CN1019414B - 多目标自动寻的的集束弹系统 - Google Patents

Abstract

用于低空发射系统中的集束弹，它可以投放多个由火箭驱动的导弹，每个导弹都能在恒定的高度巡航飞行并搜索目标。一旦发现目标。导弹就会对准目标攻击。较优的方案是：采用工作在微米波范围的辐射探测器作为目标搜索装置，在该范围内，金属或反射性能类似的目标对于背景有显著差别，从而产生足够强的信号来控制导弹的最后的动作。

Description

本发明是关于武器系统，特别是关于一种先把集束弹运载到某一位置，然后发射以攻击集群目标的武器系统。

集束弹曾经用来把各种小武器发射到某一空域，在空中爆炸后这些武器分散开来以攻击广大的目标区。单个的小武器被称做子炮弹，通常他们是小炸弹、信号装置或此类物体，他们不能独立制导去寻找目标。集束技术最初是用来攻击饱和目标区的。最近某些此类弹药装备了制导系统，但是这些武器的设计都缺乏有效的翼面和推进器。这些缺陷使目标搜索范围很大而攻击范围很小。带有制导装置的武器通常是单个发射的并载有一个很大的弹头，由于制导系统的复杂性和价格昂贵因此不宜于在大量的小型导弹上装备。

象坦克和装甲车这样的军事目标很难靠随机散布的小型炮弹来摧毁。而如果能直接命中，那末少量装药就能击毁坦克或使其失去战斗力。在攻击集群装甲车辆时，采用具有瞄准单个目标能力的多级小导弹其优越性就很明显，同时可使该装备的成本降到最低。

在本文描述的武器系统中，用一个载弹筒或其他适用的容器装载着一束由小型火箭推进的导弹，通常这些导弹的空气动力翼面在装载中是折迭着的、可以从低空飞行的飞机上发射载弹筒，而且最好是向上空高处发射以使飞机处于能够避开目标区的地方。在预定的高度，载弹筒打开使导弹自由下落。这时，空气动力翼面伸开使导弹在预定的巡航高度拉平飞行，其高度由每个导弹上装备的简单的气压表装置来控制。导弹朝着目标区推进，每个导弹都有一探测目标的简单的搜索系统。现已得知，工作在微米波段（如35GHz）的辐射探测器，能在地物背景上探测出金属或类似的反射目标。当由信号识别发现目标时，辐射搜索系统的扫描天线便起动进入跟踪状态，操纵导弹去直接命中目标。导弹中的小型装药弹头以最有效的方式放出以摧毁目标。

特别是本发明提供了一种多目标自动寻的集束弹系统，它包括：多个自动寻的导弹，导弹按集束形式配置，每个导弹都具有一带有空气动力支持和控制翼面的弹体;携带和运载集束导弹的运载装置;包括在目标附近从中释放导弹的装置，目标搜索装置安装在导弹弹体上并可运转，目标搜索装置包括一个对目标及其环境产生的辐射具有敏感的接受器，能把目标从背景中识别出来的装置;和接受器连接在一起的接收天线：带动天线进行搜索扫描的驱动装置，它对目标搜索装置的信号做出响应， 根据对目标的认别驱动天线进行目标跟踪扫描;目标识别装置具有脉冲振幅和脉冲宽度鉴别装置，可以在不同而又大体不变的背景信号中识别目标信号脉冲，该装置还包括一脉冲计数装置以确定天线每一扫描中目标脉冲的数目;推进器装在上述导弹弹体上并可运转以便在导弹从载弹筒中释放后推动导弹进行巡航飞行;导弹弹头安装在弹体上并可操纵;制导装置和控制翼面相连接，制导装置对目标搜索装置的信号做出响应以引导导弹进行巡航飞行，并根据对目标的识别来操纵控制翼面将导弹引向目标。

