涂林峰

紅外制導(dǎo)

在艦空導(dǎo)彈的各種制導(dǎo)方式中，采用最多的莫過于雷達制導(dǎo)方式，包括主動雷達制導(dǎo)、半主動雷達制導(dǎo)和被動雷達制導(dǎo)，三種制導(dǎo)方式各有各的特點，是當(dāng)今艦空導(dǎo)彈的主流制導(dǎo)方式。但在雷達制導(dǎo)之外，還有一種非常重要的尋的制導(dǎo)方式，它也是各種對空導(dǎo)彈上常見的一種末制導(dǎo)方式，即紅外制導(dǎo)。紅外制導(dǎo)與雷達制導(dǎo)的不同在于前者是以紅外線作為能量媒介而后者是以微波（雷達波）作為能量媒介。無論是紅外線還是微波都是電磁波的一種，紅外線的頻率在電磁波譜中介于微波和可見光之間，所以它的特性也介于微波（雷達波）和可見光之間，比如穿透云霧的能力強于可見光，卻不如微波（雷達波）。紅外制導(dǎo)屬于被動尋的制導(dǎo)方式，其作用原理是：任何溫度在絕對零度以上的物體，由于原子和分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱運動，都會向外輻射紅外能量，紅外制導(dǎo)就是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身所輻射的紅外能量，從而控制導(dǎo)彈飛向目標。顯然，紅外制導(dǎo)與被動雷達制導(dǎo)不同，后者必須要對方雷達或電子設(shè)備主動開機并產(chǎn)生能量輻射后制導(dǎo)才能生效，否則便無從發(fā)現(xiàn)和攻擊目標。但紅外制導(dǎo)就沒這個限制了，因為常溫下任何物體都會向外輻射紅外能量，這屬于一種自然現(xiàn)象而非人為產(chǎn)生的，因此理論上紅外制導(dǎo)是可以對任何常溫下的目標生效的，只要紅外探測器足夠靈敏。

當(dāng)然這只是理論上可行，實際上紅外制導(dǎo)的作用效果和距離與目標自身的熱輻射強弱有關(guān)系。引用前篇中的場景劇來解釋就是，士兵是靠僵尸自身發(fā)出的光芒來尋找僵尸，僵尸發(fā)出的光芒越亮，越有利于士兵在黑夜中找到僵尸。紅外導(dǎo)引頭必須能夠分辨目標輻射和背景輻射，要求目標輻射的信號強度要超過背景的輻射強度，如果兩者的紅外輻射強度相當(dāng)?shù)脑?，那么紅外導(dǎo)引頭很可能區(qū)分不了目標和背景，制導(dǎo)也就無從談起了。艦空導(dǎo)彈攻擊的都是空中高速目標（飛機或?qū)棧?，速度越快越容易摩擦生熱，而且發(fā)動機產(chǎn)生的熱量也遠大于陸上或水面目標，目標的溫度越高則紅外輻射強度就越大，與背景（天空）的區(qū)別就越明顯，越有利于紅外導(dǎo)引頭將“熱”目標從“冷”背景中區(qū)分出來。再加上天空作為背景一般來說都是比較“干凈”的，不像陸上或海上可能會存在各種雜物的干擾，因此紅外制導(dǎo)非常適合用于包括艦空導(dǎo)彈在內(nèi)的各種對空導(dǎo)彈。與主動、半主動雷達制導(dǎo)方式相比，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、抗干擾能力強、攻擊隱蔽性高等優(yōu)點，是一種很有前途的制導(dǎo)方式，也是各國軍隊爭相發(fā)展的一種導(dǎo)彈制導(dǎo)方式。

紅外制導(dǎo)具體到艦空導(dǎo)彈上的運用可以分為以下幾類：以法國“西北風(fēng)”為代表的便攜式防空導(dǎo)彈、以美國“海拉姆”和我國“海紅旗”-10為代表的近防反導(dǎo)導(dǎo)彈、以美國“標準”-2 block 3B和“標準”-2 block 4A為代表的多模復(fù)合制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈，和以美國“標準”-3為代表的?；磳?dǎo)導(dǎo)彈等等?？梢?，紅外制導(dǎo)用于艦空導(dǎo)彈的一大趨勢是用于反導(dǎo)作戰(zhàn)。原因很簡單，飛行速度越高的目標越容易摩擦生熱，而且高速飛行的導(dǎo)彈的發(fā)動機和尾焰也具備了更明顯的紅外信號特征，因此艦空導(dǎo)彈無論是攔截彈道導(dǎo)彈還是超高速反艦導(dǎo)彈，紅外制導(dǎo)都有其獨特優(yōu)勢。而且紅外制導(dǎo)是被動制導(dǎo)方式的一種，因此也屬于“發(fā)射后不管”的制導(dǎo)方式，不受艦上火控/照射雷達性能的制約，具備了很強的抗飽和攻擊能力（火力通道數(shù)量近乎無限），而抗飽和攻擊能力正是水面艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)時最重要的性能指標之一。

