电子战基本原理之雷达导弹制导技术

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摘要

本文介绍了导弹制导的基本概念和几种主要制导技术。导弹制导是确保目标摧毁的关键，涉及指令制导、半主动制导、主动制导等。这些技术通过不同的方式提供制导指令，各有优缺点，如指令制导易受干扰，主动制导在中途阶段可能易受电子干扰。了解这些技术有助于优化导弹制导系统，提高拦截效率。

正文

第八章雷达导弹制导技术

1.导论

一旦目标被雷达系统捕获和跟踪，对目标作战的最后一步就是导弹制导或发射摧毁目标的导弹。成功的导弹制导需要三个基本要求：（1）通过目标跟踪雷达精确跟踪目标并提供目标参数（距离方、位角、仰角、速度等）；（2）采用跟踪导弹和目标的位置相比较的方法；（3）火控计算机根据目标和导弹的位置生成导弹制导指令。

本章将介绍现代空对空和地对空导弹指导指令。此外，还将讨论高射炮系统采用的目标作战技术。任何导弹拦截都有三个不同的阶段：加速阶段拦截、中途段拦截和末段拦截。

a.几乎所有的导弹在初始助推阶段都是无制导的（图8-1）。在助推阶段，导弹的电子和液压系统被激活并达到工作性能。导弹不断加速，通常会处于无制导飞行模式。

图 8-1. 初始加速阶段

b.在中途阶段，导弹通过使用制导信号主动引导到目标（图8-2）。制导信号使导弹的操纵片偏移以改变其方向。这些操纵片以一些组合方式改变滚转、俯仰、偏航以控制导弹的飞行路径。通常情况下气体发生器给小型液压泵提供动力以便其回应制导信号从而使操纵片偏移。每枚导弹都携带操作所需要的有限的液压油。每次激活控制面的时候，液体会从排气口消耗掉。在远程导弹拦截过程中有限的液压油的油量成为了需要考虑的重要因素。

图 8-2. 中段制导阶段

c.拦截的最后阶段是末尾阶段（图8-3）。在这个阶段中，导弹试图尽量地接近目标以便在目标位于弹头的致命半径范围内时引爆引信。现代导弹同时采用触发引信和某些类型的近炸引信。近炸引信分为指令制导导弹的指令引爆，办主动制导导弹的分段多普勒门以及红外制导导弹的主动引信。

图8-3. 末段制导阶段

2.指令制导

指令制导使用火控计算机在导弹的整个飞行过程中不断向其发送航向修正指令。这些指令是一系列导弹制导脉冲。这些脉冲通过改变每个制导脉冲之间的间隔，向导弹提供导向指令。每个脉冲，或脉冲组合向导弹传递一些滚转、俯仰和偏航指令。这些输入是根据导弹和目标当前的位置和速度之间的空间关系不断修正的。制导指令通过目标跟踪雷达上的专门天线和安装在导弹上的天线传递给导弹，被称为导弹信标。信标是一个特殊的无线电接收机和发射器，它安装在导弹后面。它的作用就像一个转发器，目标跟踪雷达在这个转发器内跟踪并接收制导指令。制导频率可能与目标跟踪雷达频率分开很远，为了使干扰最小化。这个信标通常被掩盖，直到导弹助推器分离。这导致导弹在最初的2-3秒内属于无制导发射。这种类型的延迟是所有指令制导导弹系统都有最小发射范围的原因之一。SA-2、SA-3、SA-4和SA-8防空导弹都使用指令制导。

a.指令制导导弹在拦截的中途部分一般会采用整流（全流或半流）或三点跟踪几何形状（图8-4）。然而，在拦截的末尾阶段，指令制导导弹可能过渡到纯跟踪几何形状。整流几何形状涉及预测目标和导弹在未来某个点的位置。目标的活动方向和速度被跟踪和预测。然后，导弹被发射，在目标上拉引线，并被引导到天空中预测发生拦截的地方。这个情况需要不断地更新目标和导弹的位置。

