红外成像制导技术发展现状与展望_罗海波

第卷第期年月

38420098

Vol.38No.4Aug.2009

红外与激光工程

InfraredandLarEngineering

红外成像制导技术发展现状与展望

罗海波

1,21

，史泽林

(1.110016

中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳；

2.100039)

中国科学院研究生院，北京

摘要：随着信号处理、半导体技术的飞速发展，近几年红外成像制导技术取得了长足的进展。

为了对该领域相关技术进行总结，为未来的研究工作提供参考，首先介绍了红外成像制导技术的概

念，分析了红外光学系统、红外焦平面探测器以及图像处理等红外成像制导中的关键技术的发展现

状。参考国内外红外成像制导领域的发展趋势，结合作者多年从事可见光、红外成像制导技术研究积

累的经验以及对该领域关键技术的理解，预测了未来红外成像制导技术的发展方向。

关键词：红外成像制导；红外光学系统；宽频头罩；多面锥窗口头罩；红外焦平面探测器

中图分类号：文献标识码：文章编号：

TN21A1007-2276(2009)04-0565-09

/

Statusandprospectofinfraredimagingguidancetechnology

LUOHai蛳bo,SHIZe蛳lin

1,21

（

ngInstituteofAutomation,ChineAcademyofSciences,Shenyang110016,China;

2.GraduateSchool,ChineAcademyofSciences,Beijing100039,China

）

Abstract:Withthedevelopmentofsignalprocessingandmiconductortechnology,theinfraredimaging

guidancetechnologyhasmadeconsiderableprogressrecently.Inordertomakeasummaryoftherelevant

technologiesinthisfieldandprovidethereferenceforthefuturerearch,theconceptoftheinfraredimaging

guidancetechnologywasintroducedandthestatusofthekeytechnologyoftheinfraredimagingguidancewas

analyzed,includingtheinfraredopticalsystem,theinfraredfocalplanearray(IRFPA)detector,andtheimage

processingtechnology.Badonthedevelopmenttrendsofinfraredimagingguidancetechnologyathomeand

abroad,combiningtheauthor′sengineeringexperiencesforimagingguidancetechnologyrearchinvisible

andinfraredwavebandformanyyearsandtheunderstandingofthekeytechnologiesinthisfield,thefuture

developmenttrendoftheinfraredimagingguidancetechnologywaspredicted.

Keywords:Infraredimagingguidance;Infraredopticalsystem;Multispectraldome;

Faceted/windowdome;Infraredfocalplanedetector

蛳

0

引言

自海湾战争以来，精确制导武器在军事打击行动

中的使用量越来越大，而且在未来战争中还有逐渐增

大的趋势。红外成像制导技术是利用目标和景物的热

辐射成像进行目标识别与跟踪，并引导导弹或制导炸

弹统称制导弹药）准确攻击目标的集光、机、电及信

(

收稿日期：；修订日期：

2008-10-082008-12-05

作者简介：罗海波，男，江西吉安人，研究员，主要从事成像制导、图像处理与模式识别、并行信号处理器体系结构等方面的工作。

(1967-)

Emailluohb@

：

566

红外与激光工程第卷

38

息处理于一体的一项专项技术，因其全天时、对气象是因为利用窗口上的网格或开槽薄膜可以选择传输

条件要求低等特点，近年来在精确制导领域占据着越的波长或频率，这样一方面可以减小导弹的雷达反射

来越重要的位置。面积，另一方面可以屏蔽外界电磁波对导引头

红外成像制导武器作战效能的不断提高是以红的干扰。多频谱头罩可以透过多个波段的红外能量，

外成像制导技术的不断发展为基础的。首先，红外成适用于双色或多色红外以及多模导引头。多透镜头罩

像制导技术的高精度导引信号是其制导精度的重要多用于高光滑度头罩中，用以校正高光滑度头罩的斜

保证；其次，近年发展起来的自动目标识别、自率误差，使头罩的斜率误差降低；另一方面，在超音速

(ATR)

动目标捕获技术为增大导弹的射程提供了有飞行时，多透镜头罩受到的空气阻力比传统的半球形

(ATA)

