摘要： 对当前机载空地导弹不同导引头的制导原理进行了分析和探讨，对多模复合制导进行展望。

关键词：空地导弹；导引头；多模制导

1. 引  言

机载空地导弹可与光电稳瞄互相配合、或者地面照射器、它机指引等，可全天候对地面攻击目标进行搜寻、发现、识别、跟踪、激光探测和实施攻击。主要用于攻击敌方坦克（群）、装甲车辆、军事目标、对地火力支援等，也可以摧毁地面雷达探测站，敌方火力聚集点、炮兵阵地、防御工事等有攻击价值的目标。空地导弹根据引导头（寻的器）的引导方式的不同可分为有激光引导头、电视引导头、红外引导头、无线电雷达导引头等。其中毫米波空地导弹的导引头是毫米波雷达进行探测制导的。先进的制导和控制技术，对于目标的精确打击摧毁，对于提高载机的作战效率和战场生存能力，有着重要意义。

2. 空地导弹的结构组成

空地导弹通常由战斗部、弹体结构、动力装置和制导系统组成，战斗部又称之为弹头，是用于直接摧毁目标的专用装置，弹体结构是把各个零部件连起来的支撑框架，动力装置是导弹空中飞行的动力来源，制导系统是用于控制导弹的飞行方向、姿态、高度和速度，引导导弹迅速、准确地飞向目标进行有效攻击。

3. 激光制导

激光制导是利用激光获得制导信息或传输制导指令，使导弹按照一定的路线飞向制导目标。这是一种被广泛应用的精确制导方式，按照制导形式的不同可分为半主动式、主动式、激光架束、指令制导等。激光制导系统的导引头实际上是一个激光接收装置，它接受由目标反射回来的特定波长、频率等参数的激光，并透过滤光片由聚焦透镜聚焦到探测器上。探测器一般是用硅或锗等半导体材料制成的光敏元器件。通过探测器将光信号转变为电信号，后者经过制导系统处理，变为可控制校正弹体的飞行方向信号，把弹体引向目标，直至击中目标。该导引头有记忆跟踪功能，脉冲激光束对烟、雾、霾等有较佳穿透能力，具备一定的抗干扰能力。

3.1激光制导导引头的原理

激光制导导引头采用陀螺稳定光学系统，球面发射镜表面镀金属膜，探测器为硅光电二级管，组成四个象限阵列，光学系统为聚碳酸脂塑性件，滤光片位于聚焦平面上，多达数十个头部线圈分别用于陀螺旋进和进动，跟踪目标并输出视线角速度和导引头框架角信号，将目标直角坐标信号转换成极坐标信号，便于陀螺进动跟踪该目标，同时将导引头框架角信号变换成直角坐标系，便于自动驾驶仪和舵机控制导弹飞行。包括信息处理、方式逻辑、陀螺进动攻放、陀螺驱动和解码的数块电路板，呈三角形安装在结构支架上，中间留有一定的空间通道，供导弹命中目标时，锥形装药的聚能射流通过可减少战斗部威力损失。

半主动式激光制导，激光照射器和导弹是分离的，对目标照射通过另外的照射源，比如僚机、地面车辆、无人机或者地面专用指示器，用来为攻击机机载空地导弹指示目标和确定目标位置。由于发射空地导弹的载机和激光照射系统可以分离架设，保证了载具在绝大多数单兵防空导弹和防空火炮的射程之外进行发射，提高了载机的安全性和战场生存力。

全主动式激光制导，顾名思义就是将激光照射器按照在导弹上，发射后由弹载照射器向目标发射激光，导再引头接收目标发射回来的激光，再由制导信号处理系统进行解算、对比，用来校正控制弹道轨迹，完全做到了发射后不管。

3.2激光制导导引头的优点

激光制导的主要优点是瞄准简单快捷，自动寻的攻击，适合攻击复杂地形下的目标，不需要目标自动识别，便于实施顶部攻击；可采用准比例导引法，弹道特性好；抗干扰性能强。半主动激光制导武器在攻击固定或者活动目标时，精度在1m之内，命中率极高，半主动激光制导武器甚至于还可从地下建筑物的通气孔进入，炸毁地面目标。

