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紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈為什么不受太陽(yáng)這個(gè)輻射源干擾?

分類:行業(yè)資訊發(fā)布時(shí)間:2024-11-27

現(xiàn)代先進(jìn)的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的確不會(huì)受到太陽(yáng)這個(gè)巨大的輻射源干擾,但是早期的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈卻會(huì),這個(gè)主要跟導(dǎo)引頭傳感器的材質(zhì)有關(guān)。在紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈剛誕生那會(huì),其導(dǎo)引頭的傳感器材質(zhì)主要是Pbs(硫化鉛),這種材質(zhì)在20世紀(jì)初(1901年)就被發(fā)現(xiàn)了,因?yàn)镻bs在受到外界紅外線照射的時(shí)候,會(huì)釋放出電子,所以,正是根據(jù)它的這一特性,在后面Pbs就被應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域,即最早的“紅外夜視”,利用其遠(yuǎn)距離探測(cè)熱源的能力來提高軍隊(duì)野戰(zhàn)的能力,例如戰(zhàn)斗機(jī)夜間轟炸、步兵夜戰(zhàn)等,比如下圖所示,就是二戰(zhàn)期間德國(guó)為國(guó)防軍的Stg44步槍開發(fā)的“Zielger?t1229型”夜視儀,以及英國(guó)士兵展示的裝備了該夜視儀的Stg44步槍:

▲“Zielger?t1229型”夜視儀

▲裝備了該夜視儀的Stg44步槍

但是,Pbs這種材質(zhì)也有個(gè)很明顯的缺點(diǎn),那就是它的靈敏度沒那么高,當(dāng)被用到導(dǎo)彈上用作紅外導(dǎo)引頭的傳感器時(shí),就更容易被溫度更高、輻射能量更強(qiáng)的目標(biāo)所干擾,然后還有一點(diǎn),物體的溫度越高,那么它輻射出來的能量(熱輻射)就越長(zhǎng),同時(shí)波長(zhǎng)也就越短。因此,以Pbs(硫化鉛)作為傳感器主要材質(zhì)的早期紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈,都是通過鎖定戰(zhàn)機(jī)紅外輻射最強(qiáng)的尾部來對(duì)其進(jìn)行追蹤和打擊的,例如下圖所示,而戰(zhàn)機(jī)尾部的紅外輻射波長(zhǎng)在3~4.5微米左右。

▲早期紅外導(dǎo)彈通過“咬尾”來鎖定目標(biāo)

所以,初期這種靈敏度較低的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈,當(dāng)導(dǎo)引頭探測(cè)器的背景輻射中出現(xiàn)太陽(yáng)或者燃燒的鋁箔條等強(qiáng)輻射源時(shí),就很容易被干擾。因此,為了提高紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的靈敏度,后期導(dǎo)彈的傳感器使用了HgCdTe(碲化汞鎘)和InSb(銻化銦)這兩種對(duì)紅外輻射敏感度更加高的物質(zhì),使用這兩種物質(zhì)制成的新型傳感器可以檢測(cè)溫度相對(duì)更低、輻射波長(zhǎng)更短的目標(biāo),比如戰(zhàn)機(jī)的機(jī)體(機(jī)身)輻射,相對(duì)于戰(zhàn)機(jī)尾部的發(fā)動(dòng)機(jī)部位,機(jī)身處的溫度要明顯更低,輻射波長(zhǎng)也更長(zhǎng),達(dá)到了8~13微米,例如下圖1所示,為戰(zhàn)機(jī)的紅外輻射示意簡(jiǎn)圖。而這種可以直接檢測(cè)戰(zhàn)機(jī)機(jī)身紅外輻射能量的搜尋方式也被稱為“全視角搜尋”,同時(shí),為了確保這種搜尋手段的靈敏度和準(zhǔn)確性,通常被還會(huì)對(duì)導(dǎo)彈的傳感器進(jìn)行冷卻,比如攜帶一個(gè)壓縮氬氣瓶(氬氣的性能穩(wěn)定,更容易制得,成本低),或者是早期的熱電冷卻鐵片,例如下圖2所示,就是一個(gè)熱電冷卻貼片:

▲圖1:機(jī)體輻射示意簡(jiǎn)圖

▲圖2:熱電冷卻貼片

還有一點(diǎn)就是,現(xiàn)代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈使用雙頻制導(dǎo),而早期的導(dǎo)彈則是使用一個(gè)探測(cè)器的單頻制導(dǎo),兩者的區(qū)別在哪呢?就在于單頻制導(dǎo)的探測(cè)視野角度很大,面對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)的背景紅外輻射缺乏分辨能力,會(huì)受到強(qiáng)輻射源(例如太陽(yáng)、鋁箔條等)的干擾,所以,即使此時(shí)的導(dǎo)彈是通過鎖定戰(zhàn)機(jī)尾部這樣的強(qiáng)輻射源來追擊目標(biāo)的,但是仍然不可避免會(huì)受到其他紅外輻射的影響,從而影響打擊效果。但是使用雙頻制導(dǎo)的現(xiàn)代紅外導(dǎo)彈就沒有這個(gè)顧慮了,因?yàn)樗?/span>有兩個(gè)導(dǎo)引頭,對(duì)戰(zhàn)機(jī)紅外輻射的分辨能力更強(qiáng),并且可以同時(shí)檢測(cè)不同波長(zhǎng)的紅外輻射源,即哪怕導(dǎo)彈受到了背景內(nèi)其他強(qiáng)紅外輻射的干擾,這兩個(gè)導(dǎo)引頭也能夠通過同時(shí)分辨兩目標(biāo)的位置變化(不同的坐標(biāo)差)來對(duì)其進(jìn)行重新鎖定,而不會(huì)被目標(biāo)利用太陽(yáng)這樣的強(qiáng)輻射源給擺脫掉。

▲導(dǎo)彈的紅外成像


最后一點(diǎn),可更加直觀的說明為什么今天那些先進(jìn)的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈不會(huì)受到太陽(yáng)干擾,那就是這些導(dǎo)彈具備直接紅外成像的能力,如上圖所示,從圖中我們可以看到,目標(biāo)飛機(jī)的紅外成像圖和右下角干擾源的紅外圖像有著非常明顯的區(qū)別,在這種情況下你還會(huì)覺得導(dǎo)彈會(huì)被太陽(yáng)或者其他干擾源所影響么?至于原理嘛,與導(dǎo)引頭有關(guān),這些導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭擁有先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)、極窄的瞬時(shí)視場(chǎng)(IFOV),以及具有焦平面陣列成像能力的IR / UV傳感器,就可以對(duì)鎖定的目標(biāo)進(jìn)行清晰的紅外成像。今天的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈,例如ASRAAM、AIM-9x、IRIS-T、Python-5等,都具備紅外成像的能力,其中像ASRAAM這種先進(jìn)短程空空導(dǎo)彈,在它的制導(dǎo)系統(tǒng)中,就包含了128×128元素的焦平面陣列、紅外制導(dǎo)、捷聯(lián)慣性制導(dǎo)以及發(fā)射后鎖定(LOAL)等制導(dǎo)手段。