红外制导

在舰空导弹的各种制导方式中，采用最多的莫过于雷达制导方式，包括主动雷达制导、半主动雷达制导和被动雷达制导，三种制导方式各有各的特点，是当今舰空导弹的主流制导方式。但在雷达制导之外，还有一种非常重要的寻的制导方式，它也是各种对空导弹上常见的一种末制导方式，即红外制导。红外制导与雷达制导的不同在于前者是以红外线作为能量媒介而后者是以微波（雷达波）作为能量媒介。无论是红外线还是微波都是电磁波的一种，红外线的频率在电磁波谱中介于微波和可见光之间，所以它的特性也介于微波（雷达波）和可见光之间，比如穿透云雾的能力强于可见光，却不如微波（雷达波）。红外制导属于被动寻的制导方式，其作用原理是：任何温度在绝对零度以上的物体，由于原子和分子结构内部的热运动，都会向外辐射红外能量，红外制导就是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身所辐射的红外能量，从而控制导弹飞向目标。显然，红外制导与被动雷达制导不同，后者必须要对方雷达或电子设备主动开机并产生能量辐射后制导才能生效，否则便无从发现和攻击目标。但红外制导就没这个限制了，因为常温下任何物体都会向外辐射红外能量，这属于一种自然现象而非人为产生的，因此理论上红外制导是可以对任何常温下的目标生效的，只要红外探测器足够灵敏。

◎ 导弹的红外导引头

当然这只是理论上可行，实际上红外制导的作用效果和距离与目标自身的热辐射强弱有关系。引用前篇中的场景剧来解释就是，士兵是靠僵尸自身发出的光芒来寻找僵尸，僵尸发出的光芒越亮，越有利于士兵在黑夜中找到僵尸。红外导引头必须能够分辨目标辐射和背景辐射，要求目标辐射的信号强度要超过背景的辐射强度，如果两者的红外辐射强度相当的话，那么红外导引头很可能区分不了目标和背景，制导也就无从谈起了。舰空导弹攻击的都是空中高速目标（飞机或导弹），速度越快越容易摩擦生热，而且发动机产生的热量也远大于陆上或水面目标，目标的温度越高则红外辐射强度就越大，与背景（天空）的区别就越明显，越有利于红外导引头将“热”目标从“冷”背景中区分出来。再加上天空作为背景一般来说都是比较“干净”的，不像陆上或海上可能会存在各种杂物的干扰，因此红外制导非常适合用于包括舰空导弹在内的各种对空导弹。与主动、半主动雷达制导方式相比，红外制导导弹具有结构简单、工作可靠、价格低廉、抗干扰能力强、攻击隐蔽性高等优点，是一种很有前途的制导方式，也是各国军队争相发展的一种导弹制导方式。

红外制导具体到舰空导弹上的运用可以分为以下几类：以法国“西北风”为代表的便携式防空导弹、以美国“海拉姆”和我国“海红旗”-10为代表的近防反导导弹、以美国“标准”-2 block 3B和“标准”-2 block 4A为代表的多模复合制导舰空导弹，和以美国“标准”-3为代表的海基反导导弹等等。可见，红外制导用于舰空导弹的一大趋势是用于反导作战。原因很简单，飞行速度越高的目标越容易摩擦生热，而且高速飞行的导弹的发动机和尾焰也具备了更明显的红外信号特征，因此舰空导弹无论是拦截弹道导弹还是超高速反舰导弹，红外制导都有其独特优势。而且红外制导是被动制导方式的一种，因此也属于“发射后不管”的制导方式，不受舰上火控/照射雷达性能的制约，具备了很强的抗饱和攻击能力（火力通道数量近乎无限），而抗饱和攻击能力正是水面舰艇反导作战时最重要的性能指标之一。