3.3激光制导导引头的缺点

尽管激光制导的优点较多，且研制成本较低，但是激光制导导弹也有其弱点，首先，激光制导抗干扰能力较差，易受到天气、战场坦克或者装甲扬起的尘霭的干扰，地势或者建筑物的遮挡。另外，随着激光告警自卫技术的发展，地面坦克或者装甲车等军事目标都配有电子自卫系统，当载机或者地面进行激光照射或者测距时会启动告警系统，诱发目标发射干扰弹进行干扰，大大降低了空地导弹的命中率，另外，激光制导本机照射时从导弹发出到击中目标，照射器需持续工作，对飞行员的飞行、操作战机能力、战术通讯融合提出了更高的要求。此外，僚机或者地面进行照射时，需相互配合，协同作战，消耗了一定的资源，降低了载机野外的生存和作战能力。

4. 毫米波制导

4.1毫米波的特性

毫米波雷达通常指的是频率在30～300GHz的无线电波，其波长在1～10mm之间。根据波的传播理论，频率越高，波长越长，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播的过程中损耗页越大，传输的距离越短；相对地，频率越低，波长越长，饶射能力越强，传输距离越远。

通常大气层中的水蒸气、氧气会对电磁波有吸收作用，目前绝大数毫米波其应用价值主要集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减值”频率上。所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层发射、吸收和散射的那些透射率高的波段。

可以看到毫米波通过受衰减较小的频率主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近，而在60GHz、120GHz、180GHz频段附件衰减出现极大值，即“衰减峰”。一般来讲，“大气窗口”频段比较适用于点对点通信，其原理被引用在毫米波雷达的制导系统上。

4.2毫米波的目标探测原理

毫米波雷达探测目标的原理，首先通过内置的发射装置把毫米波发射出去，然后通过雷达接受回波，根据发射和接受的时间差测得目标数据和相对距离。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：s=ct/2，

其中s为距离，t为电磁波从雷达发射出去到接受到目标回波的时间，c为光速。

毫米波雷达探测是基于多普勒效应（Doppler Effect）原理。多普勒效应就是，当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率不同。也就是说，当发射的电磁波和被探测目标有相对移动，回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射信号频率。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度v成正比，与振动的频率成反比。如此，通过检测这个频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度，也就是目标与雷达的相对速度。根据发射脉冲和接受脉冲的时间差，可以测得目标的距离。

当移动台以恒定的速率v在长度为d，端点为X和Y的路径上运动时接受到来自远端源S发出的信号，如图1所示。

无线电波从源S出发，在X和Y点分别被移动台接受时所走的路径差为：

这里Δt是移动台从X运动到Y所需的时间，θ是X和Y处与入射波的夹角。由于源端距离很远，可假设X、Y处的θ是相同的。所以，由于路径差造成的接受信号相位变化值为：

由此可得出频率的变化值，即多普勒频移fd为：

由上式看出，多普勒频移与移动台运动速度及移动台运动方向，与无线电波入射方向之间的夹角有关。若移动台朝向入波方向运动，则多普勒频移为正（即接受频率上升）；若移动台背向入射波方向运动，则多普勒频移为负（即接受频率下降）。信号经不同的方向传播，其多径分量造成接收机信号的多普勒扩散。

4.3毫米波的优点

毫米波的波长介于微波和红外之间，取长补短兼有红外和微波的优点，毫米波雷达的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频段的发展。与微波相比，毫米波雷达体积小，重量轻，结构紧凑，便于弹载使用，与激光和红外相比，虽然没有后者的分辨率高，但它具有穿透扬起的尘霭、烟雾、能够适应恶劣的气象环境和复杂的战场环境，鉴定以上毫米波的优点，毫米雷达成为“发射后不管”空地导弹的首选，这些特性也就决定了毫米波雷达具有全天侯的工作能力。

