AIM-9M連體導(dǎo)引頭

飛機(jī)本身既反射來自太陽的紅外，又從它是熱部件，尤其是加力燃燒室噴嘴。排氣羽流 溫度曲線通過相等區(qū)域表示截面 溫度，上半部分點燃加力燃燒室，下半部分干燥 推力。加力燃燒的較低溫度（cca 100 度）曲線 模式延伸到飛機(jī)后方 100 米以上的距離。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)在干推力下的羽流比這更窄、更熱 用于渦輪風(fēng)扇，將冷旁路空氣與渦輪排氣混合氣體。

盡管設(shè)計師努力對現(xiàn)代軍用飛機(jī)進(jìn)行設(shè)計，防止紅外輻射，但是風(fēng)機(jī)依然是豐富的紅外能量來源。主要熱源是 推進(jìn)，由于噴氣發(fā)動機(jī)的效率遠(yuǎn)低于100%，因此 大量的能量被用于發(fā)熱浪費掉。

噴氣式飛機(jī)中最強(qiáng)烈的紅外源是排氣管 （加力燃燒室關(guān)閉）。典型廢氣溫度 （EGT） 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，即J79，大約是950攝氏度，較新的發(fā)動機(jī)如F100 EGT在1300攝氏度左右。因此，最高強(qiáng)度是 波長約為 2 至 3 微米（對于面向物理的， 排氣管被建模為黑體，或者更確切地說是灰體散熱器）。

離開排氣管的廢氣形成羽流，因為它們 展開和冷卻。在干推力下，排氣管是最強(qiáng)的散熱器， 羽流較冷，特別是在高旁路的情況下 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)（F404）或渦輪風(fēng)扇（F100），其中渦輪排氣 氣體與來自風(fēng)扇的旁路空氣混合。羽流形狀和溫度隨發(fā)動機(jī)和運(yùn)行情況而變化 條件，圖 2。說明了 渦輪風(fēng)扇點燃加力燃燒室會導(dǎo)致進(jìn)一步的紅外輻射，在 事實上，排氣羽流，大約 2000 攝氏度，然后主導(dǎo) 飛機(jī)的 簽名，比尾管更熱，物理上更大。（注：在速度超過2.5M時，羽流輻射將由于 降低發(fā)動機(jī)整體壓力比）。

除了排氣管/羽流排放外，發(fā)動機(jī)發(fā)熱部分例如加力燃燒室噴嘴的外部，也輻射。高速 飛行會加熱飛機(jī)的蒙皮，發(fā)動機(jī)通常會加熱 向上 機(jī)身的一部分.

另一個排放源是反射陽光/紅外線， 傳統(tǒng)涂料顯然反射率約為60%，盡管較新的 低紅外灰度（美國海軍F-14，F(xiàn)-4，F(xiàn)-18等）反射約5%至15%。拋光的頂篷也可能反射足夠的能量被紅外導(dǎo)彈鎖定。

從實用的角度來看，飛機(jī)的熱輻射是不可能消除的，最好的要求是 減少。渦輪風(fēng)扇的使用降低了整體EGT的可能，機(jī)身的一部分可用于屏蔽排氣，因為 在 A-10，尾部表面屏蔽了相對涼爽的 TF34 的排氣（注意：發(fā)動機(jī)的位置使其 不可能用肩部發(fā)射的 SAM（例如 SA-7）鎖定， 直到飛機(jī)覆蓋了相對較遠(yuǎn)的距離，假設(shè) 這 飛機(jī)經(jīng)過發(fā)射場。） 使用低反射率 油漆和平坦的頂篷（helos）可以有一些用處。

大氣傳播 紅外輻射

大氣基本上影響三種不同的紅外能量 方式 - 吸收，散射和閃爍。紅外波長的光子主要被大氣吸收 二氧化碳和水分子，近紅外中最重要的窗口集中在1.6 微米、2.2微米和3.75微米，最后一個是 最寬約1微米，海拔5000米，水位低 蒸汽濃度允許在范圍內(nèi)高達(dá)95%的透射率 CCA 30公里（16.5海里）。如果水蒸氣濃度增加， 散射變得明顯。當(dāng)波長 IR的大小與散射粒子相當(dāng)。云和 霧含有大約 1 微米大小的液滴 - 這導(dǎo)致 在大部分紅外波段的透射率極低。

