基本介紹
- 中文名：紅外導引頭
- 外文名：Infrared seeker
- 原理：透過探測目標發動機噴管
- 用途：空空飛彈導引
發展沿革,第一代紅外導引頭,第二代紅外導引頭,第三代紅外導引頭,第四代紅外導引頭,原理,分類,單元導引頭,多元導引頭,紅外成像導引頭,組成,工作狀態,優缺點,優點,缺點,
發展沿革
第一代紅外導引頭
第一代紅外導引頭以美國AIM-9B空空飛彈的導引頭為代表。該類導引頭採用非製冷的單元硫化鉛探測器，回響波長為短波(1um-3um)波段，探測系統工作體制為單元調製盤式調幅系統，採用模擬電路實現信號處理功能。非製冷硫化鉛探測器的靈敏度較低，僅能對飛機尾噴口進行探測，最大作用距離為5km左右。採用動力陀螺式跟蹤穩定平台，跟蹤範圍只有±12°左右，跟蹤角速度約為11°/s，只能定軸瞄準，不具備與機載雷達等設備隨動來擴大搜尋范同的能力。
第二代紅外導引頭
第二代紅外導引頭以美同AIM-9D牽空飛彈的導引頭為代表。該類導引頭採用製冷單元硫化鉛探測器，回響波長為短波(1um-3um)波段，探測系統工作體制為單元調製盤式調幅系統或調頻系統。信號處理雖然仍採用模擬電路，但已由電了管電路過渡到電晶體電路。相對於上一代紅外導引頭，提高了探測靈敏度，對飛機的尾後作用j距離可達8km～10km。此外由於跟蹤穩定平台性能有所改善，跟蹤範圍提升到±20°左右。，導引頭的體積也顯著減小，氣動外形明顯改善。
第三代紅外導引頭
第三代紅外導引頭以美圈AIM-9L空空飛彈的導引頭為代表。該類導引頭採用製冷銻化銦探測器．減小了探測器光敏元尺寸，回響波長改為中披(3um～5um)波段，增加了對飛機尾氣流的探測能力，探測系統工作體制增加了脈衝更先進的體制，信號處理硬體也普遍採用積體電路等，初步具備了抗人工干擾能力。該類導引頭探測靈敏度進一步提高，基本實現了對飛機的全向探測，對飛機的最大作用距離可達20km以上。跟蹤穩定平台的跟蹤範圍提升到±30°～±60°，跟蹤角速度提升至30°/s～40°/s。導引頭可實現與機載雷達、頭盔隨動。
第四代紅外導引頭
第四代紅外導引頭以美困AIM-9X空空飛彈的導引頭為代表。該類導引頭採用線列或面陣探測器，回響波長多為中波(3um~5um)波段，採用紅外成像探測體制。信啟、處理已實現了全數寧化，採用彈載計算機信息處理能力大大提高。該類導引頭具有更高的靈敏度和空間分辨能力，對飛機的迎頭探測能力和抗人工干擾能力有很大提高。跟蹤穩定平台改為速率陀螺式或捷聯穩定式，位標器的跟蹤范同提升到±60°～±90°，跟蹤角速度60°/s～90°/s，能對載機前半球范同內的目標進行探測，頭盔隨動范闈進一步加大，飛彈具備了“可視即可射”的能力。
原理
之所以有這一結論，是因為金屬材料製成的尾管不但輻射的紅外線強度較高，而且高溫持續時間也較長：而在開加力的狀態下，發動機的尾焰長度可達200米，但實際上30米後的尾焰溫度就降到了100攝氏度，因此造成強烈紅外輻射的部分僅有10到20米左右。尾焰相較下則可以很容易的加以冷卻，只要降低推力或是引入冷空氣，即可降低發動機排氣溫度，進而使排出的尾焰溫度迅速降低。
一般來說，紅外線導引頭的探測距離大概與目標發動機的尾噴管的溫度的平方成正比，也就是尾噴管的溫度如果提高兩倍，導引頭的探測距離就會提高四倍。典型的渦噴發動機當處於最大加力推力的時候，紅外導引頭的探測距離是發動機巡航狀態下的5倍；而對渦扇發動機而言，這種差距甚至會達到10倍。由此來看，噴氣戰鬥機尾部被敵人咬住是以一件多么危險的事情。
