导弹红外导引头火箭橇试验评估方法

景建斌

（中国兵器工业试验测试研究院，华阴714200）

0 引言

随着武器装备的飞速发展，要求导弹不光要打得 “远”，更需要打得 “准”，以红外导引头为末端导引方式的导弹武器系统近年来发展十分迅速。红外导引头主要包括光学部件、探测器单元、致冷单元、惯性稳定平台、电源、电子装置、数据处理器等［1］，其与导弹制导系统共同作用，可实现将目标于复杂背景中识别出来后，进而自动捕获、锁定、跟踪目标。红外导引头系统制造精密、技术复杂、造价较高，单纯靠全弹飞行试验的 “几发几中”进行导引头的性能评估存在人为因素影响较大，可信度不高，更无法说明导弹的抗干扰性能。如何有效构建可重复、复杂背景条件下红外导引头外场试验环境，在导弹全弹实飞前在地面上对红外导引头功能进行全面测评，越来越有必要。本文提出了一种全新的在地面上可模拟导弹与目标交会的典型动态实战工况，能实现弹目交会的 “天地一致性”条件构建，适合对红外导引头研制各阶段及导弹实飞前的性能评估，包括抗干扰性能考核［2］。

1 红外导引头外场试验需求

红外导引头的作用及功能是在战场上接收目标（如飞机、坦克等）的红外辐射特性，完成对目标的自动搜索、识别、捕获、锁定，并对锁定目标进行自动跟踪，同时输出各种实时参数（如俯仰、偏航视线角速度信号，弹轴与光学轴的框架角信号等）至控制系统。红外导引头目前已经发展到第4代，研究过程涉及几项关键技术。一是红外探测器技术，主要功能是将探测到的红外辐射信号转换为电信号，便于显示和识别，其质量优劣是红外导引头发展水平的重要标志；二是信息处理方法，包括目标识别、跟踪算法和计算机图像处理技术；三是陀螺稳定系统，在完成稳定光轴的同时，接收控制信号驱动光轴跟踪目标，稳定系统在一定程度上决定了导引头跟踪视场和跟踪速度，甚至跟踪精度等指标。

红外导引头系统复杂，与导弹控制系统关联后复杂程度更高，研制性能先进的红外导引头，必须有适合的试验设施和方法来评估红外系统的综合性能。除进行实验室实验外，必要的外场试验是评估红外导引头整体性能不可或缺的组成部分。外场试验的主要目的是模拟红外导引头实际飞行工况，或者模拟目标的动态红外特性，构建真实的战场环境，以此检验红外导引头的功能及性能指标。火箭橇作为地面模拟飞行器有关速度、加速度动态参数的优良载体，能够满足红外导引头下列外场试验需求：

1）以三轴转台的滚动、俯仰、航向轴系耦合回转运动模拟导弹空中实飞状态，进行导引头与导弹控制系统联调。

2）以火箭橇为载体，为目标提供动态红外特性，考核红外导引头对动态目标的识别、捕获、锁定、跟踪性能，为信息处理方法的优化和修正提供数据支撑。

3）以火箭橇为载体搭载动态红外目标以及红外诱饵，考核红外导引头抗干扰能力。

2 红外导引头外场地面模拟试验系统组成及方法

2.1 系统组成

本红外导引头外场地面模拟试验系统主要由火箭橇滑轨、火箭橇（动态红外目标以及红外诱饵载体）、与滑轨呈一定勾径的三轴转台、零飞仪、仿真计算机、时统及测试雷达等组成，具体现场布设如图1所示。

火箭橇滑轨：专门建造的高精度滑轨，主要解决飞机、导弹、航空和航天飞行器有关速度、加速度地面模拟试验的高精度滑轨设施。

火箭橇：沿着专门建造的火箭橇滑轨高速飞行的地面试验设备，解决飞机、导弹、航宇飞行器有关速度、加速度模拟的动态飞行设备，可无损完整回收以利于重复试验。当然也可作为红外导引头的模拟红外目标，也可作为动态抛撒红外诱饵弹的载体。

三轴转台：台面运动具有3个角运动的自由度，可根据程序或受导引头驱动。

零飞仪：是一种用于武器系统瞄准精度检查、试验和训练的仪器，可用于导弹武器系统陆上联调、靶场试验、维修和训练。

仿真计算机：记录红外导引头各输入、输出参数与图像，也可给三轴转台控制计算机输出参数与信号，提供导引头半实物仿真条件支持。

时统：提供火箭橇与红外导引头、转台等设备时间统一基准。

雷达：对火箭橇弹道进行监测。

2.2 试验方法

红外导引头外场地面模拟试验方法主要由火箭橇滑轨、火箭橇构成目标系统，三轴转台及附属设备构成导弹模拟系统，以此构建真实弹目交会环境，完成部件、系统特定功能、性能考核。