此外，相比對地/對海導(dǎo)彈，通常情況下各類對空導(dǎo)彈的體型更小，彈上供電和冷卻能力也受到限制，而紅外-導(dǎo)引頭尺寸小、重量輕、能耗少，更適合安裝在體型較小的對空導(dǎo)彈上，如便攜式防空導(dǎo)彈和近程空空導(dǎo)彈，并且更有利于與其它制導(dǎo)方式一起組成雙模/多模復(fù)合制導(dǎo)。與雷達制導(dǎo)方式相比，紅外制導(dǎo)的分辨率更高，能夠探測遠程小目標和低空目標，并且具有多目標分辨能力，甚至可以實現(xiàn)對目標的自動識別和命中點的選擇，這些獨特優(yōu)勢都使紅外制導(dǎo)成為雷達制導(dǎo)方式以外的艦空導(dǎo)彈的另一重要制導(dǎo)方式。比如雷達制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈在面對飛行高度較低的目標（如掠海飛行的反艦導(dǎo)彈）時，會受到嚴重的海面背景雜波的干擾，即使在較為平靜的海面上也會出現(xiàn)強烈的鏡面反射效應(yīng)，使傳統(tǒng)的雷達制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈在探測、跟蹤此類低空目標時受到嚴重的干擾，降低了導(dǎo)彈對目標的跟蹤精度，使脫靶量大幅上升。美國海軍為了增強艦空導(dǎo)彈的低空攔截性能，在“標準”-2 block3B的改進過程中，加入了紅外制導(dǎo)組成復(fù)合制導(dǎo)方式，利用目標的紅外信號將其從海面背景中分辨出來，從而大幅提高了導(dǎo)彈攔截掠海反艦導(dǎo)彈的能力。

導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭

軍用直升機的紅外輻射特征

開加力的B-1B轟炸機，其發(fā)動機的紅外輻射強度很大

采用紅外制導(dǎo)的美國“響尾蛇”空空導(dǎo)彈

紅外成像制導(dǎo)

紅外制導(dǎo)可以分為紅外成像制導(dǎo)和紅外點源（非成像）制導(dǎo)兩大類。早期的對空導(dǎo)彈大多采用紅外點源制導(dǎo)，這種制導(dǎo)方式雖然結(jié)構(gòu)簡單、成本低、動態(tài)范圍寬、響應(yīng)速度快，但它從目標獲取的信息量較少，抗干擾能力差，制導(dǎo)精度受到限制，也沒有區(qū)分多目標的能力，因此紅外制導(dǎo)近年來的發(fā)展方向就是紅外成像制導(dǎo)。

紅外成像就是通過紅外探測器捕捉物體向外輻射的紅外能量，由于物體各個部位的紅外輻射能量的強度是不同的，因此紅外探測器可以將物體上細微的紅外輻射能量差別記錄下來并生成像素，再通過不同的像素形成圖像信息，這種圖像信息可用于分辨目標和周圍背景的特征，并且可以生成可見光圖像以視頻顯示輸出。紅外圖像的質(zhì)量與電視相近，原理也與電視攝影機差不多，只不過攝影機生成圖像靠的是捕捉可見光信號，紅外成像導(dǎo)引頭則捕捉的是紅外線信號，兩者利用了不同的能量媒介。

