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紅外制導導彈為什么不受太陽這個輻射源干擾?

分類:行業資訊發布時間:2024-11-27

現代先進的紅外制導導彈的確不會受到太陽這個巨大的輻射源干擾,但是早期的紅外制導導彈卻會,這個主要跟導引頭傳感器的材質有關。在紅外制導導彈剛誕生那會,其導引頭的傳感器材質主要是Pbs(硫化鉛),這種材質在20世紀初(1901年)就被發現了,因為Pbs在受到外界紅外線照射的時候,會釋放出電子,所以,正是根據它的這一特性,在后面Pbs就被應用到了軍事領域,即最早的“紅外夜視”,利用其遠距離探測熱源的能力來提高軍隊野戰的能力,例如戰斗機夜間轟炸、步兵夜戰等,比如下圖所示,就是二戰期間德國為國防軍的Stg44步槍開發的“Zielger?t1229型”夜視儀,以及英國士兵展示的裝備了該夜視儀的Stg44步槍:

▲“Zielger?t1229型”夜視儀

▲裝備了該夜視儀的Stg44步槍

但是,Pbs這種材質也有個很明顯的缺點,那就是它的靈敏度沒那么高,當被用到導彈上用作紅外導引頭的傳感器時,就更容易被溫度更高、輻射能量更強的目標所干擾,然后還有一點,物體的溫度越高,那么它輻射出來的能量(熱輻射)就越長,同時波長也就越短。因此,以Pbs(硫化鉛)作為傳感器主要材質的早期紅外制導導彈,都是通過鎖定戰機紅外輻射最強的尾部來對其進行追蹤和打擊的,例如下圖所示,而戰機尾部的紅外輻射波長在3~4.5微米左右。

▲早期紅外導彈通過“咬尾”來鎖定目標

所以,初期這種靈敏度較低的紅外制導導彈,當導引頭探測器的背景輻射中出現太陽或者燃燒的鋁箔條等強輻射源時,就很容易被干擾。因此,為了提高紅外制導導彈的靈敏度,后期導彈的傳感器使用了HgCdTe(碲化汞鎘)和InSb(銻化銦)這兩種對紅外輻射敏感度更加高的物質,使用這兩種物質制成的新型傳感器可以檢測溫度相對更低、輻射波長更短的目標,比如戰機的機體(機身)輻射,相對于戰機尾部的發動機部位,機身處的溫度要明顯更低,輻射波長也更長,達到了8~13微米,例如下圖1所示,為戰機的紅外輻射示意簡圖。而這種可以直接檢測戰機機身紅外輻射能量的搜尋方式也被稱為“全視角搜尋”,同時,為了確保這種搜尋手段的靈敏度和準確性,通常被還會對導彈的傳感器進行冷卻,比如攜帶一個壓縮氬氣瓶(氬氣的性能穩定,更容易制得,成本低),或者是早期的熱電冷卻鐵片,例如下圖2所示,就是一個熱電冷卻貼片:

▲圖1:機體輻射示意簡圖

▲圖2:熱電冷卻貼片

還有一點就是,現代紅外制導導彈使用雙頻制導,而早期的導彈則是使用一個探測器的單頻制導,兩者的區別在哪呢?就在于單頻制導的探測視野角度很大,面對探測范圍內的背景紅外輻射缺乏分辨能力,會受到強輻射源(例如太陽、鋁箔條等)的干擾,所以,即使此時的導彈是通過鎖定戰機尾部這樣的強輻射源來追擊目標的,但是仍然不可避免會受到其他紅外輻射的影響,從而影響打擊效果。但是使用雙頻制導的現代紅外導彈就沒有這個顧慮了,因為它有兩個導引頭,對戰機紅外輻射的分辨能力更強,并且可以同時檢測不同波長的紅外輻射源,即哪怕導彈受到了背景內其他強紅外輻射的干擾,這兩個導引頭也能夠通過同時分辨兩目標的位置變化(不同的坐標差)來對其進行重新鎖定,而不會被目標利用太陽這樣的強輻射源給擺脫掉。

▲導彈的紅外成像


最后一點,可更加直觀的說明為什么今天那些先進的紅外制導導彈不會受到太陽干擾,那就是這些導彈具備直接紅外成像的能力,如上圖所示,從圖中我們可以看到,目標飛機的紅外成像圖和右下角干擾源的紅外圖像有著非常明顯的區別,在這種情況下你還會覺得導彈會被太陽或者其他干擾源所影響么?至于原理嘛,與導引頭有關,這些導彈的導引頭擁有先進的數字信號處理系統、極窄的瞬時視場(IFOV),以及具有焦平面陣列成像能力的IR / UV傳感器,就可以對鎖定的目標進行清晰的紅外成像。今天的紅外制導導彈,例如ASRAAM、AIM-9x、IRIS-T、Python-5等,都具備紅外成像的能力,其中像ASRAAM這種先進短程空空導彈,在它的制導系統中,就包含了128×128元素的焦平面陣列、紅外制導、捷聯慣性制導以及發射后鎖定(LOAL)等制導手段。

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