導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭火箭橇試驗(yàn)評(píng)估方法

景建斌

（中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院，華陰714200）

0 引言

隨著武器裝備的飛速發(fā)展，要求導(dǎo)彈不光要打得 “遠(yuǎn)”，更需要打得 “準(zhǔn)”，以紅外導(dǎo)引頭為末端導(dǎo)引方式的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)近年來(lái)發(fā)展十分迅速。紅外導(dǎo)引頭主要包括光學(xué)部件、探測(cè)器單元、致冷單元、慣性穩(wěn)定平臺(tái)、電源、電子裝置、數(shù)據(jù)處理器等［1］，其與導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)共同作用，可實(shí)現(xiàn)將目標(biāo)于復(fù)雜背景中識(shí)別出來(lái)后，進(jìn)而自動(dòng)捕獲、鎖定、跟蹤目標(biāo)。紅外導(dǎo)引頭系統(tǒng)制造精密、技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)較高，單純靠全彈飛行試驗(yàn)的 “幾發(fā)幾中”進(jìn)行導(dǎo)引頭的性能評(píng)估存在人為因素影響較大，可信度不高，更無(wú)法說(shuō)明導(dǎo)彈的抗干擾性能。如何有效構(gòu)建可重復(fù)、復(fù)雜背景條件下紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境，在導(dǎo)彈全彈實(shí)飛前在地面上對(duì)紅外導(dǎo)引頭功能進(jìn)行全面測(cè)評(píng)，越來(lái)越有必要。本文提出了一種全新的在地面上可模擬導(dǎo)彈與目標(biāo)交會(huì)的典型動(dòng)態(tài)實(shí)戰(zhàn)工況，能實(shí)現(xiàn)彈目交會(huì)的 “天地一致性”條件構(gòu)建，適合對(duì)紅外導(dǎo)引頭研制各階段及導(dǎo)彈實(shí)飛前的性能評(píng)估，包括抗干擾性能考核［2］。

1 紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)試驗(yàn)需求

紅外導(dǎo)引頭的作用及功能是在戰(zhàn)場(chǎng)上接收目標(biāo)（如飛機(jī)、坦克等）的紅外輻射特性，完成對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)搜索、識(shí)別、捕獲、鎖定，并對(duì)鎖定目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，同時(shí)輸出各種實(shí)時(shí)參數(shù)（如俯仰、偏航視線角速度信號(hào)，彈軸與光學(xué)軸的框架角信號(hào)等）至控制系統(tǒng)。紅外導(dǎo)引頭目前已經(jīng)發(fā)展到第4代，研究過(guò)程涉及幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。一是紅外探測(cè)器技術(shù)，主要功能是將探測(cè)到的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，便于顯示和識(shí)別，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣是紅外導(dǎo)引頭發(fā)展水平的重要標(biāo)志；二是信息處理方法，包括目標(biāo)識(shí)別、跟蹤算法和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)；三是陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)，在完成穩(wěn)定光軸的同時(shí)，接收控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)光軸跟蹤目標(biāo)，穩(wěn)定系統(tǒng)在一定程度上決定了導(dǎo)引頭跟蹤視場(chǎng)和跟蹤速度，甚至跟蹤精度等指標(biāo)。

紅外導(dǎo)引頭系統(tǒng)復(fù)雜，與導(dǎo)彈控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)后復(fù)雜程度更高，研制性能先進(jìn)的紅外導(dǎo)引頭，必須有適合的試驗(yàn)設(shè)施和方法來(lái)評(píng)估紅外系統(tǒng)的綜合性能。除進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)外，必要的外場(chǎng)試驗(yàn)是評(píng)估紅外導(dǎo)引頭整體性能不可或缺的組成部分。外場(chǎng)試驗(yàn)的主要目的是模擬紅外導(dǎo)引頭實(shí)際飛行工況，或者模擬目標(biāo)的動(dòng)態(tài)紅外特性，構(gòu)建真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，以此檢驗(yàn)紅外導(dǎo)引頭的功能及性能指標(biāo)。火箭橇作為地面模擬飛行器有關(guān)速度、加速度動(dòng)態(tài)參數(shù)的優(yōu)良載體，能夠滿足紅外導(dǎo)引頭下列外場(chǎng)試驗(yàn)需求：