图8-4. 校正的飞行剖面

b.当目标的距离跟踪数据不完整时，经常会用到三点追击几何形状。在这种情况下，将不可能准确预测目标在未来某个点的位置。在这种情况下，目标跟踪雷达不断跟踪目标。导弹位置将由导弹信标更新。火控计算机将指挥导弹直接沿着跟踪雷达波束对着目标飞行。在这种几何形状下，导弹可能开始直接拦截航向，根据目标的方向和活动速度，转换为纯追击拦截。图8-5描述了三点式导弹几何形状中的三个点。一号点是目标跟踪雷达，二号点是导弹本身，三号点是目标。通过保持所有三点始终在一条线上，导弹将在某个点上拦截目标，尽管目标的范围是未知的。

图 8-5. 指令制导: 三点追踪

c.指令制导技术有许多优点。首先，指令制导导弹可以在整个拦截过程中调整其飞行几何形状。其次，由于导弹没有携带机载计算机或目标跟踪设备，因此并不复杂。与目标跟踪雷达相关的火控计算机完成了所有的拦截计算。第三，主要的拦截剖面，即整流或半流的拦截，是最快和最节省燃料的拦截。第四，由于导弹信标天线位于导弹的后部，而且功率相对较高，所以指令制导很难被干扰。最后，即使没有准确的距离信息，通过使用三点式拦截剖面也可以进行拦截。

d.指令制导有几个缺点。首先，使用导弹信标会延迟跟踪雷达对导弹的捕获。这可能会造成一个大的盲区，相当于一个较大的最小交战距离。其次，拦截几何形状的准确性只与目标跟踪雷达提供的跟踪信息一样。干涉、干扰或信号丢失将对拦截的准确性产生负面影响。此外，正常的雷达特性可能产生足够的误差，导致导弹错过目标，特别是在较远的距离。第三，在射程信息不足的情况下，三点拦截剖面非常缓慢，可能导致导弹在到达目标之前就耗尽了能量。第四，指令引导是互动的。火控计算机根据目标的动作不断地更新拦截的几何形状。这导致导弹的机动性滞后于目标的机动性。

3.半主动制导

半主动制导与指令制导有很大不同，但只是在发射后。首先的要求仍然是让目标跟踪雷达带着提供给火控计算机的跟踪数据保持有效的目标跟踪。然后，火控计算机指挥目标照射天线指向目标，为目标照射提供连续的能量。然后，导弹被动接收反射的能量进行目标导引。

a.采用半主动制导工作的系统所使用的导弹和由指令制导信号引导的导弹有很大的不同，导弹必须配备一个由天线和内部接收机组成的探测器组件。探测器组件处理和计算当它飞向目标时所必须的航向修正。它可以通过导弹内天线的零基准线来做到这一点（图8-6）。当反射的照射能量被探测器接收时，通常会与零点参考位置有一些偏差。然后，机载计算机指示控制面改变飞行路径，如果可能的话，将天线的参考误差减少到零。当天线位置和基准位置之间的误差为零时，导弹就直接对准了目标。

图 8-6.半主动制导导弹

b.使用半主动制导的导弹系统在拦截过程中通常使用速度作为主要的目标识别参数。导弹探测器在发射前锁定火控计算机提供的参考多普勒信号。这个多普勒信号建立了一个围绕目标速度跟踪门。导弹发射后，它首先将参考多普勒信号与目标多普勒信号进行比较。

c.半主动导弹的中途阶段也与指令制导导弹不同。半主动式制导导弹在拦截的中段阶段跟随反射能量，通常试图以前置跟踪模式对准踪目标（图8-7）。然而，如果目标移动，导弹可能会转换到纯跟踪飞行路线。不像指令制导导弹，半主动制导导弹不使用导弹信标。火控计算机不需要知道导弹的位置来计算航向修正，因为所需要的只是用雷达连续照射目标。这也意味着，导弹在发射并锁定参考多普勒门时就可以开始跟踪和制导。半主动制导是许多地对空导弹和几乎所有雷达制导的空对空导弹的主要制导方式。