4.4毫米波的发展及不足

尽管毫米波雷达制导导弹因其精确的制导率，满足“发射后不管”，但是在毫米波雷达技术的成熟应用上还有一定的距离。大功率发射信号、单片集成技术、收发模块的体积重量、毫米波雷达尺寸受机载弹径的尺寸限制，难度都很大，这些因素制约了毫米波雷达导引头技术的发展，目前毫米波的波长在3mm。另外，在毫米波为了减小传输损耗，一般需采取波导传输，也给雷达导引头的发展带来一定的困难。

5. 红外电视制导

5.1红外电视制导原理

许多军事目标，尤其是含动力装置的目标，如飞机、坦克、装甲车等地面的有生武装力量，都要不断地向外辐射能量，比如速度较快的武器，其外壳与大气摩擦或者其动力装置较高的温度，从而使它们向外辐射出的红外线强度增大好多。红外制导导弹的原理是用红外线探测器作末段制导装置，通过红外导引头，利用目标的红外辐射能量及其空间分布，获得目标的位置及其相关运动信息，输出相应的控制信号，由控制系统控制导弹的飞行方向，按照获取和处理红外辐射信号的方式，红外制导导弹可分为红外点源非成像制导和红外成像制导导弹两类。

5.2红外成像制导的组成

一般由红外摄像头、图像处理板、图像识别电路、跟踪处理器和稳定系统组成，红外摄像头接受前方视场内目标和背景红外辐射，利用各部分辐射强度的差别，获得能够反映目标和周围景物分布特征的二维图像信息，然后由图像处理电路进行预处理和图像增强，得到可见光图像以视频显示输出给图像显控装置，同时将数字化后的图像传给图像识别电路，通过特征识别算法从背景信息和干扰中提取出目标图像，由跟踪处理器按照预定的匹配跟踪算法计算出光轴相对于目标的角偏差，最后通过稳定系统驱动红外镜头运动，消除相对误差实现目标跟踪。

5.3红外制导的优点

由于红外制导系统分辨率高、隐蔽性好和抗干扰能力强，不受无线电的干扰可昼夜作战，采用这种制导系统，现已成为精确制导技术的主要发展方向之一。

5.4红外制导的缺点：

红外制导导弹的缺点是易受气象条件影响，可能被红外干扰弹干扰，诱发偏离和丢失目标，此外，其红外制导系统作用距离有限。

6. 多模符合制导展望

随着光电对抗系统的发展，具有单一制导体的制导武器装备受到严重的挑战，其固有的弱点和局限性大大降低了制导武器系统的作战效能，甚至于很难适应于未来战场的作战环境，这就促使武器制导体由单一引向多模导引发展，多模符合制导方式成为必然选择，其优势在于可充分发挥各频段或者各制导体的特长，相互弥补，极大地提高武器系统的抗干扰能力和作战效能，已经成为精确制导武器实现全自动化和智能化的主要技术途径。

多模符合制导主要包括毫米波/激光半主动、毫米波/红外成像、毫米波/激光半主动/红外成像等，能够适应全地域、全天时、复杂气象及电磁环境下的作战使用要求，武器系统采用火控相控阵雷达、搜索瞄准系统、综合通讯系统进行目标定位，由载机在敌低空区域进行火力区域外发射空地导弹，精确攻击防空单元、主战坦克、野外指挥车等敌方目标。

多模复合制导空地导弹普遍具有以下特点：攻击距离远；命中率高；发射后不管；全天候全气象、多目标攻击能力等，例如毫米波雷达与红外成像或SAR成像复合制导技术，能够从根本上解决目标自动分类、识别的问题，提高空地导弹的命中率，空天一起打击，将给未来空地导弹带来革命性的影响，也是今后空地导弹制导的重要发展方向。

参考文献：

[1]习远望. 空地导弹雷达导引头最新技术发展.火控雷达技术第39卷第2期

[2]谢础.航空航天概论[M].北京航空航天大学出版社，2008

[3]空地导弹符合制导模式设计及仿真技术研究.航空兵器，2018第1期

作者简介：王保宝，工程师。长期从事航电武器系统。