那么紅外非成像制導(dǎo)（紅外點源制導(dǎo)）和紅外成像制導(dǎo)兩者有什么區(qū)別呢？簡單說就是對付同樣的戰(zhàn)斗機目標時，非成像的紅外導(dǎo)引頭看到的目標是一個模糊的亮點，而成像導(dǎo)引頭看到的目標就是一個比較具體的飛機形狀了，飛機每個部位的熱輻射信號都被捕捉下來并生成紅外圖像?？梢娂t外成像制導(dǎo)相比非成像制導(dǎo)而言，最大的優(yōu)勢之一就是具備了更好的目標識別能力和抗干擾能力，因為后者看到的只是一個亮點，假如目標釋放出一個更大的熱源（紅外干擾彈），則非成像導(dǎo)引頭就會跟蹤上這個假目標，而丟失了真正的目標。而紅外成像導(dǎo)引頭雖然可能看的還是比較模糊，但已經(jīng)足以幫助彈上制導(dǎo)系統(tǒng)將真實目標與干擾源區(qū)分開來，傳統(tǒng)的閃光彈和照明彈對它的干擾基本上沒有效果。紅外成像制導(dǎo)的這個優(yōu)勢，最終將淘汰非成像紅外制導(dǎo)。我國新一代空空格斗彈、便攜式防空導(dǎo)彈、艦載近防導(dǎo)彈也都配備了先進的紅外成像導(dǎo)引頭。

紅外成像制導(dǎo)還有一個特點是可以在夜間使用，這主要是相比可見光成像而言的?？梢姽猓ㄒ簿褪侨搜勰軌蚋兄哪遣糠蛛姶挪ǎ┰谝归g能見度較差的情況下是無法作用的，而任何溫度在絕對零度以上的物體都會向外輻射紅外能量，所以在夜間，紅外成像制導(dǎo)仍然有效。而且由于紅外成像制導(dǎo)具備識別目標外形特征的能力，從而能夠識別出與背景的紅外輻射強度差異不大的“冷”目標，進一步提高了制導(dǎo)精度。由于紅外成像制導(dǎo)對目標的分辨率高，并且可以將目標圖像通過數(shù)據(jù)鏈回傳給后方，由后方操作人員對目標進行識別，并可選擇目標的薄弱部位進行攻擊，還能在攻擊前進行打擊效果評估，因此非常有利于打擊復(fù)雜地面環(huán)境下的目標。由上可見，紅外成像制導(dǎo)在用于各類對地攻擊武器時是具有很大優(yōu)勢的，比如空地導(dǎo)彈、制導(dǎo)炸彈、對陸巡航導(dǎo)彈等都可以在末制導(dǎo)階段采取紅外成像制導(dǎo)方式。我國也有不少空地武器采取了紅外成像制導(dǎo)或多模復(fù)合制導(dǎo)方式，美軍的主流空地武器如SLAM、JASSM、JSOW等也都選擇了紅外成像制導(dǎo)作為末制導(dǎo)方式。紅外成像制導(dǎo)已成為與電視制導(dǎo)、激光制導(dǎo)等并列的一種主流對地制導(dǎo)方式，發(fā)展前景不容小視。

軍用機場的紅外成像圖像

美國F-22戰(zhàn)斗機的紅外成像圖像

引入紅外成像制導(dǎo)與主動雷達制導(dǎo)組成復(fù)合制導(dǎo)方式，也成為近年來反艦導(dǎo)彈的一個發(fā)展趨勢?，F(xiàn)代水面艦艇相對于海面背景而言也是一個龐大的紅外輻射源，艦艇發(fā)動機的工作溫度可以高達數(shù)百度甚至上千度，并且紅外特征很難完全消除，這就給了紅外制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和識別目標的機會。由于紅外成像制導(dǎo)不受無線電干擾的影響，并且水面艦艇的雷達隱身措施對其也是無效的，因此反艦導(dǎo)彈在引入紅外成像制導(dǎo)后，具備了對水面艦艇更高的目標分辨能力、抗干擾能力和反隱身能力。比如臺灣的“雄風(fēng)”-2反艦導(dǎo)彈就采取了紅外+主動雷達制導(dǎo)的復(fù)合制導(dǎo)方式，一些新型反艦導(dǎo)彈如挪威的NSM反艦導(dǎo)彈甚至將紅外成像制導(dǎo)作為導(dǎo)彈的主制導(dǎo)方式而使用。

當(dāng)然，紅外成像制導(dǎo)也是有缺點的。相比紅外點源制導(dǎo)，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、造價更高，尤其是在參與導(dǎo)彈的復(fù)合制導(dǎo)方式時，其成本是一個不得不考慮的重要因素。另外，相比雷達制導(dǎo)，紅外制導(dǎo)系統(tǒng)的作用距離較近，且容易受到煙、塵、霧和惡劣氣象條件的影響，其全天候作戰(zhàn)能力比不上雷達制導(dǎo)。比如美國的AIM-9A紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈在試驗中的表現(xiàn)良好，一到濕熱的越南戰(zhàn)場后就立刻出現(xiàn)了嚴重的水土不服問題。這些缺點使得紅外制導(dǎo)很難單獨用于中遠程艦空導(dǎo)彈，必須與雷達制導(dǎo)方式結(jié)合使用。紅外制導(dǎo)在單獨使用時更多用于近程艦空導(dǎo)彈上。

