超级军网舰船知识特稿：点评弹道导弹攻击航母五大难点
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 16:49:11
2007年11月20日 07:36 《舰船知识》杂志
文／高卉
编者按：众所周知，航空母舰属于海上大型移动目标，而目前一些国家正在发展弹道导弹末段制导技术打击航母，似乎为这一难题找到了案。本期的蓝色PK台邀请了两位作者就此问题从技术层面进行辩论。特此说明，作者仅代表他们个人观点。
从目前情况来看，弹道导弹突击航母的技术难点集中在弹道导弹对航母的侦察和破坏，主要包括发现、定位、突防、击中和破坏等几个方面。
航母机动区域广阔 发现难
攻击航母首先是发现航母，而之所以选择弹道导弹打击航母，正是因为其火力控制距离可以从数百到数千千米，如果在百余千米内即没有必要使用弹道导弹，而在如此广阔的海域内，长度300余米、宽70余米的航母如沧海中一粟很难被发现。
美军平时保持约三分之一航母兵力在西太平洋、地中海和海湾等前沿地区执勤；三分之一在海上训练；三分之一处于维修、保养或休整状态。战时，其维修和训练时间都将相应缩短，可保持三分之二左右，约8个航母战斗群参战。美国为突出对西太平洋地区的反应能力，其在我国周边长期驻泊1艘航母，主要依托日本的横须贺基地，这也是美国唯一在海外长期部署的航母。近年来，美国正计划在关岛或夏威夷部署第二艘航母，而如果我国周边发生事态，美军还会从本土紧急调遣众多航母支援。
依据美国现行军事战略，从设想要同时能够打赢两场大规模战区战争出发，每场战争一般投入大约4个航母战斗群，以及相当数量的空军和地面部队。按照美军规定，每艘航母海外执勤期一般为6个月，但根据美新的“舰队反应计划”，战时美军可统一调配航母，在接到命令后，可立即派出6支航母编队，随后再派出2支，即“6+2”模式。按照新计划，航母以24个月为1个任务周期，甚至可延长至27个月。
由于美目前在西太只部署有1个航母编队，因此其只能担负对台海地区冲突的快速反应任务。而从本土调动的航母力量要跨越太平洋进入西太战区，从美军太平洋部署和以前的活动分析，可以发现，美航母跨越太平洋一般有三条路线选择：一是从美国本土出发，经阿留申群岛、日本、韩国至冲绳，再南下台湾海域，需时约两周；二是从美国本土出发，经夏威夷、关岛至台湾海域，需时约l周半；三是从美国本土出发，经夏威夷、新西兰、澳大利亚至菲律宾，再伺机进入台湾海域，需时约3周。其中，夏威夷、关岛航线完全依托美军领土，比较可靠，而且是奔袭台海地区的最短航线，考虑到弹道导弹的射程，打击航母最可能的海域一是从冲绳南下台海航线中的我国东海东部海区，二是从关岛东进台海航线中的台湾以东海区。以关岛航线为例：关岛与我国台湾岛相距大约2500千米，如果一艘航母在该海域航行时，我们取得了一幅该海域的卫星照片，当拍照的原始照片的长62500象素、宽8333象素时，航母才对应为一个象素点，而此时的照片已经达到5亿2千多万象素(普通 数码相机最大成像分辨率仅为500～1000万象素)。如果我们用显示设置为最常见的1024×768分辨率的电脑屏幕观看，要看到航母这个点就需要61个电脑屏幕，况且一个象素点是无法判断其性质的，要判断一个卫星照片中船只的性质，一个有经验的图像判读员起码也要有10个以上的象素点，这就要有610个电脑屏幕才能显示。
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
侦察手段时效性低，定位难
发现航母后的第二步是持续跟踪航母，并取得攻击航母所需的定位数据。在航母进入作战区后，航母会在相对固定的海区内巡弋机动，从以往经验看，航母一般在距敌海岸200～600海里之间海区机动，频繁更换阵位，以规避对手的侦察和打击。例如，美军航母编队通常要求部署在一个较为开阔、安全(在对方攻击航空兵的作战半径之外)、便于攻防、便于机动、便于对盟友支援的海域。这一海域大致为半径50～100海里的海区。正常情况下，综合作战区距敌岸100～300海里，特殊情况下，也可以扩大或缩小。从目前情况看，美军在我海区附近活动的距离明显增大。这都使对作战区内航母定位问题变得困难。
大家知道，侦察卫星的运行轨道是固定的，因此卫星过顶次数是有限的，其一般只能对目标进行间隔数天或10多小时的侦察，无法进行连续监视。如果不进行变轨，其对地面某一区域的侦察就只能是随机的“碰运气”了，而要调整卫星轨道到重点地区上空，就必须消耗宝贵的星上燃料进行变轨机动，这对卫星的寿命会有一定影响，即使变轨，这一过程也要数小时。
以目前世界上最先进的商业成像卫星为例，其分辨率可以达到0.8，是许多国家军事侦察卫星的近10倍，其每天绕地球飞行14圈，但在不变轨的情况下，对同一地区的侦察间隔要在3天以上，如果牺牲分辨率，对其进行变轨，其重访同一区域的时间也接近24小时。因此卫星侦察的时效性虽然高，但还达不到侦察突发事件和定位航母等移动目标的程度。例如，在苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，美国在2天后才得到该电站的卫星图片。而在2004年4月22日发生的朝鲜两列火车在平壤北部的龙川火车站的相撞爆炸事故报道中，正是由于卫星时效性低这一原因，军事专家很容易在第一时间否定了媒体报道的配图。当时英国BBC新闻在报道中使用了一张声称是朝鲜龙川镇的照片，而且特别生动的是这张从数百千米上空拍到的照片中显示出在城镇上空巨大的爆炸烟云，这无疑使报道增色不少。但军事专家认为卫星不可能这么快拍到这一事件的照片，除非爆炸和侦察都是事先策划的。因为当时有如此分辨率的6颗商业照相卫星中哪一颗正好在准确的时刻将其照相机对准朝鲜的爆炸区域的
可能性非常小。而且即使得到消息，再行调整卫星也是非常复杂的过程。后来有关人员承认这张照片拍自不久前的伊拉克战场，这是美国数字地球公司的快鸟商业照相卫星，在2003年4月对当时刚刚爆发的伊拉克战争进行拍照时得到的一张照片。地点是伊拉克首都巴格达附近的一个城镇，爆炸是联军空袭造成的，而爆炸后景象的卫星照片也是在几天后才得到。
此外，即使卫星拍摄到航母目标情况，其向回传送数据的工作量也很大，目前的传输型卫星一般每天才下传一次数据，如果要紧急传送，就要机动到地面接收站上空向下传输。上述侦察数据量少说也有数百兆，如此大量的数据要通过天地间的无线链路传输到地面，并完成地面数据的处理。因为光学镜头拍摄到的景物在底片上会发生变形，如果我们仔细观察平常拍摄到的照片，就会发现边缘的景物会有些许变形，而为了得到拍摄到目标的正确坐标和景物间的关系就要参考卫星的轨道参数和相机状态纠正卫星照片的畸变，然后确定卫星照片中目标的精确坐标。这一时间最低也要数十分钟，甚至数小时。而典型航母时速在30节以上，也就是说这一时间内航母至少已经移动了10多千米。2007年11月20日 07:36 《舰船知识》杂志
文／高卉
编者按：众所周知，航空母舰属于海上大型移动目标，而目前一些国家正在发展弹道导弹末段制导技术打击航母，似乎为这一难题找到了案。本期的蓝色PK台邀请了两位作者就此问题从技术层面进行辩论。特此说明，作者仅代表他们个人观点。
从目前情况来看，弹道导弹突击航母的技术难点集中在弹道导弹对航母的侦察和破坏，主要包括发现、定位、突防、击中和破坏等几个方面。
航母机动区域广阔 发现难
攻击航母首先是发现航母，而之所以选择弹道导弹打击航母，正是因为其火力控制距离可以从数百到数千千米，如果在百余千米内即没有必要使用弹道导弹，而在如此广阔的海域内，长度300余米、宽70余米的航母如沧海中一粟很难被发现。
美军平时保持约三分之一航母兵力在西太平洋、地中海和海湾等前沿地区执勤；三分之一在海上训练；三分之一处于维修、保养或休整状态。战时，其维修和训练时间都将相应缩短，可保持三分之二左右，约8个航母战斗群参战。美国为突出对西太平洋地区的反应能力，其在我国周边长期驻泊1艘航母，主要依托日本的横须贺基地，这也是美国唯一在海外长期部署的航母。近年来，美国正计划在关岛或夏威夷部署第二艘航母，而如果我国周边发生事态，美军还会从本土紧急调遣众多航母支援。
依据美国现行军事战略，从设想要同时能够打赢两场大规模战区战争出发，每场战争一般投入大约4个航母战斗群，以及相当数量的空军和地面部队。按照美军规定，每艘航母海外执勤期一般为6个月，但根据美新的“舰队反应计划”，战时美军可统一调配航母，在接到命令后，可立即派出6支航母编队，随后再派出2支，即“6+2”模式。按照新计划，航母以24个月为1个任务周期，甚至可延长至27个月。
由于美目前在西太只部署有1个航母编队，因此其只能担负对台海地区冲突的快速反应任务。而从本土调动的航母力量要跨越太平洋进入西太战区，从美军太平洋部署和以前的活动分析，可以发现，美航母跨越太平洋一般有三条路线选择：一是从美国本土出发，经阿留申群岛、日本、韩国至冲绳，再南下台湾海域，需时约两周；二是从美国本土出发，经夏威夷、关岛至台湾海域，需时约l周半；三是从美国本土出发，经夏威夷、新西兰、澳大利亚至菲律宾，再伺机进入台湾海域，需时约3周。其中，夏威夷、关岛航线完全依托美军领土，比较可靠，而且是奔袭台海地区的最短航线，考虑到弹道导弹的射程，打击航母最可能的海域一是从冲绳南下台海航线中的我国东海东部海区，二是从关岛东进台海航线中的台湾以东海区。以关岛航线为例：关岛与我国台湾岛相距大约2500千米，如果一艘航母在该海域航行时，我们取得了一幅该海域的卫星照片，当拍照的原始照片的长62500象素、宽8333象素时，航母才对应为一个象素点，而此时的照片已经达到5亿2千多万象素(普通 数码相机最大成像分辨率仅为500～1000万象素)。如果我们用显示设置为最常见的1024×768分辨率的电脑屏幕观看，要看到航母这个点就需要61个电脑屏幕，况且一个象素点是无法判断其性质的，要判断一个卫星照片中船只的性质，一个有经验的图像判读员起码也要有10个以上的象素点，这就要有610个电脑屏幕才能显示。
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
侦察手段时效性低，定位难
发现航母后的第二步是持续跟踪航母，并取得攻击航母所需的定位数据。在航母进入作战区后，航母会在相对固定的海区内巡弋机动，从以往经验看，航母一般在距敌海岸200～600海里之间海区机动，频繁更换阵位，以规避对手的侦察和打击。例如，美军航母编队通常要求部署在一个较为开阔、安全(在对方攻击航空兵的作战半径之外)、便于攻防、便于机动、便于对盟友支援的海域。这一海域大致为半径50～100海里的海区。正常情况下，综合作战区距敌岸100～300海里，特殊情况下，也可以扩大或缩小。从目前情况看，美军在我海区附近活动的距离明显增大。这都使对作战区内航母定位问题变得困难。
大家知道，侦察卫星的运行轨道是固定的，因此卫星过顶次数是有限的，其一般只能对目标进行间隔数天或10多小时的侦察，无法进行连续监视。如果不进行变轨，其对地面某一区域的侦察就只能是随机的“碰运气”了，而要调整卫星轨道到重点地区上空，就必须消耗宝贵的星上燃料进行变轨机动，这对卫星的寿命会有一定影响，即使变轨，这一过程也要数小时。
以目前世界上最先进的商业成像卫星为例，其分辨率可以达到0.8，是许多国家军事侦察卫星的近10倍，其每天绕地球飞行14圈，但在不变轨的情况下，对同一地区的侦察间隔要在3天以上，如果牺牲分辨率，对其进行变轨，其重访同一区域的时间也接近24小时。因此卫星侦察的时效性虽然高，但还达不到侦察突发事件和定位航母等移动目标的程度。例如，在苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，美国在2天后才得到该电站的卫星图片。而在2004年4月22日发生的朝鲜两列火车在平壤北部的龙川火车站的相撞爆炸事故报道中，正是由于卫星时效性低这一原因，军事专家很容易在第一时间否定了媒体报道的配图。当时英国BBC新闻在报道中使用了一张声称是朝鲜龙川镇的照片，而且特别生动的是这张从数百千米上空拍到的照片中显示出在城镇上空巨大的爆炸烟云，这无疑使报道增色不少。但军事专家认为卫星不可能这么快拍到这一事件的照片，除非爆炸和侦察都是事先策划的。因为当时有如此分辨率的6颗商业照相卫星中哪一颗正好在准确的时刻将其照相机对准朝鲜的爆炸区域的