為了在近距格鬥空戰中生存下來，戰機的機動能力不斷增強，再想咬住敵機的尾巴進行攻擊已經是越來越難了。因此現在的近距紅外空空飛彈往往強調“全向攻擊”，特別是迎頭攻擊。這時導引頭的探測距離將會大大縮小，有效距離還不如正後方的20%。現有以銻化銦為主體的3到5微米波長的紅外導引頭還會因為紅外輻射強度過低而在目標正前方形成限制區，紅外飛彈在這個區域內根本無法捕捉目標。不過現在的新型近距格鬥空空飛彈也在更改導引頭的覆蓋波段，捕捉目標的能力也有了進一步的提高。
分類
紅外導引頭按探測體制主要分為單元導引頭、多元導引頭和成像導引頭。
單元導引頭
指用一個探測器敏感元對目標進行探測和跟蹤，一般採用調製盤式探測系統。這種導引頭技術簡單、可靠．易於工程實現，但一股不具備抗人工干擾能力。調製盤是一種能透過和遮擋紅外輻射的平面光學元件，上面設有調製花紋，放置於光學焦平面上。通過旋轉，探測器產生一定規律的電流信號。
多元導引頭
採用兩個或四個及以上敏感元對目標進行探測。敏感元可為“L”形、“十”字形或“米”字形等，通過像點掃描實現多元脈位調製，提高了對目標的探測距離和空間解析度，具備一定的抗人工干擾能力。
多元脈位調製的功能和調製盤式系統相同。採用多個條形探測器代替一個大敏感面探測器，取消了調製盤，讓傾斜的主反射鏡或次反射鏡旋轉，使像點在多個條形探測器上掃描，產生一定規律的電流信號。
紅外成像導引頭
主要有線列掃描式和凝視成像式。線列掃描式成像導引頭採用線列探測器，需設定光機掃描機構，通過掃描獲得一定空域中景物的紅外圖像。凝視成像導引頭採用面陣探測器，直接獲得面陣探測器對應的空間景物熱圖像。紅外成像導引頭具有更高的空間解析度，近距離探測可獲得目標與干擾的形狀信息；具有更高的溫度解析度，可提高目標與背景的對比度，因此具有更強的探測能力和抗干擾能力。
組成
紅外導引頭通常由光學系統和調製系統(即紅外接收器)、紅外探測器、信號處理電路、陀螺穩定器和力矩變換器、調製速度控制系統、角度感測器、基準信號發生器和伺服機構等組成。
紅外導引頭的紅外接收器接收目標的紅外輻射能量。探測器將光能轉變為電信號。信號處理電路把它變成便於傳輸的形式，並檢出有用信號，經功率放大後，根據導引頭不同的工作狀態將信號輸送到不同的地方。
工作狀態
導引頭有三種工作狀態：電鎖、搜尋和跟蹤。 
電鎖狀態：當光軸與彈軸不一致時，由角度感測器將誤差信號直接輸給功放，力矩變換器將電信號變成力矩，驅動轉子帶動光軸進動，使光軸與彈軸一致，實現電鎖。
搜尋狀態：信號傳送過程與電鎖類似。在這種狀態中，導引頭裡應有一個搜尋圖形發生器，產生所要求的搜尋圖案，光軸就在空間復現這個圖案。
跟蹤狀態：信號處理電路輸出的角誤差信號經功放後，分兩路輸出。第一路加到力矩器，將電信號變成力矩，驅動轉子軸，使光軸向減小目標角位置誤差方向運動。這就是導引頭角跟蹤迴路。第二路與目標視線角速率成比例的誤差信號加到坐標變換器，將前面來的極坐標信號變成直角坐標信號。其相位取決於由基準信號發生器來的基準信號。變換後的信號送自動駕駛儀的兩個通道。
如果飛彈採用旋轉彈單通道控制方式，則不需要坐標變換，直接將功率放大器輸出的與飛彈一目標視線角速率成比例的誤差信號送給自動駕駛儀。
從以上簡述的導引頭組成和工作過程可見，紅外導引頭的一個重要功能就是探測目標的紅外輻射能量，測定目標的角位置；它的另一個重要功能是輸出比例導引規律所需的飛彈一目標視線角速率信號。
優缺點
優點
紅外導引系統具有如下優點：
(1)角解析度高，導引精度高；
(2)被動探測小易被發現；
(3)可晝夜全天時使用；
(4)體積小、重量輕、結構相對簡單。
缺點
紅外導引系統也具有一定的不足：
(1)不具備全天候使用能力；
(2)一般不具備對目標的測速/測距能力；
(3)氣動加熱限制了飛彈速度。