美國SLAH-ER空地導(dǎo)彈的紅外探測窗口

你所不知道的紅外成像制導(dǎo)

很多人也許并不知道，紅外成像制導(dǎo)還有一個很有意思的特點，那就是它既可以作為自主制導(dǎo)方式使用，也可以作為尋的制導(dǎo)方式使用，或者是作為遙控制導(dǎo)方式使用?？梢赃@么說，加裝紅外成像探測設(shè)備后的導(dǎo)彈可以采取三大制導(dǎo)方式中的任意一種對目標實施攻擊，區(qū)別只在于彈上制導(dǎo)系統(tǒng)采取了哪種目標識別方法。這是一個很有意思的現(xiàn)象，因為不是哪種制導(dǎo)系統(tǒng)都可以具備這種特質(zhì)的，通常情況下只能是三大制導(dǎo)方式中的一種。假設(shè)一枚采取紅外成像末制導(dǎo)的巡航導(dǎo)彈要攻擊一幢樓群中的高樓時，那么它該如何利用紅外圖像對目標進行識別呢？紅外成像導(dǎo)引頭對目標的識別方法可以有三種，并且分別對應(yīng)三大制導(dǎo)方式。

首先，假如巡航導(dǎo)彈在發(fā)射前先將目標樓的圖像儲存在彈上制導(dǎo)系統(tǒng)中，導(dǎo)彈發(fā)射后飛抵目標樓所在區(qū)域，通過紅外成像導(dǎo)引頭探測并生成目標樓的紅外圖像，與事先儲存的基準圖像進行對比，確認無誤后發(fā)動對目標樓的精確打擊。這種制導(dǎo)方式也被稱為景象匹配制導(dǎo)，是一種典型的自主制導(dǎo)方式，導(dǎo)彈在攻擊目標時不需要外部平臺的支援與指揮，其攻擊過程完全靠自主完成。那么這種制導(dǎo)方式有什么特點呢？一是導(dǎo)彈的攻擊方事先必須對目標樓以及周圍的地形環(huán)境進行詳細的偵察與測繪，并將目標樓的外觀特征制作成圖像存入導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，即導(dǎo)彈在發(fā)射前必須有一個準備過程，這么一來導(dǎo)彈的打擊時效性就會比較差，不能實現(xiàn)對目標發(fā)現(xiàn)后的即時打擊。不過這個缺點在攻擊固定地面建筑時的問題不大，因為目標樓是沒長腿的，跑不了。另一個就是對目標準確識別的問題。當(dāng)目標樓的外觀特征與周圍其它大樓區(qū)別不大時，巡航導(dǎo)彈將很難通過圖像匹配技術(shù)將目標樓與其它樓區(qū)分開來，從而導(dǎo)致圖像匹配失敗，無法識別正確的目標，導(dǎo)彈錯失目標或擊中錯誤的目標?？梢娺@種制導(dǎo)方式對導(dǎo)彈的目標識別能力要求極高，因此技術(shù)實現(xiàn)難度較大。不過一旦導(dǎo)彈采取了正確的圖像處理技術(shù)和目標識別算法，并且具備了較強的彈上處理能力，則可以從復(fù)雜的背景環(huán)境中將目標樓分辨出來，從而完成精確的攻擊。這種制導(dǎo)方式雖然技術(shù)實現(xiàn)難度較大，對導(dǎo)彈自身的硬件和軟件配置要求都很高，但對于對地攻擊導(dǎo)彈卻是一種很有發(fā)展前景的制導(dǎo)方式。采取景象匹配制導(dǎo)對地導(dǎo)彈的典型代表就是我國的“長劍”-10和美國“戰(zhàn)斧”遠程對陸巡航導(dǎo)彈。