1）以三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的滾動(dòng)、俯仰、航向軸系耦合回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模擬導(dǎo)彈空中實(shí)飛狀態(tài)，進(jìn)行導(dǎo)引頭與導(dǎo)彈控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

2）以火箭橇為載體，為目標(biāo)提供動(dòng)態(tài)紅外特性，考核紅外導(dǎo)引頭對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的識(shí)別、捕獲、鎖定、跟蹤性能，為信息處理方法的優(yōu)化和修正提供數(shù)據(jù)支撐。

3）以火箭橇為載體搭載動(dòng)態(tài)紅外目標(biāo)以及紅外誘餌，考核紅外導(dǎo)引頭抗干擾能力。

2 紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)地面模擬試驗(yàn)系統(tǒng)組成及方法

2.1 系統(tǒng)組成

本紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)地面模擬試驗(yàn)系統(tǒng)主要由火箭橇滑軌、火箭橇（動(dòng)態(tài)紅外目標(biāo)以及紅外誘餌載體）、與滑軌呈一定勾徑的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、零飛儀、仿真計(jì)算機(jī)、時(shí)統(tǒng)及測(cè)試?yán)走_(dá)等組成，具體現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)如圖1所示。

火箭橇滑軌：專門建造的高精度滑軌，主要解決飛機(jī)、導(dǎo)彈、航空和航天飛行器有關(guān)速度、加速度地面模擬試驗(yàn)的高精度滑軌設(shè)施。

火箭橇：沿著專門建造的火箭橇滑軌高速飛行的地面試驗(yàn)設(shè)備，解決飛機(jī)、導(dǎo)彈、航宇飛行器有關(guān)速度、加速度模擬的動(dòng)態(tài)飛行設(shè)備，可無(wú)損完整回收以利于重復(fù)試驗(yàn)。當(dāng)然也可作為紅外導(dǎo)引頭的模擬紅外目標(biāo)，也可作為動(dòng)態(tài)拋撒紅外誘餌彈的載體。

三軸轉(zhuǎn)臺(tái)：臺(tái)面運(yùn)動(dòng)具有3個(gè)角運(yùn)動(dòng)的自由度，可根據(jù)程序或受導(dǎo)引頭驅(qū)動(dòng)。

零飛儀：是一種用于武器系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度檢查、試驗(yàn)和訓(xùn)練的儀器，可用于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)陸上聯(lián)調(diào)、靶場(chǎng)試驗(yàn)、維修和訓(xùn)練。

仿真計(jì)算機(jī)：記錄紅外導(dǎo)引頭各輸入、輸出參數(shù)與圖像，也可給三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)輸出參數(shù)與信號(hào)，提供導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真條件支持。

時(shí)統(tǒng)：提供火箭橇與紅外導(dǎo)引頭、轉(zhuǎn)臺(tái)等設(shè)備時(shí)間統(tǒng)一基準(zhǔn)。

雷達(dá)：對(duì)火箭橇彈道進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 試驗(yàn)方法

紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)地面模擬試驗(yàn)方法主要由火箭橇滑軌、火箭橇構(gòu)成目標(biāo)系統(tǒng)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)及附屬設(shè)備構(gòu)成導(dǎo)彈模擬系統(tǒng)，以此構(gòu)建真實(shí)彈目交會(huì)環(huán)境，完成部件、系統(tǒng)特定功能、性能考核。

