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雷达成功锁定并跟踪目标后,准备制导!

21ic电子网  · 公众号  · 半导体  · 2024-10-21 16:53

正文

当雷达系统成功锁定并跟踪目标之后,下一个关键步骤就是引导导弹或其他炮弹摧毁目标。成功的导弹制导需要满足三个基本要求:

1. 通过目标跟踪雷达(TTR)对目标进行精确追踪,并提供详细的目标参数如距离、方位角、俯仰角和速度等。

2. 追踪导弹相对于目标的位置,以便实时调整它的飞行轨迹以指向目标。

3. 使用火控计算机,根据目标和导弹的位置信息生成导弹的制导命令。
导弹拦截过程大致分为三个阶段:助推阶段、飞行中段和飞行末端。

助推阶段

在初始的助推阶段,大多数导弹都是未受制导的。在这个阶段,导弹的电气和液压系统被激活,逐渐达到工作状态。导弹正在加速,通常处于无导引的飞行模式。导弹的电气和液压系统是其关键组成部分,它们对于导弹的正常运行至关重要。
电气系统主要负责为导弹的各种子系统提供电力,这包括目标追踪系统、制导系统、飞行控制系统、通信设备以及武器装载系统等。电气系统通常通过内置的电池或者发动机驱动的发电机来获取电能。这个系统还包括一套复杂的线路和开关,用来控制电力的分配和使用。
液压系统在导弹中的主要作用是用来控制导弹的飞行方向。液压系统通过调整导弹的控制面(如翼尖、尾翼等)来改变导弹的航向。这个系统通常由一个液压泵(有时候是由燃气发生器驱动),储罐,以及一系列的阀门和活塞构成。当系统接收到飞行控制指令时,液压泵会将液体(通常为油)压入相应的活塞,使之移动并调整控制面的角度,从而改变导弹的飞行方向。以上两个系统协同工作,确保了导弹可以精确地打击到目标。

飞行中段

飞行中段,导弹使用某种类型的引导信号来主动指向目标。导弹会接收并响应来自地面站、飞机或其他源的引导信号。这些信号经常通过雷达或无线电传输,并由导弹上的接收器捕获。
引导信号会驱动导弹的控制叶片偏转,从而改变其飞行方向。这些变化包括滚转、俯仰和偏航,他们可以通过某种组合来控制导弹的飞行轨迹。通常情况下,燃气发生器为小型液压泵提供动力,该泵会根据引导信号驱动控制叶片偏转。每枚导弹都装有有限量的液压油用于机动。每次操作时,液体都会从排气口排出。在长距离导弹拦截过程中,液压油的限量可能成为一个重要因素。
上述描述适合于一些特定的导弹系统,不同的导弹类型可能会采用不同的制导和控制技术。

末端阶段

导弹的末端阶段,也被称为末制导阶段或战术阶段,是导弹从达到目标预计区域开始,到击中目标结束之间的过程。这个阶段是整个导弹拦截过程中最关键、最挑战性的部分。通常涉及以下几个关键步骤:

1. 目标确认:当导弹接近预期的目标区域时,它会使用内置的传感器(如红外传感器、雷达等)对目标进行确认和定位。

2. 终端制导:一旦目标被确认,导弹的制导系统就会开始工作,确保导弹能精确地打击到目标。在这个阶段,导弹可能会进行多次微调飞行轨迹来提高命中的精度。

3. 引信引爆:当导弹足够接近目标时,引信就会被激活以引爆弹头。现代导弹通常配备有接触引信和近爆引信两种,前者在导弹直接撞击目标时引爆,后者则在导弹接近目标一定范围内就触发爆炸,以提高毁伤效果。近爆引信的类型包括从指挥制导的导弹的命令引爆、半主动制导导弹的多普勒门到红外制导导弹的主动激光引信。

4. 目标毁伤:最后,导弹的弹头会爆炸,释放出大量的能量以摧毁目标。

末端阶段的成功执行对于导弹任务的成败至关重要,因此,大量的技术资源都投入到了这个阶段的研发中,目标是提高导弹的精度和毁伤效果。

制导方式

导弹系统在初始阶段使用惯性制导,将导弹引导向目标的大致方向;在飞往目标的大部分中段航程中,导弹系统依靠跟踪雷达所提供的目标跟踪信息来对导弹进行指令制导。
在接近目标的最后阶段,导弹系统的末制导方式又有不同。末端制导有多种方式,可以采用主动末制导、半主动末制导、干扰源寻的末制导、或者雷达寻的末制导。另一种重要的制导模式为“经由导弹制导”。在导弹飞行全程中都可以使用经由导弹制导的模式,但这种制导模式在导弹飞行末段尤为有用。

