弹道导弹中段红外辐射特性测量技术研究

王春莉 谢亚梅 焦胜海（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

弹道导弹中段红外辐射特性测量技术研究

王春莉 谢亚梅 焦胜海
（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

从突防和反突防角度出发，研究弹道导弹中段红外辐射特性都具有极其重要的意义。本文就地面模拟测量技术和动态飞行测量技术进行阐述，对弹道导弹中段目标特性研究具有一定的参考价值。

弹道导弹；红外辐射特性；地面模拟；空间环境模拟

弹道导弹中段是导弹攻防对抗集中体现的区域，防御系统设法利用可获得的各种传感器信息，实现对弹头的准确识别和跟踪。特别是STSS系统部署以后，防御系统对于弹道中段真假目标能够进行长时间的探测、跟踪、识别，而且有可能直接引导拦截弹实施拦截，并进行杀伤评估。因此，未来弹道导弹的突防系统设计必须加强弹道中段目标特性测量的研究。本文就地面模拟和动态飞行测量两种方式进行阐述。［1］ ［2］

1 地面模拟测量技术

地面模拟测试即是在地面模拟建立中段目标的空间辐照环境，将目标置于其中，利用红外热像仪等辐射测量设备完成。测试系统包括空间环境模拟试验设备、运动姿态模拟设备、辐射特性测量设备（包含点温仪和热像仪）、数据采集系统、摄像监视系统等。

1.1 空间环境模拟方法［3］［4］

弹道导弹在空间飞行时间较短，面临的空间环境以太阳辐射、地球背景辐射、冷黑及真空环境影响最为严重。

1）真空及冷黑环境模拟

高真空度环境下热传递方式是以辐射为主。从换热的角度来说，当真空度优于1X10-2Pa时，气体对流和热传导引起的换热量只有辐射换热量的万分之一；同样，热分析表明，由液氮温度77K来代替空间3K的冷黑环境，用作空间模拟器的冷壁（即热沉），其误差在1%以内。因此，试验中空间环境模拟器使用液氮作为冷源，在热沉表面上涂以高吸收系数的（大于0.95）黑漆模拟冷黑环境空间。

2）空间外热流模拟

按照模拟热流的特点，空间外热流环境的模拟方法有两类，一类是入射热流模拟法，通常是利用太阳模拟器来实现。另一类称吸收热流模拟法，一般是依靠红外加热灯、电阻加热片、热沉调温等模拟目标表面吸收的空间外热流的方法实现。辐射热流的模拟按照阳光弹道和阴影弹道两种情况考虑，在阳光弹道测试试验中可采用入射热模拟法，阴影弹道下采用吸收热流模拟法。

1.2 测量方法

地面模拟测量要获取的数据为目标红外辐射温度和红外热图像。辐射温度是利用安装在真空容器内的点温仪和置于容器外的热像仪进行非接触测量获得，红外热图像是采用放置在真空容器外的红外热像仪测量获得。试验结束后对试验数据的处理方法如下：

a） 根据获得的辐射温度，绘制不同测量点辐射温度随时间的变化曲线；

b） 根据获得的辐射温度，利用普朗克辐射定律计算得到辐射强度，见公式（1）、公式（2）。

式中： I——弹头的辐射强度，W/sr；

T—温度，K；

2 动态飞行测量技术研究

地面模拟测量可以有效避免大气对测量精度的影响，且可模拟阳光和阴影弹道等不同空间辐照环境。但该方法存在无法模拟弹头主动段的气动加热、测量目标尺寸受密闭容器尺寸限制及引入的各种误差等缺陷，而动态飞行测量可直接获得中段弹头红外特性。但是由于实际测量困难程度大，所以本文提及的动态飞行测量技术处于想定状态。

动态飞行测量技术是用导弹把红外辐射测量设备发射到真空，对包括背景在内的被测目标进行跟踪测量。

2.1 测量系统组成设想

测量系统包括测量装置和地面数据处理系统。

测量装置主要由红外测量设备、控制系统、动力系统、数据处理系统、能源系统等组成。红外测量设备由光学系统和红外机芯组件组成，光学系统接收来自目标和背景的红外辐射、并汇聚到红外探测器焦平面上，红外探测器组件将光信号转换为模拟电信号，经由图像预处理电路读出、校正后输出灰度图像；控制系统和动力系统保证测量装置在空间的稳定飞行；能源系统为整个测量装置提供用电；数据处理系统负责红外图像的存储、处理和数据的下传。

地面数据处理系统用于对测量装置下传的数据进行接收和后处理。

2.2测量过程

在弹道中段，测量装置从导弹中被以低速抛出，在导弹附近伴飞，装置相对惯性空间保持稳定，并对导弹的红外辐射图像进行连续采集，获得的图像数据经压缩、编码并实时下传。地面数据处理系统进行数据接收和处理，最终获取其红外辐射强度及辐射温度等参数。

3 结束语

导弹攻防对抗中目标特性的对抗，本质上是信息的对抗，因此，目标特性数据的获取和处理在导弹攻防问题中处于核心和基础的位置。为了支撑导弹突防新概念设计、导弹攻防对抗，需要弹道导弹目标特性及其相关背景的数据，这些数据，是需要跟踪收集和长期积累的。今后要继续加强导弹目标特性测量技术的研究，为导弹突防技术提供基础支撑。

（References）

［1］强胜，申镇，易东云.基于中低轨卫星观测的弹道导弹变轨识别算法［J］.弹道学报，2009，21（4）∶29-33.

［2］杨华. SBIRS-low卫星红外探测系统探测距离分析［J］. 现代防御技术，2003，31（3）∶45-47.

［3］徐根兴.目标和环境的光学特性［M］. 北京：中国宇航出版社，1995.

［4］柯受权.卫星环境工程和模拟试验［M］.北京：中国宇航出版社，1993.

王春莉（1976-），女，高级工程师，研究方向∶飞行器设计。