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接上篇《盾和蛋之间的那点事(四十八)——话外篇:电视制导》(原文链接:http://bbs.tiexue.net/post_12350206_1.html),继续导弹制导的相关话题,闲话少说,进入正题——

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被动毫米波制导

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在《盾和蛋之间的那点事(二十三)》(原文链接:http://bbs.tiexue.net/post_11935480_1.html)中,我曾就毫米波雷达制导的原理和特性进行过介绍,所谓的毫米波,是指波长为1-10毫米的电磁波,其波长介于微波与红外、可见光之间,因而兼有微波和光电的优点。与微波相比,毫米波在相同的天线尺寸下可以得到较窄的波束,因而可以提供较高的分辨率,无论是毫米波雷达还是毫米波制导武器,都具备了比同类型微波设备更高的精度,而且毫米波制导比微波制导的抗干扰性能更好,且更适合于工作在复杂环境下。而毫米波与红外和激光相比,虽然它没有后两者的分辨率高,但它具有穿透烟、尘、雾的能力,具备了更好的全天候工作能力。毫米波的主要缺点是受大气衰减和吸收的影响比微波要大,因此作用距离受到限制,并且毫米波制导器件的造价较为昂贵,这在一定程度上限制了毫米波制导技术的发展。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

毫米波

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在《盾和蛋之间的那点事(二十三)》一文中主要介绍的是毫米波雷达制导,这是一种主动制导方式,即导弹的弹上导引头需要主动发射毫米波并接收目标反射的回波以实现对目标的定位和跟踪。而本文介绍的被动毫米波制导则属于一种被动制导方式,在这种制导方式下,导弹的导引头不会主动发射电磁波,而是靠单纯接收目标的电磁辐射以实现对目标的定位与跟踪。这种被动毫米波探测系统被称为毫米波辐射计,而相应的主动毫米波探测系统被称为毫米波雷达。毫米波辐射计的工作原理与红外探测系统非常接近,现代物理学指出,自然界中的任何物体只要温度处在绝对零度以上,在整个电磁波谱上都会自发的向外辐射电磁能量,这种电磁辐射能量也被称作是热辐射。之所以会出现这种现象,是因为物质内部存在着大量分子无规则的热运动,物质内部粒子不同的运动可产生不同的电磁波辐射,这其中既有红外辐射也有微波辐射。红外辐射和微波辐射都属于热辐射的一种,物质辐射的能量分布在近红外到微波这一很宽的频段范围内,通常情况下人们都将物质的热辐射等同于红外辐射,这是因为自然界物体的微波辐射能量比红外辐射能量要小得多,几乎可以忽略不计,因此微波辐射被人所忽视也就不难理解了。不过,虽然自然界物体的微波辐射十分微弱,产生的能量极少,但通过超高灵敏度的接收机仍然可以实现对微波辐射能量的接收与记录,毫米波辐射计就是这样一种高灵敏度的接收机。被动毫米波制导即利用了物体会自发向外辐射毫米波的原理,利用毫米波辐射计实现对目标的探测与定位。被动毫米波制导属于三大被动雷达寻的制导体制之一,所谓的三大被动雷达寻的制导体制即:反辐射寻的(ARH)模式,基于干扰的寻的(HOJ)模式和辐射计测量寻的模式。在军事应用中,毫米波辐射计不主动发射信号,具有很高的隐蔽性,已广泛应用于末敏弹、反装甲武器以及各种被动毫米波成像系统。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

采用毫米波主动雷达制导的长弓海尔法导弹

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

微波辐射计

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

红外辐射

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

微波辐射

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被动毫米波制导武器的主要探测与攻击对象是各种金属结构的装备,比如坦克和装甲车辆。这是因为金属目标的毫米波辐射率很低,且毫米波辐射特征稳定,昼夜变化与车辆行止都对金属目标的毫米波辐射特征影响不大。试验表明,介电常数小的物体(如泥土)的毫米波辐射率大,而介电常数大的物体(如金属)的毫米波辐射率小,这使得毫米波辐射计将金属目标与背景环境(如草地、混凝土地面等)区分开来成为可能。我们知道,被动寻的制导需要将目标的辐射信号与背景的辐射信号区分开来,制导武器才能识别并定位目标,如果不能区分目标和背景的差异,那么就根本谈不上制导。正是因为金属的毫米波辐射率相比其它物体要低得多,而军事装备又多采取了金属结构,因此被动毫米波制导武器才能从其它无关目标中将军事装备分辨出来,实现对军事装备的识别、定位与跟踪。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

