紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率研究

盧 曉，梁曉庚，賈曉洪

(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009)

0 引 言

近年來的局部戰(zhàn)爭表明，制空權(quán)的奪取和機載精確制導(dǎo)武器的廣泛應(yīng)用仍然是決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝負的關(guān)鍵因素[1]。紅外空空導(dǎo)彈是進行空中對抗的主戰(zhàn)武器之一，經(jīng)過幾代發(fā)展，其作戰(zhàn)效能已經(jīng)有了極大提升。但隨著現(xiàn)代航空科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進步和空戰(zhàn)態(tài)勢的日益復(fù)雜，當(dāng)前的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)和作戰(zhàn)模式也有了較大改變，這就對紅外空空導(dǎo)彈提出了新的技戰(zhàn)術(shù)要求，如大離軸攻擊范圍、超視距攻擊能力和滿足新一代隱身戰(zhàn)機的武器內(nèi)埋需要等。然而，由于傳統(tǒng)紅外空空導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭視場角較小，加之對目標(biāo)的搜索又需要較長時間，很難滿足上述作戰(zhàn)需求。因此，采用發(fā)射后截獲技術(shù)就成為解決此問題的必然途徑。

為了實現(xiàn)發(fā)射后截獲能力，空空導(dǎo)彈多采用復(fù)合制導(dǎo)體制，如南非的“射水魚”敏捷型、以色列的“怪蛇”5和美國的AIM-9X改進型等，均通過廣泛應(yīng)用發(fā)射后截獲技術(shù)較大提升了導(dǎo)彈的發(fā)射距離和作戰(zhàn)效能[2]。文獻[3]從制導(dǎo)律設(shè)計出發(fā)，通過引入導(dǎo)引頭截獲的角度約束控制，保證了大離軸發(fā)射條件下導(dǎo)彈的正常制導(dǎo)和導(dǎo)引頭發(fā)射后截獲條件的盡早滿足。文獻[4-5]通過建立誤差模型和數(shù)字仿真，分析了有無數(shù)據(jù)鏈及數(shù)據(jù)鏈信息誤差對空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的影響。文獻[6-7]在綜合分析影響導(dǎo)彈發(fā)射后截獲能力主要誤差源的基礎(chǔ)上，通過經(jīng)驗公式研究了各誤差因素對截獲概率的影響。然而，上述對導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的研究多局限在多模制導(dǎo)體制內(nèi)，且相關(guān)仿真未考慮實際作戰(zhàn)環(huán)境中的氣動加熱效應(yīng)等。因此，本文從彈載雙向數(shù)據(jù)鏈、增加激光測距的多模制導(dǎo)方式和氣動熱抑制三個方面分析了其對紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的影響，并在獨立和綜合各影響因素的條件下進行了仿真計算。

1 彈載數(shù)據(jù)鏈

如上所述，當(dāng)前采用被動能量探測工作方式的紅外空空導(dǎo)彈只能通過測量目標(biāo)的視線角速度信息進行制導(dǎo)。因此，即便在近距攻擊中，當(dāng)目標(biāo)機動或投放誘餌干擾時也可能造成制導(dǎo)信息擾動，導(dǎo)致較大的脫靶量[8]。另外，導(dǎo)彈發(fā)射后通過捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)獲取自身信息的累積誤差和目標(biāo)運動情況未知，使導(dǎo)引頭在到達截獲距離開機搜索時較難截獲目標(biāo)。為彌補上述信息不足，最簡捷的思路是考慮基于現(xiàn)有的機載數(shù)據(jù)鏈發(fā)射系統(tǒng)為導(dǎo)彈增加彈載數(shù)據(jù)鏈，通過不斷獲取機載雷達對目標(biāo)的量測信息修正自身彈道，提升發(fā)射后截獲能力。