可能性非常小。而且即使得到消息，再行调整卫星也是非常复杂的过程。后来有关人员承认这张照片拍自不久前的伊拉克战场，这是美国数字地球公司的快鸟商业照相卫星，在2003年4月对当时刚刚爆发的伊拉克战争进行拍照时得到的一张照片。地点是伊拉克首都巴格达附近的一个城镇，爆炸是联军空袭造成的，而爆炸后景象的卫星照片也是在几天后才得到。
此外，即使卫星拍摄到航母目标情况，其向回传送数据的工作量也很大，目前的传输型卫星一般每天才下传一次数据，如果要紧急传送，就要机动到地面接收站上空向下传输。上述侦察数据量少说也有数百兆，如此大量的数据要通过天地间的无线链路传输到地面，并完成地面数据的处理。因为光学镜头拍摄到的景物在底片上会发生变形，如果我们仔细观察平常拍摄到的照片，就会发现边缘的景物会有些许变形，而为了得到拍摄到目标的正确坐标和景物间的关系就要参考卫星的轨道参数和相机状态纠正卫星照片的畸变，然后确定卫星照片中目标的精确坐标。这一时间最低也要数十分钟，甚至数小时。而典型航母时速在30节以上，也就是说这一时间内航母至少已经移动了10多千米。
文／高卉
编者按：众所周知，航空母舰属于海上大型移动目标，而目前一些国家正在发展弹道导弹末段制导技术打击航母，似乎为这一难题找到了案。本期的蓝色PK台邀请了两位作者就此问题从技术层面进行辩论。特此说明，作者仅代表他们个人观点。
从目前情况来看，弹道导弹突击航母的技术难点集中在弹道导弹对航母的侦察和破坏，主要包括发现、定位、突防、击中和破坏等几个方面。
航母机动区域广阔 发现难
攻击航母首先是发现航母，而之所以选择弹道导弹打击航母，正是因为其火力控制距离可以从数百到数千千米，如果在百余千米内即没有必要使用弹道导弹，而在如此广阔的海域内，长度300余米、宽70余米的航母如沧海中一粟很难被发现。
美军平时保持约三分之一航母兵力在西太平洋、地中海和海湾等前沿地区执勤；三分之一在海上训练；三分之一处于维修、保养或休整状态。战时，其维修和训练时间都将相应缩短，可保持三分之二左右，约8个航母战斗群参战。美国为突出对西太平洋地区的反应能力，其在我国周边长期驻泊1艘航母，主要依托日本的横须贺基地，这也是美国唯一在海外长期部署的航母。近年来，美国正计划在关岛或夏威夷部署第二艘航母，而如果我国周边发生事态，美军还会从本土紧急调遣众多航母支援。
依据美国现行军事战略，从设想要同时能够打赢两场大规模战区战争出发，每场战争一般投入大约4个航母战斗群，以及相当数量的空军和地面部队。按照美军规定，每艘航母海外执勤期一般为6个月，但根据美新的“舰队反应计划”，战时美军可统一调配航母，在接到命令后，可立即派出6支航母编队，随后再派出2支，即“6+2”模式。按照新计划，航母以24个月为1个任务周期，甚至可延长至27个月。
由于美目前在西太只部署有1个航母编队，因此其只能担负对台海地区冲突的快速反应任务。而从本土调动的航母力量要跨越太平洋进入西太战区，从美军太平洋部署和以前的活动分析，可以发现，美航母跨越太平洋一般有三条路线选择：一是从美国本土出发，经阿留申群岛、日本、韩国至冲绳，再南下台湾海域，需时约两周；二是从美国本土出发，经夏威夷、关岛至台湾海域，需时约l周半；三是从美国本土出发，经夏威夷、新西兰、澳大利亚至菲律宾，再伺机进入台湾海域，需时约3周。其中，夏威夷、关岛航线完全依托美军领土，比较可靠，而且是奔袭台海地区的最短航线，考虑到弹道导弹的射程，打击航母最可能的海域一是从冲绳南下台海航线中的我国东海东部海区，二是从关岛东进台海航线中的台湾以东海区。以关岛航线为例：关岛与我国台湾岛相距大约2500千米，如果一艘航母在该海域航行时，我们取得了一幅该海域的卫星照片，当拍照的原始照片的长62500象素、宽8333象素时，航母才对应为一个象素点，而此时的照片已经达到5亿2千多万象素(普通 数码相机最大成像分辨率仅为500～1000万象素)。如果我们用显示设置为最常见的1024×768分辨率的电脑屏幕观看，要看到航母这个点就需要61个电脑屏幕，况且一个象素点是无法判断其性质的，要判断一个卫星照片中船只的性质，一个有经验的图像判读员起码也要有10个以上的象素点，这就要有610个电脑屏幕才能显示。
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
侦察手段时效性低，定位难
发现航母后的第二步是持续跟踪航母，并取得攻击航母所需的定位数据。在航母进入作战区后，航母会在相对固定的海区内巡弋机动，从以往经验看，航母一般在距敌海岸200～600海里之间海区机动，频繁更换阵位，以规避对手的侦察和打击。例如，美军航母编队通常要求部署在一个较为开阔、安全(在对方攻击航空兵的作战半径之外)、便于攻防、便于机动、便于对盟友支援的海域。这一海域大致为半径50～100海里的海区。正常情况下，综合作战区距敌岸100～300海里，特殊情况下，也可以扩大或缩小。从目前情况看，美军在我海区附近活动的距离明显增大。这都使对作战区内航母定位问题变得困难。
大家知道，侦察卫星的运行轨道是固定的，因此卫星过顶次数是有限的，其一般只能对目标进行间隔数天或10多小时的侦察，无法进行连续监视。如果不进行变轨，其对地面某一区域的侦察就只能是随机的“碰运气”了，而要调整卫星轨道到重点地区上空，就必须消耗宝贵的星上燃料进行变轨机动，这对卫星的寿命会有一定影响，即使变轨，这一过程也要数小时。
以目前世界上最先进的商业成像卫星为例，其分辨率可以达到0.8，是许多国家军事侦察卫星的近10倍，其每天绕地球飞行14圈，但在不变轨的情况下，对同一地区的侦察间隔要在3天以上，如果牺牲分辨率，对其进行变轨，其重访同一区域的时间也接近24小时。因此卫星侦察的时效性虽然高，但还达不到侦察突发事件和定位航母等移动目标的程度。例如，在苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，美国在2天后才得到该电站的卫星图片。而在2004年4月22日发生的朝鲜两列火车在平壤北部的龙川火车站的相撞爆炸事故报道中，正是由于卫星时效性低这一原因，军事专家很容易在第一时间否定了媒体报道的配图。当时英国BBC新闻在报道中使用了一张声称是朝鲜龙川镇的照片，而且特别生动的是这张从数百千米上空拍到的照片中显示出在城镇上空巨大的爆炸烟云，这无疑使报道增色不少。但军事专家认为卫星不可能这么快拍到这一事件的照片，除非爆炸和侦察都是事先策划的。因为当时有如此分辨率的6颗商业照相卫星中哪一颗正好在准确的时刻将其照相机对准朝鲜的爆炸区域的
可能性非常小。而且即使得到消息，再行调整卫星也是非常复杂的过程。后来有关人员承认这张照片拍自不久前的伊拉克战场，这是美国数字地球公司的快鸟商业照相卫星，在2003年4月对当时刚刚爆发的伊拉克战争进行拍照时得到的一张照片。地点是伊拉克首都巴格达附近的一个城镇，爆炸是联军空袭造成的，而爆炸后景象的卫星照片也是在几天后才得到。
此外，即使卫星拍摄到航母目标情况，其向回传送数据的工作量也很大，目前的传输型卫星一般每天才下传一次数据，如果要紧急传送，就要机动到地面接收站上空向下传输。上述侦察数据量少说也有数百兆，如此大量的数据要通过天地间的无线链路传输到地面，并完成地面数据的处理。因为光学镜头拍摄到的景物在底片上会发生变形，如果我们仔细观察平常拍摄到的照片，就会发现边缘的景物会有些许变形，而为了得到拍摄到目标的正确坐标和景物间的关系就要参考卫星的轨道参数和相机状态纠正卫星照片的畸变，然后确定卫星照片中目标的精确坐标。这一时间最低也要数十分钟，甚至数小时。而典型航母时速在30节以上，也就是说这一时间内航母至少已经移动了10多千米。2007年11月20日 07:36 《舰船知识》杂志
文／高卉
编者按：众所周知，航空母舰属于海上大型移动目标，而目前一些国家正在发展弹道导弹末段制导技术打击航母，似乎为这一难题找到了案。本期的蓝色PK台邀请了两位作者就此问题从技术层面进行辩论。特此说明，作者仅代表他们个人观点。
从目前情况来看，弹道导弹突击航母的技术难点集中在弹道导弹对航母的侦察和破坏，主要包括发现、定位、突防、击中和破坏等几个方面。
航母机动区域广阔 发现难
攻击航母首先是发现航母，而之所以选择弹道导弹打击航母，正是因为其火力控制距离可以从数百到数千千米，如果在百余千米内即没有必要使用弹道导弹，而在如此广阔的海域内，长度300余米、宽70余米的航母如沧海中一粟很难被发现。
美军平时保持约三分之一航母兵力在西太平洋、地中海和海湾等前沿地区执勤；三分之一在海上训练；三分之一处于维修、保养或休整状态。战时，其维修和训练时间都将相应缩短，可保持三分之二左右，约8个航母战斗群参战。美国为突出对西太平洋地区的反应能力，其在我国周边长期驻泊1艘航母，主要依托日本的横须贺基地，这也是美国唯一在海外长期部署的航母。近年来，美国正计划在关岛或夏威夷部署第二艘航母，而如果我国周边发生事态，美军还会从本土紧急调遣众多航母支援。
依据美国现行军事战略，从设想要同时能够打赢两场大规模战区战争出发，每场战争一般投入大约4个航母战斗群，以及相当数量的空军和地面部队。按照美军规定，每艘航母海外执勤期一般为6个月，但根据美新的“舰队反应计划”，战时美军可统一调配航母，在接到命令后，可立即派出6支航母编队，随后再派出2支，即“6+2”模式。按照新计划，航母以24个月为1个任务周期，甚至可延长至27个月。
由于美目前在西太只部署有1个航母编队，因此其只能担负对台海地区冲突的快速反应任务。而从本土调动的航母力量要跨越太平洋进入西太战区，从美军太平洋部署和以前的活动分析，可以发现，美航母跨越太平洋一般有三条路线选择：一是从美国本土出发，经阿留申群岛、日本、韩国至冲绳，再南下台湾海域，需时约两周；二是从美国本土出发，经夏威夷、关岛至台湾海域，需时约l周半；三是从美国本土出发，经夏威夷、新西兰、澳大利亚至菲律宾，再伺机进入台湾海域，需时约3周。其中，夏威夷、关岛航线完全依托美军领土，比较可靠，而且是奔袭台海地区的最短航线，考虑到弹道导弹的射程，打击航母最可能的海域一是从冲绳南下台海航线中的我国东海东部海区，二是从关岛东进台海航线中的台湾以东海区。以关岛航线为例：关岛与我国台湾岛相距大约2500千米，如果一艘航母在该海域航行时，我们取得了一幅该海域的卫星照片，当拍照的原始照片的长62500象素、宽8333象素时，航母才对应为一个象素点，而此时的照片已经达到5亿2千多万象素(普通 数码相机最大成像分辨率仅为500～1000万象素)。如果我们用显示设置为最常见的1024×768分辨率的电脑屏幕观看，要看到航母这个点就需要61个电脑屏幕，况且一个象素点是无法判断其性质的，要判断一个卫星照片中船只的性质，一个有经验的图像判读员起码也要有10个以上的象素点，这就要有610个电脑屏幕才能显示。
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
侦察手段时效性低，定位难
