紅外導引頭極限性能鑒定方法研究?

（92941部隊 葫蘆島 125001）

1 引言

紅外成像制導由于具有全天候工作，抗干擾能力強，隱蔽性好[1]等特點，自20世紀70年代誕生以來一直受到各國青睞，目前已被廣泛應用于精確制導[2]，火力控制，偵查告警[3]等多種軍事作戰(zhàn)系統。紅外導引頭作為紅外制導的關鍵器件，其技術指標對武器性能使用和鑒定具有決定性意義，然而紅外導引頭性能鑒定考核，由于客觀條件的不確定，環(huán)境因素的復雜多變，使得試驗評定只能在一定程度上，甚至是較為理想的條件下，給出考核結論，做出試驗評價。對于紅外導引頭的極限性能[4]和邊界條件[5]下的使用情況，未能進行有效的鑒定，在大氣傳輸過程中，紅外輻射受到不同因素的影響顯而易見[6～8]，對于導引頭紅外最大捕捉距離也帶來一定程度的影響，能見度[9]、相對濕度[10]、溫度[11]等條件的不同將導致導引頭最大捕捉距離指標下降，對于小目標無法在常見距離正常檢測等，為解決這些問題，需在使用前摸清武器裝備極限性能和邊界使用條件。本文結合MODTRAN軟件[12]，分析不同因素對紅外輻射傳輸的影響變化，結合某型紅外導引頭試驗數據，分析不同因素的變化對紅外導引頭的影響，分析紅外導引頭的極限性能，為指導試驗設計，強化試驗考核提供技術支持。

2 主要因素的影響分析

由于大氣窗口的存在，目前紅外導引頭一般工作在中波和長波波段，據此結合MODTRAN軟件分析不同季節(jié)（夏季和冬季）、主要因素（能見度、溫度、濕度）對中波紅外輻射傳輸的影響變化，結果如下。

圖1 紅外輻射隨能見度的變化曲線

圖2 紅外輻射隨溫度的變化曲線

從圖中可以看出，隨著能見度的增加，紅外輻射成指數增長，在能見度小于一定距離時，隨著能見度的增長，紅外輻射增加趨勢逐漸加強，而到達一定距離以后，其增長趨勢逐漸減慢；隨著溫度的增大，紅外輻射呈對數下降，在溫度較低時，其下降較為緩慢，隨著溫度的升高，下降速度逐漸增快，到達一定溫度后，下降趨于平緩；隨著相對濕度的增大，紅外輻射逐漸減小，在相對濕度較低時，其變化速度較為緩慢，在相對濕度接近飽和時（85%），下降趨勢急劇加速。同時可以看出，在同樣條件下，長波波段比中波波段衰減要小。

圖3 紅外輻射隨濕度的變化曲線

3 極限性能分析

3.1 理論模型校驗

對于不同的地區(qū)和氣候條件，MODTRAN軟件分類及使用具有一定的誤差，據此，搜集紅外導引頭試驗數據，對模型進行誤差修正，能進一步準確獲取紅外導引頭極限性能。某型紅外導引頭不同彈目距離下的成像情況如圖4所示。

圖4 不同距離下圖像

紅外探測器接收物體的紅外輻射能量進行成像，在計算中可使用像素值等效探測器接收到的紅外輻射，忽略探測系統自身誤差及噪聲的影響。試驗當日天氣條件下，經MODTRAN計算不同探測距離時的大氣透過率。以0.1km時獲得的紅外圖像為基準（此時忽略大氣衰減作用），據此計算實際環(huán)境下的大氣透過率及其與MODTRAN計算值的誤差，見表1。

表1 不同距離透過率

取不同距離條件下的大氣透過率誤差均值作為MODTRAN軟件的計算誤差，則MODTRAN軟件的計算誤差為9.2%。依據此誤差，可計算試驗日條件下某一試驗參數改變帶來的紅外導引頭最大捕獲距離變化情況，以便獲得導引頭的極限性能。

3.2 極限性能分析

根據不同因素對紅外輻射在大氣傳輸過程中的影響變化情況，結合紅外導引頭成像信息，對不同環(huán)境條件下的導引頭極限性能進行研究，一定程度評價考核導引頭的極限性能。以上述導引頭為例，試驗當天大氣能見度12km，相對濕度70%，溫度25℃，紅外導引頭最大作用距離為7km。其它條件不變，考核不同能見度條件下，導引頭捕獲距離指標，根據輻射傳輸與能見度的關系，計算導引頭紅外探測系統最大捕獲距離變化情況，結果見圖5。

圖5 最大捕獲距離與能見度關系

可以看出，隨著能見度逐漸增大，紅外導引頭最大捕獲距離也隨之增加，這是因為隨著能見度的增大，大氣中氣溶膠含量降低，大氣透過率增大，紅外輻射在傳輸過程中衰減速度下降。同時可以預見，當能見度達到一定距離以后，最大捕獲距離將不再改變，此時已達到導引頭自身的性能極限。

另一試驗日天氣狀況為能見度15km，相對濕度60%，溫度10℃。試驗中紅外導引頭在12km處發(fā)現目標，根據紅外輻射與溫度的變化關系，可延伸獲得不同溫度條件下，該型紅外導引頭的最大捕獲距離，其它條件不變，計算此時的導引頭紅外探測系統最大捕獲距離變化情況，結果見圖6。

圖6 最大捕獲距離與溫度的關系

可以看出，當改變溫度為30℃時，計算所得導引頭紅外探測系統最大捕獲距離為1.7km，并且隨著溫度的增大，捕獲距離也越來越小。受限于客觀環(huán)境，在溫度高于40℃，特別是能見度不理想的情況下，對于該型武器的使用需謹慎。

根據紅外輻射與相對濕度的變化關系，其它條件不變，可延伸獲得不同相對濕度條件下，該型紅外導引頭的最大捕獲距離情況，結果見圖7。

圖7 最大捕獲距離與相對濕度的關系

隨著相對濕度的增大，紅外捕獲距離呈指數下降，相對濕度為90%時，最大捕獲距離理論值為5.3km，而相對濕度達到一定程度時（95%），紅外導引系統基本無法使用，此時導引頭的最大捕獲距離理論計算值為1.2km，基本代表了紅外導引頭極限探測性能。

4 結語

由于大氣傳輸的衰減，能見度、相對濕度、溫度等條件的不同對紅外導引頭目標探測造成一定程度的影響。本文針對紅外導引頭極限性能考核和邊界使用條件鑒定尚未開展相關方法研究的情況，分析各因素對紅外輻射傳輸的變化規(guī)律，對紅外導引頭試驗數據進行分析，并以某型紅外導引頭為例，分析紅外導引頭極限性能，對紅外導引頭的極限性能考核提出探索性方法，為不同條件下準確掌握使用武器裝備，拓展后續(xù)試驗考核方法提供技術支持，對考核導彈性能及作戰(zhàn)效能意義重大。