空空導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈按信息傳輸方式的不同可分為單向和雙向數(shù)據(jù)鏈。前者只能完成載機向?qū)椀男畔l(fā)送，包括目標(biāo)的位置、速度和類型等，并通過彈載計算機解算出與目標(biāo)之間較高精度的相對角度信息修正制導(dǎo)過程；后者還能夠?qū)?dǎo)彈自身的工作、運動狀況和導(dǎo)引頭截獲情況等信息傳遞給載機，實現(xiàn)機載雷達在跟蹤目標(biāo)的同時對導(dǎo)彈的應(yīng)答式跟蹤，為載機的及時脫離、目標(biāo)毀傷效果評估和他機制導(dǎo)等提供可靠基礎(chǔ)。圖1所示為采用雙向數(shù)據(jù)鏈情況下紅外空空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)示意圖。

圖1 采用雙向數(shù)據(jù)鏈紅外空空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)示意圖Fig.1 Operational schematic diagram of infrared air-to-air missiles using bidirectional data link

為使導(dǎo)引頭能夠在允許截獲距離范圍內(nèi)可靠截獲目標(biāo)，彈載數(shù)據(jù)鏈還應(yīng)具備以下能力[9]：

(1) 信息、數(shù)據(jù)的實時傳輸；

(2) 信息傳輸可靠、誤碼率低；

(3) 采用加密技術(shù)，保障信息傳輸?shù)陌踩裕?/p>

(4) 按照既定的通信協(xié)議自動運行和功能自檢；

(5) 具備較強的抗干擾能力和良好的載機適應(yīng)性。

采用彈載雙向數(shù)據(jù)鏈后，導(dǎo)彈與載機間的信息傳輸流程如圖2所示。

圖2 雙向數(shù)據(jù)鏈信息傳輸流程圖Fig.2 Bidirectional data link information transmission flow diagram

在完成導(dǎo)彈發(fā)射工作之后，載機通過火控系統(tǒng)實時獲取目標(biāo)與導(dǎo)彈的位置、速度等信息，并通過數(shù)據(jù)鏈傳送給導(dǎo)彈，用于調(diào)整其制導(dǎo)和飛行控制等過程，修正飛行彈道，最終以更高的概率截獲目標(biāo)；與此同時，導(dǎo)彈也將自身的工作、運動狀態(tài)和導(dǎo)引頭截獲情況等通過數(shù)據(jù)鏈傳送至載機的信息處理單元，使其具備戰(zhàn)場實時態(tài)勢感知和作戰(zhàn)效能評估等能力，提升整體作戰(zhàn)效能。

衡量彈載數(shù)據(jù)鏈的技術(shù)指標(biāo)包括工作帶寬、作用距離、傳輸周期，以及誤碼率等[10]。對紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲能力影響方面而言，主要相關(guān)指標(biāo)是數(shù)據(jù)鏈信息誤差σd和傳輸周期Td[11]。其中，數(shù)據(jù)鏈信息誤差σd指機載火控系統(tǒng)對目標(biāo)的測角、測距誤差。圖3所示為機載火控系統(tǒng)測量誤差示意圖。

圖3中，C為載機；M為導(dǎo)彈；T為目標(biāo)實際位置；T′為測量誤差條件下的目標(biāo)位置；δα，δβ為測角誤差在水平和俯仰方位的分量；δR為測距誤差；δφ為彈目視線指示誤差角；R，RCT分別為導(dǎo)彈、載機與目標(biāo)間的實際距離；RMT′為帶有測量誤差的彈目距離，且RMT′可由上述測角、測距誤差矢量表示為

圖3 機載火控系統(tǒng)測量誤差示意圖Fig.3 Schematic diagram of airborne fire control system measurement error

(1)

因此，等效的數(shù)據(jù)鏈量測信息誤差角可近似為

(2)

數(shù)據(jù)鏈傳輸周期指標(biāo)Td對目標(biāo)截獲概率的影響主要表現(xiàn)在發(fā)射后截獲制導(dǎo)律的設(shè)計中。一般情況下，在數(shù)據(jù)鏈信息更新時刻，即t=kTd時，導(dǎo)彈利用載機發(fā)送的目標(biāo)量測信息修正制導(dǎo)誤差；而在數(shù)據(jù)鏈周期內(nèi)，導(dǎo)彈采用外推的方法估計目標(biāo)的位置和相對角度等信息。

