盾和彈之間的那點事（十二）

涂林峰

紅外制導

在艦空導彈的各種制導方式中，采用最多的莫過于雷達制導方式，包括主動雷達制導、半主動雷達制導和被動雷達制導，三種制導方式各有各的特點，是當今艦空導彈的主流制導方式。但在雷達制導之外，還有一種非常重要的尋的制導方式，它也是各種對空導彈上常見的一種末制導方式，即紅外制導。紅外制導與雷達制導的不同在于前者是以紅外線作為能量媒介而后者是以微波（雷達波）作為能量媒介。無論是紅外線還是微波都是電磁波的一種，紅外線的頻率在電磁波譜中介于微波和可見光之間，所以它的特性也介于微波（雷達波）和可見光之間，比如穿透云霧的能力強于可見光，卻不如微波（雷達波）。紅外制導屬于被動尋的制導方式，其作用原理是：任何溫度在絕對零度以上的物體，由于原子和分子結構內部的熱運動，都會向外輻射紅外能量，紅外制導就是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身所輻射的紅外能量，從而控制導彈飛向目標。顯然，紅外制導與被動雷達制導不同，后者必須要對方雷達或電子設備主動開機并產生能量輻射后制導才能生效，否則便無從發現和攻擊目標。但紅外制導就沒這個限制了，因為常溫下任何物體都會向外輻射紅外能量，這屬于一種自然現象而非人為產生的，因此理論上紅外制導是可以對任何常溫下的目標生效的，只要紅外探測器足夠靈敏。

當然這只是理論上可行，實際上紅外制導的作用效果和距離與目標自身的熱輻射強弱有關系。引用前篇中的場景劇來解釋就是，士兵是靠僵尸自身發出的光芒來尋找僵尸，僵尸發出的光芒越亮，越有利于士兵在黑夜中找到僵尸。紅外導引頭必須能夠分辨目標輻射和背景輻射，要求目標輻射的信號強度要超過背景的輻射強度，如果兩者的紅外輻射強度相當的話，那么紅外導引頭很可能區分不了目標和背景，制導也就無從談起了。艦空導彈攻擊的都是空中高速目標（飛機或導彈），速度越快越容易摩擦生熱，而且發動機產生的熱量也遠大于陸上或水面目標，目標的溫度越高則紅外輻射強度就越大，與背景（天空）的區別就越明顯，越有利于紅外導引頭將“熱”目標從“冷”背景中區分出來。再加上天空作為背景一般來說都是比較“干凈”的，不像陸上或海上可能會存在各種雜物的干擾，因此紅外制導非常適合用于包括艦空導彈在內的各種對空導彈。與主動、半主動雷達制導方式相比，紅外制導導彈具有結構簡單、工作可靠、價格低廉、抗干擾能力強、攻擊隱蔽性高等優點，是一種很有前途的制導方式，也是各國軍隊爭相發展的一種導彈制導方式。

紅外制導具體到艦空導彈上的運用可以分為以下幾類：以法國“西北風”為代表的便攜式防空導彈、以美國“海拉姆”和我國“海紅旗”-10為代表的近防反導導彈、以美國“標準”-2 block 3B和“標準”-2 block 4A為代表的多模復合制導艦空導彈，和以美國“標準”-3為代表的?；磳椀鹊??？梢姡t外制導用于艦空導彈的一大趨勢是用于反導作戰。原因很簡單，飛行速度越高的目標越容易摩擦生熱，而且高速飛行的導彈的發動機和尾焰也具備了更明顯的紅外信號特征，因此艦空導彈無論是攔截彈道導彈還是超高速反艦導彈，紅外制導都有其獨特優勢。而且紅外制導是被動制導方式的一種，因此也屬于“發射后不管”的制導方式，不受艦上火控/照射雷達性能的制約，具備了很強的抗飽和攻擊能力（火力通道數量近乎無限），而抗飽和攻擊能力正是水面艦艇反導作戰時最重要的性能指標之一。

