激光紅外主被動復合導引系統

王銳

目的：隨著現代戰爭中精確制導武器的廣泛使用，對于導引系統的要求也在不斷提高，為了提升地對地導彈的作戰效能及對于紅外隱身目標的識別能力，本文提出了基于激光主動三維成像技術配合被動紅外成像技術的復合導引體制。方法：面對現代戰爭瞬息萬變的戰場形勢，傳統的單一紅外成像制導體制顯得愈加力不從心。由于其探測原理是依據目標與背景的溫度差異進行成像的，在周圍環境溫度變化或目標采用紅外隱身措施時，圖像對比度會嚴重下降，直接影響到后期對于目標的有效識別及準確打擊。為了解決這一問題，本文提出了主被動復合導引體制，在距離目標20 km處，長波紅外導引系統開始工作，對目標區域進行大視場搜索，根據目標的輻射特性，確定各疑似目標位置。當距離達到4 km時，激光三維成像導引系統開始工作，根據被動紅外導引系統所提供的各疑似目標位置信息，對其進行小視場陣列測距，通過三維重構獲得目標的三維圖像信息。在此基礎上，信息處理系統采用相應的識別算法對目標進行準確識別，并綜合被動紅外導引系統的識別結果，給出最終對于目標的判別結果。由于采用復合導引體制，綜合利用了主被動成像識別結果，目標圖像信息量豐富，可保證較高的識別概率。該體制充分發揮兩種探測體制的優勢，并形成互補，通過合理的系統設計，使兩種探測體制能夠有效復合。結果：本文綜合考慮彈載導引系統的使用環境，提出采用激光主動三維成像探測與被動紅外成像探測共口徑設計方案。結合兩種探測體制的成像原理，進行了探測可行性分析和設計參數確定。前端共口徑光學系統采用折返式二次成像設計方案，在保證兩種探測體制工作波段均能滿足的條件下，實現了后端兩種探測器的緊湊排布及共口徑同步接收。同時，根據兩種探測體制的各自特點，匹配相應的視場范圍。對于被動紅外成像探測系統，在保證作用距離和視場范圍的基礎上，還進行了無熱化優化設計；對于激光主動三維成像探測系統，一方面采用Geiger模式探測器陣列實時獲取目標三維圖像信息，減少了掃描機構。另一方面，激光發射端采用光纖導光方式從次鏡后端進行發射，進一步提升了整套系統的集成度和緊湊性。此外，在信息融合處理單元中，提出通過主控模塊向紅外相機發送基準時鐘電平信號，向激光成像系統發送延遲時鐘電平信號（延遲時間由紅外相機的曝光時間決定），從而實現主被動成像系統的時間匹配同步控制方法。結論：本文提出了一種新型的復合導引體制，進行了可行性分析及系統設計。同時提出了利用被動紅外導引系統在遠距離大視場條件下對目標進行搜索，并采用激光三維成像導引系統對目標進行小視場高對比度探測的導引策略。整套導引系統總長為 340 mm，直徑104 mm。結構緊湊，信息獲取種類豐富，完全滿足對地精確制導武器的使用要求。

來源出版物：中國光學, 2013, 6(4): 536-543

入選年份：2015