文獻[11-12]基于上述方法，建立了數(shù)據(jù)鏈更新周期內(nèi)的制導(dǎo)模型，研究了在一定發(fā)射距離條件下，數(shù)據(jù)鏈周期對導(dǎo)引頭截獲性能的影響。結(jié)果表明，在導(dǎo)引頭截獲距離范圍內(nèi)，導(dǎo)彈的離軸角與Td存在嚴重的非線性關(guān)系，且參數(shù)Td的選擇與攻擊態(tài)勢、所采用的制導(dǎo)律以及目標(biāo)運動的外推算法等諸多因素有關(guān)，但通常可大于1 s。

2 激光測距

彈載數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，可以有效提升紅外空空導(dǎo)彈的發(fā)射后截獲能力。然而，其存在對目標(biāo)測距誤差較大的問題，一般為百米量級。另外，導(dǎo)彈通過數(shù)據(jù)鏈獲取目標(biāo)信息的方式依然為被動的時間離散式(Td)，且在離散時間間隔內(nèi)目標(biāo)運動的外推方法也可能造成截獲概率的下降。因此，需要考慮為其增加主動、連續(xù)的目標(biāo)探測方法，提升對目標(biāo)的發(fā)射后截獲能力。

激光測距技術(shù)具有精度高、抗電磁干擾能力良好等優(yōu)點，且隨著測距系統(tǒng)的微型化發(fā)展與可靠性的不斷提高，已經(jīng)越來越適合空空導(dǎo)彈的彈載測距系統(tǒng)[13]。

激光測距的實現(xiàn)方法很多，如脈沖式、相位式和干涉式等，本文主要考慮采用脈沖式的半導(dǎo)體激光器測距系統(tǒng)，其特點包括：

(1) 體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。

(2) 實時性強、精度高。采用主動照射方式測量彈目距離的脈沖周期理論上可達毫秒級，且測距精度在不增加DGC等提升手段條件下至少比機載火控系統(tǒng)高一個數(shù)量級。

(3) 具備一定的抗干擾能力。

a.激光頻率高、波長短，能夠穿透對被動紅外探測系統(tǒng)造成干擾的高能煙霧，保持對目標(biāo)的探測能力；

b.相對于目標(biāo)，有些干擾彈的有效反射面積很小，因此即便被發(fā)射激光束照射到，其漫反射回的激光功率也很難達到檢測門限，根本不被檢測；

c.當(dāng)導(dǎo)引頭采用多光譜探測器時，其能夠根據(jù)目標(biāo)與干擾在不同頻段的成像差異有效對抗單點源、多點源與動力伴飛等傳統(tǒng)人工干擾源，此時掃描型激光器可以及時獲取目標(biāo)量測信息為導(dǎo)引頭的穩(wěn)定跟蹤提供保證；另外，激光器在掃描照射的同時，也可通過連續(xù)改變發(fā)射頻率的方式輔助對抗新型的面源干擾等。

采用脈沖式測距的半導(dǎo)體激光器，其系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 脈沖式半導(dǎo)體激光測距系統(tǒng)組成Fig.4 Composition of pulsed semiconductor laser ranging system

從圖4中可以看到，脈沖式激光測距系統(tǒng)根據(jù)收、發(fā)激光窄脈沖的時間差獲得彈目距離和相對速度，其特性可用如下測距方程表示：

(3)

式中：Pr為激光接收功率；Pt為激光發(fā)射功率；Kt為發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)透過率；Kr為接收光學(xué)系統(tǒng)透過率；ρ為目標(biāo)漫反射系數(shù)；At為目標(biāo)有效反射面積；As為激光在目標(biāo)處的照射面積；Tα(λ)為大氣單程透過率;Ωr為目標(biāo)對光學(xué)接收系統(tǒng)入瞳的張角:

(4)

式中:Ar為探測器入瞳面積;D為目標(biāo)距離。

在不考慮雨、雪等大顆粒物衰減作用的條件下，大氣單程的光譜透過率可近似表示為[14]

Tα(λ)=TH2O(λ)×TCO2(λ)×TP(λ)

(5)

式中:TH2O(λ)為水氣透過率;TCO2(λ)為CO2透過率;TP(λ)為由微小離子散射形成的透過率:

TP(λ)=e-αpD

(6)

(7)

式中：V為氣象能見度；λ為激光波長。

由于當(dāng)前紅外空空導(dǎo)彈的主要探測波段集中在大氣光譜透過率較高的中紅外范圍，因此為了兼容已有的探測設(shè)備，降低設(shè)計成本等，可考慮在此區(qū)間內(nèi)選取合適的發(fā)射激光波長λ。

將式(4)～(7)代入式(3)可得激光接收功率Pr與發(fā)射功率Pt及彈目距離R的關(guān)系為

e-2·(3.91/V)·(0.55/λ)1.3·D

(8)

在實際應(yīng)用中，為了提升半導(dǎo)體激光器發(fā)射能量的利用效率，一般會盡量減小發(fā)射激光的線寬，從而使發(fā)射激光的光斑完全落在目標(biāo)上,即At≥As。此時，目標(biāo)的有效反射面積就是光斑面積，則式(8)可簡化為

e-2·(3.91/V)·(0.55/λ)1.3·D

(9)

為了提升紅外空空導(dǎo)彈的發(fā)射后截獲能力，激光測距主要關(guān)心的問題是，當(dāng)導(dǎo)彈飛行至最大截獲距離Rmax時，在探測器接收到的回波信號達到最小可檢測功率Prmin的條件下，所要求的峰值發(fā)射功率Pt最小。其中，Prmin與激光接收探測系統(tǒng)的信噪比SNR有關(guān)，在SNR確定的情況下可通過式(10)得出[15]：

SNR=

(10)

式中：M為探測器電流增益；η為量子效率，e為電子電荷；h為普朗克常量；v為激光頻率；K為玻爾茲曼常數(shù)；T為導(dǎo)體溫度；Δf為噪聲帶寬；RL為負載電阻；Fn為噪聲倍增因子；Pb為背景光功率；IDd為暗電流的大小。

采用表1中的相關(guān)性能參數(shù)，簡要計算激光器所需峰值發(fā)射功率與彈目距離之間的關(guān)系，結(jié)果如圖5所示。

表1 仿真采用的激光測距系統(tǒng)性能參數(shù)Table 1 Parameters of laser ranging system used in simulation

由圖5可知，最小峰值發(fā)射功率Ptmin與彈目距離之間的關(guān)系是非線性的，且在8～10 km的導(dǎo)引頭截獲距離范圍內(nèi)，所需的Ptmin為數(shù)十瓦。因此，采用脈沖式法測距的半導(dǎo)體激光器能夠作為彈載激光測距系統(tǒng)進行改進應(yīng)用。

3 氣動熱抑制

發(fā)射后截獲技術(shù)的作用之一，就是提升紅外型空空導(dǎo)彈的發(fā)射距離，甚至對目標(biāo)進行超視距攻擊。然而，導(dǎo)彈在大氣中較長時間高速飛行時，受到的摩擦阻滯作用會使整流罩表面的溫度急劇上升，駐點溫度可高達上千開爾文[16]。同時，高溫還將造成紅外窗口材料的透射率降低，發(fā)射率升高，所輻射的能量甚至能通過光學(xué)系統(tǒng)入瞳進入位標(biāo)器組件，從而降低探測器的成像質(zhì)量、動態(tài)范圍和作用距離等。由此可見，整流罩嚴重的氣動加熱效應(yīng)已成為阻礙紅外空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲能力的瓶頸問題，需要進行有效抑制。