发现航母后的第二步是持续跟踪航母，并取得攻击航母所需的定位数据。在航母进入作战区后，航母会在相对固定的海区内巡弋机动，从以往经验看，航母一般在距敌海岸200～600海里之间海区机动，频繁更换阵位，以规避对手的侦察和打击。例如，美军航母编队通常要求部署在一个较为开阔、安全(在对方攻击航空兵的作战半径之外)、便于攻防、便于机动、便于对盟友支援的海域。这一海域大致为半径50～100海里的海区。正常情况下，综合作战区距敌岸100～300海里，特殊情况下，也可以扩大或缩小。从目前情况看，美军在我海区附近活动的距离明显增大。这都使对作战区内航母定位问题变得困难。
大家知道，侦察卫星的运行轨道是固定的，因此卫星过顶次数是有限的，其一般只能对目标进行间隔数天或10多小时的侦察，无法进行连续监视。如果不进行变轨，其对地面某一区域的侦察就只能是随机的“碰运气”了，而要调整卫星轨道到重点地区上空，就必须消耗宝贵的星上燃料进行变轨机动，这对卫星的寿命会有一定影响，即使变轨，这一过程也要数小时。
以目前世界上最先进的商业成像卫星为例，其分辨率可以达到0.8，是许多国家军事侦察卫星的近10倍，其每天绕地球飞行14圈，但在不变轨的情况下，对同一地区的侦察间隔要在3天以上，如果牺牲分辨率，对其进行变轨，其重访同一区域的时间也接近24小时。因此卫星侦察的时效性虽然高，但还达不到侦察突发事件和定位航母等移动目标的程度。例如，在苏联切尔诺贝利核电站发生事故后，美国在2天后才得到该电站的卫星图片。而在2004年4月22日发生的朝鲜两列火车在平壤北部的龙川火车站的相撞爆炸事故报道中，正是由于卫星时效性低这一原因，军事专家很容易在第一时间否定了媒体报道的配图。当时英国BBC新闻在报道中使用了一张声称是朝鲜龙川镇的照片，而且特别生动的是这张从数百千米上空拍到的照片中显示出在城镇上空巨大的爆炸烟云，这无疑使报道增色不少。但军事专家认为卫星不可能这么快拍到这一事件的照片，除非爆炸和侦察都是事先策划的。因为当时有如此分辨率的6颗商业照相卫星中哪一颗正好在准确的时刻将其照相机对准朝鲜的爆炸区域的
可能性非常小。而且即使得到消息，再行调整卫星也是非常复杂的过程。后来有关人员承认这张照片拍自不久前的伊拉克战场，这是美国数字地球公司的快鸟商业照相卫星，在2003年4月对当时刚刚爆发的伊拉克战争进行拍照时得到的一张照片。地点是伊拉克首都巴格达附近的一个城镇，爆炸是联军空袭造成的，而爆炸后景象的卫星照片也是在几天后才得到。
此外，即使卫星拍摄到航母目标情况，其向回传送数据的工作量也很大，目前的传输型卫星一般每天才下传一次数据，如果要紧急传送，就要机动到地面接收站上空向下传输。上述侦察数据量少说也有数百兆，如此大量的数据要通过天地间的无线链路传输到地面，并完成地面数据的处理。因为光学镜头拍摄到的景物在底片上会发生变形，如果我们仔细观察平常拍摄到的照片，就会发现边缘的景物会有些许变形，而为了得到拍摄到目标的正确坐标和景物间的关系就要参考卫星的轨道参数和相机状态纠正卫星照片的畸变，然后确定卫星照片中目标的精确坐标。这一时间最低也要数十分钟，甚至数小时。而典型航母时速在30节以上，也就是说这一时间内航母至少已经移动了10多千米。
航母编队防御能力强，突防难
虽然世界上各国的航母战斗群目前还都不具备反弹道导弹能力，但以美国为首的一些国家正在发展以“标准”系列导弹为核心的“宙斯盾”BMD反导系统，最终的拦截高度将达N500千米，这一高度足以实现对中远程弹道导弹的拦截。2007年4月，美国国防部透露，美国海军计划2009年初在全球部署的18艘反导型“宙斯盾”舰中的16艘部署在13本、夏威夷等“太平洋地区”。这些“宙斯盾”舰无疑可能成为美军航母编队的组成部分。
美军1个航母队编成一般装备有“宙斯盾”系统的提康德罗加级导弹巡洋舰和伯克级导弹驱逐舰各两艘，其中至少1艘为BMD型。针对西太的导弹威胁，BMD型“宙斯盾”舰有可能增加到4艘。而在2009年初太平洋地区的美国航母与“宙斯盾”舰之比将达到1：8，这些导弹防御型“宙斯盾”舰可以针对主要方向多层部署与拦截，使拦截成功率成倍提高。
此外，目前外界一般认为反航母弹道导弹采用末制导方式，而这一方式中弹道导弹重返大气层会在弹头周围形成等离子鞘。这是因为弹头高速再人大气层时，由于气动力加热，弹头表面出现高温，空气分子开始分解为原子，而原子又进一步被分解为正离子和电子。由于这时出现的正离子和负离子的电荷量是相等的，所以被称为“等离子体”，弹头在高速再入过程中，周围形成的“等离子体”可以象刀鞘一样将其包裹，其可以隔绝弹头内外的电磁波，使其进入很长一段黑障区。这使所有无线电信号均被隔绝，末制导雷达无法工作，只有在最后时刻降低弹头再入速度，末制导雷达才能发挥作用。因此在末制导方式中，弹头会降低速度，然后采用与巡航导弹景象匹配类似的技术，这无疑使弹道导弹失去了突破反导防御的最佳手段——“高速再入”。可见，雷达末制导在提高导弹打击精度的同时，也使其更容易被拦截。因此，在有防备的情况下，弹道导弹打击航母甚至比打击地面目标的突防难度更大。
导弹飞行弹道固定，击中难
由于在最后一次发现航母后，航母有可能转变航行方向，因此航母的分布区域是以最后的发现点为中心的一个圆形海区，而在30分钟内的机动海区可达700平方海里，要覆盖这么大的区域，现有常规武器是无能为力的。
而常规导弹在发射前需要在弹内装定目标的精确坐标参数，如果使用末制导技术，就需要在弹头制导系统内装入目标信息。例如，采用末制导技术的“潘兴2”导弹专门设计了一套基准图像生成设备，其将目标坐标和国防测绘局提供的地形数据列成数字基准图像，并储存在磁带上，然后通过数据联络线引入弹上计算机，以实现末制导雷达图像的匹配。即使我们克服了侦察技术的局限，装入了较为精确的航母坐标参数和匹配用雷达图像，而导弹近千千米的飞行也需要10余分钟，而这一时间内，航母也已经移动了10余千米，已逃脱了弹道导弹的杀伤区域。这就好像用枪打击飞行的小鸟要有一定提前量一样，而如果这时小鸟突然转向，其被击中的可能性就小多了。
此外，由于弹道导弹再入击中目标时的速度非常高，而末制导的高度受到等离子鞘影响不可能太高，因此末制导对弹头的作用是有限的，这也会使其打击精度受到一定影响。例如，美国“潘兴2”导弹在应用末制导技术后精度提高了10倍，但CEP也只有30米，这在弹道导弹中已经非常高了，但与巡航导弹相比还差得比较远。而且弹道导弹再入弹道相对飞航导弹要垂直的多，因此其不可能象飞航反舰导弹那样攻击其吃水线，而只能从上至下打击其甲板以上建筑，这都对最终的破坏效果造成了一定影响。
航母结构坚固，破坏难
航母经过数十年的发展，已经成为了世界上最坚固的水面目标。例如，美国的尼米兹级航母采用封闭式飞行甲板，机库以下舰体为整体密封结构，舰底部为双层底，双层底与飞行甲板之间设有多道横向水密舱壁。水线以下部分每隔12～13米便设有一道横隔舱壁，全舰共设有23道水密横隔壁和10道防火隔壁，这些纵横隔壁构成全舰水密舱段共达2000多个，使该级舰具有很高的不沉性。该舰的甲板和舰体全部用优质高强度合金钢制成，舷侧某些部位的钢板厚达63.5毫米，可有效地防御半穿甲弹的冲击。此外，考虑到近年来导弹攻击威力的增大以及火灾造成的损害，尼米兹级舰甲板和舰体全部使用了高弹性高强度合金钢，以抵御半穿甲弹的攻击，而且还在舷侧部分区域加敷了大约64毫米厚的“凯夫拉”装甲防护敷层，对弹库和机舱等关键舱室装备了抗导弹攻击的箱式保护。该级舰不仅在结构上设有10道防火隔壁，而且在危险性最大、事故发生率最高的机库内除设置有16台喷淋／泡沫消防设备，还安装有两道滑动式防火门将机库分成三个区段，以便在危急时将火灾区和中弹区段隔开。在飞行甲板上也设有18台大流量的喷淋／泡沫喷射装置，供消防和三防之用。以上能力可有效遏制由于遭到攻击而引起的舰内大火、
弹药库爆炸、有毒浓烟、窒息等二次破坏效应。
而目前弹道导弹弹头载荷一般为500千克，其中需要有防止再入烧蚀的壳体、突破反导拦截的诱饵、姿态控制火箭和各种惯性／雷达等引导方式的制导系统，以及高爆炸药和引信等。其中高爆炸药最多只有300千克，按照西方标准其只相当于1000磅炸弹，因此，有人至今仍认为不使用核弹头，弹道导弹无论精度还是威力都无法对航母构成威胁。可见，依靠有限的弹道导弹击沉或击毁航母是不现实的。
从以上分析可以看出，弹道导弹突击航母技术实际就是近年来发展起来的导弹武器对“时间敏感目标”、“机动目标”的打击，这一问题的解决无疑将带动军事信息技术和导弹武器技术的发展，并解决对机动目标打击的世界性难题。
虽然世界上各国的航母战斗群目前还都不具备反弹道导弹能力，但以美国为首的一些国家正在发展以“标准”系列导弹为核心的“宙斯盾”BMD反导系统，最终的拦截高度将达N500千米，这一高度足以实现对中远程弹道导弹的拦截。2007年4月，美国国防部透露，美国海军计划2009年初在全球部署的18艘反导型“宙斯盾”舰中的16艘部署在13本、夏威夷等“太平洋地区”。这些“宙斯盾”舰无疑可能成为美军航母编队的组成部分。
美军1个航母队编成一般装备有“宙斯盾”系统的提康德罗加级导弹巡洋舰和伯克级导弹驱逐舰各两艘，其中至少1艘为BMD型。针对西太的导弹威胁，BMD型“宙斯盾”舰有可能增加到4艘。而在2009年初太平洋地区的美国航母与“宙斯盾”舰之比将达到1：8，这些导弹防御型“宙斯盾”舰可以针对主要方向多层部署与拦截，使拦截成功率成倍提高。
此外，目前外界一般认为反航母弹道导弹采用末制导方式，而这一方式中弹道导弹重返大气层会在弹头周围形成等离子鞘。这是因为弹头高速再人大气层时，由于气动力加热，弹头表面出现高温，空气分子开始分解为原子，而原子又进一步被分解为正离子和电子。由于这时出现的正离子和负离子的电荷量是相等的，所以被称为“等离子体”，弹头在高速再入过程中，周围形成的“等离子体”可以象刀鞘一样将其包裹，其可以隔绝弹头内外的电磁波，使其进入很长一段黑障区。这使所有无线电信号均被隔绝，末制导雷达无法工作，只有在最后时刻降低弹头再入速度，末制导雷达才能发挥作用。因此在末制导方式中，弹头会降低速度，然后采用与巡航导弹景象匹配类似的技术，这无疑使弹道导弹失去了突破反导防御的最佳手段——“高速再入”。可见，雷达末制导在提高导弹打击精度的同时，也使其更容易被拦截。因此，在有防备的情况下，弹道导弹打击航母甚至比打击地面目标的突防难度更大。
导弹飞行弹道固定，击中难
由于在最后一次发现航母后，航母有可能转变航行方向，因此航母的分布区域是以最后的发现点为中心的一个圆形海区，而在30分钟内的机动海区可达700平方海里，要覆盖这么大的区域，现有常规武器是无能为力的。
而常规导弹在发射前需要在弹内装定目标的精确坐标参数，如果使用末制导技术，就需要在弹头制导系统内装入目标信息。例如，采用末制导技术的“潘兴2”导弹专门设计了一套基准图像生成设备，其将目标坐标和国防测绘局提供的地形数据列成数字基准图像，并储存在磁带上，然后通过数据联络线引入弹上计算机，以实现末制导雷达图像的匹配。即使我们克服了侦察技术的局限，装入了较为精确的航母坐标参数和匹配用雷达图像，而导弹近千千米的飞行也需要10余分钟，而这一时间内，航母也已经移动了10余千米，已逃脱了弹道导弹的杀伤区域。这就好像用枪打击飞行的小鸟要有一定提前量一样，而如果这时小鸟突然转向，其被击中的可能性就小多了。
此外，由于弹道导弹再入击中目标时的速度非常高，而末制导的高度受到等离子鞘影响不可能太高，因此末制导对弹头的作用是有限的，这也会使其打击精度受到一定影响。例如，美国“潘兴2”导弹在应用末制导技术后精度提高了10倍，但CEP也只有30米，这在弹道导弹中已经非常高了，但与巡航导弹相比还差得比较远。而且弹道导弹再入弹道相对飞航导弹要垂直的多，因此其不可能象飞航反舰导弹那样攻击其吃水线，而只能从上至下打击其甲板以上建筑，这都对最终的破坏效果造成了一定影响。
航母结构坚固，破坏难
