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科普向:导弹是怎么锁定飞机的,有哪些制导方案?

发布时间:2020-08-08

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锁定(lock on),简单说就是导弹不仅获取了当前的飞机的红外辐射或者雷达回波计算出了当前的飞机的方位和速度,预测出下一个时间点飞机可能出现在什么位置和速度,并能在下一个时间点仍能获取飞机的以上参数。如果在不能做到这一点,或者时而能时而不能,就不能叫锁定。我们可以简单了解一下锁定和制导的过程。

对付飞机的导弹,分为空空导弹(Air to Air Missile)和面对空导弹(Surface to Air Missile)。制导模式可分为红外制导、雷达制导和无线电指令制导

红外制导的导弹根据导弹上的导引头(seeker)上的红外凝视焦平面成像器件,感受战斗机发动机所发出的热辐射来找到战机。这种导弹有个最大特征就是头部有一个镜头一样的东西,像一个大眼睛。不过导引头的红外器件的视场一般只有+/-3度,所以导引头必须得能够灵活转动。最先进的第四代红外格斗弹甚至可以转动+/-90度,覆盖前半球。在导弹挂架上时,首先由战斗机上的机载雷达或者飞行员的头盔是瞄准具发现识别到敌方战机所在的位置并进行跟踪,红外格斗弹的导引头随动于这两种设备,使飞机的热斑始终保持在视野的中央;通过当前亮斑偏离视场中心的程度自动调整到导引头的偏转角度,并可以解算出战机的方位(注意,红外制导不能测距只能测角)。完成了导引头对战机热源不断的捕获后,就可以认为已经锁定,这个时候座舱内会发出锁定的提示音提示飞行员发射导弹。导弹发射后,会自动根据导引头提供的信息调整舵面来追踪热源进行攻击。

AIM-9X红外格斗弹

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导引头可以随动于机载雷达或者飞行员的头盔瞄准具,以锁定战斗机。

AIM-9R导弹的导引头,头部为一个带有红外器件和马达的“SEEKER”,后面是解算的电子设备、冷却设备和电源。在后面才是装有炸药和破片的战斗部

红外制导导弹攻击模式示意图,早期格斗弹只能尾追,从第三代格斗弹开始能够迎头攻击

雷达制导导弹根据导引头接收的战机反射的雷达波,通过回波信息进行解算,比如可以通过回波时间间隔判断距离,通过多普勒频移判断战机速度,具体处理过程非常麻烦,要用上较好的数字处理器和FPGA器件保证时效性和精度。雷达波可以是从己方战机的机载雷达上发出,可以是从军舰、地面雷达发出,也可以是导弹自身的雷达导引头发出,根据导引头是否有雷达可分为半主动制导和主动制导,半主动雷达需要外部雷达设备以连续波持续照射敌机目标,而主动雷达制导则只需要外部雷达设备在前半段照射锁定,在末端导弹的雷达导引头开机搜寻目标并根据回波方向进行锁定攻击。

半主动雷达制导弹和主动雷达制导的区别

军舰引导半主动雷达制导导弹攻击目标

不论哪一种,都涉及一个概念,就是连续波照射。就是说,用于导弹火控的雷达需要持续不断的将雷达波打在战机上,才能够保持锁定。在火控模式下,雷达的波束角极小,脉冲间隔非常短,持续不断的回波携带了敌方战机的丰富而精准的信息,比如距离、方位、速度、角速度、RCS特征等信息,通过这些信息,进行卡尔曼滤波处理,识别出敌机种类和下一时刻的位置和速度。而导弹仅需要通过控制舵面,追着雷达回波的方向撞过去就可以了。

最后看看无线电指令制导。这是一种相当“古老”的制导方式了,属于第一代防空导弹普遍使用的制导方式,这种方式下导弹本身是不知道有没有锁定敌机的,它只是按照命令行事。我们的防空导弹营就曾经使用无线电指令制导的萨姆-2地空导弹打下了国民党空军派出的U-2高空侦察机。

无线电指令制导是通过地面跟踪雷达,持续照射飞机和发射的导弹,同时跟踪导弹和飞机的方位和速度,计算出二者的距离后和速度差等信息,解算出下一条指令,通过无线电发送给导弹,告诉导弹下一步如何飞行。这样的方式导弹不需要知道目标在哪里,也不需要计算自己和目标的距离,只需要有个无线电接收装置就可以了,雷达让俺干啥俺就干啥。在电子器件尚未实现小型化和集成电路化的50-60年代,无线电指令制导是非常受欢迎的一种制导方式。这种制导方式由于便宜,直到今天也没有完全淘汰,俄制S300、S400上仍然是将这种制导方式与其他制导方式混用。

无线电指令制导

还有一种更简单的制导方式叫驾束制导。雷达同样是以一束很窄的波束持续照射到飞机上,而导弹则是通过自身的接收装置,让自己“骑”在雷达波束上,直至命中目标。这种方式下导弹自身也不知道是否锁定敌机,它只是顺着雷达波照射的方向前进直至击中。

驾束制导



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