此外，相比對地/對海導彈，通常情況下各類對空導彈的體型更小，彈上供電和冷卻能力也受到限制，而紅外-導引頭尺寸小、重量輕、能耗少，更適合安裝在體型較小的對空導彈上，如便攜式防空導彈和近程空空導彈，并且更有利于與其它制導方式一起組成雙模/多模復合制導。與雷達制導方式相比，紅外制導的分辨率更高，能夠探測遠程小目標和低空目標，并且具有多目標分辨能力，甚至可以實現對目標的自動識別和命中點的選擇，這些獨特優勢都使紅外制導成為雷達制導方式以外的艦空導彈的另一重要制導方式。比如雷達制導艦空導彈在面對飛行高度較低的目標（如掠海飛行的反艦導彈）時，會受到嚴重的海面背景雜波的干擾，即使在較為平靜的海面上也會出現強烈的鏡面反射效應，使傳統的雷達制導艦空導彈在探測、跟蹤此類低空目標時受到嚴重的干擾，降低了導彈對目標的跟蹤精度，使脫靶量大幅上升。美國海軍為了增強艦空導彈的低空攔截性能，在“標準”-2 block3B的改進過程中，加入了紅外制導組成復合制導方式，利用目標的紅外信號將其從海面背景中分辨出來，從而大幅提高了導彈攔截掠海反艦導彈的能力。

導彈的紅外導引頭

軍用直升機的紅外輻射特征

開加力的B-1B轟炸機，其發動機的紅外輻射強度很大

采用紅外制導的美國“響尾蛇”空空導彈

紅外成像制導

紅外制導可以分為紅外成像制導和紅外點源（非成像）制導兩大類。早期的對空導彈大多采用紅外點源制導，這種制導方式雖然結構簡單、成本低、動態范圍寬、響應速度快，但它從目標獲取的信息量較少，抗干擾能力差，制導精度受到限制，也沒有區分多目標的能力，因此紅外制導近年來的發展方向就是紅外成像制導。

紅外成像就是通過紅外探測器捕捉物體向外輻射的紅外能量，由于物體各個部位的紅外輻射能量的強度是不同的，因此紅外探測器可以將物體上細微的紅外輻射能量差別記錄下來并生成像素，再通過不同的像素形成圖像信息，這種圖像信息可用于分辨目標和周圍背景的特征，并且可以生成可見光圖像以視頻顯示輸出。紅外圖像的質量與電視相近，原理也與電視攝影機差不多，只不過攝影機生成圖像靠的是捕捉可見光信號，紅外成像導引頭則捕捉的是紅外線信號，兩者利用了不同的能量媒介。

那么紅外非成像制導（紅外點源制導）和紅外成像制導兩者有什么區別呢？簡單說就是對付同樣的戰斗機目標時，非成像的紅外導引頭看到的目標是一個模糊的亮點，而成像導引頭看到的目標就是一個比較具體的飛機形狀了，飛機每個部位的熱輻射信號都被捕捉下來并生成紅外圖像?？梢娂t外成像制導相比非成像制導而言，最大的優勢之一就是具備了更好的目標識別能力和抗干擾能力，因為后者看到的只是一個亮點，假如目標釋放出一個更大的熱源（紅外干擾彈），則非成像導引頭就會跟蹤上這個假目標，而丟失了真正的目標。而紅外成像導引頭雖然可能看的還是比較模糊，但已經足以幫助彈上制導系統將真實目標與干擾源區分開來，傳統的閃光彈和照明彈對它的干擾基本上沒有效果。紅外成像制導的這個優勢，最終將淘汰非成像紅外制導。我國新一代空空格斗彈、便攜式防空導彈、艦載近防導彈也都配備了先進的紅外成像導引頭。

紅外成像制導還有一個特點是可以在夜間使用，這主要是相比可見光成像而言的?？梢姽猓ㄒ簿褪侨搜勰軌蚋兄哪遣糠蛛姶挪ǎ┰谝归g能見度較差的情況下是無法作用的，而任何溫度在絕對零度以上的物體都會向外輻射紅外能量，所以在夜間，紅外成像制導仍然有效。而且由于紅外成像制導具備識別目標外形特征的能力，從而能夠識別出與背景的紅外輻射強度差異不大的“冷”目標，進一步提高了制導精度。由于紅外成像制導對目標的分辨率高，并且可以將目標圖像通過數據鏈回傳給后方，由后方操作人員對目標進行識別，并可選擇目標的薄弱部位進行攻擊，還能在攻擊前進行打擊效果評估，因此非常有利于打擊復雜地面環境下的目標。由上可見，紅外成像制導在用于各類對地攻擊武器時是具有很大優勢的，比如空地導彈、制導炸彈、對陸巡航導彈等都可以在末制導階段采取紅外成像制導方式。我國也有不少空地武器采取了紅外成像制導或多模復合制導方式，美軍的主流空地武器如SLAM、JASSM、JSOW等也都選擇了紅外成像制導作為末制導方式。紅外成像制導已成為與電視制導、激光制導等并列的一種主流對地制導方式，發展前景不容小視。