航母经过数十年的发展，已经成为了世界上最坚固的水面目标。例如，美国的尼米兹级航母采用封闭式飞行甲板，机库以下舰体为整体密封结构，舰底部为双层底，双层底与飞行甲板之间设有多道横向水密舱壁。水线以下部分每隔12～13米便设有一道横隔舱壁，全舰共设有23道水密横隔壁和10道防火隔壁，这些纵横隔壁构成全舰水密舱段共达2000多个，使该级舰具有很高的不沉性。该舰的甲板和舰体全部用优质高强度合金钢制成，舷侧某些部位的钢板厚达63.5毫米，可有效地防御半穿甲弹的冲击。此外，考虑到近年来导弹攻击威力的增大以及火灾造成的损害，尼米兹级舰甲板和舰体全部使用了高弹性高强度合金钢，以抵御半穿甲弹的攻击，而且还在舷侧部分区域加敷了大约64毫米厚的“凯夫拉”装甲防护敷层，对弹库和机舱等关键舱室装备了抗导弹攻击的箱式保护。该级舰不仅在结构上设有10道防火隔壁，而且在危险性最大、事故发生率最高的机库内除设置有16台喷淋／泡沫消防设备，还安装有两道滑动式防火门将机库分成三个区段，以便在危急时将火灾区和中弹区段隔开。在飞行甲板上也设有18台大流量的喷淋／泡沫喷射装置，供消防和三防之用。以上能力可有效遏制由于遭到攻击而引起的舰内大火、
弹药库爆炸、有毒浓烟、窒息等二次破坏效应。
而目前弹道导弹弹头载荷一般为500千克，其中需要有防止再入烧蚀的壳体、突破反导拦截的诱饵、姿态控制火箭和各种惯性／雷达等引导方式的制导系统，以及高爆炸药和引信等。其中高爆炸药最多只有300千克，按照西方标准其只相当于1000磅炸弹，因此，有人至今仍认为不使用核弹头，弹道导弹无论精度还是威力都无法对航母构成威胁。可见，依靠有限的弹道导弹击沉或击毁航母是不现实的。
从以上分析可以看出，弹道导弹突击航母技术实际就是近年来发展起来的导弹武器对“时间敏感目标”、“机动目标”的打击，这一问题的解决无疑将带动军事信息技术和导弹武器技术的发展，并解决对机动目标打击的世界性难题。
弹道导弹攻击航母压根就是军盲的自慰～～:@
如果一艘航母在该海域航行时，我们取得了一幅该海域的卫星照片，当拍照的原始照片的长62500象素、宽8333象素时，航母才对应为一个象素点，而此时的照片已经达到5亿2千多万象素(普通 数码相机最大成像分辨率仅为500～1000万象素)。如果我们用显示设置为最常见的1024×768分辨率的电脑屏幕观看，要看到航母这个点就需要61个电脑屏幕，况且一个象素点是无法判断其性质的，要判断一个卫星照片中船只的性质，一个有经验的图像判读员起码也要有10个以上的象素点，这就要有610个电脑屏幕才能显示。
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
既然像素那么少，那我们发射东风到美国，岂不是也不会被发现？按你说的，岂不是地域更广阔，需要的电脑屏幕更多吧？导弹总比航母小的多吧？
当然，侦察卫星一般采用窄幅多帧的形式侦照，这就会形成一系列的连续照片，但这将使数据量成倍增加，如此大的数据量，无论是对卫星照相技术、卫星与地面的传输技术，还是地面数据处理与判读技术都是巨大的考验。
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既然像素那么少，那我们发射东风到美国，岂不是也不会被发现？按你说的，岂不是地域更广阔，需要的电脑屏幕更多吧？导弹总比航母小的多吧？
这个比喻很有才
老美发现弹道导弹靠的一是探测发射段的红外辐射，二是飞行段利用雷达进行监测和锁定，这两种方法精确度和识别率都比较高，跟用卫星读图不可同日而喻。
最后一难最好解决啊!!!;P ;P
其实也没有那么难啦～
在航母上买通一个间谍，带着一个信号发射装置上航母，这不就可以跟踪上了？
估计等到这个间谍被发现的时候，弹道导弹也打过来了吧～
在航母上买通一个间谍，带着一个信号发射装置上航母，这不就可以跟踪上了？
估计等到这个间谍被发现的时候，弹道导弹也打过来了吧～
能被千里之外的弹道导弹发现的引导信号，估计航母上的雷达都能被屏蔽掉:D
还是老问题，如何定位
这个问题解决了，就解决一大半问题了
这个问题解决了，就解决一大半问题了
打航母不需要打水线部位，几万吨的航母就算被两三枚导弹打中水线，也不会伤筋动骨。
对航母来讲，个人觉得还是从上往下垂直打击较好。虽然不能致航母于死地，但只要在飞行甲板上穿出一两个大洞，让它无法起降舰载机，事实上就已经废掉了航母的武功。等修复飞行甲板或者派其他航母来代替的时间，足够我们做很多事了。
对航母来讲，个人觉得还是从上往下垂直打击较好。虽然不能致航母于死地，但只要在飞行甲板上穿出一两个大洞，让它无法起降舰载机，事实上就已经废掉了航母的武功。等修复飞行甲板或者派其他航母来代替的时间，足够我们做很多事了。
最简单的办法换一个巨大威力的战斗部,哪个炸弹之母炸弹之父多少吨,能用新的运载火箭发射把
原帖由 SU27m 于 2007-11-20 17:03 发表
最简单的办法换一个巨大威力的战斗部,哪个炸弹之母炸弹之父多少吨,能用新的运载火箭发射把
教主夫人满赛！:victory: :victory:
我觉得直接召唤超级赛亚人轰掉整个地球是个比较快速的解决方法。;P
应该把这期的另一篇也贴出来！
导弹打航母，本来就是自慰行为，老美的导弹技术比TG高多了
能不能打老美比谁都清楚
能不能打老美比谁都清楚
......
侦查航母用照相卫星？这个作者太有才了。。:Q
侦查航母用照相卫星？这个作者太有才了。。:Q
1.用被动电子侦察卫星,和电子侦察机发现航母强烈、独特的电子信号.发现后可以把航母的位置确定在几十公里内。然后用低轨侦察卫星进行更详细，更精确的侦察。按照中国公开的卫星计划，十年后，我们完全有这么多卫星执行此项任务。
2.定位也没那么难，我们只要在西太平洋上空部署一、两颗静止轨道电子侦察卫星，在低空部署十几颗低轨雷达、光学侦察卫星。即可确保对航母的定位跟踪。
作者不应以一颗单独的商业卫星，看一个军用卫星星座的作用。
信息传输也不是问题，我们沿海的地面接收站、近海的舰船和飞机，都可以接收卫星在西太平洋上空紧急传下来的数据。
只要在侦察识别坦克、机场设施等的细节时，才必须这样纠正卫星照片的畸变，仅仅侦察航母群，根本不需要这样的高精度，定位误差也完全可以接受数公里的误差，最后由末制导修正就是了。所以只需数分钟而非数十分钟。
航母的高航速只是少数情况下的航速，进入战区后，一般会降低到20节以下。而且绝大多数情况下不会进行突然的、不可预期的大机动。发起攻击时遇到这样的机动，可能性与狙击手射出子弹后，目标突然跌倒一样低。非突然的运动，我们可以再最后一次发现航母后设置提前量应对。
3.反导系统当然对反舰弹道导弹构成威胁，但是毕竟达不到100%的命中率。攻击方也有应对措施，可以使用跃升弹道、红外、雷达假弹头等等。一次齐射50枚中程反舰弹道导弹，共携带100多枚假弹头，约200个目标，你让反导系统如何应付的过来？
减速后，弹头也还有4M左右的速度，仍然是很高的速度。你又能拦截几十枚突破第一波拦截的导弹？就算你拦截了90%，总也还有两三枚突防成功吧？你总没有100%的拦截命中率吧？
4.航母的高航速只是少数情况下的航速，进入战区后，一般会降低到20节以下。而且绝大多数情况下不会进行突然的、不可预期的大机动。发起攻击时遇到这样的机动，可能性与狙击手射出子弹后，目标突然跌倒一样低。非突然的运动，我们可以再最后一次发现航母后设置提前量应对。所以不必考虑航母突然转向的因素，这个困难性太小，如果在实战中恰好碰上了，也只能怪运气不好，浪费了几十枚导弹，下次再打，看他是不是每次都这么运气好。
设定的点不必是最后发现航母的点，应该是最后计算航母的运动要素，分析出提前量，设定这个点。然后以这个点为中心，设一个半径十几公里的圆搜索。
不能用与“潘兴2”相同的雷达，而应该用劢冲多谱勒雷达、或某种合适的雷达。该雷达应该能在高空搜索海面舰船、识别雷达特征差异较大的舰船，锁定最后要攻击的舰船的能力。
5.用弹道导弹击沉航母是不可能的，但毁伤其甲板，使其降低或丧失起降能力，却很容易。只要命中两三颗就够了。
2.定位也没那么难，我们只要在西太平洋上空部署一、两颗静止轨道电子侦察卫星，在低空部署十几颗低轨雷达、光学侦察卫星。即可确保对航母的定位跟踪。
作者不应以一颗单独的商业卫星，看一个军用卫星星座的作用。
信息传输也不是问题，我们沿海的地面接收站、近海的舰船和飞机，都可以接收卫星在西太平洋上空紧急传下来的数据。
只要在侦察识别坦克、机场设施等的细节时，才必须这样纠正卫星照片的畸变，仅仅侦察航母群，根本不需要这样的高精度，定位误差也完全可以接受数公里的误差，最后由末制导修正就是了。所以只需数分钟而非数十分钟。
航母的高航速只是少数情况下的航速，进入战区后，一般会降低到20节以下。而且绝大多数情况下不会进行突然的、不可预期的大机动。发起攻击时遇到这样的机动，可能性与狙击手射出子弹后，目标突然跌倒一样低。非突然的运动，我们可以再最后一次发现航母后设置提前量应对。
3.反导系统当然对反舰弹道导弹构成威胁，但是毕竟达不到100%的命中率。攻击方也有应对措施，可以使用跃升弹道、红外、雷达假弹头等等。一次齐射50枚中程反舰弹道导弹，共携带100多枚假弹头，约200个目标，你让反导系统如何应付的过来？
减速后，弹头也还有4M左右的速度，仍然是很高的速度。你又能拦截几十枚突破第一波拦截的导弹？就算你拦截了90%，总也还有两三枚突防成功吧？你总没有100%的拦截命中率吧？
4.航母的高航速只是少数情况下的航速，进入战区后，一般会降低到20节以下。而且绝大多数情况下不会进行突然的、不可预期的大机动。发起攻击时遇到这样的机动，可能性与狙击手射出子弹后，目标突然跌倒一样低。非突然的运动，我们可以再最后一次发现航母后设置提前量应对。所以不必考虑航母突然转向的因素，这个困难性太小，如果在实战中恰好碰上了，也只能怪运气不好，浪费了几十枚导弹，下次再打，看他是不是每次都这么运气好。
设定的点不必是最后发现航母的点，应该是最后计算航母的运动要素，分析出提前量，设定这个点。然后以这个点为中心，设一个半径十几公里的圆搜索。
不能用与“潘兴2”相同的雷达，而应该用劢冲多谱勒雷达、或某种合适的雷达。该雷达应该能在高空搜索海面舰船、识别雷达特征差异较大的舰船，锁定最后要攻击的舰船的能力。
5.用弹道导弹击沉航母是不可能的，但毁伤其甲板，使其降低或丧失起降能力，却很容易。只要命中两三颗就够了。
LS纯属扯淡。
按照你的方案花费的钱比造个航母战斗群还多。
实际上击沉航母的手段有N种，但是每一种都需要有击沉航母的觉悟和勇气。:victory:
按照你的方案花费的钱比造个航母战斗群还多。
实际上击沉航母的手段有N种，但是每一种都需要有击沉航母的觉悟和勇气。:victory:
无人机可以作为卫星的补充。
原帖由 170兰州舰 于 2007-11-20 17:28 发表
应该把这期的另一篇也贴出来！
哪里有，麻烦你贴一下,好吗?
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原帖由 中国邦德 于 2007-11-20 20:35 发表
应该澄清一点，除非带核弹头否则弹道导弹的威力并没有想象中那么大，把弹道导弹砸到长几百米宽几十米的甲板上你说现实吗？弹道导弹又没有反舰导弹那种自寻的能力:@
可以采用分导式末段红外寻的多弹头对航母进行精确打击。
原帖由 zgsh 于 2007-11-20 21:03 发表
可以采用分导式末段红外寻的多弹头对航母进行精确打击。
以那些弹头的速度，你装的红外头能看到什么？
原帖由 cx1243 于 2007-11-20 21:11 发表
以那些弹头的速度，你装的红外头能看到什么？
弹头在再入阶段可以下降到4倍音速，怎么看不到？
毕达格鲁
建立这样的太空侦察\通信系统,不是专门为弹道导弹打航母而建的,这只是这个系统的附属功能之一.即使没有弹道导弹反航母系统,中国和各航天大国,也都必然要建立这样的卫星系统,以适应未来战争的需要.所以,不存在为此而发很多钱的问题.