本发明的目的及其优越性可通过以下叙述及参考附图来阐明：

图1为集束弹药典型的运载飞行图。

图2为典型的单个导弹或飞行器的立体图。

图3为具有折迭式空气动力翼面的导弹的顶视图。

图4为安装在一载弹筒内的四个一束的导弹前视图。

图5为巡航状态下进行目标搜索的导弹的侧视图。

图6为搜索装置扫描方式的顶视图。

图7为跟踪和瞄准目标状态下扫描方式的顶视图。

图8为辐射仪搜索系统的方块图。

图9为目标搜索和瞄准动作的原理方块图。

图10为在辐射仪系统中产生的典型目标脉冲。

图11表示由于背景特征变化所产生的小信号。

图12为另一种导弹结构的主体图。

图13为投射后能延迟目标探测的又一导弹类型。

图14为图13所示的导弹运行图。

在图1所示的典型的战斗飞行中，飞机10作惯用的投掷机动飞行（由航路12表示），以投掷运载装置（如载弹筒14），它沿着抛射弹道16到达预定点18，在该点载弹筒打开并释放出一束导弹20，通过载弹筒的打开动作以及空气动力的调整作用或其它适当的分离装置使导弹散布在整个目标区前方。典型的情况是，飞机（也可能是一些其他类型的飞行器），以大约500英尺的飞行高度接近目标，在离预定点约20000英尺远处投掷载弹筒，而投掷时的高度可为1000至1500英尺。当然，导弹也可以成束地装在一个可分离的架状的运载体上或其周围（载体未示出）。如有必要，载弹体还可备有可以弹射掉的保护壳。

图2至图4中所示的一种导弹具有一普通的圆柱形弹体24，弹体有半球形前端部26和锥形尾部28。安装在弹体24上方短支架30上的翼（控制翼面）32铰接在轴34上并沿弹体折向后方。水平控制翼面36和垂直控制翼面38装在尾部28上，通过铰链40折向后方。这些翼和控制翼面在释放导弹时在简单的弹翼或其他适用的装置作用下伸展开，导弹上的自动伸展空气动力翼面是众所周知的。当然，并不是所有的翼或其他控制翼面都需要采取折迭形式，某些甚至全部的翼或控制翼面可以永久固定在伸展位置，采取伸展还是折迭形式，取决于导弹大小，所需数量，储存因素、战术要求等，以及导弹的复杂和先进程度。

在弹体的中央部分有一普通的装药弹头42，弹头通过适当的挤压式开关或冲击式雷管引爆。导弹由辐射仪44制导，它带有装在导弹前端部26内的天线46和天线扫描驱动装置48。弹头后面有电池50和制导电子仪器组件52，其中包括一气压表装置54或其他高度控制装置。在弹尾28上有一火箭发动机56，该发动机最好能提供如15至20秒的持续动力。控制翼面36和38由伺服电机58驱动可绕翼展方向的轴线转动。必须强调一点，通过设计具有高下滑比的机体和控制翼面，可以取消火箭发动机56。但是，整个作战范围和有效性将降低，即，预定打击的目标数量将减少。

正如熟悉该领域技术人员所了解的那样，对目标进行扫描和跟踪，以及控制导弹的飞行路线以截击目标的基本技术是众所周知的。许多常用天线的驱动，飞行器制导电路和组件，以及控制伺服系统都有现成的可资利用，并改装用在图示的飞行器上。

当导弹从载弹筒上释放时，通过接通搜索装置和制导系统对其进行操纵，上述动作可由系在载弹筒上的固定开伞索或小牵索59或由空气动力翼面的弹翼来完成。气压表装置54可以预调或参照载弹筒中携带的高度传感器调到释放位置，以使制导电路组件能在预定的巡航高度将导弹飞行拉平。在 该高度，火箭发动机点火工作，维持导弹的巡航飞行。

在飞行的巡航阶段，天线46朝向导弹纵轴下方。例如45度角方向，如图5所示，并由驱动装置48使其来回摆动进行扫描搜索，射束点以一个向前运动的弧形轨迹来回移动，对导弹前面的地形进行扫描。当探测到目标22时，天线就会由扫描状态转换到对着目标识别和跟踪状态如图7所示，每次射束扫过目标22时都会产生一个信号脉冲。接着，导弹在制导系统操纵下瞄准目标。从图中所示的巡航高度和导弹相对于目标的位置来看，由于有一原始俯角，导弹将以近乎垂直趋近的方式攻击目标。

辐射仪44实质上是一个用已知的电路原理设计的被动接收器，它对微米波段的能量很敏感。现已发现频率为35GHz的波特别适宜。固体电路的接收器可以小到直接安装到天线46上，这样便省去可弯波导管。一种微米波辐射仪44采用微米波振荡器或在辐射仪电路中加上一照射器使其成为有源辐射仪。装在可调支架上的照射器采用硅碰撞雪崩渡越时间型（IMPATT）二极管。带有一个旋转的辅助反射器的卡塞格伦天线连接到照射器和滤越接收开关上（最好是位置指示二极管开关PIN），该连接通过天线转换开关实现。这种开关可以用铁循环器，平衡混频器连接到开关的输出端和本机振荡器上并通过一耿氏二极管进行工作。