火箭橇作为模拟目标的载体，可在火箭发动机的作用下由零速度加速到弹目交会所需求的速度之后，沿滑轨惯性或匀速滑行。火箭橇可以为单轨橇、双轨橇或翼型橇结构，单轨橇经济性好，可达到的速度高，但力学环境恶劣；双轨橇具有优异的力学环境和承载能力，但试验成本相对较高；翼型橇介于单轨橇和双轨橇之间，兼顾力学环境和试验成本。火箭橇上可装载机翼、机身或其他目标模拟物，并通过特殊方法使模拟物红外特性与真实目标保持一致；同样在装载模拟目标的同时，还可以装载红外诱饵，在火箭橇运行过程中，根据需要定点或定时抛撒诱饵弹对导引头实施干扰。试验完成后，通过水介质对火箭橇系统进行刹车回收，以便后续连续使用。

三轴转台主要根据计算机指令，控制转台滚动、俯仰、航向轴系回转运动，用于模拟被测物体姿态变化，可实现空间质点运动中的转角、角速度、角加速度等物理指标，一般应用在半实物仿真系统中。三轴转台的转动可根据试验目的不同，由计算机以理论弹道控制，或者通过导引头输出导引参数至计算机进行控制。红外导引头安装在三轴转台上，可实现对火箭橇上目标的识别、捕获、锁定、跟踪，从而达到对导引头功能的评估。

3 红外导引头地面外场试验

3.1 红外导引头半实物仿真评估系统静态标定

半实物仿真评估系统静态标定主要是在红外导引头安装在三轴转台上后，先对导引头轴系、三轴转台轴系、零飞仪轴系进行三轴合一标定。具体方法是在三轴转台一定距离上（千米级）最少精测两个基准点，两个基准点相对位置精度应在毫米级，标定时在基准点上设置信标，通过调整三轴转台和固定支架使零飞仪与红外导引头同轴，并记录下三轴转台架位读数。之后，让三轴转台自两个方向分别对两个基准点上的信标进行标定，并记录下各次三轴转台的架位读数，并对各次数据一致性进行评估，以确保红外导引头半实物仿真系统的自身精度。

3.2 红外导引头半实物仿真评估系统联调试验

半实物仿真评估系统联调试验实质上应为静态解题试验，主要验证系统的可靠性。具体方法是由红外导引头将火箭橇模拟目标的弹道参数输入仿真计算机，仿真计算机将弹道转换为三轴转台参数并通过三轴转台控制机驱动转台，对目标进行虚拟跟踪，并在滑轨上间隔建立相应的信标，通过对转台参数、导引头参数、零飞仪参数的综合比对确定出系统的可靠性。同时，也可对各分系统时差进行软件修定。

3.3 红外导引头半实物仿真评估系统开环试验

半实物仿真评估系统开环试验主要考核红外导引头对模拟目标的识别、捕获、锁定能力。具体方法是在时间统一条件下，火箭橇模拟目标沿滑轨进行加速、滑行、回收。由于火箭橇具有弹道条件高度一致性的特点，本类试验可由三轴转台控制计算机按理论弹道或者用以前实测弹道进行控制，红外导引头仅进行目标识别、捕获、锁定功能考核［3］。

3.4 红外导引头半实物仿真评估系统闭环试验

半实物仿真评估系统闭环试验主要考核红外导引头的综合性功能，特别是导引头的机械化性能。具体方法是在时统启动下，可先由转台按理论弹道跟踪模拟目标，按前期开环试验获取参数情况在适当时机转由导引头控制转台实施对目标的跟踪，也可在发射前导引头对目标完成识别、捕获，锁定后再发射火箭橇实施跟踪。

3.5 红外导引头全态条件下功能验证试验

全态条件下功能考核试验主要验证红外导引头和导弹制导系统在模拟真实弹目交会条件下的综合性能，包括导引头跟踪算法验证等，试验原理图如图2所示。具体试验方法基本与闭环试验相同，不同的是被试部分由红外导引头与导弹制导系统组成。跟踪方法可分成两种情况：一是导引头和导弹制导系统自身构成闭环跟踪系统，三轴转台可按理论弹道进行程控，两者数据都按时序传输至仿真计算机，供后续进一步分析；二是导引头和导弹制导系统构成闭环跟踪系统的同时，向仿真计算机传输数据，而仿真计算机将接收到的数据进行处理，转变为实战交会极限或典型弹道数据后，驱动控制转台转动并将三轴转台数据回传给仿真计算机，以便试验后数据分析与处理。

3.6 红外导引头抗干扰试验

红外导引头抗干扰试验是在红外导引头仿真评估系统闭环试验的基础上进行的，如图3所示。火箭橇在导引头稳定跟踪段可定点单次或者多次抛撒单个或者多个干扰弹，干扰弹可以是点源干扰弹，也可以是面源干扰弹或复合干扰弹。火箭橇动态抛撒干扰弹的试验技术现已为成熟技术，三轴转台可以由红外导引头驱动，也可以按理论弹道由自身控制计算机驱动。若由自身控制计算机驱动时，导引头应为1∶1的实物［4-5］。

4 结论

随着红外导引头在导弹制导领域的广泛应用，其在研制、使用过程中迫切需要具有模拟实战条件的地面测试、试验评估条件，也需要抗干扰试验条件。本文针对红外导引头外场考核及半实物仿真评估试验，从试验系统组成及方法、静态标定、系统联调、系统开环试验、系统闭环试验和抗干扰试验等方面均给出了可行的试验方法，将会给红外导引头功能考核评估提供帮助。

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