接下來我們再來看看巡航導(dǎo)彈的另一種目標識別方法，那就是不管目標樓外觀長什么樣，只要突出于地面，與背景環(huán)境形成較強的反差，那么就可以確定是目標，從而導(dǎo)彈認準這個突出物發(fā)動攻擊。這屬于一種尋的制導(dǎo)方式，即利用目標與背景環(huán)境較強的能量輻射或反射的差異來區(qū)分目標與背景，實現(xiàn)對目標的探測、識別和攻擊。很明顯，導(dǎo)彈在這種制導(dǎo)方式下要想發(fā)現(xiàn)并識別目標，除非目標樓是一個單獨的建筑物，假如它的旁邊還有其它的大樓，因為兩者都突出于地面，導(dǎo)彈將很難區(qū)分正確的目標。一般來說尋的制導(dǎo)多用于對付處于較為“干凈”的背景環(huán)境下的點目標，而很難對付復(fù)雜背景環(huán)境下的目標。這種制導(dǎo)方式的典型代表是印度陸攻版“布拉莫斯”巡航導(dǎo)彈，由于它是從反艦導(dǎo)彈改進而來的，保留了原有的主動雷達導(dǎo)引頭，即采取了尋的末制導(dǎo)方式（雖然不是被動紅外尋的），因此陸攻版“布拉莫斯”巡航導(dǎo)彈就存在上文中提到的缺點，即難以攻擊處于復(fù)雜地形環(huán)境下的目標，只能攻擊類似沙漠、平原等地形環(huán)境下孤零零的建筑物目標，這一點從其發(fā)射試驗中就可以看出來。陸攻版“布拉莫斯”在之后的改進中換裝了毫米波主動雷達導(dǎo)引頭，在一定程度上提高了對地面目標的分辨和識別能力，但制導(dǎo)體制并沒有發(fā)生質(zhì)的改變。

美國“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈發(fā)射瞬間

“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈集自主制導(dǎo)和遙控制導(dǎo)的功能干一身

最后，我們再來看看巡航導(dǎo)彈的第三種目標識別方法。假如我們?yōu)檠埠綄?dǎo)彈裝上雙向?qū)拵ㄐ艛?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，將紅外成像導(dǎo)引頭探測和生成的目標區(qū)域的紅外圖像通過數(shù)據(jù)鏈實時回傳給后方的指揮控制中心，由后方的指揮人員根據(jù)圖像選擇攻擊目標，并通過數(shù)據(jù)鏈對飛行中的巡航導(dǎo)彈下達攻擊指令，從而實現(xiàn)對目標的準確攻擊，那么這就屬于一種遙控制導(dǎo)方式。顯然，在三種制導(dǎo)方式中，這種制導(dǎo)方式是最聰明的，它對目標的識別能力也是最強的，因為不管目標樓是獨零零的一幢建筑物，還是處于一片樓群之中，后方的指揮人員都可以通過導(dǎo)彈回傳的目標區(qū)域圖像來找出正確的目標，并對飛行中的導(dǎo)彈發(fā)出攻擊指令。這種制導(dǎo)方式的導(dǎo)彈自身可以比較“低能”，導(dǎo)彈只負責(zé)探測即可，對目標的識別和處理由后方的指揮系統(tǒng)負責(zé)。不過這種技術(shù)對整個C4ISR體系的要求極高，比如能傳輸未經(jīng)處理的原始圖像數(shù)據(jù)的寬帶數(shù)據(jù)鏈，已相當(dāng)于情報級數(shù)據(jù)鏈，以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠程超視距數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判l(wèi)星系統(tǒng)，這只有少數(shù)的大國、強國才有能力研發(fā)和裝備。目前已加裝雙向通信數(shù)據(jù)鏈的遠程對陸巡航導(dǎo)彈的典型代表是美國“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”，已使導(dǎo)彈具備“人在回路”的功能，可在中途改變攻擊目標，也可以攻擊臨時出現(xiàn)的實時目標?！皯?zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”體現(xiàn)了美國在指揮控制、情報偵察、遠程通信等領(lǐng)域的強大實力。

綜上所述，通過不同的目標識別方法，配備了紅外成像探測設(shè)備的導(dǎo)彈可以采取遙控制導(dǎo)、自主制導(dǎo)和尋的制導(dǎo)三大制導(dǎo)方式中的任意一種對目標實施精確打擊。當(dāng)然，這種特性并不是紅外成像制導(dǎo)所獨有的，其它的成像制導(dǎo)方式也具備或者有潛力具備這種特性，比如合成孔徑雷達成像、可見光成像（電視制導(dǎo)）、激光雷達成像、毫米波雷達成像等等。

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