建立这样的太空侦察\通信系统,不是专门为弹道导弹打航母而建的,这只是这个系统的附属功能之一.即使没有弹道导弹反航母系统,中国和各航天大国,也都必然要建立这样的卫星系统,以适应未来战争的需要.所以,不存在为此而发很多钱的问题.
原帖由 zgsh 于 2007-11-20 21:13 发表
弹头在再入阶段可以下降到4倍音速，怎么看不到？
不要说4倍，就是2倍。自身温度都很高了红外头还怎么工作？;P
]]
不超过6马赫不会有黑障， 弹头可以采用隐形设计，末段修正后， 也可以在最末端冲刺加速，增加威力
记得有软件可以处理卫星图片,快速找出CV的,CD有会员就是做这个软件的,现在似乎在国外,看见过他关于这个的发言...
原帖由 onenight 于 2007-11-20 21:29 发表
记得有软件可以处理卫星图片,快速找出CV的,CD有会员就是做这个软件的,现在似乎在国外,看见过他关于这个的发言...
最快也要一个小时，你以为007啊，卫星直播。[:a8:]
一个小时过后航母跑出去50公里了
原帖由 毕达格鲁 于 2007-11-20 21:42 发表
最快也要一个小时，你以为007啊，卫星直播。[:a8:]
一个小时过后航母跑出去50公里了
所以才说卫星侦察而非定位,现阶段卫星能发现CV任务就算完成了..
用弹道导弹对付CV的话,等北斗2吧..
原帖由 yesmis 于 2007-11-20 21:27 发表
不超过6马赫不会有黑障， 弹头可以采用隐形设计，末段修正后， 也可以在最末端冲刺加速，增加威力
再入阶段有可能避开么？就是减到6马赫以下怎么隐形啊？红外特征很明显的哟！末端冲刺？有动力冲刺还叫弹头么？
原帖由 onenight 于 2007-11-20 21:53 发表
所以才说卫星侦察而非定位,现阶段卫星能发现CV任务就算完成了..
用弹道导弹对付CV的话,等北斗2吧..
不能连续跟踪航向怎么判断？
当然用被动雷达制导，垂直砸下去，反正美舰的防空雷达不会关机，而且布置的位置贯穿下去肯定是死穴
红外导引头不大现实~~雷达的也许可以
戚发轫说，打卫星的技术可以用于打航母，因为是互通的。
我相信他说的。
我相信他说的。
到现在我还没弄清楚为啥要用弹道导弹打航母。
航母在台海地区，可以用的方式就多了。如果远离，那打航母和打夏威夷有啥区别:L :L :L
航母在台海地区，可以用的方式就多了。如果远离，那打航母和打夏威夷有啥区别:L :L :L
用小型战术核弹
原帖由 Ericsson1979 于 2007-11-20 21:20 发表
不要说4倍，就是2倍。自身温度都很高了红外头还怎么工作？;P
气膜冷却（内、外），凹面窗口
一种高速飞行器自主式惯性/红外成像制导系统*
张义广 丁明跃 周成平 张天序
华中科技大学图像识别与人工智能研究所图像处理与智能控制国家教育部重点实验室湖北 武汉 430074
摘要: 提出了一种新的自主式高速飞行器惯性制导/红外成像制导方案，方案采取了四种措施：飞行器减速、红外窗口外加保护盖、红外成像制导安装在仪器舱段、缩短红外制导工作时间，来降低高速飞行器气动光学效应校正和图像模糊校正的研究难度，使高速飞行器红外成像制导应用成为可能
关键词: 惯性制导 红外成像制导 气动光学效应
中图分类号TN219 文献标识码A 文章编号1001-8891(2004)05-0086-04
引言
在制海权制空权制天权和制信息权有限的条件下要打赢未来的高技术战争必须发展防区外远程精确打击技术，并且这种精确打击技术还必须是自主的。这就要求远程精确打击武器具有自动识别目标的能力。高速无人飞行器飞行速度高，射程远，突防能力强，生存能力较强，破坏力大，可以实现防区外发射。
红外凝视成像末制导由于具有二维成像能力自动目标识别能力很强，灵敏度高，导引精度高，抗干扰能力强，智能可实现发射后不管，可以准全天候作战，适应性强，，可以装在各种型号的导弹上使用，只是识别跟踪软件不同。
弹道导弹配备红外凝视成像制导是实现自主式远程精确打击的重要途径，因此研究高速无人飞行器的红外凝视成像制导技术具有十分重要的意义
高速无人飞行器上使用红外凝视成像制导系统主要难点有两个:
其一，如何克服气动光学效应和气动热效应的影响。其二，如何克服高速运动带来的运动和旋转模糊的影响。有关学者对这两个方面的问题进行了系统深入的研究，但所取得的成果远远不能满足高速无人飞行器应用红外成像制导的需要，主要原因有几个方面：第一。气动光学原理还是一门新兴的科学，其理论体系还不够完善，很难解决高速导弹气动光学效应和气动热效应。其二。高速无人飞行器在高速速度大于3 Ma运动条件下的图像难以获取，除了高速无人飞行器本身外很难找到大于3 Ma的运载平台来拍摄目标图像，而使用高速无人飞行器本身作为运载平台来拍摄目标图像又必须先解决上述两个难题，因此从正面来解决高速无人飞行器红外成像制导所遇到的难题就陷入了窘境。似乎是一个死结。因而目前对上述问题的研究主要以理论分析为主而通常意义下的自动目标识别技术研究成果也很难移植到高速无人飞行器红外成像制导系统之中。
一部分研究人员还在继续努力[24]，他们一方面从成像制导系统的红外窗口致冷技术着手，另一方面寻求图像复原方法结合这两方面的研究成果来解决上述困难。另一部分研究人员在寻找新的方法如闪摄成像制导，试图通过改变成像积分时间来避开上述困难。这两条途径最终有可能解决上述难题，但需要花费相当长的时间和相当多的财力，以至于目前还很难将研究成果应用到高速无人飞行器红外成像制导系统之中
当前为了提高高速无人飞行器的命中精度，对红外成像制导技术的需求又相当迫切。如何解决需求和技术发展滞后之间存在的矛盾是摆在我们面前的主要问题，探索寻找其它方法也有可能解决上述难题。下文结合红外成像制导技术当前的发展水平，提出了一种捷联体制的惯性/红外成像制导的自主式高速无人飞行器组合制导方法
1 高速无人飞行器惯性制导/红外成像制导系统
1。1系统组成功能
如图1所示：制导系统由红外成像导引头、惯性测量单元、制导计算机、伺服机构等组成惯性测量单元，制导计算机和伺服机构组成惯性制导系统，和稳定系统完成飞行器的主动段制导、中段制导以及飞行器稳定的功能，末制导任务主要由制导精度高的红外成像导引头、制导计算机和伺服机构来完成，也可利用惯性制导和红外成像制导组成复合制导。末制导段飞行器的稳定系统与主动段相同，在红外成像制导盲区内由惯性制导根据制导计算机外推计算的结果来导引导弹攻击目标。
1。2 惯性/红外成像制导系统
红外成像制导系统设计牵涉的内容相当广泛，在有关文献中有详细地分析，如文献[57]
中就详细讨论了红外成像导引头的总体设计问题，本文不做系统地讨论，下面对高速无人飞行器惯性/红外成像制导的某些关键问题进行论述
1。2。1 气动热效应和气动光学效应校正
气动光学效应和气动热效应的影响是高速无人飞行器应用红外成像制导的瓶颈，本制导系统采用如下四个措施来减小气动光学效应和气动热效应的影响
1、使飞行器减速将再入飞行器的速度控制在3 Ma以内
2、将红外成像制导系统安装在飞行器仪器舱舱段
3、在红外窗口的表面安装保护罩，主动飞行段和中制导段保护罩保护红外窗口不受高温烧蚀，在需要红外成像制导工作时使保护罩脱开
4、缩短红外成像制导的工作时间。当红外成像导引头获得攻击目标的精确信息后，由惯性制导引飞行器攻击目标，在惯性制导精度足够的情况下制导精度能够满足飞行器对命中精度的要求
采用上述措施后减轻了气动光学效应和气动热效应。
校正自动目标识别算法的研究难度在对退化图像进行合适的图像复原，如：基于估算湍流总体点扩展函数离散值的湍流退化图像复原后，湍流退化影响问题基本可以解决，当前已发展了许多湍流退化图象的复原方法[8-9]，能够较好地恢复图象。即使对图象模糊很宽，噪声很大。如：PSF为2424象素、SNR为40dB的附加白噪声的湍流退化图象也有较满意的恢复结果。
文献[9]在文献[8]的基于估算湍流总体点扩展函数离散值的湍流退化图象复原方法的基础上引入小波技术，能够恢复95%的信息，该方法具有较强的适应性和鲁棒性
图2为文献[8]给出的湍流退化图象校正的结果，从图中可以看出湍流退化图象b是一片亮白噪声，几乎不能探测识别出目标，通过校正大大降低了图象模糊程度图象(c)，恢复出的目标轮廓比较清晰，增强了抗噪能力，容易从中探测识别出目标检测概率大大提高了
(a) b
(c)
图2 a原始图象 b湍流退化图象 (c)恢复后的图象
Fig。2 (a) original image (b) turbulence-degraded image (c) image restored from(a)
采用上述措施后，自动目标识别算法的研究难度也大大降低，在算法研究阶段可以不需要高速飞行条件下获得的目标图象，所有当前自动目标识别算法的研究成果基本上可以作为借鉴，如利用文献[10]介绍的方法便可以对机场目标进行有效地探测识别和跟踪\
1。2。2 高速运动图像模糊校正
图1 惯性/红外成像制导系统组成
Fig。1 Compose of INS/IRIGS
红外成像导引头
惯性测量单元
制导计算机
伺服机构
万方数据
第26卷 第5期 Vol。26 No。5
2004年9月 张义广等一种高速飞行器自主式惯性/红外成像制导系统 Sep。 2004
88
设成像器件像元瞬时视场为β飞行器速度为v俯冲角为θ成像积分时间为dt飞行器高度为h图
象上的点距图象中心距离为d通过简单的几何位置关系推导在成像积分时间内由于飞行器运动引起的像位
移dx可以由下式1表示
()()
-
••-
••-••
=x
dtvh
dtvxtgh
arctgdx
θ
θβ
βsin
cos1
1
由式1可知：在其它条件不变时，飞行器速度v越大dx越大飞行器高速运动对红外成像系统的成像会造成影响，dt越大dx也越大，因此采用减速措施可以降低运动引起的图象模糊、减小成像积分时间，dt也可以降低运动引起的图象模糊，显然成像探测器边缘处的像素位移最大。以边缘像素为例进行计算计算结果表明，在飞行器飞行速度为3Ma，红外成像导引头工作在1730km的高度、选择合适的成像积分时间如4ms则象素位移小于0。5个象素模糊影响很弱基本可以不考虑，在1710km的高度4ms积分时间引起的象素位移小于1个象素，模糊影响范围有限，通过简化的校正算法就可以去除图象模糊的影响。在10km以下4ms积分时间引起的象素位移大于1个象素，并且随高度降低而急剧增大，必须进行图象模糊校正
我们选择积分时间为3s的成像探测器，在积分时间内像素位移将远远小于1个像素，因此在飞行器减速至3Ma时，若选择积分时间合适的成像探测器完全可以消除飞行器运动带来的图象模糊影响，不需要进行高速运动图象模糊校正，从而节省了目标识别所需要的时间，对图象识别算法的实时实现有一定的价值
当然人们研究了许多运动模糊图象校正的方法，即使图象模糊了也可以通过校正方法来恢复图象。下面的试验便足以证明运动模糊图象恢复算法的有效性，为方便研究仅考虑图象沿一个方向的运动模糊，容易得知沿一维方向的运动模糊点扩展函数为矩形，因而可以得知其调制传递函数如式2所示
()sinjuaT
Huuae
ua
ππ
π
-= 2
图3是利用维纳滤波算法和模型2对运动模糊图象的恢复结果图b的运动模糊为10个像素
a (b) (c)
图3 a原始图象 b运动模糊图象 (c)恢复后的图象
Fig。3 (a) original image (b) movement-degraded image (c) image restored from(a)
由图3知即使运动模糊较严重10个像素的位移也可以通过简单的恢复算法来进行较好的图象复原
更何况系统设计时采用了减速措施并选择了积分时间较小的探测器来减小运动引起的图象模糊因而高速运动
模糊的校正问题是完全可以解决的
1。2。3 红外成像制导系统视场设计
在没有充足的外部信息支持下，如只知道欲攻击目标在某一范围内，而不知其准确的位置。实现飞行器自主制导需要惯性制导具备一定的精度然后由红外成像制导的自动目标识别能力来完成中末制导交班时，红外成像制导开始工作时目标必须在导引头的视场内，捷联体制的惯性/红外成像制导光学部分不进行搜索而为了降低气动光学效应和气动热效应的影响。惯性/红外成像制导又采用斜前视方式探测目标对导引头的视场有严格的要求
制导系统视场设计主要与惯性制导的制导精度稳定系统姿态控制精度目标尺寸大小有关，设目标最大尺寸方向尺寸为x惯性制导系统圆概率偏差为e导弹与目标距离为d红外成像导引头最小视场为β
则导引头的最小视场2β可以按式3来计算
2dtgβx2e (3)
对于机场目标取x2000 me300d20 km时β4利用目前可以获得的320256像元的红外探测器并对光学系统的通光孔径焦距进行合适的设计可以满足β4的要求
1。2。4 制导系统存在的问题
采用减速措施并使红外成像制导工作在10km高度以上减轻了气动光学效应和气动热效应。
校正和高速运动图象模糊校正的研究难度使红外成像制导在高速飞行器上应用成为可能，但该制导系统也存在一些问题
对飞行器总体和控制系统提出了较高的要求，如对再入飞行器减速姿态控制精度提出了较高的要求
10km以下成像制导不工作时需要研究合适的外推算法等另外目标溢出视场后扩展目标的跟踪方法以及多波次攻击时攻击点选择方法也都需要进行研究
好在后者研究难度相对前者来说要低一些这种难度转移基本上是合算的，上述问题正在进一步的研究之中 ，另外成像制导的作用距离是一个十分重要的参数上述设计要求成像制导在10km以上，工作系统在10km以上能否观测到目标呢?在中纬度冬季晴天无云雨理想气候情况大气环境下地面反照率为20% 时用Lowtran7计算结果表明在1030km的高空上可以观测到地面目标
2 结论
本文根据高速无人飞行器制导系统的特点提出了一种自主式惯性/红外成像制导系统
采用本文设计的惯性/红外成像制导系统解决了高速无人飞行器使用红外成像制导的瓶颈问题，气动光学效应和气动热效应校正和高速运动图象模糊校正简化了高速无人飞行器红外成像制导研究问题的难度，通过进一步的研究可以使制导精度高的红外成像制导在高速无人飞行器家族中开花结果从而实现自主式远程精确打击但相应的研究
工作还必须紧锣密鼓地展开
参 考 文 献
[1] 刘隆和。 多模复合寻的制导技术[M]。 北京: 国防工业出版社， 1998。
[2] 殷兴良。 气动光学原理[M]。北京:国防工业出版社， 2003。
[3] 费锦东。 高速导弹红外成像末制导对气动光学效应技术研究的需求[J]。 红外与激光工程， 1998(1)42~44。
[4] 费锦东。 气动光学效应校正技术初步分析[J]。 红外与激光工程， 1999510~13。
[5] 李保平。 红外成像导引头总体设计技术研究一[J]。 红外技术， 1995。17(5):1~6
[6] 李保平。 红外成像导引头总体技术研究二[J]。 红外技术， 1995。17(6):19~24
[7] 刘永昌巫广华张黎等。凝视红外成像导引头系统总体设计技术[A]。 精确制导技术文集红外成像制导技术[C]， 2003:29~36