力的技术保障，这些技术降低了导弹对数据链的要头罩要小得多

求，解决了导弹射程受数据链限制的问题；再次，相对

于可见光成像制导而言，红外成像制导技术具有全天引头的一个重要部件。由于红外导引头的高灵敏度、

时工作能力，同时，红外成像的穿雾、霾能力远远高于高性能的要求

可见光成像，这使得红外成像制导武器在复杂气象条

件下的作战能力得以大大提高；最后，红外成像导引器视场以外的不必要热源干扰而设置的，设计用于制

头的高带宽、高数据率为红外制导武器系统提高其机冷型探测器的红外光学系统必须考虑出瞳与冷光阑

动能力提供了技术保障。基于以上原因，欧、美、俄等

军事强国无不为之投入大量的人力和物力，科技界也

在该领域展开了深入研究，取得了显著成果。作为光学系统的孔径光阑，该方式适用于焦距较短的

(RCS)

[1]

。

红外光学镜头是光学系统的一部分，也是红外导

[2]

，光学系统须具备以下特点：

(1)100%

冷光阑效率冷光阑是为了限制探测

的匹配，保证的冷光阑匹配效率。要实现该目

100%

标，目前常采用的方式有两种：一种是将冷光阑直接

光学系统；另一种是采用二次成像的方式，该方式适

用于焦距较长的光学系统，其缺点是由于增加了转向

镜组及场镜，降低了系统的透过率。

1

红外成像制导技术的发展现状

红外成像制导技术诞生于世纪年代，经过

2070

几十年的发展，取得了长足的进展。以下对光学系统、

红外焦平面探测器以及图像处理技术等关键单元技

术进行分析这些技术可以体现出当前红外成像制导

,

技术的发展水平。

(2)

高成像质量为使导弹能远距离发现并稳定

跟踪目标，需获得更多的目标信息，对细节的分辨力

要求也越来越高，这就要求光学系统像质能接近衍射

极限。

1.1

红外光学系统

头罩是红外导引头光学系统的一个关键元件，它

不仅保护导引头系统不受恶劣的气流环境影响而且

,

还必须对特定波段的红外辐射透明。头罩技术包括多

面锥窗口整流罩、多频谱头罩和多透镜头罩。头罩的

/

斜率误差是影响导引头跟踪精度的一个主要因素，长

期以来，由传统头罩的斜率误差所造成的导引头跟踪

误差一直是红外成像导引头面临的难题，多面锥头罩

可减小斜率误差，因而制导精度高，典型的应用有“西

北风”和“”地空空空导弹；精确打击

SA16/SLAMER

蛳蛳

导弹在平面窗口的基础上采用了类似的方法。多面锥

头罩与平面窗口头罩的光学特性一样，具有较宽的视

场角。与传统头罩相比，多面锥窗口头罩的斜率误差

/

几乎可以忽略不计。多面锥窗口头罩的另一优势在

/

于可以提高导引头的隐身能力和抗电磁辐射能力，这

(3)

高透过率透过率是红外导引头光学系统的

一个重要指标，它直接影响导引头的作用距离和图像

的信噪比。因此，要求红外光学系统的透过率尽量高，

提高光学系统透过率的技术途径有镀增透膜和减少透

镜数量两种。目前，镀膜技术已经趋于成熟，因此，采用

二元光学元件、非球面镜等措施减少透镜数量。

(4)

无热化红外导引头工作环境的温度变化范

围比较大温度变化时光学元件的曲率、厚度和间隔

,

都发生变化元件基体材料的折射率及周围介质的

,

折射率也将发生变化多数红外透镜材料的折射率

,

随温度变化显著这些变化导致红外光学镜头的像

,

面发生变化从而引起像质的变化。因此必须对红外

,

成像系统进行无热化设计以补偿温度变化造成的

,

像面漂移。

(5)

结构尺寸小及质量轻通常，红外导引头的

第期

4

罗海波等：红外成像制导技术发展现状与展望

567

空间都比较小，特别是对直接稳像的导引头而言，光焦平面阵列器件在短波、中波、长波

学系统就是需稳定的负载，受导引头动态品质因数指

标以及回转空间的限制，要求光学系统的尺寸尽量

短，质量尽量轻。

(1～3μm)(3～5μm)

(8～12μm)(12～18μm)

和甚长波各个波段都得到了全面

的发展。

RockwellMBECdZnTe

使用技术在衬底上制备的

1024×1024

元中波器件已大量生产和应用，该器件焦

平面截止波长为，像元尺寸为，

4.8μm17μm×17μm

采用结构，读出。在工作温度的条件

ponnSFD78K

蛳蛳

下，平均量子效率为，暗电流小于

77%60e

-

/s

，已成功应

用于美国海军“凝视红外全景传感器”计划中。年法

2003

国报道的元焦平面是在衬

LETI/LIR640×512CdZnTe

底上液相外延生长的晶片上制备的。其截止波长

MCT

为，像元中心距为，采用离子注入

5μm15μmBn

+

/p

结

构，快照式电荷放大读出，电荷容量为

(SCA)4.45×10

6

～

(6)