火箭橇作為模擬目標(biāo)的載體，可在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下由零速度加速到彈目交會(huì)所需求的速度之后，沿滑軌慣性或勻速滑行。火箭橇可以為單軌橇、雙軌橇或翼型橇結(jié)構(gòu)，單軌橇經(jīng)濟(jì)性好，可達(dá)到的速度高，但力學(xué)環(huán)境惡劣；雙軌橇具有優(yōu)異的力學(xué)環(huán)境和承載能力，但試驗(yàn)成本相對(duì)較高；翼型橇介于單軌橇和雙軌橇之間，兼顧力學(xué)環(huán)境和試驗(yàn)成本。火箭橇上可裝載機(jī)翼、機(jī)身或其他目標(biāo)模擬物，并通過(guò)特殊方法使模擬物紅外特性與真實(shí)目標(biāo)保持一致；同樣在裝載模擬目標(biāo)的同時(shí)，還可以裝載紅外誘餌，在火箭橇運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)需要定點(diǎn)或定時(shí)拋撒誘餌彈對(duì)導(dǎo)引頭實(shí)施干擾。試驗(yàn)完成后，通過(guò)水介質(zhì)對(duì)火箭橇系統(tǒng)進(jìn)行剎車回收，以便后續(xù)連續(xù)使用。

三軸轉(zhuǎn)臺(tái)主要根據(jù)計(jì)算機(jī)指令，控制轉(zhuǎn)臺(tái)滾動(dòng)、俯仰、航向軸系回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用于模擬被測(cè)物體姿態(tài)變化，可實(shí)現(xiàn)空間質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)角、角速度、角加速度等物理指標(biāo)，一般應(yīng)用在半實(shí)物仿真系統(tǒng)中。三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牟煌捎?jì)算機(jī)以理論彈道控制，或者通過(guò)導(dǎo)引頭輸出導(dǎo)引參數(shù)至計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。紅外導(dǎo)引頭安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)火箭橇上目標(biāo)的識(shí)別、捕獲、鎖定、跟蹤，從而達(dá)到對(duì)導(dǎo)引頭功能的評(píng)估。

3 紅外導(dǎo)引頭地面外場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 紅外導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定

半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定主要是在紅外導(dǎo)引頭安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上后，先對(duì)導(dǎo)引頭軸系、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、零飛儀軸系進(jìn)行三軸合一標(biāo)定。具體方法是在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)一定距離上（千米級(jí)）最少精測(cè)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)位置精度應(yīng)在毫米級(jí)，標(biāo)定時(shí)在基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)置信標(biāo)，通過(guò)調(diào)整三軸轉(zhuǎn)臺(tái)和固定支架使零飛儀與紅外導(dǎo)引頭同軸，并記錄下三軸轉(zhuǎn)臺(tái)架位讀數(shù)。之后，讓三軸轉(zhuǎn)臺(tái)自兩個(gè)方向分別對(duì)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上的信標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定，并記錄下各次三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的架位讀數(shù)，并對(duì)各次數(shù)據(jù)一致性進(jìn)行評(píng)估，以確保紅外導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真系統(tǒng)的自身精度。

3.2 紅外導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上應(yīng)為靜態(tài)解題試驗(yàn)，主要驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。具體方法是由紅外導(dǎo)引頭將火箭橇模擬目標(biāo)的彈道參數(shù)輸入仿真計(jì)算機(jī)，仿真計(jì)算機(jī)將彈道轉(zhuǎn)換為三軸轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)并通過(guò)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行虛擬跟蹤，并在滑軌上間隔建立相應(yīng)的信標(biāo)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)、導(dǎo)引頭參數(shù)、零飛儀參數(shù)的綜合比對(duì)確定出系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，也可對(duì)各分系統(tǒng)時(shí)差進(jìn)行軟件修定。

3.3 紅外導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)開環(huán)試驗(yàn)

