红外导引头极限性能鉴定方法研究∗

（92941部队 葫芦岛 125001）

1 引言

红外成像制导由于具有全天候工作，抗干扰能力强，隐蔽性好[1]等特点，自20世纪70年代诞生以来一直受到各国青睐，目前已被广泛应用于精确制导[2]，火力控制，侦查告警[3]等多种军事作战系统。红外导引头作为红外制导的关键器件，其技术指标对武器性能使用和鉴定具有决定性意义，然而红外导引头性能鉴定考核，由于客观条件的不确定，环境因素的复杂多变，使得试验评定只能在一定程度上，甚至是较为理想的条件下，给出考核结论，做出试验评价。对于红外导引头的极限性能[4]和边界条件[5]下的使用情况，未能进行有效的鉴定，在大气传输过程中，红外辐射受到不同因素的影响显而易见[6～8]，对于导引头红外最大捕捉距离也带来一定程度的影响，能见度[9]、相对湿度[10]、温度[11]等条件的不同将导致导引头最大捕捉距离指标下降，对于小目标无法在常见距离正常检测等，为解决这些问题，需在使用前摸清武器装备极限性能和边界使用条件。本文结合MODTRAN软件[12]，分析不同因素对红外辐射传输的影响变化，结合某型红外导引头试验数据，分析不同因素的变化对红外导引头的影响，分析红外导引头的极限性能，为指导试验设计，强化试验考核提供技术支持。

2 主要因素的影响分析

由于大气窗口的存在，目前红外导引头一般工作在中波和长波波段，据此结合MODTRAN软件分析不同季节（夏季和冬季）、主要因素（能见度、温度、湿度）对中波红外辐射传输的影响变化，结果如下。

图1 红外辐射随能见度的变化曲线

图2 红外辐射随温度的变化曲线

从图中可以看出，随着能见度的增加，红外辐射成指数增长，在能见度小于一定距离时，随着能见度的增长，红外辐射增加趋势逐渐加强，而到达一定距离以后，其增长趋势逐渐减慢；随着温度的增大，红外辐射呈对数下降，在温度较低时，其下降较为缓慢，随着温度的升高，下降速度逐渐增快，到达一定温度后，下降趋于平缓；随着相对湿度的增大，红外辐射逐渐减小，在相对湿度较低时，其变化速度较为缓慢，在相对湿度接近饱和时（85%），下降趋势急剧加速。同时可以看出，在同样条件下，长波波段比中波波段衰减要小。

图3 红外辐射随湿度的变化曲线

3 极限性能分析

3.1 理论模型校验

对于不同的地区和气候条件，MODTRAN软件分类及使用具有一定的误差，据此，搜集红外导引头试验数据，对模型进行误差修正，能进一步准确获取红外导引头极限性能。某型红外导引头不同弹目距离下的成像情况如图4所示。

图4 不同距离下图像

红外探测器接收物体的红外辐射能量进行成像，在计算中可使用像素值等效探测器接收到的红外辐射，忽略探测系统自身误差及噪声的影响。试验当日天气条件下，经MODTRAN计算不同探测距离时的大气透过率。以0.1km时获得的红外图像为基准（此时忽略大气衰减作用），据此计算实际环境下的大气透过率及其与MODTRAN计算值的误差，见表1。

表1 不同距离透过率

取不同距离条件下的大气透过率误差均值作为MODTRAN软件的计算误差，则MODTRAN软件的计算误差为9.2%。依据此误差，可计算试验日条件下某一试验参数改变带来的红外导引头最大捕获距离变化情况，以便获得导引头的极限性能。

3.2 极限性能分析

根据不同因素对红外辐射在大气传输过程中的影响变化情况，结合红外导引头成像信息，对不同环境条件下的导引头极限性能进行研究，一定程度评价考核导引头的极限性能。以上述导引头为例，试验当天大气能见度12km，相对湿度70%，温度25℃，红外导引头最大作用距离为7km。其它条件不变，考核不同能见度条件下，导引头捕获距离指标，根据辐射传输与能见度的关系，计算导引头红外探测系统最大捕获距离变化情况，结果见图5。

图5 最大捕获距离与能见度关系

可以看出，随着能见度逐渐增大，红外导引头最大捕获距离也随之增加，这是因为随着能见度的增大，大气中气溶胶含量降低，大气透过率增大，红外辐射在传输过程中衰减速度下降。同时可以预见，当能见度达到一定距离以后，最大捕获距离将不再改变，此时已达到导引头自身的性能极限。

另一试验日天气状况为能见度15km，相对湿度60%，温度10℃。试验中红外导引头在12km处发现目标，根据红外辐射与温度的变化关系，可延伸获得不同温度条件下，该型红外导引头的最大捕获距离，其它条件不变，计算此时的导引头红外探测系统最大捕获距离变化情况，结果见图6。

图6 最大捕获距离与温度的关系

可以看出，当改变温度为30℃时，计算所得导引头红外探测系统最大捕获距离为1.7km，并且随着温度的增大，捕获距离也越来越小。受限于客观环境，在温度高于40℃，特别是能见度不理想的情况下，对于该型武器的使用需谨慎。

根据红外辐射与相对湿度的变化关系，其它条件不变，可延伸获得不同相对湿度条件下，该型红外导引头的最大捕获距离情况，结果见图7。

图7 最大捕获距离与相对湿度的关系

随着相对湿度的增大，红外捕获距离呈指数下降，相对湿度为90%时，最大捕获距离理论值为5.3km，而相对湿度达到一定程度时（95%），红外导引系统基本无法使用，此时导引头的最大捕获距离理论计算值为1.2km，基本代表了红外导引头极限探测性能。

4 结语

由于大气传输的衰减，能见度、相对湿度、温度等条件的不同对红外导引头目标探测造成一定程度的影响。本文针对红外导引头极限性能考核和边界使用条件鉴定尚未开展相关方法研究的情况，分析各因素对红外辐射传输的变化规律，对红外导引头试验数据进行分析，并以某型红外导引头为例，分析红外导引头极限性能，对红外导引头的极限性能考核提出探索性方法，为不同条件下准确掌握使用武器装备，拓展后续试验考核方法提供技术支持，对考核导弹性能及作战效能意义重大。