后工作距短且稳定后工作距的长短影响整

个成像系统的尺寸，其稳定性则影响图像质量的稳定

性，因此，红外导引头要求光学系统在满足结构要求

的条件下

，后工作距尽量短，且对环境条件不敏感。

围绕以上几个要求，目前光学镜头设计中一般采

用高次非球面设计技术，最大可能地减少镜片数量、

提高透过率，满足像质的要求

。近年随着加工工艺

的不断完善，一种新的采用衍射光学元件与传统折

射、反射元件混合使用的折衍混合红外光学镜头逐

/

渐走向成熟。已有很多设计者利用衍射光学元件在色

差校正方面的优势将其用于红外镜头设计中

量提供了新的可能性。

无热化设计是红外光学系统设计方面的另一项

重要内容。典型的无热化设计技术大致可以分为大

3

类，分别是：机械被动式无热技术；机械电子

(1)(2)()

主动式无热设计；光学被动式无热技术

(3)

[9]

。种无

3

热化设计技术各有优缺点，早期受光学设计工具的局

限，多采用机械主动和被动式系统。但综合起来看，光

学被动式技术的综合效率最高而且由于具有质量

,

轻、不需供电、可靠性好等特点，尤其适用于红外成像

制导系统

[10]

[4-8]

[3]

，衍

6.5×10eF2120Hz

6-

。在数为、帧频为时，平均噪声等

效温差达到，非均匀性约为，有效像元率高达

17mK5%

射元件为提高系统性能、简化系统结构、减轻系统质

99%80dB

，动态范围为。

长波焦平面阵列是一个最受关注也是资金

MCT

和人力投入最多的波段，现在已经能够大量提供

320×240256×256HushesSBRC

元和元的器件。最早

蛳

报道过做在衬底上的长波元焦平

SiMCT640×480

面器件，第一幅热像发布于年。法国

1994LETI/LIR

报道的商品化元长波组件的像元中心距为

320×256

30μm1.2×10～3.7×10eF2

，电荷容量为，在数为

77-

时，噪声等效温差为，动态范围为，非均

20mK80dB

匀性约，失效率约。

5%1%

。随着计算机技术及仿真技术的不断发

展，特别是衍射元件制造工艺逐步走向成熟，目前，已

具备设计光学被动式无热化红外光学镜头的条件，参

考文献介绍了一种采用光学被动补偿方法的

[11-12]

折衍混合无热化红外光学镜头设计方法。实验结果

/

表明：该方法获得了很好的结果。

1.2.2InSb

红外焦平面阵列器件

InSb3～5μm77K

探测器在波段响应，截止波

长为。由于是本征吸收，所以量子效率高。在

5.5μm

2090InSb

世纪年代，红外焦平面阵列器件发展成

熟，在凝视军用系统中占据着主导地位。

在制导应用方面，代表探测器当前水平的是

InSb

1.2

红外焦平面探测器

红外探测器技术在世纪年代取得了飞速

2090

发展，红外焦平面阵列成像技术进入了成熟期，高性

能大规格焦平面阵列已应用于产品研制。另外，新型

非制冷红外焦平面技术的涌现使第三代红外技术逐

步趋于成熟

[13]

。以下简要介绍几种用于红外成像制导

的红外焦平面阵列器件技术的最新进展。

(IRFPA)

LockheedMartinSantaBarbaraFocalplane

蛳

下属的公司

研制的灵活型元焦平面阵列。所谓灵活

640×512InSb

型是指这种阵列还可用作元，元或者

512×512640×480

400×400120Hz

元，在工作中甚至可以从帧频、窗口为

640×5121000Hz

的大视场模式突然切换到帧频、窗

口为的小视场模式。其量子效率为，像

128×12885%

元有效率大于，功耗小于。

99.5%105mW

1.2.1

碲镉汞红外焦平面器件

通过调整碲镉汞材料的组分，可以方便地

(MCT)

调节其材料的禁带宽度，从而使器件可以响应多个红

外波段范围，因此，受到了各国的高度重视。

MCTMCT

1.2.3

量子阱光导体焦平面阵列器件

1985GaAs/GaAlAs

年首次发现超晶格量子阱结

构的红外吸收现象后，量子阱红外探测器的

(QWIP)