混频器的输出送入红外视频放大器，放大器的输出又送入带有距离开关的跟踪电路。跟踪电路接收视频信号和定时参考脉冲，并向常平架伺服机构控制电路发射检波后的扫描调制信号和直流探测指示电压。在搜索和跟踪状态下，装在常平架上的天线的位置和运动由伺服控制电路控制。天线架是一个双轴直接驱动的常平架，由两个直流力矩电机提供动力。电位计安装在电机壳内构成闭合的伺服回路。调制器同步装置电路和照射器、开关以及跟踪电路相连接。调制器同步装置电路完成三种功能。一，该电路发生一系列矩形脉冲以控制照射器输出波形;二、通过切断开关防止混频器超载以维持每一发射脉冲能量的持续时间;三、发送同步脉冲给跟踪电路以控制每次扫描的触发。

在微米波段，对地物背景说来实际上是有耗介质，其平均辐射测量的“温度”约为280°K。而金属目标，如坦克，反射约50°K的天空温度。天空温度实际上随目标的反射性能和从顶点算的反射角变化，但是，由于综合特征显示出有很大差别，这使得很容易区别目标和背景。某些背景如柏油，特别是水，其有效温度不同于背景的平均温度。但是，通过选择滤波，使辐射仪对所要求的特殊目标信号范围很敏感。

在图10中，表示射束点从目标上掠过的情形，当目标进入射束点时，反射率会发生急剧变化，如前沿斜率60所示。目标处于射束点内时，反射率保持在峰值62，当射束点越过目标后，反射率下降到正常的背景值64。辐射仪产生的信号脉冲66足以触发识别电路。

在图11中，反射率变化68比较平缓，该变化表示射束点从一种地物转到另一种地物，如从岩石到茂密的灌木丛。所产生的信号变化70很小，其输出保持在新的电平上直到射束遇到下一个地物变化。这种变化不足以使辐射仪输出产生从任何触发动作，显然，被扫描的地物的不规则变化也会引起信号的波动，但是，通常这些波动都不足以触发反应。

参见图8，辐射仪44的输出送入振幅识别器72，当发生足够大的振幅变化时，识别器判断发现了一个目标。振幅识别器向脉冲宽度识别器74和模式选择器逻辑电路76发送一信号。脉冲计数器78和脉冲宽度识别器74相连并向模式选择逻辑电路76发送第二个信号。当辐射仪输出没有出现显著变化时，模式选择逻辑指令天线驱动装置48工作在搜索状态，进行图6所示的扫描动作。

如果接收到振幅足够大的脉冲，模式选择逻辑就转变到识别状态并指令天线驱动装置48工作在识别和跟踪状态，如图7所示，如果脉冲宽度和数目达到预定的要求，模式选择逻辑转换到跟踪状态。天线保持同样方式继续扫描，但开关80动作起来，启动跟踪制导组件52，该组件控制伺服机构58去引导导弹飞向目标。如果脉冲宽度和数目没有达到要求，模式选择逻辑回复到搜索状态，继续搜索目标。

图9表示有关操作的功能，开始时，辐射仪信号来自搜索扫描，在振幅识别电路中，上阈值（UT）设置为一恒定值，而脉冲振幅的下阈值是可变的，这样就能处理可能要加以注意的小信号，例 如射束擦过目标时接收下来的信号。如果信号（S）处在等于或高于下值和等于或小于上阈值之间的界限内，则将信号送到脉冲宽度电路中。如果信号不处于上述振幅界限内，则搜索状态继续进行。

脉冲宽度电路是根据已知的扫描速度和目标对象有平均宽度来设计的，这样就不会对宽度大的目标，如一片水所产生的显著脉冲作出反应。如果信号脉冲宽度等于或小于预定的脉冲宽度（PW），则起动跟踪状态。如果脉冲宽度等于或大于预定值，则搜索状态继续进行。如果这时脉冲计数器要判断在连续三次扫描中是否都出现目标信号，以确认目标处于导弹的有效攻击区内。如果没有连续三次出现，则恢复搜索状态。如果目标信号象要求的那样出现，脉冲计数器就可确定每一次往复扫描出现多少个脉冲。如果每一次往复扫描出现两个以上脉冲，这是从多个目标产生的，它会造成不可判定或失误，这时应当恢复搜索状态。但是，如果每次扫描中目标脉冲的数目不超过两个，则开始引导导弹攻击目标。

