景建斌

（中國兵器工業(yè)試驗測試研究院，華陰714200）

0 引言

隨著武器裝備的飛速發(fā)展，要求導(dǎo)彈不光要打得 “遠(yuǎn)”，更需要打得 “準(zhǔn)”，以紅外導(dǎo)引頭為末端導(dǎo)引方式的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)近年來發(fā)展十分迅速。紅外導(dǎo)引頭主要包括光學(xué)部件、探測器單元、致冷單元、慣性穩(wěn)定平臺、電源、電子裝置、數(shù)據(jù)處理器等［1］，其與導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)共同作用，可實現(xiàn)將目標(biāo)于復(fù)雜背景中識別出來后，進(jìn)而自動捕獲、鎖定、跟蹤目標(biāo)。紅外導(dǎo)引頭系統(tǒng)制造精密、技術(shù)復(fù)雜、造價較高，單純靠全彈飛行試驗的 “幾發(fā)幾中”進(jìn)行導(dǎo)引頭的性能評估存在人為因素影響較大，可信度不高，更無法說明導(dǎo)彈的抗干擾性能。如何有效構(gòu)建可重復(fù)、復(fù)雜背景條件下紅外導(dǎo)引頭外場試驗環(huán)境，在導(dǎo)彈全彈實飛前在地面上對紅外導(dǎo)引頭功能進(jìn)行全面測評，越來越有必要。本文提出了一種全新的在地面上可模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)交會的典型動態(tài)實戰(zhàn)工況，能實現(xiàn)彈目交會的 “天地一致性”條件構(gòu)建，適合對紅外導(dǎo)引頭研制各階段及導(dǎo)彈實飛前的性能評估，包括抗干擾性能考核［2］。

1 紅外導(dǎo)引頭外場試驗需求

紅外導(dǎo)引頭的作用及功能是在戰(zhàn)場上接收目標(biāo)（如飛機(jī)、坦克等）的紅外輻射特性，完成對目標(biāo)的自動搜索、識別、捕獲、鎖定，并對鎖定目標(biāo)進(jìn)行自動跟蹤，同時輸出各種實時參數(shù)（如俯仰、偏航視線角速度信號，彈軸與光學(xué)軸的框架角信號等）至控制系統(tǒng)。紅外導(dǎo)引頭目前已經(jīng)發(fā)展到第4代，研究過程涉及幾項關(guān)鍵技術(shù)。一是紅外探測器技術(shù)，主要功能是將探測到的紅外輻射信號轉(zhuǎn)換為電信號，便于顯示和識別，其質(zhì)量優(yōu)劣是紅外導(dǎo)引頭發(fā)展水平的重要標(biāo)志；二是信息處理方法，包括目標(biāo)識別、跟蹤算法和計算機(jī)圖像處理技術(shù)；三是陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，在完成穩(wěn)定光軸的同時，接收控制信號驅(qū)動光軸跟蹤目標(biāo)，穩(wěn)定系統(tǒng)在一定程度上決定了導(dǎo)引頭跟蹤視場和跟蹤速度，甚至跟蹤精度等指標(biāo)。

紅外導(dǎo)引頭系統(tǒng)復(fù)雜，與導(dǎo)彈控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)后復(fù)雜程度更高，研制性能先進(jìn)的紅外導(dǎo)引頭，必須有適合的試驗設(shè)施和方法來評估紅外系統(tǒng)的綜合性能。除進(jìn)行實驗室實驗外，必要的外場試驗是評估紅外導(dǎo)引頭整體性能不可或缺的組成部分。外場試驗的主要目的是模擬紅外導(dǎo)引頭實際飛行工況，或者模擬目標(biāo)的動態(tài)紅外特性，構(gòu)建真實的戰(zhàn)場環(huán)境，以此檢驗紅外導(dǎo)引頭的功能及性能指標(biāo)?；鸺磷鳛榈孛婺M飛行器有關(guān)速度、加速度動態(tài)參數(shù)的優(yōu)良載體，能夠滿足紅外導(dǎo)引頭下列外場試驗需求：

1）以三軸轉(zhuǎn)臺的滾動、俯仰、航向軸系耦合回轉(zhuǎn)運動模擬導(dǎo)彈空中實飛狀態(tài)，進(jìn)行導(dǎo)引頭與導(dǎo)彈控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2）以火箭橇為載體，為目標(biāo)提供動態(tài)紅外特性，考核紅外導(dǎo)引頭對動態(tài)目標(biāo)的識別、捕獲、鎖定、跟蹤性能，為信息處理方法的優(yōu)化和修正提供數(shù)據(jù)支撐。