图 8-7. 半主动制导（中段）

d. 当导弹进入拦截的末尾阶段时，半主动制导导弹使用的制导模式没有改变。如果有必要，导弹可以通过进入纯跟踪飞行路线来完成拦截几何的末尾阶段（图8-8）。导弹继续以反射的雷达回波进行引导，直到它到达足够近的距离以便让引信发挥作用。

图 8-8. 半主动制导（末段）

e.半主动式导弹制导有许多优势。首先，半主动式制导导弹可以抗距离欺骗干扰。其次，半主动式导弹几乎可以在发射后立即进行制导。这使它有一个非常小的最小射程，因为它几乎在离开发射轨道后就可以进行机动。第三，它可以在必要时计算自己的航向修正。与指令制导导弹相比，这使得它对目标活动的反应要快得多。第四，在远程拦截中，半主动制导导弹可以比指令制导导弹更精确。这是通过将固有的远程雷达跟踪误差从等式中排除而实现的。目标跟踪雷达只需保持目标被持续照射，以便它能将连续波天线对准目标。

f.尽管半主动式导弹制导被普遍认为是一种优秀的制导技术，但它确实有一些缺陷。首先，半主动式制导导弹通常需要在发射前将多普勒参考值输入导弹计算机。没有这个参考值，半主动导弹就不能发射（图8-9）。第二，半主动制导导弹必须保持对目标多普勒的锁定。使用金属碎箔和波束控制会导致接近零的目标多普勒，这样可能会造成导弹或雷达脱离锁定。第三，如果发生脱离锁定，连续波制导导弹通常不能重新获得目标跟踪并完成拦截。

图 8-9.半主动制导短波参考信号

4.主动制导

主动制导是一种改进技术，它包括在几个新的远程导弹中，如AIM-54和AIM-120 先进中程空对空飞弹。这种专门的制导模式只在飞行的末尾阶段有效。中程阶段通常采用半主动或指令制导（图8-10）。

图 8-10. 主动制导中段截击阶段

a.导弹进入 “主动”状态的距离取决于拦截的几何形状。高视线角拦截允许比波束或尾部方位拦截更早地激活主动制导。采用主动制导的导弹在导弹内配备一个完整的微型雷达系统和火控计算机。当导弹接近目标时，其内部雷达系统打开并锁定目标。内部火控计算机直接控制输入以完成拦截（图8-11）。

图 8-11. 主动制导阶段

b.主动制导导弹有许多优势。首先，主动制导导弹在远距离上非常精确。这是因为一旦它们的内部雷达接手拦截，它们就不依赖目标跟踪雷达了。第二，主动导弹极难被干扰。它使用一个窄波束，其相对功率在接近目标时不断增加。第三，主动制导导弹是一种发射后不管的武器。指令或半主动式导弹制导需要目标跟踪雷达保持锁定，直到完成拦截。在空对空作战中，这意味着拦截器直到导弹击中目标之前是有预见性，并且容易受到敌方导弹的攻击。然而，带有主动导弹的拦截器可以发射导弹，一旦它进入 “主动”状态，就可以翻转或进行防御性机动。

c.主动制导导弹也有一些缺点。首先，主动制导导弹是一种由指令和主动制导模式组成的复杂导弹。其次，在飞行的中途阶级段，导弹可能仍然容易受到电子干扰的影响。在中途阶段，导弹依靠的是指令或半主动制导。对目标跟踪雷达的干扰可能会影响导弹在末尾阶段附近 “看到”目标的能力。

5.导引头辅助地面制导

在导引头辅助地面制导(SAGG)和通过导弹跟踪(TVM)制导中，目标被地面雷达照射，导弹接收来自目标的反射能量。不像常规的半主动制导方式，导弹不能自己生成的制导指令。相反，导弹将原始交战数据传输给地面火控系统（FCS），以产生上行链路制导指令。导弹跟踪制导与导引头辅助地面制导相似；然而，在将交战数据传输给地面火控系统之前，已在导弹上进行了额外的处理。

来源：天驰航宇