被动毫米波的主要探测对象是各种金属结构的装备

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同为被动制导,被动毫米波制导与被动雷达制导(如反辐射导弹)的区别在于,被动雷达制导是利用对方装备主动发射的电磁波进行寻的,这种主动发射的电磁波是一种人为的现象,如果对方装备暂停发射电磁波或停止使用时,那么反辐射导弹也就无源可寻了。而被动毫米波制导则利用的是自然辐射现象,这种自然辐射一般是不受人的意愿所控制的,从这一点讲,被动毫米波制导其实类似于被动红外制导。但被动毫米波制导与被动红外制导之间也有一个很有意思的区别,那就是红外导引头对辐射能量强度越高的物体探测性能越好,比如工作中的发动机,也就是说被动红外制导是通过“暗中找亮”来区分目标与背景的,目标的热辐射能量越高,则与背景的区别越明显,越有利于红外导引头的探测。而对于被动毫米波制导来说则正好相反,它是通过“亮中找暗”来区分目标与背景的,前文讲了,金属物体的毫米波辐射率要小于其它物体,因此对于毫米波辐射计来说,背景和其它物体都是“亮”目标,而作为攻击对象的金属装备则属于“暗”目标,被动毫米波制导武器的制导过程就是从“热”背景中寻找“冷”目标的一个过程。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

坦克的被动毫米波图像

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由于自然界物体辐射的电磁能量中,大部分能量都集中在红外和红外以下的波段,约占了总辐射量的99.8%,在毫米波以及微波波段只占了0.2%,可见物体的毫米波辐射与红外辐射之间存在着巨大的能量差异,毫米波的辐射能量几乎可以忽略不计。虽然毫米波辐射计是一种具有极高灵敏度的接收机,可以实现对极其微弱的能量的接收,但目标微弱的辐射能量不可避免的会导致被动毫米波制导的探测距离下降,通常都在几百米以内。毫米波辐射计的最佳作用距离为50-300米,很明显,这个作用距离即使是用于武器的末制导也未免太低了点,因此被动毫米波制导通常与其他制导方式一同组成复合制导体制。一个常见的组合方式就是毫米波主/被动复合制导,其制导过程为:当武器离目标的距离比较远时,采用主动毫米波雷达对目标进行搜索,充分利用主动毫米波制导探测距离相对较远的优点,在接近目标的末段时再转为被动毫米波制导,利用被动毫米波辐射计对目标进行精确跟踪与打击。这种复合制导方式具有很高的制导精度,而且主、被动两种制导模式可以工作在同一频率下,两种制导模式利用的是同一制导系统,只是工作模式之间的转换而已,实现起来较为容易。而且毫米波主/被动复合制导的抗干扰能力也比单一的主动毫米波制导得到大幅提升,对主动毫米波制导有效果的一些干扰和隐身措施,如干扰机、吸波材料等,对被动毫米波制导将不再有效,可见毫米波主/被动复合制导也是一种性能较为理想的复合制导方式。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

被动毫米波制导具有较好的抗干扰性能

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被动毫米波制导的一大应用方向就是末敏弹,末敏弹是“末端敏感弹药”的简称,是一种能够在弹道末段探测出目标的存在,并使战斗部朝着目标方向爆炸的现代弹药,主要用于攻击装甲车辆的顶部装甲,具有作战距离远、命中概率高、毁伤效果好、使用效费比高和发射后不管等优点。末敏弹一次发射就可以同时攻击多个装甲目标,并且专门攻击坦克最薄弱的顶部装甲,是目前作战效能最高、效费比最好的反装甲集群武器,目前装甲集群对末敏弹尚无有效的干扰或防御手段,坦克对于末敏弹处于无法反制的不利局面。对于末敏弹来说,最重要的部分莫过于敏感器系统了,它是末敏弹观察目标的“眼睛”,可在复杂的电子环境中探测和识别装甲目标。末敏弹的敏感器系统通常包括红外探测器、毫米波雷达和毫米波辐射计等,一般都采用多种敏感器结合的方式以提高探测性能,确保末敏弹能够在复杂的战场环境下识别目标,即使因为环境条件而使某个探测通道不能正常工作,末敏弹也可以根据其它传感器的信号来识别目标。前文讲了,毫米波辐射计能通过区分金属目标与背景环境的辐射差异来识别目标,因此非常适合用于反装甲弹药。而我们知道,红外制导主要是通过目标与背景之间的温度差异来识别目标的,对于相同温度的物体,红外制导的分辨力将会变得很差,但温度对被动毫米波制导的影响则很小,因为物体的毫米波辐射率的大小并不受温度的影响,其毫米波辐射特征是很稳定的,因此毫米波辐射计可以成为红外探测器的重要补充,使末敏弹能在不同战场环境条件下对处于不同状况的目标都能实施有效的探测和打击。在末敏弹上,毫米波辐射计还可以与毫米波雷达共用一套天线,利用主动模式下的毫米波雷达对目标进行测距、测速,再利用被动模式下的毫米波辐射计对目标进行精确定位。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