[8] Zhang TanxuHong Hanyu etRestoring Turbulence-degraded Images Based on Estimation of Turbulence Point Spread Function Values[J]ACTA Automatic
SINICA。 2003。29:573-581。
[9] 洪汉玉张天序。基于小波分解的湍流退化图象的快速复原方法[J]。红外与毫米波学报20036451-456
[10] 叶斌。典型目标的检测与识别研究[D]。华中科技大学博士论文2003
红外与激光工程
INFRARED AND LASER ENGINEERING
1999年 第28卷 第6期 Vol.28 No.6 1999
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窗口温度对目标探测影响的简化分析
李培田 刘纯胜
文摘： 在只考虑目标、背景和红外窗口的情况下，计算了两个很简单的拦截过程中，信噪比和像元电荷数的变化。文中还介绍了国外对非冷却凹进形窗口的研究状况，包括凹进形窗口的气动加热率、气动光学特性。
关键词： 红外窗口 目标探测 气动光学
Analysis of influence of window temperature on target detection
Li Peitian Liu Chunsheng
(Beijing Institute of Electronic System Engineering, Peking, China, 100854)
Abstract: In the situation of considering only target, background and infrared window, the changes of signal-to-noise ratio and pixel charge amount are calculated. The research status of non-cooling concave window in foreign countries is also introduced, including the aerodynamic heating efficiency of concave window and aero-optical characteristics.
Keywords: Infrared window Target detection Aero-optics
1 引 言
当拦截器在大气层内以高超音速飞行时，窗口受到严重的气动加热，其温度迅速上升，使窗口在红外探测器上的干扰辐射快速增加。显然，必须把窗口温度控制在一定的范围内，才能有效地探测目标，并防止温度梯度产生的窗口破碎。
再入弹头进入大气层后，同样也会受到严重气动加热而温度迅速升高，因而产生较强的红外辐射。这种红外目标信号通过大气路径到达拦截器及红外窗口。而拦截器本身也处于严重的气动加热环境，其激波层及红外窗口都会产生红外辐射噪声，降低了红外焦平面上的图像质量。 红外窗口是一个特殊的部件，它传输红外辐射，同时本身也产生红外辐射。要研究红外窗口对目标探测的影响，必须考虑到图1中的各种因素，才能确定设计要求的窗口温度及红外传输性能。
图1 与红外窗口有关的因素
Fig.1 The factors related to infrared window
2 窗口温度对目标探测的影响
拦截器上红外窗口的温度，最终是由探测器的信噪比(SNR)决定的。为了保证有足够高的探测概率，一般要求探测器的信噪比SNR≥10。目标信号、各种噪声源以及窗口的红外辐射，只要在探测器上产生的SNR≥10，而且产生的电荷总数又不使探测器像元达到饱和，并保持稳定的机械性能，这样的窗口温度就是许可的。可见，窗口温度的确定是一个相当复杂的问题。下面采用参考文献[1]和[2]的简化分析方法，计算了窗口温度对目标探测的影响。
2.1 目标特征信号
再入飞行器的红外信号分析计算是很复杂的。涉及到非连续流体力学、化学和热力学的平衡和非平衡状态，流动的层流和湍流状态，再入硬体的烧蚀状态和热解，再入硬体的红外辐射及流场的红外辐射。图2示出再入弹头的流场简图。相应的目标信号模拟流程图如图3所示。
图2 再入弹头流场
Fig.2 Re-entry warhead flow field
图3 目标信号模拟流程图
Fig.3 Target signal simulation flow chart
国外已详细地分析再入弹头的红外辐射，使用了若干个复杂的计算程序:
(1) 流场计算程序，包括平衡和非平衡效应，层流及湍流状态。
(2) 防热层的热响应分析程序。
(3) 防热层热解和烧蚀产物组元分析程序。
(4) 再入硬体辐射程序。
(5) 流场辐射及传输程序。
在给定了目标几何形状、高度和速度后，用上述程序计算出目标硬体红外辐射的数值图像及流场的红外辐射，并将计算结果存储在数据库中，供以后使用。
作为一种简化分析，把弹头按黑体辐射源处理。温度Tt用面积加权平均值方法求出，材料的发射率εt一般取为0.8。目标的面积At可取为0.5m2。这样，目标的特征信号Pt为：
(1)
式中 Pt——在一个像元上的光子数(photons/s pixel)；
τo——光学传输效率；
τa——大气的透过率；
τw——窗口的透过率；
Ao——光学孔径的面积；
At——目标的面积；
R——目标到探测器的距离；
λ——波长；
C3=1.8836×1011cm/s；
C2=1.4388K。cm；
λ1、λ2——探测器响应的波段限。
2.2 背景的红外辐射
光谱测量数据表明，背景的红外辐射包括：(1)接近环境温度的辐射；(2)高温部分的辐射。根据实验测量结果，总结出一个经验方程：
(2)
式中 Nb——背景的红外辐射亮度；
Na——环境温度Ta下的黑体辐射亮度；
Ns——与太阳有关的辐射亮度；
θ——相对于地平线的仰角；
φ——从观测位置处测量的太阳和被测点之间的夹角。
Na可由下式计算出：
(3)
Ns=0.0445W/cm2 sr为常数，此值在波长0～16μm内适用。在应用中必须转换成光子数的形式。已知被观测点的仰角θ，太阳的仰角W，太阳和被观测点的方位角之差D，则角φ可表达为：
(4)
(5)
式中 c——光速；
h——普朗克常数；
λ1=0,λ2=16μm。
计算出的NP=1.792×1018photons/cm2 sr s。在以后的计算中，用NP取代Ns。如果背景的面积为Ab，则背景辐射到一个像元上的光子数是：
(6)
计算背景红外辐射的另外一种方法是使用大气传输计算机程序LOWTRAN7，可以更准确地计算红外信号的大气传输以及背景的红外辐射。实用软件包LOWTRAN7分为三大部分：
(1) 大气模式，包括大气温度、压力、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳和一氧化二氮混合比的垂直廓线，13种微量气体的垂直廓线，气溶胶、雾、云、雨、尘、火山喷发物的廓线，各种辐射参量，如消光系数、吸收系数、地外太阳光谱等。
(2) 探测几何路径，大气折射及吸收气体含量。
(3) 光谱透过率计算，大气太阳背景辐射计算。
LOWTRAN7是一个相当完善的大气传输辐射程序，几乎能计算各种条件下的透过率和辐射量，如大气背景辐射，单次散射的太阳或月亮辐射，多次散射的大气及太阳辐射等。在文中的简化分析中，用LOWTRAN7计算背景的红外辐射及大气透过率。
2.3 红外窗口的辐射
红外窗口受气动加热后，其温度上升并发射红外辐射。假定平面窗口是灰体和漫射体，则窗口的辐射亮度Jw是：
(7)
式中 εw——窗口材料的发射率；
Tw——窗口的前表面温度。
窗口的发射率εw是窗口温度、厚度和波长的函数。在文中εw取为常数，如果用IFOV表示瞬时视场，窗口在单个像元上的辐射照度Pw就由下述方程给出：
(8)
Pw的单位是photons/s。pixel。窗口温度Tw可采用面积加权平均值计算。把窗口划分为N个小面积区，每个小面积区内具有相同的温度。设第i个小面积区的面积为Ai，温度为Ti，则窗口温度Tw计算如下：
(9)
n是小面积区的个数。从公式(8)可以看出，较小的光学视场能显著减少窗口在探测器上的辐射照度。
2.4 窗口温度对目标探测影响的分析
在分析中，所用探测器的性能为：
波段：7.7～10μm；
像元数目：128×128；
像元面积：50μm×50μm；
视频输出速率：5MHz；
存储的电荷容量：1.21×108×0.7=8.47×107e-；
量子效率：0.6。
假定光学孔径的直径Do=6cm，光学传输效率τo=0.6，视场角FOV=3°，焦距f=12cm。
在计算过程中，首先确定IFOV，并计算在距离R处由IFOV所对应的面积AIFOV。当目标面积At≤AIFOV时，用公式(1)计算目标的红外辐射。而当At>AIFOV，则用AIFOV取代公式(1)中的At，以计算目标辐射。
背景和目标产生的光子噪声计算如下：
(10)
(11)
式中 η——探测器的量子效率；
Δf——系统的电子带宽。
窗口的辐射噪声是：
(12)
在不考虑探测器本身的噪声以及激波层的辐射噪声时，可以计算出SNR：
(13)
在一像元上产生的总电荷数Se是：
(14)
式中 t——积分时间。
在只考虑目标、背景和红外窗口的情况下，计算了两个很简单的拦截过程中信噪比和像元电荷数(QUANT)的变化，参看图4。
图4 拦截几何关系
Fig.4 Geometrical relation of interception
假定拦截时间是10s，拦截高度HI=60km。拦截角α=40°保持为常数。初始状态是导弹的速度Vm=3km/s,高度Hm=31.8km。目标的速度Vt=5km/s，高度Ht=85.0km。按倒计时计算相应时刻的SNR和像元的电荷数。在计算中窗口的发射系数都取为0.1。
表1给出了不同时刻导弹和目标的相对位置、目标温度Tt、大气透过率及背景的红外辐射。表2给出了相应时刻的SNR和QUANT，其积分时间为τ=0.1ms。表3给出了积分时间为τ=0.5ms相应时刻的SNR和QUANT。
表1 导弹和目标相对位置(HI=60km)
Tab.1 Relative position between missile and target (HI=60km)
Time
t(s) Missile height
Hm(km) Target height
Ht(km) Target temperature
Tt(K) Distance between target
and missile R(km) Transmission
coefficient τa Background infrared
radiance Pb (W/cm2sr)
10 31.8 85.0 330 75.5 0.9780 1.726×10-3
8 37.4 80.0 350 60.4 0.9920 1.746×10-3
6 43.1 75.0 360 45.3 0.9976 1.752×10-3
4 48.7 70.0 380 30.2 0.9993 1.753×10-3
2 54.4 65.0 450 15.1 0.9998 1.753×10-3
0.1 59.7 60.25 500 0.755 1.000 1.753×10-3
表2 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.1ms)
Tab.2 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.1ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
2.57 5.97 12.1 34.7 268 1.08×104
Tw=600K
1.79 4.17 8.48 24.3 190 1.00×104
QUANT
(×107) Tw=400K
1.94 1.98 1.99 2.00 2.09 12.9
Tw=600K
4.01 4.04 4.06 4.07 4.16 15.0
表3 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.5ms)
Tab.3 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.5ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
5.74 13.3 27.1 77.5 600 2.41×104
Tw=600K
4.0 9.33 19.0 54.4 426
2.24×104
QUANT
(×107) Tw=400K
9.71 9.89 9.96 10.0 10.5 64.6
Tw=600K
20.0 20.2 20.3 20.35 20.8
75.0
另一个简单拦截过程同样是10s的拦截时间，拦截高度HI=20km，拦截角α=30°，初始状态是导弹的速度Vm=3km/s，高度Hm=5km。目标的速度Vt=5km/s，高度Ht=63.3km，相应的计算结果如表4～表6所示。
表4 导弹和目标相对位置(HI=20km)
Tab.4 Relative position between missile and target (HI=20km)
Time
t(s) Missile height
Hm(km) Target height
Ht(km) Target temperature
Tt(K) Distance between target
and missile R(km) Transmission
coefficient τa Background infrared
radiance Pb (W/cm2sr)
10 5.0 63.30 450 75.48 0.7557 1.483×10-3
8 8.0 54.64 500 61.96 0.8183 1.499×10-3
6 11.0 45.98 600 46.47 0.8567 1.530×10-3
4 14.0 37.32 700 30.98 0.8820 1.562×10-3
2 17.0 28.66 900 15.49 0.9116 1.607×10-3
0.1 19.85 20.43 900 0.7745 0.9868 1.731×10-3
表5 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.1ms)
Tab.5 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.1ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
8.57
19.5
63.1
217
1396
2.44×104
Tw=600K
5.57
12.9
42.3
148
1028
2.40×104
QUANT
(×107) Tw=400K
1.51
1.60
1.68
1.80
2.45
60.7
Tw=600K
3.58
3.67
3.75
