导引头的工作原理及过程,激光制导技术的发展与现状

>КАБ-500Л苏/俄 该弹由位于莫斯科的国家研究生产协会于1972年开始研制,1975年投产,广泛装备俄罗斯各型战斗机和攻击机,其结构与性能类似于美国在越南战争中使用的第一代“宝石路”激光制导炸弹,使用时配合相应的机载激光照射系统。在该弹基础上改进发展的1500千克的КАБ-1000Л激光制导炸弹,从1992年开始在国内外公开展出,争取出口。结构特点该弹为半主动激光制导炸弹,采用500千克低阻爆破炸弹作为战斗部,头部的导引头后的风标式活动导引头可以使头部对准受激光照射器所照射并欲攻击的地面目标。但该弹配用的激光照射系统安装在机头内部,虽然简单方便,但视场尤其是向后视场有限,必须要双机配合使用,不如美国作战飞机那种可挂装到翼下的吊舱式激光发射器灵活。

1制导规律 所谓制导规律,是指在制导过程中,调节弹的飞行参数所遵循的某种规律。选择的制导规律不同,控制的最终结果、所适应的使用条件、要求的弹体过载及导引头机构的复杂程度都会不同冈。对制导规律一般有如下几个要求:(1)保证系统有足够的制导准确度;(2导弹的整个飞行弹道,特别是攻击区内,理想弹道曲率应尽量小,保证所需的导弹过载小;(3)保证飞行的稳定性,导弹的运动对目标运动参数的变化不敏感;(4)制导设备尽可能简单。 在导弹飞行过程中,制导规律决定导弹和目标或导弹、目标和指导站之间的运动学关系。一般制导规律有以下几种: (1)姿态追踪法制导 在采用这种制导规律时,要求弹体轴线指向目标。因此,姿态追踪的导引头所要测量的是弹轴与目标视线的夹角,只要导引头与弹体固连,其光学轴与弹体轴线一致,就能够测量这一误差角。 (2)速度追踪法制导 它要求弹的速度向量指向目标。这与姿态追踪制导不同,速度追踪导引头测量的是弹的速度向量与目标视线之间的夹角。为了测量这个角度,首先需要建立速度向量的测量基准,在弹的飞行过程中,导引头的这一测量基准轴要随弹的速度方向而变化。这通常是利用风标来实现的。速度追踪的导引头依靠万向支架与弹体相连,并由风标将其轴线稳定在弹道风的方向,及弹的空速方向。 (3)比例导引制导 在激光制导导弹和制导炮弹中,比例导引制导用得最为普遍。它要求弹的横向加速度与目标视线角速度成正比,及弹的速度向量的旋转角速度与视角速度成正比,及弹的速度向量的旋转角速度与视线角速度成比例。比例导引制导导引头的首要任务是要跟踪目标并测量出目标视线的旋转角速度。这通常是靠螺来稳定导引头的瞄准轴,并用万向支架与导弹连接来实现的。 2导引头工作原理 激光制导武器的核心器件便是激光导引头。激光导引头利用目标反射的激光,实现对目标的跟踪和控制,直至导弹命中目标。 激光寻的制导是由弹外或弹上的激光束照射在目标上,弹上的激光导引头利用目标反射的激光,实现对目标的跟踪。导引头的主要功能是:接收由激光器发射经目标漫反射后的激光回波信号,并获得误差信号;按制导规律测定某参量,送入控制系统,搜索和跟踪目标。为完成这两项任务,导引头由两个主要部分组成:位标器和电子舱。它属于专业涉及而系统复杂、技术密集度高的光、机、电紧密结合的弹载末端精确制导部件。 激光制导炮弹的射程一般在3~20km之间。从激光照射器的性能和对抗的角度出发,它不可能在全程内一直照射,所以必须在离目标一定距离时导引头才开始工作。因此,它属于末端制导。报道表明只要这一距离人于2km,就能有效击中目标。 3半主动激光制导原理 激光制导,就是以激光为信息载体,把导弹,炮弹或炸弹引向目标而实施精确打击的先进技术。精准是激光制导武器的鲜明特点,由于激光的单色性好,光束的发散角小,敌方很难对制导系统实施有效干扰,因而它具有了其它制导方式无法匹敌的优势。所以,当激光制导武器攻击固定或活动目标时,精度一般在l m以内,命中率极高。激光制导武器甚至还可以从通气孔进入,炸毁地下目标,令敌方防不胜防。激光制导与红外,雷达,GPS等实现复合制导,则更有利于提高制导精度和应付各种复杂的战场环境,从而发挥全天候作战的优势。 激光制导方式有半主动寻的式,全主动寻的式和波束式(架束式)三种。目前激光制导武器中人都采用半主动激光制导方式,卧导引头(它安装在弹上,被用来自动跟踪目标并测量弹的飞行误差)与激光照射装置分开配置于两地,前者随弹飞行,后者置于弹外。激光照射器用来指示目标,故又称激光目标指示器。导引头通过接收目标反射的激光照射器照射的激光或直接接收照射激光,引导导弹飞向目标。 半主动式激光制导。半主动式激光回波制导系统的工作过程是:激光发射机作为信号源装在地而、车船或飞机上,发射激光束为制导武器指示目标,弹上的激光导引头接收目标反射的激光信号,并跟踪目标上出现的激光光斑,引导战斗部飞向激光光斑,最终命中目标。半主动式回波制导广泛应用于各种武器的制导系统中,如激光制导炸弹、激光制导导弹、激光制导炮弹等,是所有制导武器中制导精度最高的。 全主动式激光制导。这种制导方式是将激光照射器和目标寻的器都装在弹上,由激光照射器发射激光,目标寻的器接收目标反射回的激光信号,再通过弹上控制系统将弹体引向目标。 波束式激光制导。激光波束制导又叫激光驾束制导,其工作过程是:激光照射器先捕捉并跟踪目标,给出目标所在方向的角度信息,然后经火控计算控制弹体发射架,以最佳角度发射导弹,使它进入激光波束中(进人波束的方向要尽可能与激光束轴线的方向一致)。弹体在飞行过程中,弹上激光接收机接收到激光器直接照射到弹上的激光信号,从中处理出制导所需的误差量,即弹体轴线与激光束轴线的偏离方向和人小,并将这个误差里送入弹的控制系统,由控制系统控制弹的飞行方向和姿态,始终保持弹与激光照射光束的重合,最终将战斗部引导于目标上。此种制导方式就像让导弹骑在激光束上滑行一样,所以俗称“驾束制导”。 激光半主动制导属于寻的制导。典型的激光半主动制导武器系统主要由带激光半主动导引头的导弹(炸弹,炮弹)及发射下台和激光目标指示器构成。激光半主动制导的基本原理是:用激光器发射激光束照射目标,装于弹体上的激光接收装置则接收照射的激光信号或目标反射的激光信号,算出弹体偏高照射或反射激光束的程度,不断调整飞行轨迹,使战斗部沿着照射或反射激光前进,最终命中目标。

