動(dòng)態(tài)參考， 2013（6）：? 32-36.

Cao Bingyan，? Zhou Wei. New Progress in the Study of U.S. Hypersonic Cruise Missile Defense[J]. Foreign Nuclear Weapons Dynamic Reference，? 2013（6）：? 32-36.（in Chinese）

[6] 東森軍事研究部.反高超音速作戰(zhàn)： 空天防御系統(tǒng)的新任務(wù)和要求[J].國(guó)際防務(wù)譯文，? 2014： 18-22.

Eastern Military Research Department. Anti-Hypersonic Vehicle Combat：? The New Mission and Requirements of the Air Defense System[J]. International Defense Translation，? 2014： 18-22.（in Chinese）

[7] 周偉， 呂琳琳.如何攔截高超聲速巡航導(dǎo)彈[J].兵工科技， 2014（3）： 59-64.

Zhou Wei，? Lü Linlin. How to Intercept Hypersonic Cruise Missiles[J]. Ordnance Science and Technology，? 2014（3）： 59-64.（in Chinese）

[8] 呼衛(wèi)軍， 周軍.臨近空間飛行器攔截策略與攔截武器能力分析[J].現(xiàn)代防御技術(shù)， 2012，? 40（1）： 11-15.

Hu Weijun，? Zhou Jun. Analysis of the Interception Strategy of the Near Space Vehicle and Capability of the Interception Weapon[J].? Modern Defence Technology， 2012，? 40（1）： 11-15.（in Chinese）

[9] 王鵬坡， 韓洪波. 多模復(fù)合尋的制導(dǎo)技術(shù)研究[J]. 飛航導(dǎo)彈， 2010， 29（8）： 72-75.

Wang Pengpo，? Han Hongbo. Research on Multimode Composite Seeking Guidance Technology[J]. Aero dynamic Missile Journal，? 2010， 29（8）： 72-75. （in Chinese）

[10] 郝鳳玉， 何曉英. 反輻射導(dǎo)彈多模制導(dǎo)技術(shù)[J]. 四川兵工學(xué)報(bào)， 2013， 34（8）： 20-23.

Hao Fengyu，? He Xiaoying. Multi-Mode Guidance Techniques Search of Anti-Radiation Missile? Technology[J]. Journal of Sichuan Ordnance，? 2013， 34（8）： 20-23. （in Chinese）

[11] 徐勝利， 楊革文， 吳大祥. 雷達(dá)/紅外雙模復(fù)合制導(dǎo)在防空反導(dǎo)中的應(yīng)用研究[J]. 上海航天， 2014， 31（6）： 46-51.

Xu Shengli，? Yang Gewen，? Wu Daxiang. Radar / Infrared Dual-Mode Combined Guidance Applied to Aerial Defense and Anti Missile[J]. Aerospace Shanghai，? 2014， 31（6）： 46-51.（in Chinese）

[12] 蘇志謀， 簡(jiǎn)金蕾， 任宏濱， 等. 毫米波與紅外雙模復(fù)合引制一體化設(shè)計(jì)[J]. 光電工程， 2012， 39（7）： 91-97.

Su Zhimou，? Jian Jinlei，? Ren Hongbin， et al. Integrating Design of Millimeter Wave and Infrared Dual-Mode Imaging Seeker and Fuze[J]. Opto-Electronic Engineering，? 2012， 39（7）： 91-97.（in Chinese）

[13] 徐琰珂， 梁曉庚， 賈曉洪. 雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭信息融合算法研究[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制， 2013， 21（1）： 129-132.

Xu Yanke， Liang Xiaogeng， Jia Xiaohong. Information Fusion Algorithm for Radar/IR Compound Seeker[J]. Computer Measurement & Control， 2013， 21（1）： 129-132.（in Chinese）

[14] 樊鵬飛， 歐陽(yáng)中輝. 被動(dòng)微波-紅外雙模復(fù)合制導(dǎo)交班誤差分析[J]. 艦船電子對(duì)抗，? 2015， 38（1）： 32-36.

Fan Pengfei，? Ouyang Zhonghui. Hand-Over Error Analysis of Passive Microwave/Infrared Dual-Mode Combined Guidance[J]. Ship Electronic Engineering， 2015， 38（1）： 32-36.（in Chinese）

[15] 趙世明， 孫致月， 張旗. 雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)并行仿真時(shí)空一致性研究[J]. 激光與紅外，? 2015， 45（20）： 1249-1254.

Zhao Shiming，? Sun Zhiyue，? Zhang Qi. Study on Sapce and Time Consistency of Radar/IR Compound Guidance Parallel Simulation[J]. Laser & Infrared， 2015， 45（20）： 1249-1254.（in Chinese）

[16] 沈遠(yuǎn)香， 黃曉霞， 王永惠. 國(guó)外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)[J]. 四川兵工學(xué)報(bào)， 2013， 34（10）： 29-31.

Shen Yuanxiang，? Huang Xiaoxia，? Wang Yonghui. The Foreign Multimode Compound Guidance Technology[J]. Journal of Sichuan Ordnance，? 2013， 34（10）： 29-31.（in Chinese）