半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)開環(huán)試驗(yàn)主要考核紅外導(dǎo)引頭對(duì)模擬目標(biāo)的識(shí)別、捕獲、鎖定能力。具體方法是在時(shí)間統(tǒng)一條件下，火箭橇模擬目標(biāo)沿滑軌進(jìn)行加速、滑行、回收。由于火箭橇具有彈道條件高度一致性的特點(diǎn)，本類試驗(yàn)可由三軸轉(zhuǎn)臺(tái)控制計(jì)算機(jī)按理論彈道或者用以前實(shí)測(cè)彈道進(jìn)行控制，紅外導(dǎo)引頭僅進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別、捕獲、鎖定功能考核［3］。

3.4 紅外導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)

半實(shí)物仿真評(píng)估系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)主要考核紅外導(dǎo)引頭的綜合性功能，特別是導(dǎo)引頭的機(jī)械化性能。具體方法是在時(shí)統(tǒng)啟動(dòng)下，可先由轉(zhuǎn)臺(tái)按理論彈道跟蹤模擬目標(biāo)，按前期開環(huán)試驗(yàn)獲取參數(shù)情況在適當(dāng)時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)由導(dǎo)引頭控制轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)施對(duì)目標(biāo)的跟蹤，也可在發(fā)射前導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)完成識(shí)別、捕獲，鎖定后再發(fā)射火箭橇實(shí)施跟蹤。

3.5 紅外導(dǎo)引頭全態(tài)條件下功能驗(yàn)證試驗(yàn)

全態(tài)條件下功能考核試驗(yàn)主要驗(yàn)證紅外導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)在模擬真實(shí)彈目交會(huì)條件下的綜合性能，包括導(dǎo)引頭跟蹤算法驗(yàn)證等，試驗(yàn)原理圖如圖2所示。具體試驗(yàn)方法基本與閉環(huán)試驗(yàn)相同，不同的是被試部分由紅外導(dǎo)引頭與導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)組成。跟蹤方法可分成兩種情況：一是導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)自身構(gòu)成閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)可按理論彈道進(jìn)行程控，兩者數(shù)據(jù)都按時(shí)序傳輸至仿真計(jì)算機(jī)，供后續(xù)進(jìn)一步分析；二是導(dǎo)引頭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)的同時(shí)，向仿真計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，而仿真計(jì)算機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)戰(zhàn)交會(huì)極限或典型彈道數(shù)據(jù)后，驅(qū)動(dòng)控制轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)并將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)回傳給仿真計(jì)算機(jī)，以便試驗(yàn)后數(shù)據(jù)分析與處理。

3.6 紅外導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)

紅外導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)是在紅外導(dǎo)引頭仿真評(píng)估系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，如圖3所示。火箭橇在導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤段可定點(diǎn)單次或者多次拋撒單個(gè)或者多個(gè)干擾彈，干擾彈可以是點(diǎn)源干擾彈，也可以是面源干擾彈或復(fù)合干擾彈。火箭橇動(dòng)態(tài)拋撒干擾彈的試驗(yàn)技術(shù)現(xiàn)已為成熟技術(shù)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)可以由紅外導(dǎo)引頭驅(qū)動(dòng)，也可以按理論彈道由自身控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)。若由自身控制計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)引頭應(yīng)為1∶1的實(shí)物［4-5］。

4 結(jié)論

隨著紅外導(dǎo)引頭在導(dǎo)彈制導(dǎo)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其在研制、使用過(guò)程中迫切需要具有模擬實(shí)戰(zhàn)條件的地面測(cè)試、試驗(yàn)評(píng)估條件，也需要抗干擾試驗(yàn)條件。本文針對(duì)紅外導(dǎo)引頭外場(chǎng)考核及半實(shí)物仿真評(píng)估試驗(yàn)，從試驗(yàn)系統(tǒng)組成及方法、靜態(tài)標(biāo)定、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、系統(tǒng)開環(huán)試驗(yàn)、系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)和抗干擾試驗(yàn)等方面均給出了可行的試驗(yàn)方法，將會(huì)給紅外導(dǎo)引頭功能考核評(píng)估提供幫助。

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