軍用機場的紅外成像圖像

美國F-22戰斗機的紅外成像圖像

引入紅外成像制導與主動雷達制導組成復合制導方式，也成為近年來反艦導彈的一個發展趨勢。現代水面艦艇相對于海面背景而言也是一個龐大的紅外輻射源，艦艇發動機的工作溫度可以高達數百度甚至上千度，并且紅外特征很難完全消除，這就給了紅外制導系統發現和識別目標的機會。由于紅外成像制導不受無線電干擾的影響，并且水面艦艇的雷達隱身措施對其也是無效的，因此反艦導彈在引入紅外成像制導后，具備了對水面艦艇更高的目標分辨能力、抗干擾能力和反隱身能力。比如臺灣的“雄風”-2反艦導彈就采取了紅外+主動雷達制導的復合制導方式，一些新型反艦導彈如挪威的NSM反艦導彈甚至將紅外成像制導作為導彈的主制導方式而使用。

當然，紅外成像制導也是有缺點的。相比紅外點源制導，它的系統結構更復雜、造價更高，尤其是在參與導彈的復合制導方式時，其成本是一個不得不考慮的重要因素。另外，相比雷達制導，紅外制導系統的作用距離較近，且容易受到煙、塵、霧和惡劣氣象條件的影響，其全天候作戰能力比不上雷達制導。比如美國的AIM-9A紅外制導空空導彈在試驗中的表現良好，一到濕熱的越南戰場后就立刻出現了嚴重的水土不服問題。這些缺點使得紅外制導很難單獨用于中遠程艦空導彈，必須與雷達制導方式結合使用。紅外制導在單獨使用時更多用于近程艦空導彈上。

美國SLAH-ER空地導彈的紅外探測窗口

你所不知道的紅外成像制導

很多人也許并不知道，紅外成像制導還有一個很有意思的特點，那就是它既可以作為自主制導方式使用，也可以作為尋的制導方式使用，或者是作為遙控制導方式使用?？梢赃@么說，加裝紅外成像探測設備后的導彈可以采取三大制導方式中的任意一種對目標實施攻擊，區別只在于彈上制導系統采取了哪種目標識別方法。這是一個很有意思的現象，因為不是哪種制導系統都可以具備這種特質的，通常情況下只能是三大制導方式中的一種。假設一枚采取紅外成像末制導的巡航導彈要攻擊一幢樓群中的高樓時，那么它該如何利用紅外圖像對目標進行識別呢？紅外成像導引頭對目標的識別方法可以有三種，并且分別對應三大制導方式。

首先，假如巡航導彈在發射前先將目標樓的圖像儲存在彈上制導系統中，導彈發射后飛抵目標樓所在區域，通過紅外成像導引頭探測并生成目標樓的紅外圖像，與事先儲存的基準圖像進行對比，確認無誤后發動對目標樓的精確打擊。這種制導方式也被稱為景象匹配制導，是一種典型的自主制導方式，導彈在攻擊目標時不需要外部平臺的支援與指揮，其攻擊過程完全靠自主完成。那么這種制導方式有什么特點呢？一是導彈的攻擊方事先必須對目標樓以及周圍的地形環境進行詳細的偵察與測繪，并將目標樓的外觀特征制作成圖像存入導彈的制導系統，即導彈在發射前必須有一個準備過程，這么一來導彈的打擊時效性就會比較差，不能實現對目標發現后的即時打擊。不過這個缺點在攻擊固定地面建筑時的問題不大，因為目標樓是沒長腿的，跑不了。另一個就是對目標準確識別的問題。當目標樓的外觀特征與周圍其它大樓區別不大時，巡航導彈將很難通過圖像匹配技術將目標樓與其它樓區分開來，從而導致圖像匹配失敗，無法識別正確的目標，導彈錯失目標或擊中錯誤的目標?？梢娺@種制導方式對導彈的目標識別能力要求極高，因此技術實現難度較大。不過一旦導彈采取了正確的圖像處理技術和目標識別算法，并且具備了較強的彈上處理能力，則可以從復雜的背景環境中將目標樓分辨出來，從而完成精確的攻擊。這種制導方式雖然技術實現難度較大，對導彈自身的硬件和軟件配置要求都很高，但對于對地攻擊導彈卻是一種很有發展前景的制導方式。采取景象匹配制導對地導彈的典型代表就是我國的“長劍”-10和美國“戰斧”遠程對陸巡航導彈。

