（92941部隊(duì) 葫蘆島 125001）

1 引言

紅外成像制導(dǎo)由于具有全天候工作，抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性好[1]等特點(diǎn)，自20世紀(jì)70年代誕生以來一直受到各國(guó)青睞，目前已被廣泛應(yīng)用于精確制導(dǎo)[2]，火力控制，偵查告警[3]等多種軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)。紅外導(dǎo)引頭作為紅外制導(dǎo)的關(guān)鍵器件，其技術(shù)指標(biāo)對(duì)武器性能使用和鑒定具有決定性意義，然而紅外導(dǎo)引頭性能鑒定考核，由于客觀條件的不確定，環(huán)境因素的復(fù)雜多變，使得試驗(yàn)評(píng)定只能在一定程度上，甚至是較為理想的條件下，給出考核結(jié)論，做出試驗(yàn)評(píng)價(jià)。對(duì)于紅外導(dǎo)引頭的極限性能[4]和邊界條件[5]下的使用情況，未能進(jìn)行有效的鑒定，在大氣傳輸過程中，紅外輻射受到不同因素的影響顯而易見[6～8]，對(duì)于導(dǎo)引頭紅外最大捕捉距離也帶來一定程度的影響，能見度[9]、相對(duì)濕度[10]、溫度[11]等條件的不同將導(dǎo)致導(dǎo)引頭最大捕捉距離指標(biāo)下降，對(duì)于小目標(biāo)無法在常見距離正常檢測(cè)等，為解決這些問題，需在使用前摸清武器裝備極限性能和邊界使用條件。本文結(jié)合MODTRAN軟件[12]，分析不同因素對(duì)紅外輻射傳輸?shù)挠绊懽兓Y(jié)合某型紅外導(dǎo)引頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同因素的變化對(duì)紅外導(dǎo)引頭的影響，分析紅外導(dǎo)引頭的極限性能，為指導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化試驗(yàn)考核提供技術(shù)支持。

2 主要因素的影響分析

由于大氣窗口的存在，目前紅外導(dǎo)引頭一般工作在中波和長(zhǎng)波波段，據(jù)此結(jié)合MODTRAN軟件分析不同季節(jié)（夏季和冬季）、主要因素（能見度、溫度、濕度）對(duì)中波紅外輻射傳輸?shù)挠绊懽兓?，結(jié)果如下。

圖1 紅外輻射隨能見度的變化曲線

圖2 紅外輻射隨溫度的變化曲線

從圖中可以看出，隨著能見度的增加，紅外輻射成指數(shù)增長(zhǎng)，在能見度小于一定距離時(shí)，隨著能見度的增長(zhǎng)，紅外輻射增加趨勢(shì)逐漸加強(qiáng)，而到達(dá)一定距離以后，其增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸減慢；隨著溫度的增大，紅外輻射呈對(duì)數(shù)下降，在溫度較低時(shí)，其下降較為緩慢，隨著溫度的升高，下降速度逐漸增快，到達(dá)一定溫度后，下降趨于平緩；隨著相對(duì)濕度的增大，紅外輻射逐漸減小，在相對(duì)濕度較低時(shí)，其變化速度較為緩慢，在相對(duì)濕度接近飽和時(shí)（85%），下降趨勢(shì)急劇加速。同時(shí)可以看出，在同樣條件下，長(zhǎng)波波段比中波波段衰減要小。

圖3 紅外輻射隨濕度的變化曲線

3 極限性能分析

3.1 理論模型校驗(yàn)

對(duì)于不同的地區(qū)和氣候條件，MODTRAN軟件分類及使用具有一定的誤差，據(jù)此，搜集紅外導(dǎo)引頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行誤差修正，能進(jìn)一步準(zhǔn)確獲取紅外導(dǎo)引頭極限性能。某型紅外導(dǎo)引頭不同彈目距離下的成像情況如圖4所示。

圖4 不同距離下圖像

紅外探測(cè)器接收物體的紅外輻射能量進(jìn)行成像，在計(jì)算中可使用像素值等效探測(cè)器接收到的紅外輻射，忽略探測(cè)系統(tǒng)自身誤差及噪聲的影響。試驗(yàn)當(dāng)日天氣條件下，經(jīng)MODTRAN計(jì)算不同探測(cè)距離時(shí)的大氣透過率。以0.1km時(shí)獲得的紅外圖像為基準(zhǔn)（此時(shí)忽略大氣衰減作用），據(jù)此計(jì)算實(shí)際環(huán)境下的大氣透過率及其與MODTRAN計(jì)算值的誤差，見表1。