◎ 军用直升机的红外辐射特征

◎ 开加力的B-1B轰炸机，其发动机的红外辐射强度很大

◎ 采用红外制导的美国“响尾蛇”空空导弹

此外，相比对地/对海导弹，通常情况下各类对空导弹的体型更小，弹上供电和冷却能力也受到限制，而红外导引头尺寸小、重量轻、能耗少，更适合安装在体型较小的对空导弹上，如便携式防空导弹和近程空空导弹，并且更有利于与其它制导方式一起组成双模/多模复合制导。与雷达制导方式相比，红外制导的分辨率更高，能够探测远程小目标和低空目标，并且具有多目标分辨能力，甚至可以实现对目标的自动识别和命中点的选择，这些独特优势都使红外制导成为雷达制导方式以外的舰空导弹的另一重要制导方式。比如雷达制导舰空导弹在面对飞行高度较低的目标（如掠海飞行的反舰导弹）时，会受到严重的海面背景杂波的干扰，即使在较为平静的海面上也会出现强烈的镜面反射效应，使传统的雷达制导舰空导弹在探测、跟踪此类低空目标时受到严重的干扰，降低了导弹对目标的跟踪精度，使脱靶量大幅上升。美国海军为了增强舰空导弹的低空拦截性能，在“标准”-2 block3B的改进过程中，加入了红外制导组成复合制导方式，利用目标的红外信号将其从海面背景中分辨出来，从而大幅提高了导弹拦截掠海反舰导弹的能力。

(5)最佳油石比的确定。目前，国内沥青油石比由室内马歇尔试验确定，即由沥青混合料密实度、稳定度、孔隙率等指标初步确定油石比，再与规范的取值要求进行比较后取值。建议在沥青混合料油石比试验中，除了要进行常规的马歇尔试验外，还应进行动稳定度试验，以客观、全面地反映实际情况。

红外成像制导

对于航空制造业领域知识的分类，是通过对技术内容的概括及某些特征的概念进行逻辑分类和系统排列而构成，构建航空技术分类模型，为使用者提供设计准则、技术支持及决策依据，能够最大化利用航空制造业领域知识。对于航空技术多领域知识的分类，从航空技术的属性、用途、学科及主题着手，需要多层次多维度的进行分类归纳，构建描述预先定义好的属性、学科或概念的分类规则，按照航空制造业领域知识的适用范围和来源、原理和功能、描述对象等多个方向进行划分，建立如图1的航空制造业领域知识分类模型。

红外成像制导还有一个特点是可以在夜间使用，这主要是相比可见光成像而言的。可见光（也就是人眼能够感知的那部分电磁波）在夜间能见度较差的情况下是无法作用的，而任何温度在绝对零度以上的物体都会向外辐射红外能量，所以在夜间，红外成像制导仍然有效。而且由于红外成像制导具备识别目标外形特征的能力，从而能够识别出与背景的红外辐射强度差异不大的“冷”目标，进一步提高了制导精度。由于红外成像制导对目标的分辨率高，并且可以将目标图像通过数据链回传给后方，由后方操作人员对目标进行识别，并可选择目标的薄弱部位进行攻击，还能在攻击前进行打击效果评估，因此非常有利于打击复杂地面环境下的目标。由上可见，红外成像制导在用于各类对地攻击武器时是具有很大优势的，比如空地导弹、制导炸弹、对陆巡航导弹等都可以在末制导阶段采取红外成像制导方式。我国也有不少空地武器采取了红外成像制导或多模复合制导方式，美军的主流空地武器如SLAM、JASSM、JSOW等也都选择了红外成像制导作为末制导方式。红外成像制导已成为与电视制导、激光制导等并列的一种主流对地制导方式，发展前景不容小视。

引入红外成像制导与主动雷达制导组成复合制导方式，也成为近年来反舰导弹的一个发展趋势。现代水面舰艇相对于海面背景而言也是一个庞大的红外辐射源，舰艇发动机的工作温度可以高达数百度甚至上千度，并且红外特征很难完全消除，这就给了红外制导系统发现和识别目标的机会。由于红外成像制导不受无线电干扰的影响，并且水面舰艇的雷达隐身措施对其也是无效的，因此反舰导弹在引入红外成像制导后，具备了对水面舰艇更高的目标分辨能力、抗干扰能力和反隐身能力。比如台湾的“雄风”-2反舰导弹就采取了红外+主动雷达制导的复合制导方式，一些新型反舰导弹如挪威的NSM反舰导弹甚至将红外成像制导作为导弹的主制导方式而使用。

很多人也许并不知道，红外成像制导还有一个很有意思的特点，那就是它既可以作为自主制导方式使用，也可以作为寻的制导方式使用，或者是作为遥控制导方式使用。可以这么说，加装红外成像探测设备后的导弹可以采取三大制导方式中的任意一种对目标实施攻击，区别只在于弹上制导系统采取了哪种目标识别方法。这是一个很有意思的现象，因为不是哪种制导系统都可以具备这种特质的，通常情况下只能是三大制导方式中的一种。假设一枚采取红外成像末制导的巡航导弹要攻击一幢楼群中的高楼时，那么它该如何利用红外图像对目标进行识别呢？红外成像导引头对目标的识别方法可以有三种，并且分别对应三大制导方式。