接下來我們再來看看巡航導彈的另一種目標識別方法，那就是不管目標樓外觀長什么樣，只要突出于地面，與背景環境形成較強的反差，那么就可以確定是目標，從而導彈認準這個突出物發動攻擊。這屬于一種尋的制導方式，即利用目標與背景環境較強的能量輻射或反射的差異來區分目標與背景，實現對目標的探測、識別和攻擊。很明顯，導彈在這種制導方式下要想發現并識別目標，除非目標樓是一個單獨的建筑物，假如它的旁邊還有其它的大樓，因為兩者都突出于地面，導彈將很難區分正確的目標。一般來說尋的制導多用于對付處于較為“干凈”的背景環境下的點目標，而很難對付復雜背景環境下的目標。這種制導方式的典型代表是印度陸攻版“布拉莫斯”巡航導彈，由于它是從反艦導彈改進而來的，保留了原有的主動雷達導引頭，即采取了尋的末制導方式（雖然不是被動紅外尋的），因此陸攻版“布拉莫斯”巡航導彈就存在上文中提到的缺點，即難以攻擊處于復雜地形環境下的目標，只能攻擊類似沙漠、平原等地形環境下孤零零的建筑物目標，這一點從其發射試驗中就可以看出來。陸攻版“布拉莫斯”在之后的改進中換裝了毫米波主動雷達導引頭，在一定程度上提高了對地面目標的分辨和識別能力，但制導體制并沒有發生質的改變。

美國“戰斧”巡航導彈發射瞬間

“戰術戰斧”導彈集自主制導和遙控制導的功能干一身

最后，我們再來看看巡航導彈的第三種目標識別方法。假如我們為巡航導彈裝上雙向寬帶通信數據鏈系統，將紅外成像導引頭探測和生成的目標區域的紅外圖像通過數據鏈實時回傳給后方的指揮控制中心，由后方的指揮人員根據圖像選擇攻擊目標，并通過數據鏈對飛行中的巡航導彈下達攻擊指令，從而實現對目標的準確攻擊，那么這就屬于一種遙控制導方式。顯然，在三種制導方式中，這種制導方式是最聰明的，它對目標的識別能力也是最強的，因為不管目標樓是獨零零的一幢建筑物，還是處于一片樓群之中，后方的指揮人員都可以通過導彈回傳的目標區域圖像來找出正確的目標，并對飛行中的導彈發出攻擊指令。這種制導方式的導彈自身可以比較“低能”，導彈只負責探測即可，對目標的識別和處理由后方的指揮系統負責。不過這種技術對整個C4ISR體系的要求極高，比如能傳輸未經處理的原始圖像數據的寬帶數據鏈，已相當于情報級數據鏈，以及能夠實現遠程超視距數據傳輸的通信衛星系統，這只有少數的大國、強國才有能力研發和裝備。目前已加裝雙向通信數據鏈的遠程對陸巡航導彈的典型代表是美國“戰術戰斧”，已使導彈具備“人在回路”的功能，可在中途改變攻擊目標，也可以攻擊臨時出現的實時目標?！皯鹦g戰斧”體現了美國在指揮控制、情報偵察、遠程通信等領域的強大實力。

綜上所述，通過不同的目標識別方法，配備了紅外成像探測設備的導彈可以采取遙控制導、自主制導和尋的制導三大制導方式中的任意一種對目標實施精確打擊。當然，這種特性并不是紅外成像制導所獨有的，其它的成像制導方式也具備或者有潛力具備這種特性，比如合成孔徑雷達成像、可見光成像（電視制導）、激光雷達成像、毫米波雷達成像等等。

[編輯/山水]