先進紅外窗口材料是整流罩技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)[17]，在選擇的過程中通常需要綜合考慮材料的光學(xué)、強度、溫度特性以及制造成本等多個方面。當(dāng)前常用于中紅外波段的窗口材料及其簡要性能參數(shù)如表2所示[17-19]。

氟化鎂(MgF2)是當(dāng)前應(yīng)用最成熟的紅外窗口材料，具有很高的紅外透過率，但其硬度、抗沖擊能力弱且熔點較低，已經(jīng)很難滿足當(dāng)前導(dǎo)彈的高馬赫數(shù)需求。尖晶石(MgAl2O4)是一種耐用、各向同性的寬帶光學(xué)材料，其光學(xué)一致性較藍寶石好且與之紅外透過率相當(dāng)，但同樣存在強度較弱的情況。

藍寶石(主要成分為Al2O3)在室溫下的強度、硬度和抗沖擊能力最大，透過率和熔點也較高，是當(dāng)前第四代紅外成像空空導(dǎo)彈主要使用的窗口材料。然而隨著溫度升高，其機械強度、硬度將迅速下降——在300～600 ℃時出現(xiàn)最小值，硬度下降50%以上，機械強度損失約87%[19]。另外，由于紅外窗口材料的發(fā)射率與其自身的吸收系數(shù)和厚度成正比，且吸收系數(shù)隨溫度升高不斷增大，因此由表2可知，在同樣的高溫和整流罩厚度條件下，藍寶石會產(chǎn)生很大的能量輻射，氣動加熱效應(yīng)明顯。

氧化釔(Y2O3)在強度、硬度和透過率等方面性能一般，但吸收系數(shù)與表2中的其他材料相比是最小的，甚至相差一個數(shù)量級以上。因此，其在整流罩同等氣動加熱條件下向外輻射的能量最小，對探測系統(tǒng)的成像質(zhì)量、信噪比和動態(tài)范圍等影響也最小，可以考慮用作紅外整流罩的基礎(chǔ)材料。

表2 常用中紅外窗口材料簡要參數(shù)[17-19]Table 2 Brief parameters of commonly used medium infrared window materials[17-19]

由上述分析可知，各窗口材料都有其自身的優(yōu)點和局限性，能夠滿足所有要求的單一紅外窗口材料實際上并不存在。因此，須考慮將紅外窗口材料與其他技術(shù)結(jié)相合，從綜合應(yīng)用角度降低氣動加熱造成的負面影響：

(1) 摻雜或離子注入技術(shù)。文獻[20]研究了對藍寶石進行鈦摻雜來克服其高溫下的機械性能損失，取得了很大進展。另外，將Y2O3作為穩(wěn)定劑制備的立方氧化鋯(ZrO2)晶體材料，具有很高的強度(1 500 MPa)、硬度和熔點(約2 800 ℃)，在3～5 μm紅外波段的透過率約76%，且熱膨脹系數(shù)非常小(7.3×10-6/℃)，也具備作為紅外窗口材料的應(yīng)用潛力[21]。

(2) 鍍膜技術(shù)。為了在功能或強度上達到整流罩的應(yīng)用要求，大部分紅外窗口都會采用鍍膜技術(shù)彌補自身的不足。例如，通過在硫化鋅材料上鍍一層金剛石膜來提升其抗熱沖擊能力等技術(shù)已經(jīng)得到實際應(yīng)用[22]。

(3) 保形整流罩技術(shù)。整流罩半球冠設(shè)計帶來的激波阻力是造成氣動加熱效應(yīng)的重要因素之一。然而，隨著長徑比的增大，其阻力系數(shù)會明顯減小。因此，可使用尖拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計整流罩的氣動外形減小空氣阻力，同時采用非球面和位相板技術(shù)等校正其光學(xué)相差[22]。