3.86
4.52
62.8
表6 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.5ms)
Tab.6 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.5ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
19.2 43.7 141 484 3.12×103 5.45×104
Tw=600K
12.5 28.9 94.5 330 2.30×103 5.36×104
QUANT
(×107) Tw=400K
7.57 8.00 8.40 8.98 12.3 303
Tw=600K
17.9 18.3 18.7 19.3 22.6 314
在60km的拦截高度，开始时的SNR较低。积分时间为0.5ms，虽然提高了SNR，但一开始探测器像元即达到饱和状态(探测器像元容纳的电荷数为8.5×107)，无法跟踪目标。在拦截高度为20km时，出现的主要问题也是像元达到饱和状态，当导弹与目标接近时，因距离很近，目标信号非常强，无论怎样低的窗口温度，像元都会达到饱和状态。从而使探测器丢失目标。有几种方法可以解决这个问题。国外对若干参数进行了权衡研究，认为最好的方法是减少波段的宽度，即减少波段的上限λ2。
3 非冷却窗口的气动加热状况
非冷却窗口的气动加热率，通常表示为与对应锥面上加热率的比。为了解非冷却窗口的气动加热状况，计算了对应锥面上的气动加热率，并以拦截速度作为参数，把加热率表示为拦截高度的函数，如图5所示。可以看出，拦截速度为3km/s，拦截高度大于20km，对应锥面上的气动加热率在300W/cm2以下。
图5 窗口处锥面加热随高度的变化
Fig.5 The changes of cone surface heating with height
非冷却窗口的主要优点是显著提高探测器的工作性能。这种窗口不是安放在拦截器的侧表面，而是凹进去，从而显著减少对窗口的气动加热率。国外对凹进窗口的气动加热做了许多实验研究，其马赫数在0.5～12之间，深度和长度比值H/L在0.1～16之间，实验数据表示为图6中的关系。Q是对凹进窗口的加热率，Q0是凹腔上游锥面上的加热率。
图6 凹进窗口的气动加热率
Fig.6 Aerodynamical heating rate of concave window
参考文献[3]详细的数值模拟了凹进窗口的流场特性，包括烧蚀的和非烧蚀的，给出了凹腔内及附近的速度场、温度场、马赫数场、湍流强度场、加热率分布、平均密度场、波动密度场，为光学计算提供了完整的输入数据。在高度为12km，马赫数为7，攻角7°的情况下，数值计算的迎风面窗口加热率，大约是凹腔上游锥面加热率的10%～20%。通过适当的设计，把对窗口的加热率Q/Q0降到10%以下是可能的。
4 凹进窗口的气动光学特性
在参考文献[4]中，对非冷却的凹进窗口的气动光学特性进行了详细的分析。拦截器的工作条件是高度为10～60km，速度直到4km/s，拦截时间为4s，在这种环境下，设计了一个满足要求的非冷却窗口。参考文献中对许多参数进行了权衡研究。这些重要参数及它们的作用如表7所示。
在某些情况下，凹腔内的流动会发生谐振，从而降低了目标信号。为了得到好的空腔流动质量，地锥面马赫数必须大于2.6。这个条件还是较容易满足的。
参考文献中还详细地介绍了完成拦截器及窗口的流动分析、热分析、气动光学分析和权衡设计。这些分析结果表明，凹进窗口的深度长度比H/L小于0.8，就足以使窗口温度满足探测器的工作要求。有关的气动光学分析结果如图7所示。
图7 非冷却凹进窗口的性能
Fig.7 Performance of non-cooling concave window
表7 非冷却凹进窗口设计参数
Tab.7 Design parameters of non-cooling
concave window
Parameter Function
θC Hemi-cone angle Q, FOV, L, Ma, Flow quality
Rn Warhead radius Q, Flow quality
Sw Concave position Q, Boundary layer size
L Concave length FOV, Flow quality, Volume
H Concave depth Q, FOV, Volume
Ma Mach number Flow vibration
Da Aperture size Seeker characteristics, Flow quality, Volume
各种流动特性对图像质量的影响如表8所示。显然，混合层或剪切层对图像质量有严重影响。运用非冷却的凹进窗口，完全消除了这些影响。
表8 流动特性对图像质量的影响
Tab.8 Influence of flow characteristics on
image quality
Flow area Percent of influence
BSE Blur
Atmosphere — 2
Bow shock 55 —
Composite/shear layer 15 90
Boundary layer — 5
Coolant layer 20 —
Window 10 3
在参考文献[5]中，主要论述了寻的器系统的综合设计，根据要求的信噪比和跟踪精度，权衡研究确定了孔径尺寸、光学带宽、IFOV、FOV、光学焦比f/#、帧频和探测器材料等。一些重要数据在文献中都没有给出。在文献中也运用了非冷却的凹进窗口。
作者简介：李培田 男 60岁 高级工程师 主要从事防热系统的设计，强激光破坏
效应的研究工作。
作者单位：北京电子工程总体研究所 北京 100854
参考文献
1 Edward F. Cross. Window-heating effects on airborne infrared system calibration. Infrared Technology XVIII. SPIE. 1992, 1762:576
2 Keefer C W. Infrared Target Detection: Signal and Noise Sensitivity Analysis. AD-A215707 MF, 1989
3 Leonard Walitt, Martin Rosenblatt and James E. Daywitt. Navier-stokes cavity solutions based on second-order turbulence modeling. AIAA Paper 92-2765, May 19～21, 1992
4 Ven Shui, Barry Reeves and Jennifer Werner. Uncooled apertude for endoatmospheric optical seeker. AIAA Paper 93-2673, June 6～9, 1993
5 Jennifer Werner, Ven Shui and Barry Reeves. Multiple aperture seeker design for endoatmospheric intercepts AIAA Paper 93-2690, June 6～9, 1993
6 Trolier J, Hudson D, Carlson D and Krawczyk W. Shock layer radiance effects on endoatmospheric interceptor seeker performance AIAA Paper 92-2816, May 19～21, 1992
1999-03-12收稿
1999-07-30修回
INFRARED AND LASER ENGINEERING
1999年 第28卷 第6期 Vol.28 No.6 1999
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窗口温度对目标探测影响的简化分析
李培田 刘纯胜
文摘： 在只考虑目标、背景和红外窗口的情况下，计算了两个很简单的拦截过程中，信噪比和像元电荷数的变化。文中还介绍了国外对非冷却凹进形窗口的研究状况，包括凹进形窗口的气动加热率、气动光学特性。
关键词： 红外窗口 目标探测 气动光学
Analysis of influence of window temperature on target detection
Li Peitian Liu Chunsheng
(Beijing Institute of Electronic System Engineering, Peking, China, 100854)
Abstract: In the situation of considering only target, background and infrared window, the changes of signal-to-noise ratio and pixel charge amount are calculated. The research status of non-cooling concave window in foreign countries is also introduced, including the aerodynamic heating efficiency of concave window and aero-optical characteristics.
Keywords: Infrared window Target detection Aero-optics
1 引 言
当拦截器在大气层内以高超音速飞行时，窗口受到严重的气动加热，其温度迅速上升，使窗口在红外探测器上的干扰辐射快速增加。显然，必须把窗口温度控制在一定的范围内，才能有效地探测目标，并防止温度梯度产生的窗口破碎。
再入弹头进入大气层后，同样也会受到严重气动加热而温度迅速升高，因而产生较强的红外辐射。这种红外目标信号通过大气路径到达拦截器及红外窗口。而拦截器本身也处于严重的气动加热环境，其激波层及红外窗口都会产生红外辐射噪声，降低了红外焦平面上的图像质量。 红外窗口是一个特殊的部件，它传输红外辐射，同时本身也产生红外辐射。要研究红外窗口对目标探测的影响，必须考虑到图1中的各种因素，才能确定设计要求的窗口温度及红外传输性能。
图1 与红外窗口有关的因素
Fig.1 The factors related to infrared window
2 窗口温度对目标探测的影响
拦截器上红外窗口的温度，最终是由探测器的信噪比(SNR)决定的。为了保证有足够高的探测概率，一般要求探测器的信噪比SNR≥10。目标信号、各种噪声源以及窗口的红外辐射，只要在探测器上产生的SNR≥10，而且产生的电荷总数又不使探测器像元达到饱和，并保持稳定的机械性能，这样的窗口温度就是许可的。可见，窗口温度的确定是一个相当复杂的问题。下面采用参考文献[1]和[2]的简化分析方法，计算了窗口温度对目标探测的影响。
2.1 目标特征信号
再入飞行器的红外信号分析计算是很复杂的。涉及到非连续流体力学、化学和热力学的平衡和非平衡状态，流动的层流和湍流状态，再入硬体的烧蚀状态和热解，再入硬体的红外辐射及流场的红外辐射。图2示出再入弹头的流场简图。相应的目标信号模拟流程图如图3所示。
图2 再入弹头流场
Fig.2 Re-entry warhead flow field
图3 目标信号模拟流程图
Fig.3 Target signal simulation flow chart
国外已详细地分析再入弹头的红外辐射，使用了若干个复杂的计算程序:
(1) 流场计算程序，包括平衡和非平衡效应，层流及湍流状态。
(2) 防热层的热响应分析程序。
(3) 防热层热解和烧蚀产物组元分析程序。
(4) 再入硬体辐射程序。
(5) 流场辐射及传输程序。
在给定了目标几何形状、高度和速度后，用上述程序计算出目标硬体红外辐射的数值图像及流场的红外辐射，并将计算结果存储在数据库中，供以后使用。
作为一种简化分析，把弹头按黑体辐射源处理。温度Tt用面积加权平均值方法求出，材料的发射率εt一般取为0.8。目标的面积At可取为0.5m2。这样，目标的特征信号Pt为：
(1)
式中 Pt——在一个像元上的光子数(photons/s pixel)；
τo——光学传输效率；
τa——大气的透过率；
τw——窗口的透过率；
Ao——光学孔径的面积；
At——目标的面积；
R——目标到探测器的距离；
λ——波长；
C3=1.8836×1011cm/s；
C2=1.4388K。cm；
λ1、λ2——探测器响应的波段限。
2.2 背景的红外辐射
光谱测量数据表明，背景的红外辐射包括：(1)接近环境温度的辐射；(2)高温部分的辐射。根据实验测量结果，总结出一个经验方程：
(2)
式中 Nb——背景的红外辐射亮度；
Na——环境温度Ta下的黑体辐射亮度；
Ns——与太阳有关的辐射亮度；
θ——相对于地平线的仰角；
φ——从观测位置处测量的太阳和被测点之间的夹角。
Na可由下式计算出：
(3)
Ns=0.0445W/cm2 sr为常数，此值在波长0～16μm内适用。在应用中必须转换成光子数的形式。已知被观测点的仰角θ，太阳的仰角W，太阳和被观测点的方位角之差D，则角φ可表达为：
(4)
(5)
式中 c——光速；
h——普朗克常数；
λ1=0,λ2=16μm。
计算出的NP=1.792×1018photons/cm2 sr s。在以后的计算中，用NP取代Ns。如果背景的面积为Ab，则背景辐射到一个像元上的光子数是：
(6)
计算背景红外辐射的另外一种方法是使用大气传输计算机程序LOWTRAN7，可以更准确地计算红外信号的大气传输以及背景的红外辐射。实用软件包LOWTRAN7分为三大部分：
(1) 大气模式，包括大气温度、压力、密度的垂直廓线，水汽、臭氧、甲烷、一氧化碳和一氧化二氮混合比的垂直廓线，13种微量气体的垂直廓线，气溶胶、雾、云、雨、尘、火山喷发物的廓线，各种辐射参量，如消光系数、吸收系数、地外太阳光谱等。
(2) 探测几何路径，大气折射及吸收气体含量。
(3) 光谱透过率计算，大气太阳背景辐射计算。
LOWTRAN7是一个相当完善的大气传输辐射程序，几乎能计算各种条件下的透过率和辐射量，如大气背景辐射，单次散射的太阳或月亮辐射，多次散射的大气及太阳辐射等。在文中的简化分析中，用LOWTRAN7计算背景的红外辐射及大气透过率。
2.3 红外窗口的辐射
红外窗口受气动加热后，其温度上升并发射红外辐射。假定平面窗口是灰体和漫射体，则窗口的辐射亮度Jw是：
(7)
式中 εw——窗口材料的发射率；
Tw——窗口的前表面温度。
窗口的发射率εw是窗口温度、厚度和波长的函数。在文中εw取为常数，如果用IFOV表示瞬时视场，窗口在单个像元上的辐射照度Pw就由下述方程给出：