另一方面，雨滴要大得多，與 看似令人驚訝的結(jié)果是，通過雨水的紅外傳輸是 好多了。雨水容易使系統(tǒng)退化 性能 但仍允許其運(yùn)行（在 1.8 公里/1 NMI 透射率為 光 雨是CCA 90%，大雨是CCA 65%）。大氣的局部變化 折射的 由溫度變化引起的指數(shù)（例如可觀察到的閃爍 在加熱良好的瀝青路上的遠(yuǎn)處圖像）。這種效果不是 對于制導(dǎo)系統(tǒng)尤其重要，因為 隨著武器的接近，目標(biāo)的位置變得越來越小目標(biāo)，一旦目標(biāo)的角度尺寸大于 大小位置的明顯變化，可以忽略不計。

大氣的影響可以概括為降低 目標(biāo)在一定距離內(nèi)的強(qiáng)度，并引入小 遠(yuǎn)距離位置誤差。這兩種效果基本上是有作用的 自 限制制導(dǎo)系統(tǒng)可以檢測、跟蹤的最大范圍 和 鎖定目標(biāo)。

熱尋的導(dǎo)彈

飛機(jī)作為紅外能量的內(nèi)在來源，對于獲取紅外特征相對簡單、準(zhǔn)確的短程導(dǎo)彈制導(dǎo)。飛機(jī)作為目標(biāo)，本身發(fā)出了紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈所需的檢測和引導(dǎo)所需的所有能量，因此紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈不需要復(fù)雜和繁瑣的工作，及火控控制和照射雷達(dá)。作為一個相對簡單的系統(tǒng)， 武器可能更小更輕，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈非常適合作為混戰(zhàn)武器，補(bǔ)充大炮的作用。在此類武器的廣泛使用中，例如 AIM-9J/L 和 F-16， R.550 Magic/Mirage III/F1或以色列的Rafael Shafrir。

導(dǎo)彈可以分為三個系統(tǒng)：制導(dǎo)和控制，彈頭和推進(jìn)器，全部安裝在 機(jī)體內(nèi)。推進(jìn)通常由燃燒的固體推進(jìn)劑火箭提供 秒量級的時間。此類武器的彈頭通常很小， 因為假設(shè)導(dǎo)彈將在目標(biāo)上引爆或 在其中，彈頭通常是高爆炸/破片類型。大多數(shù)武器采用近距離和沖擊引信的組合。

導(dǎo)彈的制導(dǎo)和控制系統(tǒng)占據(jù)了它的 鼻子部分，引導(dǎo)感應(yīng)目標(biāo)的位置和問題 命令控制部分中的伺服器，然后驅(qū)動 控制面以實現(xiàn)所需的飛行路徑校正。大多數(shù)作戰(zhàn)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈采用鴨翼控制 表面/尾部穩(wěn)定器配置，采用的鴨翼類型 通常背叛了設(shè)計過程中的特別強(qiáng)調(diào)，例如 R.550 鴨翼前部的穩(wěn)定鰭片用于防止 在高迎角下失速。

制導(dǎo)系統(tǒng)本身通常由 武器機(jī)頭的窗口/過濾器組件，用于選擇 只有特定波長的紅外，然后進(jìn)入光學(xué)器件 調(diào)制系統(tǒng)，標(biāo)線或斬波器，可實現(xiàn)檢測器 元件接收來自目標(biāo)的紅外輻射，同時濾除雜波。檢測器的輸出由信號檢測處理 將攜帶信息的目標(biāo)位置，然后計算機(jī)采用比例導(dǎo)航來 生成引導(dǎo)命令。

紅外濾光片

濾光片是一種裝置，通過某些特定的 機(jī)制，允許傳輸某些波長，而 壓制他人。使用過濾器的主要原因 制導(dǎo)系統(tǒng)是抑制背景紅外輻射的必要條件， 如反射的太陽能，或來自地球的熱輻射 表面并使引導(dǎo)能夠區(qū)分各種部件目標(biāo)。

這些應(yīng)用中使用的濾光片分為兩種 廣泛 分組、吸收濾光片和干涉濾光片。吸收 濾波器的特點是帶寬寬（傳輸寬度 樂隊） 并且通常用于抑制大面積區(qū)域，通常是陽光。干涉濾光片可以設(shè)計為極窄的帶寬 （小于波段中心波長的0.1）并且良好 透射率，它們具有反射不需要的進(jìn)一步優(yōu)勢 能量而不是吸收它。

