二、制导系统
制导系统是精确制导武器的核心,正是有了制导系统,才能保证它能够准确命中目标。
制导系统的基本工作原理是:由于各种目标都有各自的物理现象,从而为外界提供了各种不同的位置特征,这包括从目标反射的阳光和夜天光;从目标反射或发出的红外信息、无线电波和声波;目标的形状、速度和振动等。利用相应的探测器和传感器捕捉这些信息和特征,就可把目标从其周围环境区分开,发现和识别目标并对目标进行精确定位。尔后,将捕获的有关信息传递给弹体中的信息处理中心,导引弹体飞行目标直至摧毁目标。
目前主要的制导系统有:有线指令制导系统、微波雷达制导系统、电视制导系统、红外制导系统、激光制导系统、毫米波制导系统、合成孔径雷达制导系统、地形匹配制导系统、导航系统制导等等。从总体上可分为三大类,即遥控式制导、寻的式制导和自主式制导。按照不同控制导引方式可分为自主式、遥控式、寻的式、卫星定位和复合式五种制导方式。本节重点介绍自主式、遥控式、寻的式和复合式制导方式。
(一)遥控式制导系统
即由精确制导武器以外的制导站控制其飞行的一种制导系统。制导站可设于地面、海上、空中。主要有有线、无线电指令制导系统、电视指令制导系统和波束制导系统等。
1.有线电指令制导系统
它是通过连接制导站和精确制导武器的导线传输制导指令的,主要用于射程较近的反坦克导弹中。它是依靠射手目视观察发现目标并进行定位和制导。在能见度良好,射手操作熟练和不受外界干扰的情况下,有线制导反坦克导弹有较高的命中精度,单发命中概率可达80%。前苏联的“萨格尔”(AT-3)反坦克导弹、我军曾装备的红箭-73(HJ-73)反坦克导弹,都是典型的人工有线电指令制导反坦克导弹,属于第一代反坦克导弹。由于存在着众多缺陷,目前多数国家已将其淘汰,代之以半自动有线电指令制导系统。这种导弹属于第二代,如我国目前装备的“红箭-8”(HJ-8)及“红箭-73B”反坦克导弹,其性能较之第一代有了较大提高。命中概率可达96%左右,飞行速度达到200~300米/秒,攻击盲区小,操纵简便,储存也十分方便。特别是采用光纤制导技术后,甚至可攻击眼睛看不到的小山或障碍物后面的目标。
2.无线电指令制导系统
无线电指令制导系统,是将制导指令转换为专用的编码,通过无线电波(如雷达波)发送到弹上,控制精确制导武器飞行的制导系统。这种制导系统作用距离远、制导精度高,但容易受电磁干扰。前苏联的“萨姆-2”、美国的“奈基”、我国的“红旗-2”地空导弹等均采用无线电指令制导系统。
3.电视指令制导系统
电视指令制导系统由导弹上的摄像机、电视发射机及制导站上的电视接收机、指令仪、指令发射天线等组成。当导弹飞近目标时,摄像机在摄取目标及背景图像后,通过发射机将图像信号用微波发送给制导站。站上操纵员可以从电视接收机荧光屏上看到目标和背景。操纵员只要操纵控制杆,使目标保持在荧光屏十字线中央,指令仪就可将控制杆的动作变成指令信号,通过指令发射天线发送给导弹,引导导弹击中目标。
4.波束制导系统
在波束制导系统中,导引信号是由弹上测定偏离波束轴偏移量的装置和产生所需控制信号的装置来形成的。波束制导分为雷达波束制导和激光波束制导两类。
(二)自寻的式制导系统
“自寻的”的意思是自己寻找、跟踪并击毁目标。自寻的式制导系统是利用导弹上的接收装置接收目标所辐射或反射的某种能量而实现的,这些能量有红外线辐射、无线电波、光辐射、声波等。自寻的制导多用于空空导弹、地空导弹上。根据能量来源不同,自寻的制导可分为主动式、半主动式和被动式三类。
1.主动式自寻的制导
导弹主动向目标发射能量(雷达波、激光等)并接收从目标反射回来的能量,从而控制导弹跟踪目标。(https://www.daowen.com)
2.半主动式自寻的制导
能量发自设在地面、军舰或飞机上的制导站,导弹感受目标反射的能量,从而跟踪目标。典型的如激光自寻的等。
3.被动式自寻的制导