(8)
Pw的单位是photons/s。pixel。窗口温度Tw可采用面积加权平均值计算。把窗口划分为N个小面积区，每个小面积区内具有相同的温度。设第i个小面积区的面积为Ai，温度为Ti，则窗口温度Tw计算如下：
(9)
n是小面积区的个数。从公式(8)可以看出，较小的光学视场能显著减少窗口在探测器上的辐射照度。
2.4 窗口温度对目标探测影响的分析
在分析中，所用探测器的性能为：
波段：7.7～10μm；
像元数目：128×128；
像元面积：50μm×50μm；
视频输出速率：5MHz；
存储的电荷容量：1.21×108×0.7=8.47×107e-；
量子效率：0.6。
假定光学孔径的直径Do=6cm，光学传输效率τo=0.6，视场角FOV=3°，焦距f=12cm。
在计算过程中，首先确定IFOV，并计算在距离R处由IFOV所对应的面积AIFOV。当目标面积At≤AIFOV时，用公式(1)计算目标的红外辐射。而当At>AIFOV，则用AIFOV取代公式(1)中的At，以计算目标辐射。
背景和目标产生的光子噪声计算如下：
(10)
(11)
式中 η——探测器的量子效率；
Δf——系统的电子带宽。
窗口的辐射噪声是：
(12)
在不考虑探测器本身的噪声以及激波层的辐射噪声时，可以计算出SNR：
(13)
在一像元上产生的总电荷数Se是：
(14)
式中 t——积分时间。
在只考虑目标、背景和红外窗口的情况下，计算了两个很简单的拦截过程中信噪比和像元电荷数(QUANT)的变化，参看图4。
图4 拦截几何关系
Fig.4 Geometrical relation of interception
假定拦截时间是10s，拦截高度HI=60km。拦截角α=40°保持为常数。初始状态是导弹的速度Vm=3km/s,高度Hm=31.8km。目标的速度Vt=5km/s，高度Ht=85.0km。按倒计时计算相应时刻的SNR和像元的电荷数。在计算中窗口的发射系数都取为0.1。
表1给出了不同时刻导弹和目标的相对位置、目标温度Tt、大气透过率及背景的红外辐射。表2给出了相应时刻的SNR和QUANT，其积分时间为τ=0.1ms。表3给出了积分时间为τ=0.5ms相应时刻的SNR和QUANT。
表1 导弹和目标相对位置(HI=60km)
Tab.1 Relative position between missile and target (HI=60km)
Time
t(s) Missile height
Hm(km) Target height
Ht(km) Target temperature
Tt(K) Distance between target
and missile R(km) Transmission
coefficient τa Background infrared
radiance Pb (W/cm2sr)
10 31.8 85.0 330 75.5 0.9780 1.726×10-3
8 37.4 80.0 350 60.4 0.9920 1.746×10-3
6 43.1 75.0 360 45.3 0.9976 1.752×10-3
4 48.7 70.0 380 30.2 0.9993 1.753×10-3
2 54.4 65.0 450 15.1 0.9998 1.753×10-3
0.1 59.7 60.25 500 0.755 1.000 1.753×10-3
表2 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.1ms)
Tab.2 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.1ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
2.57 5.97 12.1 34.7 268 1.08×104
Tw=600K
1.79 4.17 8.48 24.3 190 1.00×104
QUANT
(×107) Tw=400K
1.94 1.98 1.99 2.00 2.09 12.9
Tw=600K
4.01 4.04 4.06 4.07 4.16 15.0
表3 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.5ms)
Tab.3 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.5ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
5.74 13.3 27.1 77.5 600 2.41×104
Tw=600K
4.0 9.33 19.0 54.4 426
2.24×104
QUANT
(×107) Tw=400K
9.71 9.89 9.96 10.0 10.5 64.6
Tw=600K
20.0 20.2 20.3 20.35 20.8
75.0
另一个简单拦截过程同样是10s的拦截时间，拦截高度HI=20km，拦截角α=30°，初始状态是导弹的速度Vm=3km/s，高度Hm=5km。目标的速度Vt=5km/s，高度Ht=63.3km，相应的计算结果如表4～表6所示。
表4 导弹和目标相对位置(HI=20km)
Tab.4 Relative position between missile and target (HI=20km)
Time
t(s) Missile height
Hm(km) Target height
Ht(km) Target temperature
Tt(K) Distance between target
and missile R(km) Transmission
coefficient τa Background infrared
radiance Pb (W/cm2sr)
10 5.0 63.30 450 75.48 0.7557 1.483×10-3
8 8.0 54.64 500 61.96 0.8183 1.499×10-3
6 11.0 45.98 600 46.47 0.8567 1.530×10-3
4 14.0 37.32 700 30.98 0.8820 1.562×10-3
2 17.0 28.66 900 15.49 0.9116 1.607×10-3
0.1 19.85 20.43 900 0.7745 0.9868 1.731×10-3
表5 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.1ms)
Tab.5 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.1ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
8.57
19.5
63.1
217
1396
2.44×104
Tw=600K
5.57
12.9
42.3
148
1028
2.40×104
QUANT
(×107) Tw=400K
1.51
1.60
1.68
1.80
2.45
60.7
Tw=600K
3.58
3.67
3.75
3.86
4.52
62.8
表6 拦截过程的SNR和QUANT (τ=0.5ms)
Tab.6 SNR and QUANT during interception course reverse timing (τ=0.5ms)
Time (s) 10 8 6 4 2
0.1
SNR Tw=400K
19.2 43.7 141 484 3.12×103 5.45×104
Tw=600K
12.5 28.9 94.5 330 2.30×103 5.36×104
QUANT
(×107) Tw=400K
7.57 8.00 8.40 8.98 12.3 303
Tw=600K
17.9 18.3 18.7 19.3 22.6 314
在60km的拦截高度，开始时的SNR较低。积分时间为0.5ms，虽然提高了SNR，但一开始探测器像元即达到饱和状态(探测器像元容纳的电荷数为8.5×107)，无法跟踪目标。在拦截高度为20km时，出现的主要问题也是像元达到饱和状态，当导弹与目标接近时，因距离很近，目标信号非常强，无论怎样低的窗口温度，像元都会达到饱和状态。从而使探测器丢失目标。有几种方法可以解决这个问题。国外对若干参数进行了权衡研究，认为最好的方法是减少波段的宽度，即减少波段的上限λ2。
3 非冷却窗口的气动加热状况
非冷却窗口的气动加热率，通常表示为与对应锥面上加热率的比。为了解非冷却窗口的气动加热状况，计算了对应锥面上的气动加热率，并以拦截速度作为参数，把加热率表示为拦截高度的函数，如图5所示。可以看出，拦截速度为3km/s，拦截高度大于20km，对应锥面上的气动加热率在300W/cm2以下。
图5 窗口处锥面加热随高度的变化
Fig.5 The changes of cone surface heating with height
非冷却窗口的主要优点是显著提高探测器的工作性能。这种窗口不是安放在拦截器的侧表面，而是凹进去，从而显著减少对窗口的气动加热率。国外对凹进窗口的气动加热做了许多实验研究，其马赫数在0.5～12之间，深度和长度比值H/L在0.1～16之间，实验数据表示为图6中的关系。Q是对凹进窗口的加热率，Q0是凹腔上游锥面上的加热率。
图6 凹进窗口的气动加热率
Fig.6 Aerodynamical heating rate of concave window
参考文献[3]详细的数值模拟了凹进窗口的流场特性，包括烧蚀的和非烧蚀的，给出了凹腔内及附近的速度场、温度场、马赫数场、湍流强度场、加热率分布、平均密度场、波动密度场，为光学计算提供了完整的输入数据。在高度为12km，马赫数为7，攻角7°的情况下，数值计算的迎风面窗口加热率，大约是凹腔上游锥面加热率的10%～20%。通过适当的设计，把对窗口的加热率Q/Q0降到10%以下是可能的。
4 凹进窗口的气动光学特性
在参考文献[4]中，对非冷却的凹进窗口的气动光学特性进行了详细的分析。拦截器的工作条件是高度为10～60km，速度直到4km/s，拦截时间为4s，在这种环境下，设计了一个满足要求的非冷却窗口。参考文献中对许多参数进行了权衡研究。这些重要参数及它们的作用如表7所示。
在某些情况下，凹腔内的流动会发生谐振，从而降低了目标信号。为了得到好的空腔流动质量，地锥面马赫数必须大于2.6。这个条件还是较容易满足的。
参考文献中还详细地介绍了完成拦截器及窗口的流动分析、热分析、气动光学分析和权衡设计。这些分析结果表明，凹进窗口的深度长度比H/L小于0.8，就足以使窗口温度满足探测器的工作要求。有关的气动光学分析结果如图7所示。
图7 非冷却凹进窗口的性能
Fig.7 Performance of non-cooling concave window
表7 非冷却凹进窗口设计参数
Tab.7 Design parameters of non-cooling
concave window
Parameter Function
θC Hemi-cone angle Q, FOV, L, Ma, Flow quality
Rn Warhead radius Q, Flow quality
Sw Concave position Q, Boundary layer size
L Concave length FOV, Flow quality, Volume
H Concave depth Q, FOV, Volume
Ma Mach number Flow vibration
Da Aperture size Seeker characteristics, Flow quality, Volume
各种流动特性对图像质量的影响如表8所示。显然，混合层或剪切层对图像质量有严重影响。运用非冷却的凹进窗口，完全消除了这些影响。
表8 流动特性对图像质量的影响
Tab.8 Influence of flow characteristics on
image quality
Flow area Percent of influence
BSE Blur
Atmosphere — 2
Bow shock 55 —
Composite/shear layer 15 90
Boundary layer — 5
Coolant layer 20 —
Window 10 3
在参考文献[5]中，主要论述了寻的器系统的综合设计，根据要求的信噪比和跟踪精度，权衡研究确定了孔径尺寸、光学带宽、IFOV、FOV、光学焦比f/#、帧频和探测器材料等。一些重要数据在文献中都没有给出。在文献中也运用了非冷却的凹进窗口。
作者简介：李培田 男 60岁 高级工程师 主要从事防热系统的设计，强激光破坏
效应的研究工作。
作者单位：北京电子工程总体研究所 北京 100854
参考文献
1 Edward F. Cross. Window-heating effects on airborne infrared system calibration. Infrared Technology XVIII. SPIE. 1992, 1762:576
2 Keefer C W. Infrared Target Detection: Signal and Noise Sensitivity Analysis. AD-A215707 MF, 1989
3 Leonard Walitt, Martin Rosenblatt and James E. Daywitt. Navier-stokes cavity solutions based on second-order turbulence modeling. AIAA Paper 92-2765, May 19～21, 1992
4 Ven Shui, Barry Reeves and Jennifer Werner. Uncooled apertude for endoatmospheric optical seeker. AIAA Paper 93-2673, June 6～9, 1993
5 Jennifer Werner, Ven Shui and Barry Reeves. Multiple aperture seeker design for endoatmospheric intercepts AIAA Paper 93-2690, June 6～9, 1993
6 Trolier J, Hudson D, Carlson D and Krawczyk W. Shock layer radiance effects on endoatmospheric interceptor seeker performance AIAA Paper 92-2816, May 19～21, 1992
1999-03-12收稿
1999-07-30修回