在這種情況下利用的物理現(xiàn)象是 干涉，當(dāng)我們向它自己的波中添加波時發(fā)生的一種效應(yīng)反射?？紤]一系列透明材料層， 具有交替折射率的層。如果我們通過光波 通過這些層，它將部分反映在每個接口上 層之間，交替界面反射進(jìn)相和異相?，F(xiàn)在 如果波的波長比厚度長四倍 之 層，發(fā)生了一件有趣的事情，即來自 連續(xù)的接口都是同相的，導(dǎo)致非常高 該波長的反射率。過濾器采用不同的層 厚度，以達(dá)到一定程度的反射率，特別是 波長。

精確的過濾器使用多達(dá)一百層，每個層都必須有 非常精確定義的厚度（對于小于 1 微米的 IR），在 以滿足帶傳輸規(guī)范。

光調(diào)制器

可能是導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)是它的光學(xué)調(diào)制器或標(biāo)線。它 執(zhí)行兩項極其重要的任務(wù)，為系統(tǒng)提供 定向目標(biāo)信息與抑制背景紅外輻射， 原則上，標(biāo)線是一種具有特定 其表面上不透明和透明區(qū)域的圖案。

在操作中，標(biāo)線放置在濾光片/光學(xué)器件之間 和探測器，它相對于光學(xué)器件的運(yùn)動導(dǎo)致探測器上的紅外入射，使 電子設(shè)備處理探測器的輸出以分離以下信息 來自背景圖像（通常是陽光照射的云）的目標(biāo)方向。

圖 3A 說明了一個簡單的旋轉(zhuǎn)標(biāo)線 背景抑制?？紤]標(biāo)線以 恒定速率，然后可視化它經(jīng)過其字段中的圖像 之 視圖， 斬波動作將導(dǎo)致不同的檢測器輸出 點目標(biāo)和云。對應(yīng)于 目標(biāo)（我們假設(shè)目標(biāo)足夠遠(yuǎn)，可以被視為 點 源）可以很容易地與紋波脈沖分離 通過電子濾波（窄帶通）對應(yīng)于云 在脈沖頻率下進(jìn)行濾波），從而使所需的 目標(biāo)和云之間的區(qū)別。

圖 3B 說明了為結(jié)果配置的標(biāo)線 之 目標(biāo)的方向。再次考慮恒定的旋轉(zhuǎn)速率 并將其越過目標(biāo)。每次旋轉(zhuǎn)時都會產(chǎn)生脈沖 的標(biāo)線，然而脈沖開始的瞬間 取決于目標(biāo)的角度位置。時間滯后或領(lǐng)先 脈沖或相位攜帶有關(guān)目標(biāo)角度的信息 位置，這些信息可以通過簡單的電子手段提取。

圖3中的第三個標(biāo)線。結(jié)合了的功能 標(biāo)線 A 和 B，提供方向信息和背景。上半部分由不透明的扇形組成 段，下半部分是半透明的，透射率等于 到上半部分的平均透射率。當(dāng)分段的一半 越過目標(biāo)，輸出將包含一系列脈沖和 一些不同的輸出由背面給出，當(dāng)半透明時 部分通過 -目標(biāo) 輸出對應(yīng)于平均值 目標(biāo)和背景的亮度。輸出類似于 B， 但脈沖脈沖而不是單個脈沖。

通過電子過濾掉這些突發(fā)，我們可以分離 目標(biāo)信息來自雜波，突發(fā)的階段產(chǎn)生 角度方向。目標(biāo)的徑向距離可以通過以下方式找到 檢查脈沖的振幅，作為 標(biāo)線上的目標(biāo)是圓而不是點。的寬度 標(biāo)線上的線段小于圓的直徑，如果 圓圈靠近標(biāo)線邊緣 大量光線通過 通過 如果它靠近中心，則通過的很少，導(dǎo)致觀察到的 振幅變化。了解 的角度分量和徑向分量 這 目標(biāo)的方向，我們可以很容易地找到 X 和 Y 分量 相對于導(dǎo)彈的控制軸，計算機(jī)可以找到 目標(biāo)攔截所需的控制偏轉(zhuǎn)。可能很明顯 對于許多讀者來說，該系統(tǒng)無法提供目標(biāo)方向 如果光罩軸（導(dǎo)彈軸）直接指向的信息 目標(biāo)，實際操作系統(tǒng)采用復(fù)雜的機(jī)械 用于光學(xué)元件和標(biāo)線旋轉(zhuǎn)和章動的系統(tǒng) 避免。

使用的標(biāo)線模式也相當(dāng)復(fù)雜，必須 要非常準(zhǔn)確。確定目標(biāo)方向的另一種方法 將涉及一系列探測器元件，但是電子設(shè)備 將目標(biāo)與雜亂分開所需的內(nèi)容將大大增加 更多 復(fù)雜。