末敏弹剖视图

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

布撒器在空中释放子弹药

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

被末敏弹击毁的坦克

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不过,末敏弹在很多情况下并不被定义为制导武器,这是因为它和制导炸弹、导弹不同的是,它并不能持续跟踪目标并控制和改变弹道向目标飞行,它只是在弹道末段检测周围是否存在目标,有目标存在即引爆战斗部攻击目标,没有发现目标则启动自毁装置,可见末敏弹只是一种配备了传感器的特殊弹药,各类传感器在末敏弹上的作用更接近于引信而不是制导系统。因此严格意义上讲,毫米波辐射计在末敏弹上并不能称为制导部件,而应该称作传感器或敏感器部件。正是因为末敏弹不能自主控制飞行和改变弹道,使它的单个弹药的命中概率要降低不少,但却可以降低制导成本,简化弹上结构,使末敏弹成为一种经济性非常突出的弹药,而且可以像常规炮弹一样使用,后勤保障和作战使用都很简单。由于价格便宜,末敏弹可以通过对一片交战区域抛撒大量弹药,形成总体上价格更低但作战效能高得多的杀伤能力,是坦克装甲集群的重大威胁。我国就曾在珠海航展上随PLZ-52自行火炮一同展出了国产GP155G型末敏弹,该弹采用了先进的末敏探测体制、数据处理自锻破片战斗部和稳扫技术,主要用于攻击静止或运动的高价值地面目标,如集群坦克、跑道上的飞机等,该炮弹所使用的高效能EFP战斗部可以穿透大多数现代坦克的顶部装甲,GP155G代表了我国在末敏弹的技术发展上取得的巨大进步。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

国产末敏弹

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

国产末敏弹试验

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

末敏弹的穿甲能力展示

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此外,毫米波辐射计除了可以用于武器制导外,也可用于被动毫米波成像,这是一种被动式成像,即通过检测物体辐射的能量从而生成目标图像,其成像原理与红外成像非常类似。被动毫米波图像与可见光图像很相近,有利于对目标的辨认,而主动式成像的成像效果受种种条件限制,通常都是难以直接显现物体的自然形状的。目前的可见光、红外及微波等多种类型的成像传感器根据成像机理的不同,反映了目标及其周围环境在不同频率及空间的辐射或反射特性,而毫米波位于微波和红外之间的波谱特性,也决定了被动毫米波成像具有其他成像方式所不能提供的目标信息。而且前文讲过了,就金属目标的探测而言,被动毫米波成像也具有显著的优势,非常适合用于对金属目标的探测与成像。近年来,成像技术越来越多的应用于武器制导中,对于提高精确制导武器对目标的分辨与识别能力、抗干扰和反欺骗能力,以及提高武器的制导精度都大有帮助,可以预见在不久的将来,会有更多的制导武器采用成像技术,而毫米波成像作为各种成像技术中的一种,也将会在未来战场上发挥更为重要的作用。

盾和蛋之间的那点事(四十九)——话外篇:被动毫米波制导

毫米波成像

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本篇至此告一段落,敬请期待下一篇《盾和蛋之间的那点事(五十)——深入篇(二十五)》,谢谢关注!

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附《盾和蛋之间的那点事》系列全收藏:

http://tlflaomao.blog.163.com/

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本文内容为我个人原创作品,申请原创加分

[ 转自铁血社区 http://bbs.tiexue.net/ ]
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