3）以火箭橇為載體搭載動態(tài)紅外目標(biāo)以及紅外誘餌，考核紅外導(dǎo)引頭抗干擾能力。

2 紅外導(dǎo)引頭外場地面模擬試驗系統(tǒng)組成及方法

2.1 系統(tǒng)組成

本紅外導(dǎo)引頭外場地面模擬試驗系統(tǒng)主要由火箭橇滑軌、火箭橇（動態(tài)紅外目標(biāo)以及紅外誘餌載體）、與滑軌呈一定勾徑的三軸轉(zhuǎn)臺、零飛儀、仿真計算機(jī)、時統(tǒng)及測試?yán)走_(dá)等組成，具體現(xiàn)場布設(shè)如圖1所示。

火箭橇滑軌：專門建造的高精度滑軌，主要解決飛機(jī)、導(dǎo)彈、航空和航天飛行器有關(guān)速度、加速度地面模擬試驗的高精度滑軌設(shè)施。

火箭橇：沿著專門建造的火箭橇滑軌高速飛行的地面試驗設(shè)備，解決飛機(jī)、導(dǎo)彈、航宇飛行器有關(guān)速度、加速度模擬的動態(tài)飛行設(shè)備，可無損完整回收以利于重復(fù)試驗。當(dāng)然也可作為紅外導(dǎo)引頭的模擬紅外目標(biāo)，也可作為動態(tài)拋撒紅外誘餌彈的載體。

三軸轉(zhuǎn)臺：臺面運動具有3個角運動的自由度，可根據(jù)程序或受導(dǎo)引頭驅(qū)動。

零飛儀：是一種用于武器系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度檢查、試驗和訓(xùn)練的儀器，可用于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)陸上聯(lián)調(diào)、靶場試驗、維修和訓(xùn)練。

仿真計算機(jī)：記錄紅外導(dǎo)引頭各輸入、輸出參數(shù)與圖像，也可給三軸轉(zhuǎn)臺控制計算機(jī)輸出參數(shù)與信號，提供導(dǎo)引頭半實物仿真條件支持。

時統(tǒng)：提供火箭橇與紅外導(dǎo)引頭、轉(zhuǎn)臺等設(shè)備時間統(tǒng)一基準(zhǔn)。

雷達(dá)：對火箭橇彈道進(jìn)行監(jiān)測。

2.2 試驗方法

紅外導(dǎo)引頭外場地面模擬試驗方法主要由火箭橇滑軌、火箭橇構(gòu)成目標(biāo)系統(tǒng)，三軸轉(zhuǎn)臺及附屬設(shè)備構(gòu)成導(dǎo)彈模擬系統(tǒng)，以此構(gòu)建真實彈目交會環(huán)境，完成部件、系統(tǒng)特定功能、性能考核。

火箭橇作為模擬目標(biāo)的載體，可在火箭發(fā)動機(jī)的作用下由零速度加速到彈目交會所需求的速度之后，沿滑軌慣性或勻速滑行?；鸺量梢詾閱诬壡痢㈦p軌橇或翼型橇結(jié)構(gòu)，單軌橇經(jīng)濟(jì)性好，可達(dá)到的速度高，但力學(xué)環(huán)境惡劣；雙軌橇具有優(yōu)異的力學(xué)環(huán)境和承載能力，但試驗成本相對較高；翼型橇介于單軌橇和雙軌橇之間，兼顧力學(xué)環(huán)境和試驗成本。火箭橇上可裝載機(jī)翼、機(jī)身或其他目標(biāo)模擬物，并通過特殊方法使模擬物紅外特性與真實目標(biāo)保持一致；同樣在裝載模擬目標(biāo)的同時，還可以裝載紅外誘餌，在火箭橇運行過程中，根據(jù)需要定點或定時拋撒誘餌彈對導(dǎo)引頭實施干擾。試驗完成后，通過水介質(zhì)對火箭橇系統(tǒng)進(jìn)行剎車回收，以便后續(xù)連續(xù)使用。