紅外探測器

探測器是一種將紅外能量轉(zhuǎn)換為一些 電信號，然后由導(dǎo)彈的 電子學(xué)。作為器件，探測器包括一塊半導(dǎo)體材料 （光敏元件），帶抗反射和/或濾光片 涂料 和一個反射器，它通過反射任何 IR 來提高靈敏度 可能已經(jīng)通過探測器回到其中。

使用的探測器元件的兩種主要類型是 光電導(dǎo)和光伏，前者改變其電 電阻在點亮?xí)r，后者產(chǎn)生輸出電壓 照明。深入了解負(fù)責(zé)這些的機(jī)制 效果超出了這種治療的范圍，但一些理解可能會 從下面看固體物理學(xué)中獲得。

量子物理學(xué)的基本結(jié)論之一是， 繞原子運(yùn)行的電子可能只有某些離散 能量 與給定軌道相對應(yīng)的能量以外的能量 禁止。如果我們檢查多電子的電子結(jié)構(gòu) 原子，我們發(fā)現(xiàn)占據(jù)最外層軌道的電子是 最容易通過某種外力從原子中去除。如果我們?nèi)缓?拿 大量的這些原子并開始將它們一起移動， 軌道開始相互干擾，結(jié)果是 以前明確定義的能級開始涂抹，導(dǎo)致 形成能量帶而不是大量 原子。

最上面的兩個層次，即所謂的價帶和 導(dǎo)帶是最令人感興趣的。電阻 一個 材料取決于材料中自由電子的數(shù)量， 自由電子越多，電阻越低。在能源方面 樂隊 電子必須從下價帶躍遷到上價帶 導(dǎo)帶，然后才能作為自由導(dǎo)帶 電子。兩個波段之間的能量差稱為 能隙（Eg），下頻帶的電子必須至少接收 這個能量向上過渡并變得自由傳導(dǎo)。發(fā)生這種情況的一種方式是當(dāng)電子吸收光子時 之 能量hf大于Eg的輻射。

這基本上是探測器中使用的效果。能量 所用半導(dǎo)體材料的間隙通常小于1 電子伏特，接近紅外光子的能量 波長短于10微米。進(jìn)入 探測器與電子碰撞，使它們變得自由和 改變探測器的電氣特性。然而探測器 必須冷卻到-200°C左右，否則熱量 振動原子的能量將釋放足夠的電子來淹沒 檢測到的 IR 的影響。冷卻由封閉式提供 回路低溫冰箱，焦耳湯普森氣體膨脹 冰箱或由熱電冰箱（早期的AIM-9J）， 可用溫度越低，靈敏度越高 探測器。

探測器材料的選擇取決于所需的 給定波長下的靈敏度，由溫度 目標(biāo)。使用的大部分材料都屬于硒化物， 銻化物和碲化物，典型的紅外敏感材料是 碲化鎘汞（HgCdTe）或銻化銦（InSb）。

早期的制導(dǎo)系統(tǒng)因缺乏 可在 2.5 微米波段工作的探測器材料 - AS 結(jié)果武器很容易被強(qiáng)烈的陽光、云層迷惑 邊緣或耀斑，如果正面向目標(biāo)發(fā)射時無效， 因為他們寧愿引導(dǎo)羽流而不是飛機(jī)。后 系統(tǒng)在更方便的 4 微米波段運(yùn)行，該波段落下 進(jìn)入合理的透射窗口和背景紅外的區(qū)域 相當(dāng)?shù)汀?/span>

GD毒刺等新武器采用組合紅外線 和紫外波段傳感器（開機(jī)自檢導(dǎo)引頭），這使導(dǎo)引頭能夠 不過，區(qū)分目標(biāo)和對策，例如耀斑 它能夠處理紅外干擾系統(tǒng)，例如閃爍的紅外信標(biāo) （銫燈）可能會受到質(zhì)疑。（延伸閱讀：Hudson R.D. - 紅外系統(tǒng)工程，陶氏R.B.-高級基礎(chǔ) 導(dǎo)彈）。

熱尋求導(dǎo)彈制導(dǎo)是，經(jīng)過二十五多次 使用，新技術(shù)擴(kuò)大發(fā)布 每一代新產(chǎn)品的包絡(luò)和擴(kuò)展范圍的武器。一些 電子學(xué)的發(fā)展（考慮最近制造的30 x 30 單個安裝芯片上的 HgCdTe 元素陣列）可能導(dǎo)致 未來武器的完全不同的配置， 對于改進(jìn)是非常大的。