在电路中还有一飞行定时器，所设定的时间足够导弹在其推进器作用下到达目标。定时器在操作程序开始时启动，到预定时间，就会以某种适当的装置控制导弹自爆。

另一种特别适用于高速飞行的导弹结构如图12所示。弹体82包括导弹20所采用的全部设备，尾部的水平控制翼面84和垂直控制翼面86成十字形配置。弹翼也按十字形配置但和尾翼平面错开45°，全部控制翼面均可折迭。在飞行中，导弹上部的一对弹翼88会伸展开以便巡航飞行，下部的一对翼90处于折迭状态，如图中虚线所示。最好跟踪目标的飞行开始时，下翼会打开，使导弹受到对称的空气动力，从简化最后阶段向目标逼近时的方向控制。

再有一种导弹结构如图13和14所示。弹体92同样包括上述全部设备。弹翼94伸展如图示，尾部控制翼面96为收缩状态，在该结构中，导弹前端部朝上垂直安放在地面上，导弹可用空投或人工安装在目标车辆频繁行驶的地区。伸展的弹翼作为支撑导弹的稳定装置。

弹体的底部有一传感器98，可采用地震式传感器以探测目标22在驶近时产生的振动。也可用声学、热能或其他传感器放在导弹的适当位置。当探测到有目标接近时，火箭发动机100就点火，推动导弹向升空直到发动机熄火。然后，导弹在航路顶点102处转向，这时尾部控制翼面伸展开起稳定作用，以使搜索系统能探测到并对准目标。

如果导弹配备更精密的制导系统，如惯性制导系统，导弹可设计成沿更低的、更快的航线104飞行。如果导弹用在近距离攻击目标，则其他搜索或传感装置，如声学或热能式，也可采用。

这样的导弹系统主要对攻击散布的目标群特别有效，它由飞机从安全的距离发射。导弹利用简单的探测和制导装置探测单个目标并从目标上部攻击其薄弱环节。

Claims (6)

1、多目标自动寻的集束弹系统，包括：集束形式配置的多个自动寻的导弹，每个导弹具有一弹体，上面装有空气动力保持和控制翼面；携带和运载集束导弹的运载装置，包括在目标附近释放导弹的装置；安装在弹体上并可运转的目标搜索装置，目标搜索装置包括对目标和其周围景物辐射敏感的接收器，还有能从背景中识别目标的装置；和接收器装在一起的接收天线；驱动天线进行搜索扫描的驱动装置，它对目标搜索装置发出的信号作出响应，根据对目标的识别驱动天线实行目标跟踪扫描，具有脉冲振幅和宽度识别的装置，它可以从不同的但电平大体不变的背景信号中识别出目标信号脉冲，还包括能够确定天线每次扫描中目标脉冲数目的脉冲计数器；安装在导弹体上并可运转的推进器，在导弹离开运载装置后它推动导弹作巡航飞行；安装在弹体内并可操纵的弹头以及与控制翼面连接的制导装置，它对目标搜索装置来的信号作出响应以制导导弹进行巡航飞行，并根据对目标的识别操纵控制翼面制导导弹攻击目标。

2、按照权利要求1的多目标自动寻的集束弹系统，其制导装置对脉冲的振幅、宽度和脉冲数目的预定综合结果作出响应以引导导弹攻击目标。

3、按照权利要求1或2的多目标自动寻的集束弹系统，接受器是具有35GHz级有效频率的辐射接收器。

4、按照权利要求1或2的多目标自动寻的集束弹系统，包括高度传感器，该传感器和制导装置装在一起，保持导弹在预定的巡航高度飞行。

5、按照权利要求1或2的多目标自动寻的集束弹系统，运载装置包括适用于飞行器携带的载弹筒，并带有释放导弹用的可分离部件，还包括在导弹释放后，启动目标搜索装置的启动装置。

6、按照权利要求1或2的多目标自动寻的集束弹系统，其中，推进器包括火箭发动机。

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