日前,央视《军事报道》节目对我空军某部在高原实弹训练进行了公开介绍。这次高原实弹训练,我空军某部出动的战机为歼-10B/C两型战斗机。有意思的是,从画面上能看到歼-10B/C同时投掷了2枚激光制导炸弹。图中近处,是歼-10B/C同时投掷的两枚实弹,有前弹翼和小尾舵,头部似乎有突出的激光导引装置,这应该是我军国产第2代激光制导炸弹,相比第1代LS500,国产第2代在体积以及尾舵尺寸上要小一些。

激光制导技术的研究始于上世纪六十年代,典型的激光半主动制导武器系统主要由带激光半主动导引头的导弹(炸弹、炮弹)及发射下台和激光目标指示器构成。激光半主动制导的基本原理是通过激光器发射经编码的激光信号并照射目标,保持跟踪照射目标,装在弹上的导引头不断接收目标反射的激光信号,计算处理目标与导弹的相对位置,进而控制导弹飞行,直至精确命中目标。与雷达、红外、电视等制导方式相比,激光制导具有很高的制导精度和较强的抗干扰能力、可实现有限的发射后不管、能主动导引攻击、成本相对较低等优点;与激光驾束和及激光指令制导等遥控制导体制相比,具有发射点与照射点配置灵活,无需全程照射目标,射程不受限制等优点。因此激光半主动制导技术受到世界各先进国家的重视。 现代战争强调的就是精确打击,而制导系统是导弹的人脑,导引头是制导系统获取外界信息的必要途径,它的性能好坏直接影响到激光制导武器的打击效果。通过对本课题的研究可以对半主动激光制导导引头的组成原理有较深入的了解,并提出相应的改进方案,对提高激光制导武器的战场生存能力和打击能力有重要意义。 选用激光半主动制导体制可以使导弹的射程更远(达6 km以上),可以采用曲射弹道攻击坦克较为薄弱的顶装甲;在整个射击过程中,只需在最后8s用激光照射器照射目标,减少了照射器暴露的机会;在有其它照射器协助的情况下,可间接射击。 激光半主动寻的制导武器系统一般由弹体(如导弹、炸弹、炮弹等)、弹体的载体(如飞机、坦克、舰船书和激光目标指示器三部分组成。当执行战斗任务时,安装有激光照射源的载体在空中或地而向攻击目标发射激光束,当安装在导弹上的导引头捕获到从目标反射回来的激光束后,就直奔目标而去并将其摧毁。 随着红外烟幕、红外诱饵弹及红外干扰机等多种干扰手段的出现与发展,传统的红外寻的制导武逐渐失去了原有的作战威力,有时甚至根本不起作用。为改变这一状况,各国均在努力改进制导武器的性能并积极探索新的制导方法。激光半主动寻的制导就是由弹外的激光束照射在目标上,并由弹上的激光寻的器利用目标反射的激光,实现对目标的跟踪和对弹的控制,从而将弹导向目标的一种精确制导方法,是一种十分重要且有较强抗干扰能力的制导体制,20世纪90年代发生的儿起局部战争表明,激光半主动寻的制导武器已成为现代战场的主战武器之一。

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歼-10C战斗机左右机翼挂载2枚第2代激光制导炸弹滑跑画面,从左边那枚细节来看,它的导引头为固定激光导引装置,而不是第1代的风标式。

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涂有“大红鹰”的歼-10C战斗机是王牌飞行员的典型标识,在它的机身前挂点似乎挂有一具导引吊舱,但机翼下没有挂载激光制导炸弹,估计它执行的是照射引导任务(典型双机战术,1架投弹,另1架照射制导)。

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4架歼10B进行编队飞行画面

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1架歼-10B/C战斗机携带了制导武器在穿越山谷,演练超低空突防。

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空拍歼-10B/C战斗机投掷的2枚激光制导炸弹准确的击中地面模拟靶标并起爆

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地面拍摄的模拟靶标同时被2枚激光制导炸弹命中后起爆瞬间。在这次实弹训练中,还有保留节目---发射机载火箭弹对地攻击,在飞行员大胆细致的操控下,火箭弹也精准的命中了目标。

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