考虑到该设计主控制器性能要求不高，本次设计选用Arduino作为该装置的核心。Arduino是一款使用方便，操作灵活、易于上手的开源电子原型平台，它包含以下两个主要的部分：硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE），其中，硬件部分是主要用于连接各种电子元器件的电路板，软件部分主要为用户提供在计算机中进行编写程序的开发环境[9-11]。本文通过IDE进行编程后，将源代码烧录到Arduino开发板，从而实现各种的传感器信息的读取和声光报警器、车窗升降器、GSM模块等执行机构的控制。Arduino实物图如图3所示。

◎ 军用机场的红外成像图像

◎ 美国F-22战斗机的红外成像图像

红外成像就是通过红外探测器捕捉物体向外辐射的红外能量，由于物体各个部位的红外辐射能量的强度是不同的，因此红外探测器可以将物体上细微的红外辐射能量差别记录下来并生成像素，再通过不同的像素形成图像信息，这种图像信息可用于分辨目标和周围背景的特征，并且可以生成可见光图像以视频显示输出。红外图像的质量与电视相近，原理也与电视摄影机差不多，只不过摄影机生成图像靠的是捕捉可见光信号，红外成像导引头则捕捉的是红外线信号，两者利用了不同的能量媒介。

◎ 美国SLAM-ER空地导弹的红外探测窗口

当然，红外成像制导也是有缺点的。相比红外点源制导，它的系统结构更复杂、造价更高，尤其是在参与导弹的复合制导方式时，其成本是一个不得不考虑的重要因素。另外，相比雷达制导，红外制导系统的作用距离较近，且容易受到烟、尘、雾和恶劣气象条件的影响，其全天候作战能力比不上雷达制导。比如美国的AIM-9A红外制导空空导弹在试验中的表现良好，一到湿热的越南战场后就立刻出现了严重的水土不服问题。这些缺点使得红外制导很难单独用于中远程舰空导弹，必须与雷达制导方式结合使用。红外制导在单独使用时更多用于近程舰空导弹上。

你所不知道的红外成像制导

那么红外非成像制导（红外点源制导）和红外成像制导两者有什么区别呢？简单说就是对付同样的战斗机目标时，非成像的红外导引头看到的目标是一个模糊的亮点，而成像导引头看到的目标就是一个比较具体的飞机形状了，飞机每个部位的热辐射信号都被捕捉下来并生成红外图像。可见红外成像制导相比非成像制导而言，最大的优势之一就是具备了更好的目标识别能力和抗干扰能力，因为后者看到的只是一个亮点，假如目标释放出一个更大的热源（红外干扰弹），则非成像导引头就会跟踪上这个假目标，而丢失了真正的目标。而红外成像导引头虽然可能看的还是比较模糊，但已经足以帮助弹上制导系统将真实目标与干扰源区分开来，传统的闪光弹和照明弹对它的干扰基本上没有效果。红外成像制导的这个优势，最终将淘汰非成像红外制导。我国新一代空空格斗弹、便携式防空导弹、舰载近防导弹也都配备了先进的红外成像导引头。

红外制导可以分为红外成像制导和红外点源（非成像）制导两大类。早期的对空导弹大多采用红外点源制导，这种制导方式虽然结构简单、成本低、动态范围宽、响应速度快，但它从目标获取的信息量较少，抗干扰能力差，制导精度受到限制，也没有区分多目标的能力，因此红外制导近年来的发展方向就是红外成像制导。

首先，假如巡航导弹在发射前先将目标楼的图像储存在弹上制导系统中，导弹发射后飞抵目标楼所在区域，通过红外成像导引头探测并生成目标楼的红外图像，与事先储存的基准图像进行对比，确认无误后发动对目标楼的精确打击。这种制导方式也被称为景象匹配制导，是一种典型的自主制导方式，导弹在攻击目标时不需要外部平台的支援与指挥，其攻击过程完全靠自主完成。那么这种制导方式有什么特点呢？一是导弹的攻击方事先必须对目标楼以及周围的地形环境进行详细的侦察与测绘，并将目标楼的外观特征制作成图像存入导弹的制导系统，即导弹在发射前必须有一个准备过程，这么一来导弹的打击时效性就会比较差，不能实现对目标发现后的即时打击。不过这个缺点在攻击固定地面建筑时的问题不大，因为目标楼是没长腿的，跑不了。另一个就是对目标准确识别的问题。当目标楼的外观特征与周围其它大楼区别不大时，巡航导弹将很难通过图像匹配技术将目标楼与其它楼区分开来，从而导致图像匹配失败，无法识别正确的目标，导弹错失目标或击中错误的目标。可见这种制导方式对导弹的目标识别能力要求极高，因此技术实现难度较大。不过一旦导弹采取了正确的图像处理技术和目标识别算法，并且具备了较强的弹上处理能力，则可以从复杂的背景环境中将目标楼分辨出来，从而完成精确的攻击。这种制导方式虽然技术实现难度较大，对导弹自身的硬件和软件配置要求都很高，但对于对地攻击导弹却是一种很有发展前景的制导方式。采取景象匹配制导对地导弹的典型代表就是我国的“长剑”-10和美国“战斧”远程对陆巡航导弹。