(4) 光學(xué)系統(tǒng)無熱化設(shè)計。嚴重的氣動加熱效應(yīng)會改變外窗口材料的折射率，甚至使材料自身產(chǎn)生變形，反映在位標(biāo)器組件上的結(jié)果就是光學(xué)系統(tǒng)的焦距發(fā)生變化，成像質(zhì)量變差。文獻[23]通過在光學(xué)系統(tǒng)中引入雙金屬補償式無熱化設(shè)計方法，來修正、補償氣動熱效應(yīng)造成的影響，能夠切實改善探測系統(tǒng)在高低溫環(huán)境下的成像質(zhì)量。

(5) 采用光學(xué)納米復(fù)相陶瓷材料。納米復(fù)相陶瓷材料如MgO-Y2O3，其結(jié)晶粒度約為200 nm，具有極低的高溫輻射系數(shù)及比藍寶石更好的中紅外透過性能和高溫力學(xué)性能，有望成為未來高馬赫數(shù)導(dǎo)彈紅外窗口/整流罩的最佳候選材料之一[24]。雷神公司近年已經(jīng)完成部分MgO-Y2O3工藝制作，并對其材料性能進行了相關(guān)研究。

從上述內(nèi)容可知，抑制氣動加熱效應(yīng)的技術(shù)方法很多，且各方法的復(fù)雜和難易程度也不盡相同。因此，在后續(xù)的仿真工作中，僅從采用氧化釔、氧化鋯等發(fā)射率較低的新型紅外窗口材料對導(dǎo)引頭有效截獲距離的影響方面，驗證其對導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的影響。

4 仿真驗證

紅外導(dǎo)引頭的目標(biāo)截獲包括角度截獲和距離截獲兩個必要條件。在識別概率一定的條件下，導(dǎo)引頭角度截獲概率取決于對目標(biāo)的角度指示誤差；而導(dǎo)引頭的允許截獲距離一般在設(shè)計時根據(jù)其性能進行設(shè)定。

從上述兩個方面和導(dǎo)彈已有能力出發(fā)，結(jié)合本文涉及的關(guān)鍵技術(shù)，分析其對發(fā)射后截獲概率的影響，主要表現(xiàn)為如下等效誤差角或誤差因素：①導(dǎo)彈的慣導(dǎo)對準誤差σ1和位置漂移誤差σ2；②機載火控系統(tǒng)對目標(biāo)的測角、測距誤差σ3(σd)；③數(shù)據(jù)鏈周期內(nèi)的目標(biāo)運動誤差σ4；④激光測距誤差σ5；⑤導(dǎo)引頭空間指向誤差σ6，包括導(dǎo)彈姿態(tài)角定位誤差和導(dǎo)引頭框架角誤差等；⑥氣動熱造成的截獲概率下降。

一般情況下，認為各等效誤差角相互獨立且根據(jù)誤差傳播定律所形成的總誤差σ服從正態(tài)分布：

(10)

因此，在導(dǎo)引頭視線坐標(biāo)系上產(chǎn)生的二維總目標(biāo)指示誤差服從瑞利分布，且截獲概率可表示為

(11)

式中：θ為導(dǎo)引頭視場角。

仿真采用的誤差數(shù)據(jù)如表3所示。根據(jù)表3中的誤差數(shù)據(jù)，并在設(shè)定導(dǎo)引頭視場角2.5°，截獲距離8～10 km，導(dǎo)彈發(fā)射距離20 km，數(shù)據(jù)鏈周期1 s等條件下，對紅外空空導(dǎo)彈的發(fā)射后截獲概率進行仿真計算，其結(jié)果如圖6～11所示。

表3 仿真采用的誤差數(shù)據(jù)Table 3 Error data used in simulation

圖6 只有視線角速度和慣導(dǎo)信息時的目標(biāo)截獲概率Fig.6 Target acquisition probability under the condition of and inertial navigation information

