王春莉 謝亞梅 焦勝海（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

彈道導彈中段紅外輻射特性測量技術研究

王春莉 謝亞梅 焦勝海
（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

從突防和反突防角度出發(fā)，研究彈道導彈中段紅外輻射特性都具有極其重要的意義。本文就地面模擬測量技術和動態(tài)飛行測量技術進行闡述，對彈道導彈中段目標特性研究具有一定的參考價值。

彈道導彈；紅外輻射特性；地面模擬；空間環(huán)境模擬

彈道導彈中段是導彈攻防對抗集中體現(xiàn)的區(qū)域，防御系統(tǒng)設法利用可獲得的各種傳感器信息，實現(xiàn)對彈頭的準確識別和跟蹤。特別是STSS系統(tǒng)部署以后，防御系統(tǒng)對于彈道中段真假目標能夠進行長時間的探測、跟蹤、識別，而且有可能直接引導攔截彈實施攔截，并進行殺傷評估。因此，未來彈道導彈的突防系統(tǒng)設計必須加強彈道中段目標特性測量的研究。本文就地面模擬和動態(tài)飛行測量兩種方式進行闡述。［1］ ［2］

1 地面模擬測量技術

地面模擬測試即是在地面模擬建立中段目標的空間輻照環(huán)境，將目標置于其中，利用紅外熱像儀等輻射測量設備完成。測試系統(tǒng)包括空間環(huán)境模擬試驗設備、運動姿態(tài)模擬設備、輻射特性測量設備（包含點溫儀和熱像儀）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、攝像監(jiān)視系統(tǒng)等。

1.1 空間環(huán)境模擬方法［3］［4］

彈道導彈在空間飛行時間較短，面臨的空間環(huán)境以太陽輻射、地球背景輻射、冷黑及真空環(huán)境影響最為嚴重。

1）真空及冷黑環(huán)境模擬

高真空度環(huán)境下熱傳遞方式是以輻射為主。從換熱的角度來說，當真空度優(yōu)于1X10-2Pa時，氣體對流和熱傳導引起的換熱量只有輻射換熱量的萬分之一；同樣，熱分析表明，由液氮溫度77K來代替空間3K的冷黑環(huán)境，用作空間模擬器的冷壁（即熱沉），其誤差在1%以內。因此，試驗中空間環(huán)境模擬器使用液氮作為冷源，在熱沉表面上涂以高吸收系數(shù)的（大于0.95）黑漆模擬冷黑環(huán)境空間。

2）空間外熱流模擬

按照模擬熱流的特點，空間外熱流環(huán)境的模擬方法有兩類，一類是入射熱流模擬法，通常是利用太陽模擬器來實現(xiàn)。另一類稱吸收熱流模擬法，一般是依靠紅外加熱燈、電阻加熱片、熱沉調溫等模擬目標表面吸收的空間外熱流的方法實現(xiàn)。輻射熱流的模擬按照陽光彈道和陰影彈道兩種情況考慮，在陽光彈道測試試驗中可采用入射熱模擬法，陰影彈道下采用吸收熱流模擬法。

1.2 測量方法

地面模擬測量要獲取的數(shù)據(jù)為目標紅外輻射溫度和紅外熱圖像。輻射溫度是利用安裝在真空容器內的點溫儀和置于容器外的熱像儀進行非接觸測量獲得，紅外熱圖像是采用放置在真空容器外的紅外熱像儀測量獲得。試驗結束后對試驗數(shù)據(jù)的處理方法如下：

a） 根據(jù)獲得的輻射溫度，繪制不同測量點輻射溫度隨時間的變化曲線；

b） 根據(jù)獲得的輻射溫度，利用普朗克輻射定律計算得到輻射強度，見公式（1）、公式（2）。

式中： I——彈頭的輻射強度，W/sr；

T—溫度，K；

2 動態(tài)飛行測量技術研究

地面模擬測量可以有效避免大氣對測量精度的影響，且可模擬陽光和陰影彈道等不同空間輻照環(huán)境。但該方法存在無法模擬彈頭主動段的氣動加熱、測量目標尺寸受密閉容器尺寸限制及引入的各種誤差等缺陷，而動態(tài)飛行測量可直接獲得中段彈頭紅外特性。但是由于實際測量困難程度大，所以本文提及的動態(tài)飛行測量技術處于想定狀態(tài)。

動態(tài)飛行測量技術是用導彈把紅外輻射測量設備發(fā)射到真空，對包括背景在內的被測目標進行跟蹤測量。

2.1 測量系統(tǒng)組成設想

測量系統(tǒng)包括測量裝置和地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

測量裝置主要由紅外測量設備、控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等組成。紅外測量設備由光學系統(tǒng)和紅外機芯組件組成，光學系統(tǒng)接收來自目標和背景的紅外輻射、并匯聚到紅外探測器焦平面上，紅外探測器組件將光信號轉換為模擬電信號，經(jīng)由圖像預處理電路讀出、校正后輸出灰度圖像；控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)保證測量裝置在空間的穩(wěn)定飛行；能源系統(tǒng)為整個測量裝置提供用電；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負責紅外圖像的存儲、處理和數(shù)據(jù)的下傳。

地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對測量裝置下傳的數(shù)據(jù)進行接收和后處理。

2.2測量過程

在彈道中段，測量裝置從導彈中被以低速拋出，在導彈附近伴飛，裝置相對慣性空間保持穩(wěn)定，并對導彈的紅外輻射圖像進行連續(xù)采集，獲得的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮、編碼并實時下傳。地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接收和處理，最終獲取其紅外輻射強度及輻射溫度等參數(shù)。

3 結束語

導彈攻防對抗中目標特性的對抗，本質上是信息的對抗，因此，目標特性數(shù)據(jù)的獲取和處理在導彈攻防問題中處于核心和基礎的位置。為了支撐導彈突防新概念設計、導彈攻防對抗，需要彈道導彈目標特性及其相關背景的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)，是需要跟蹤收集和長期積累的。今后要繼續(xù)加強導彈目標特性測量技術的研究，為導彈突防技術提供基礎支撐。

（References）

［1］強勝，申鎮(zhèn)，易東云.基于中低軌衛(wèi)星觀測的彈道導彈變軌識別算法［J］.彈道學報，2009，21（4）∶29-33.

［2］楊華. SBIRS-low衛(wèi)星紅外探測系統(tǒng)探測距離分析［J］. 現(xiàn)代防御技術，2003，31（3）∶45-47.

［3］徐根興.目標和環(huán)境的光學特性［M］. 北京：中國宇航出版社，1995.

［4］柯受權.衛(wèi)星環(huán)境工程和模擬試驗［M］.北京：中國宇航出版社，1993.

王春莉（1976-），女，高級工程師，研究方向∶飛行器設計。