接下来我们再来看看巡航导弹的另一种目标识别方法，那就是不管目标楼外观长什么样，只要突出于地面，与背景环境形成较强的反差，那么就可以确定是目标，从而导弹认准这个突出物发动攻击。这属于一种寻的制导方式，即利用目标与背景环境较强的能量辐射或反射的差异来区分目标与背景，实现对目标的探测、识别和攻击。很明显，导弹在这种制导方式下要想发现并识别目标，除非目标楼是一个单独的建筑物，假如它的旁边还有其它的大楼，因为两者都突出于地面，导弹将很难区分正确的目标。一般来说寻的制导多用于对付处于较为“干净”的背景环境下的点目标，而很难对付复杂背景环境下的目标。这种制导方式的典型代表是印度陆攻版“布拉莫斯”巡航导弹，由于它是从反舰导弹改进而来的，保留了原有的主动雷达导引头，即采取了寻的末制导方式（虽然不是被动红外寻的），因此陆攻版“布拉莫斯”巡航导弹就存在上文中提到的缺点，即难以攻击处于复杂地形环境下的目标，只能攻击类似沙漠、平原等地形环境下孤零零的建筑物目标，这一点从其发射试验中就可以看出来。陆攻版“布拉莫斯”在之后的改进中换装了毫米波主动雷达导引头，在一定程度上提高了对地面目标的分辨和识别能力，但制导体制并没有发生质的改变。

(3) 巴塘河流域1981年至1982年新寨水文站附近的模拟流量与该水文站实测数据变化趋势整体一致，模拟期内流量数据峰值均出现在7月；本次模拟结果具较高的可信度，模拟值与实测值的确定性系数和模型效率系数均大于0.8。

◎ 美国“战斧”巡航导弹发射瞬间

◎ “战术战斧”导弹集自主制导和遥控制导的功能于一身

最后，我们再来看看巡航导弹的第三种目标识别方法。假如我们为巡航导弹装上双向宽带通信数据链系统，将红外成像导引头探测和生成的目标区域的红外图像通过数据链实时回传给后方的指挥控制中心，由后方的指挥人员根据图像选择攻击目标，并通过数据链对飞行中的巡航导弹下达攻击指令，从而实现对目标的准确攻击，那么这就属于一种遥控制导方式。显然，在三种制导方式中，这种制导方式是最聪明的，它对目标的识别能力也是最强的，因为不管目标楼是独零零的一幢建筑物，还是处于一片楼群之中，后方的指挥人员都可以通过导弹回传的目标区域图像来找出正确的目标，并对飞行中的导弹发出攻击指令。这种制导方式的导弹自身可以比较“低能”，导弹只负责探测即可，对目标的识别和处理由后方的指挥系统负责。不过这种技术对整个C4ISR体系的要求极高，比如能传输未经处理的原始图像数据的宽带数据链，已相当于情报级数据链，以及能够实现远程超视距数据传输的通信卫星系统，这只有少数的大国、强国才有能力研发和装备。目前已加装双向通信数据链的远程对陆巡航导弹的典型代表是美国“战术战斧”，已使导弹具备“人在回路”的功能，可在中途改变攻击目标，也可以攻击临时出现的实时目标。“战术战斧”体现了美国在指挥控制、情报侦察、远程通信等领域的强大实力。

综上所述，通过不同的目标识别方法，配备了红外成像探测设备的导弹可以采取遥控制导、自主制导和寻的制导三大制导方式中的任意一种对目标实施精确打击。当然，这种特性并不是红外成像制导所独有的，其它的成像制导方式也具备或者有潜力具备这种特性，比如合成孔径雷达成像、可见光成像（电视制导）、激光雷达成像、毫米波雷达成像等等。