表1 不同距離透過率

取不同距離條件下的大氣透過率誤差均值作為MODTRAN軟件的計(jì)算誤差，則MODTRAN軟件的計(jì)算誤差為9.2%。依據(jù)此誤差，可計(jì)算試驗(yàn)日條件下某一試驗(yàn)參數(shù)改變帶來的紅外導(dǎo)引頭最大捕獲距離變化情況，以便獲得導(dǎo)引頭的極限性能。

3.2 極限性能分析

根據(jù)不同因素對(duì)紅外輻射在大氣傳輸過程中的影響變化情況，結(jié)合紅外導(dǎo)引頭成像信息，對(duì)不同環(huán)境條件下的導(dǎo)引頭極限性能進(jìn)行研究，一定程度評(píng)價(jià)考核導(dǎo)引頭的極限性能。以上述導(dǎo)引頭為例，試驗(yàn)當(dāng)天大氣能見度12km，相對(duì)濕度70%，溫度25℃，紅外導(dǎo)引頭最大作用距離為7km。其它條件不變，考核不同能見度條件下，導(dǎo)引頭捕獲距離指標(biāo)，根據(jù)輻射傳輸與能見度的關(guān)系，計(jì)算導(dǎo)引頭紅外探測(cè)系統(tǒng)最大捕獲距離變化情況，結(jié)果見圖5。

圖5 最大捕獲距離與能見度關(guān)系

可以看出，隨著能見度逐漸增大，紅外導(dǎo)引頭最大捕獲距離也隨之增加，這是因?yàn)殡S著能見度的增大，大氣中氣溶膠含量降低，大氣透過率增大，紅外輻射在傳輸過程中衰減速度下降。同時(shí)可以預(yù)見，當(dāng)能見度達(dá)到一定距離以后，最大捕獲距離將不再改變，此時(shí)已達(dá)到導(dǎo)引頭自身的性能極限。

另一試驗(yàn)日天氣狀況為能見度15km，相對(duì)濕度60%，溫度10℃。試驗(yàn)中紅外導(dǎo)引頭在12km處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，根據(jù)紅外輻射與溫度的變化關(guān)系，可延伸獲得不同溫度條件下，該型紅外導(dǎo)引頭的最大捕獲距離，其它條件不變，計(jì)算此時(shí)的導(dǎo)引頭紅外探測(cè)系統(tǒng)最大捕獲距離變化情況，結(jié)果見圖6。

圖6 最大捕獲距離與溫度的關(guān)系

可以看出，當(dāng)改變溫度為30℃時(shí)，計(jì)算所得導(dǎo)引頭紅外探測(cè)系統(tǒng)最大捕獲距離為1.7km，并且隨著溫度的增大，捕獲距離也越來越小。受限于客觀環(huán)境，在溫度高于40℃，特別是能見度不理想的情況下，對(duì)于該型武器的使用需謹(jǐn)慎。

根據(jù)紅外輻射與相對(duì)濕度的變化關(guān)系，其它條件不變，可延伸獲得不同相對(duì)濕度條件下，該型紅外導(dǎo)引頭的最大捕獲距離情況，結(jié)果見圖7。

圖7 最大捕獲距離與相對(duì)濕度的關(guān)系

隨著相對(duì)濕度的增大，紅外捕獲距離呈指數(shù)下降，相對(duì)濕度為90%時(shí)，最大捕獲距離理論值為5.3km，而相對(duì)濕度達(dá)到一定程度時(shí)（95%），紅外導(dǎo)引系統(tǒng)基本無法使用，此時(shí)導(dǎo)引頭的最大捕獲距離理論計(jì)算值為1.2km，基本代表了紅外導(dǎo)引頭極限探測(cè)性能。

4 結(jié)語

由于大氣傳輸?shù)乃p，能見度、相對(duì)濕度、溫度等條件的不同對(duì)紅外導(dǎo)引頭目標(biāo)探測(cè)造成一定程度的影響。本文針對(duì)紅外導(dǎo)引頭極限性能考核和邊界使用條件鑒定尚未開展相關(guān)方法研究的情況，分析各因素對(duì)紅外輻射傳輸?shù)淖兓?guī)律，對(duì)紅外導(dǎo)引頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并以某型紅外導(dǎo)引頭為例，分析紅外導(dǎo)引頭極限性能，對(duì)紅外導(dǎo)引頭的極限性能考核提出探索性方法，為不同條件下準(zhǔn)確掌握使用武器裝備，拓展后續(xù)試驗(yàn)考核方法提供技術(shù)支持，對(duì)考核導(dǎo)彈性能及作戰(zhàn)效能意義重大。