能量发自目标,导弹被动地感受这种能量,从而跟踪目标。
常用的自寻的式制导系统主要有雷达自寻的制导、红外线自寻的制导、电视自寻的制导、毫米波自寻的制导、激光自寻的制导等。
(三)自主式制导系统
自主式制导系统又称自控式制导系统,在制导过程中不需要提供目标的直接信息,也不需要导弹以外的设备配合,而是完全依靠精确制导武器自身测量地球或宇宙空间的物理特性,从而决定精确制导武器的飞行轨迹,导引精确制导武器按预定弹道飞向目标。自主式制导系统主要有惯性制导系统、程序制导系统、星光制导系统、地形匹配制导系统和GPS全球定位制导系统等,本节仅介绍惯性制导系统、地形匹配制导系统和全球定位系统(GPS)制导系统。
1.惯性制导系统
惯性制导系统实际上是依据物体的转动惯性进行的制导。它是根据物体的惯性,以测量导弹运动的加速度来确定导弹飞行弹道的制导叫惯性制导。惯性制导的实质就在于利用几个加速度计测量出导弹在飞行中所产生的沿俯仰、偏航和滚动各方向的加速度,然后输入计算机进行数据处理,就可得到在上述各方向的速度参数和位移参数,将导弹各个瞬间所处的空间位置与程序装置所预定的导弹应在的位置进行比较,如果有偏差就形成校正信号,控制导弹回到预定弹道上,这就是惯性制导系统的工作原理。惯性制导在弹道式导弹上广泛应用,美、俄的地地中程导弹、地地洲际导弹和潜地导弹几乎全部采用惯性制导。
2.地形匹配制导系统
地形匹配制导系统工作的基本原理是:预先选定巡航导弹的飞行路线,将其中段和末段飞行轨迹下方的若干地形匹配区,以数字地图的形式存贮在弹上计算机内。导弹在飞行过程中,逐次将导弹探测器所探测的高度与存贮在计算机内的数字地图作相关对照,检查二者是否匹配。如果不相匹配,弹上计算机便自动计算出导弹的飞行偏差,并据此产生相应的指令,控制导弹沿预定弹道飞向目标。地形匹配制导具有地形越复杂,制导精度越高的特点。因为地形复杂,高差变化大,便于比较。如果目标区域地势平坦,还可采用“景象相关系统”作为末制导,以提高导弹的命中精度。
3.全球定位系统(GPS)制导系统(也称卫星制导)
精确制导武器利用GPS制导的工作原理是:在航空炸弹或导弹准备攻击目标前,将所要攻击目标的三维坐标,即经度、纬度和海拔高度输入到弹上的微处理器中,在炸弹或导弹飞向目标时,利用弹上安装的GPS接收机接收4颗以上导航卫星播发的信号随时计算出弹体所在位置的三维坐标,这样弹体与目标之间就可以画出一条线,称之为视线,并定时测量弹体飞行时自身的轴线与这条视线之间的偏差,以此偏差来修正弹体的飞行路线,直至命中目标。这样的装置可以大大提高制导精度,如美国BGM-109C“战斧”巡航导弹通过加装一个GPS接收机和天线系统,据说精度可以由9米提高到3米。同时,不少库存的老式航空炸弹通过加装GPS制导装置,所需花费不多,却能将本来应该报废处理的炸弹发挥新的作用。据报道,1999年5月,美国轰炸我驻南联盟大使馆时所使用的5枚炸弹,采用的就是GPS制导方式。安装GPS接收机还可取消地形匹配制导,缩短制定攻击计划所需时间,或攻击非预定目标。
(四)复合制导系统
为了提高制导武器抗干扰能力,可将几种已有的制导系统采取综合使用的方法,形成复合制导系统。复合制导可在较恶劣的气候条件下和复杂的战场背景中正常工作,克服电子对抗的影响,提高制导精度。
复合制导方式按目标和背景的不同物理特性进行选择,常用的复合制导技术有:红外/毫米波复合寻的制导;红外/激光复合寻的制导;红外/毫米波/激光复合寻的制导;可见光/红外复合寻的制导;微波/红外复合寻的制导等。这些制导方式基本上是同时具备两种及两种以上制导方式。还有一种复合制导方式是串联式的,即在导弹飞行的不同阶段使用不同的制导方式。如射程达上千千米以上的巡航导弹,就可以在飞行中连续采用惯性制导、地形匹配制导、景像匹配制导、GPS制导等方式,可以实现远距离精确制导。