三軸轉(zhuǎn)臺主要根據(jù)計算機(jī)指令，控制轉(zhuǎn)臺滾動、俯仰、航向軸系回轉(zhuǎn)運動，用于模擬被測物體姿態(tài)變化，可實現(xiàn)空間質(zhì)點運動中的轉(zhuǎn)角、角速度、角加速度等物理指標(biāo)，一般應(yīng)用在半實物仿真系統(tǒng)中。三軸轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動可根據(jù)試驗?zāi)康牟煌?，由計算機(jī)以理論彈道控制，或者通過導(dǎo)引頭輸出導(dǎo)引參數(shù)至計算機(jī)進(jìn)行控制。紅外導(dǎo)引頭安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上，可實現(xiàn)對火箭橇上目標(biāo)的識別、捕獲、鎖定、跟蹤，從而達(dá)到對導(dǎo)引頭功能的評估。

3 紅外導(dǎo)引頭地面外場試驗

3.1 紅外導(dǎo)引頭半實物仿真評估系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定

半實物仿真評估系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定主要是在紅外導(dǎo)引頭安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上后，先對導(dǎo)引頭軸系、三軸轉(zhuǎn)臺軸系、零飛儀軸系進(jìn)行三軸合一標(biāo)定。具體方法是在三軸轉(zhuǎn)臺一定距離上（千米級）最少精測兩個基準(zhǔn)點，兩個基準(zhǔn)點相對位置精度應(yīng)在毫米級，標(biāo)定時在基準(zhǔn)點上設(shè)置信標(biāo)，通過調(diào)整三軸轉(zhuǎn)臺和固定支架使零飛儀與紅外導(dǎo)引頭同軸，并記錄下三軸轉(zhuǎn)臺架位讀數(shù)。之后，讓三軸轉(zhuǎn)臺自兩個方向分別對兩個基準(zhǔn)點上的信標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄下各次三軸轉(zhuǎn)臺的架位讀數(shù)，并對各次數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行評估，以確保紅外導(dǎo)引頭半實物仿真系統(tǒng)的自身精度。

3.2 紅外導(dǎo)引頭半實物仿真評估系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗

半實物仿真評估系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗實質(zhì)上應(yīng)為靜態(tài)解題試驗，主要驗證系統(tǒng)的可靠性。具體方法是由紅外導(dǎo)引頭將火箭橇模擬目標(biāo)的彈道參數(shù)輸入仿真計算機(jī)，仿真計算機(jī)將彈道轉(zhuǎn)換為三軸轉(zhuǎn)臺參數(shù)并通過三軸轉(zhuǎn)臺控制機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)臺，對目標(biāo)進(jìn)行虛擬跟蹤，并在滑軌上間隔建立相應(yīng)的信標(biāo)，通過對轉(zhuǎn)臺參數(shù)、導(dǎo)引頭參數(shù)、零飛儀參數(shù)的綜合比對確定出系統(tǒng)的可靠性。同時，也可對各分系統(tǒng)時差進(jìn)行軟件修定。

3.3 紅外導(dǎo)引頭半實物仿真評估系統(tǒng)開環(huán)試驗

半實物仿真評估系統(tǒng)開環(huán)試驗主要考核紅外導(dǎo)引頭對模擬目標(biāo)的識別、捕獲、鎖定能力。具體方法是在時間統(tǒng)一條件下，火箭橇模擬目標(biāo)沿滑軌進(jìn)行加速、滑行、回收。由于火箭橇具有彈道條件高度一致性的特點，本類試驗可由三軸轉(zhuǎn)臺控制計算機(jī)按理論彈道或者用以前實測彈道進(jìn)行控制，紅外導(dǎo)引頭僅進(jìn)行目標(biāo)識別、捕獲、鎖定功能考核［3］。

3.4 紅外導(dǎo)引頭半實物仿真評估系統(tǒng)閉環(huán)試驗

半實物仿真評估系統(tǒng)閉環(huán)試驗主要考核紅外導(dǎo)引頭的綜合性功能，特別是導(dǎo)引頭的機(jī)械化性能。具體方法是在時統(tǒng)啟動下，可先由轉(zhuǎn)臺按理論彈道跟蹤模擬目標(biāo)，按前期開環(huán)試驗獲取參數(shù)情況在適當(dāng)時機(jī)轉(zhuǎn)由導(dǎo)引頭控制轉(zhuǎn)臺實施對目標(biāo)的跟蹤，也可在發(fā)射前導(dǎo)引頭對目標(biāo)完成識別、捕獲，鎖定后再發(fā)射火箭橇實施跟蹤。