指令制导

指令制导方式完全依赖于跟踪雷达所生成的目标航迹,并依此将导弹引导到目标拦截点。由于目标通常做机动飞行,所以导弹必须全程接受指令制导。因此,导弹最大杀伤距离就是雷达的最大作用距离,此时雷达所接收到的目标回波能量与接收机噪声能量之比为13dB。
雷达作用距离与以下几个因素有关:雷达等效辐射功率,目标反射截面积,雷达波束在目标上的驻留时间,以及雷达与目标间距离的四次方。

末端制导

如果导弹系统所采用的末制导方式不依赖地面跟踪雷达,那么导弹就可以进行高仰角发射,使得飞行距离增加。这样的话,导弹不仅仅可以充分使用弹载燃料,而且还可以在尽量远的距离处获得从目标上方向下俯冲的尽可能大的动能。

主动末制导

突破导弹距离极限的其中一种解决方案是采用主动末制导方式。如图4所示,采用主动末制导的导弹通常装备有一部弹载雷达。这意味着,随着导弹与地面跟踪雷达之间的距离增大,弹载雷达与目标之间的距离在缩小。
换句话说,当导弹迫近目标,弹载雷达所接收到的目标反射回波质量在增强,地面跟踪雷达所接收的目标回波在减弱。而且,由于弹载雷达与目标距离缩小,目标回波增强,因此敌方需提高干扰机功率来获得所需干信比,以抑制弹载雷达对目标的跟踪。

半主动末制导

如图5所示,半主动制导采用一部照射器来向可能存在一个或多个目标的区域辐射无线电信号。照射区域需显著大于目标尺寸。
导弹上装备有一部接收机和一套测向装置,利用目标所反射的照射信号,将导弹引导向指定目标。由于导弹比跟踪雷达距离目标更近,所以导弹所接收的目标回波也比跟踪雷达所接收的目标回波要强,使得目标截获距离更远。

被动寻的

图6对被动寻的制导方式进行了示意,包括干扰源寻的和雷达辐射源寻的。在以后的章节中还将讨论被动寻的制导的其他方式,比如基于目标所辐射的热量、被观测到的可见光和红外图像来进行自动寻的制导。
在导弹迫近目标时,此类寻的方式在精度上具有优势,且与使用跟踪雷达的制导方式相比可以提供更远的目标截获距离。

干扰源寻的

如果雷达具有干扰源寻的能力,它可以检测到自己正在被干扰,从而将自己引导向干扰发射机。这意味着,自卫式干扰并不实用,因为导弹追踪的恰恰正是装在目标飞机上的干扰机。
采用干扰源寻的制导方式的导弹以高仰角发射升空后,获得更远的飞行距离,因此可以用于攻击敌防区外干扰机(防区外干扰机通常活动于地面跟踪雷达作用距离之外)。
这就迫使敌防区外干扰机被部署在更加远离我方雷达的区域,降低了其对己方战斗机的保护能力,所减少的保护距离等于干扰机远离跟踪雷达的距离的平方。防区外干扰机所生成的干信比由以下公式计算得到:
J/S=ERPJ-ERPS+71+GS-GM-20logRJ+40logRT-10logRCS

其中:

ERPJ为干扰机有效辐射功率
ERPS为雷达有效辐射功率
GS为雷达天线的副瓣增益
GM为雷达天线的主波束轴向增益
RJ为雷达与干扰机之间的距离
RT为雷达与目标之间的距离
RCS为目标的雷达反射截面积

雷达辐射源寻的

E3和E2鹰眼这样的空中预警和控制飞机为低保有量高价值资产,因此其通常停留在敌方导弹射程之外。然而,有一些导弹制导方案能够追踪预警机上辐射的雷达信号。与其他自寻的制导方式一样,雷达辐射源寻的不依赖导弹系统中的主跟踪雷达,因此导弹有效射程可以远高于所属跟踪雷达的作用距离。

经由导弹制导

可以在导弹上安装一部雷达。这部雷达通过数据链将跟踪数据发回给主跟踪雷达,使得导弹制导系统可以使用两个数据源来对优化跟踪性能。当导弹接近极限射程,或当弹载雷达和主跟踪雷达其中之一受到干扰,这时经由导弹制导就尤其有用。
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