通過對比圖6和圖7可以看到，僅依據(jù)當(dāng)前的視線角速度和慣導(dǎo)信息，紅外空空導(dǎo)彈很難實現(xiàn)對目標(biāo)的發(fā)射后截獲；采用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)對目標(biāo)的截獲概率有了極大提升，但由于紅外導(dǎo)引頭視場較小、數(shù)據(jù)鏈信息誤差以及氣動熱效應(yīng)的影響，導(dǎo)彈也僅能在攻擊約9 km范圍內(nèi)的目標(biāo)時保證95%以上的截獲概率。圖8中，由于激光測距系統(tǒng)能夠通過主動探測為導(dǎo)彈提供比數(shù)據(jù)鏈更加精確的彈目距離和相對速度等信息，因此,其可以在擴展一定攻擊距離的同時使導(dǎo)彈具有更高的發(fā)射后截獲概率；但激光測距性能在導(dǎo)引頭最大允許截獲距離之外出現(xiàn)了明顯下降，且在15 km之后與原截獲概率相當(dāng)，分析其原因主要包括以下兩個方面：①彈載半導(dǎo)體激光測距系統(tǒng)波束很窄，其在固定照射一定距離的目標(biāo)時，光束覆蓋范圍與機載火控系統(tǒng)相比小很多，即便采用掃描式搜索方式也可能由于搜索時間較長導(dǎo)致無法找到目標(biāo)；②當(dāng)前半導(dǎo)體激光器的發(fā)射功率有限，導(dǎo)致探測器能夠接收到的激光能量更小，這也限制了激光器的有效探測距離。由圖9和圖11可知，由于目標(biāo)量測信息不充分，直接在只有視線角速度和慣導(dǎo)信息的條件下加入氣動熱抑制對截獲概率的提升并不明顯，但結(jié)合數(shù)據(jù)鏈技術(shù)后，基本能夠保證導(dǎo)彈在攻擊其發(fā)射距離范圍內(nèi)的目標(biāo)時實現(xiàn)可靠截獲。

圖7 加彈載數(shù)據(jù)鏈后的目標(biāo)截獲概率Fig.7 Target acquisition probability after using missile-borne data link

圖8 加激光測距后的目標(biāo)截獲概率Fig.8 Target acquisition probability after using laser ranging information

圖9 氣動熱抑制后的目標(biāo)截獲概率Fig.9 Target acquisition probability after suppressing the aerodynamic heating

圖10 數(shù)據(jù)鏈+激光測距后的目標(biāo)截獲概率Fig.10 Target acquisition probability after using missile-borne data link and laser ranging information

圖11 數(shù)據(jù)鏈+激光測距+氣動熱抑制后的目標(biāo)截獲概率Fig.11 Target acquisition probability after using missile-borne data link,laser ranging information and aerodynamic heating suppression

5 結(jié) 論

本文從彈載雙向數(shù)據(jù)鏈、增加激光測距系統(tǒng)構(gòu)成多模制導(dǎo)體制和導(dǎo)彈飛行中實際需求的氣動熱抑制三個方面出發(fā)，研究了其對紅外型空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的影響。結(jié)果表明，數(shù)據(jù)鏈是紅外空空導(dǎo)彈實現(xiàn)發(fā)射后截獲能力的重要條件，其信息周期和機載火控系統(tǒng)對目標(biāo)的測量誤差是影響發(fā)射后截獲概率的主要因素；采用脈沖式測距的半導(dǎo)體激光器在體積、功率重量比、測量精度和抗干擾能力等方面優(yōu)勢明顯，非常適合作為空空導(dǎo)彈的彈載測距系統(tǒng)，且在多光譜探測條件下具有較大的應(yīng)用潛力，但其搜索目標(biāo)時的掃描方式和發(fā)射能量有限等問題仍需進一步研究和解決；嚴重的氣動加熱效應(yīng)是制約紅外空空導(dǎo)彈對目標(biāo)實現(xiàn)可靠截獲的瓶頸問題，僅從紅外窗口材料的選擇上考慮其對截獲概率的提高還不夠完善，下一步需要在綜合多方面氣動熱抑制技術(shù)條件下研究其對紅外空空導(dǎo)彈發(fā)射后截獲概率的有效提升。