3.5 紅外導(dǎo)引頭全態(tài)條件下功能驗證試驗

全態(tài)條件下功能考核試驗主要驗證紅外導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)在模擬真實彈目交會條件下的綜合性能，包括導(dǎo)引頭跟蹤算法驗證等，試驗原理圖如圖2所示。具體試驗方法基本與閉環(huán)試驗相同，不同的是被試部分由紅外導(dǎo)引頭與導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)組成。跟蹤方法可分成兩種情況：一是導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)自身構(gòu)成閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，三軸轉(zhuǎn)臺可按理論彈道進(jìn)行程控，兩者數(shù)據(jù)都按時序傳輸至仿真計算機(jī)，供后續(xù)進(jìn)一步分析；二是導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)的同時，向仿真計算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，而仿真計算機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閷崙?zhàn)交會極限或典型彈道數(shù)據(jù)后，驅(qū)動控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動并將三軸轉(zhuǎn)臺數(shù)據(jù)回傳給仿真計算機(jī)，以便試驗后數(shù)據(jù)分析與處理。

3.6 紅外導(dǎo)引頭抗干擾試驗

紅外導(dǎo)引頭抗干擾試驗是在紅外導(dǎo)引頭仿真評估系統(tǒng)閉環(huán)試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如圖3所示。火箭橇在導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤段可定點單次或者多次拋撒單個或者多個干擾彈，干擾彈可以是點源干擾彈，也可以是面源干擾彈或復(fù)合干擾彈?；鸺羷討B(tài)拋撒干擾彈的試驗技術(shù)現(xiàn)已為成熟技術(shù)，三軸轉(zhuǎn)臺可以由紅外導(dǎo)引頭驅(qū)動，也可以按理論彈道由自身控制計算機(jī)驅(qū)動。若由自身控制計算機(jī)驅(qū)動時，導(dǎo)引頭應(yīng)為1∶1的實物［4-5］。

4 結(jié)論

隨著紅外導(dǎo)引頭在導(dǎo)彈制導(dǎo)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其在研制、使用過程中迫切需要具有模擬實戰(zhàn)條件的地面測試、試驗評估條件，也需要抗干擾試驗條件。本文針對紅外導(dǎo)引頭外場考核及半實物仿真評估試驗，從試驗系統(tǒng)組成及方法、靜態(tài)標(biāo)定、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)開環(huán)試驗、系統(tǒng)閉環(huán)試驗和抗干擾試驗等方面均給出了可行的試驗方法，將會給紅外導(dǎo)引頭功能考核評估提供幫助。

［1］張原，喬彥峰.導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭試驗評估設(shè)施綜述［J］.飛航導(dǎo)彈， 2016（2）： 84-88.ZHANG Yuan，QIAO Yan-feng.Overview of missile infrared seeker test assessment facilities ［J］.Aerodynamics Missile Journal， 2016（2）： 84-88.

［2］胡朝暉，羅繼勛，王邑，等.紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈抗干擾性能試驗及評估研究［J］.紅外與激光工程，2008，37（S）： 478-481.HU Zhao-hui， LUO Ji-xun， WANG Yi， et al.Evaluation and testing method for infrared air-to-air missile countermeasure performance ［J］.Infrared and Laser Engineering，2008， 37（S）： 478-481.

［3］胡朝暉，閆杰.紅外空空導(dǎo)彈抗干擾性能評估方法研究［J］.空軍工程大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2008，9（4）： 44-49.HU Zhao-hui，YAN Jie.An evaluation method of infrared missile countermeasures performance ［J］.Journal of Air Force Engineering University（Natural Science Edition），2008， 9（4）： 44-49.

［4］初學(xué)蓮，吳奇峰，張元生.中紅外激光對紅外導(dǎo)引頭干 擾 試 驗 研 究 ［J］.激 光 與 紅 外， 2012， 42（10）：1168-1170.CHU Xue-lian， WU Qi-feng， ZHANG Yuan-sheng.Experimental research on jamming infrared seeker with midwave infrared laser［J］.Laser＆ Infrared， 2012， 42（10）：1168-1170.

［5］薛建國，雷剛.紅外誘餌彈干擾效果評估方法初探［J］.光電對抗與無源干擾， 1998（3）： 7-13.XUE Jian-guo，LEI Gang.A preliminary study on the evaluation method of infrared decoy bomb interference effect［J］.Electro-Optic Warfare ＆ Radar Passive Countermeasures， 1998（3）： 7-13.