568

红外与激光工程第卷

38

发展十分迅速。之后，由于观测到冷硅微热辐射计焦平面取得了重大突破，

GaAs/GaAlAsRaytheonIR

研制成功了像元尺寸为的高灵敏度元

25μm320×240

微桥，在数为、频率为的工作条件

IRFPAF130Hz

下，其噪声等效温差优于。下一步的目标是研制背景空间和战略应用需求的增大和技术的进步，

35mK

出噪声等效温差优于的元器件。

20mK640×480

参考文献介绍了一种新颖的非制冷焦平面成像

[14]

技术—光学读出微光机红外接收器，又称为“幻镜”在衬底表面和光栅面之间的多次内反射造成了较大

-

QWIP

阵列存在较大的串音，并需要较低的工作温度

(60～65K)

，其发展势头曾一度减缓。近年来，随着低

QWIP

焦平面阵列的发展出现了新的势头。

QWIP

焦平面器件存在的一个问题是入射辐射

的光学串音。该问题直到近年采取适当减小芯片厚度

的工艺后才得以解决。研究表明：在互连后芯悬臂阵列。每一个悬臂的尺寸为，由两

GaAs100μm×200μm

片减薄到以下时，即可消除串音。现在，通过层不同材料组成，下层为厚的

25μm1μmSiN

工艺改进，响应光谱很宽的焦平面器件也已问和的热导率和线热膨胀系数

QWIPAu

世，典型代表有研制的、元的相差很大。当红外辐射照射到

JPL10～16μm640×512SiN

(MIRROR)

。“幻镜”是制作在硅衬底上的双层异质薄膜

x

，上层为

0.5μmAuSiN

厚的。

x

x

蛳

Au

悬臂上，使其温度

升高时，悬臂发生弯曲。悬臂阵列的正上方对准覆盖了

一块刻有针孔阵列的光学滤光片。一束平行光通过光学器相比，具有以下优点：

滤光片照射到悬臂阵列上，通过光学滤光片的衍射可被

肉眼、或光电阵列接收，并以图像方式显示高度即可方便地获得的响应，尤其在大于

CCDCMOS3～20μm

出悬臂弯曲的响应。“幻镜”焦平面阵列的特点是：可

(1)

在室温条件下工作；无需读出电路，光学读出；不大，器件性能差。而采用型超晶格能带结构的

(2)(3)цInAs/

需要电学连线，像元的漏热小，由热力学起伏决定的像

元热噪声约为，对应的噪声等效温差为的超长波红外焦平面。

50μK1～

QWIPHgCdTe

红外焦平面器件。与传统的红外探测

QWIP

(1)

波长连续可调通过调节量子阱宽度和势垒

14μmHgCdTe

的超长波领域，红外探测器漏电流很

InGaSb30μm

本征半导体材料可实现截止波长长达

(2)ⅢⅤ3mK(4)-(MEMS)

蛳

族材料生长和器件制备技术成熟可获；制造工艺和微电机系统工艺完全兼

得大面积、均匀性好、低成本、高性能的大面阵容；电功耗为零。

ⅢⅤ(5)

蛳

族量子阱红外焦平面阵列。这些特点使得“幻镜”具有很大的发展潜力，较

成功的例子是最近报道的规格为、像元大小

300×300

为、噪声等效温差小于的“幻

65μm×65μm200mK

镜”器件。宜制备双色、多色焦平面探测器。对应的材料生长工

(3)Δ/≈10%

光谱响应带宽窄可控制在（约

λλ

1μm

），不同波段之间的光学串音小，因此，特别适

艺成熟，多数情况下通过调节厚度即可获得不同的

响应波段，通过生产设备非常容易控制。在成像制导技术中，图像处理技术主要完成目标

MBE

1.3

图像处理技术

的探测和跟踪功能，对于中、远程空地导弹而言，图像

处理技术还可用于实现基于图像的导航功能。目前红外焦平面器件主要向大面阵、高

(IBN)QWIP

对于空中目标而言，目标和背景特性相对简单，图像

处理算法主要关注目标的探测、跟踪能力以及干扰检含元，元格式和全电视制式的

测与抑制能力，任务相对较简单；而地面目标的自然

属性差别很大，有从汽车到坦克等交通工具、机动式件在美国和德、法等欧洲部分先进国家都已产品化。

的大炮、建筑物、大桥、碉堡、地下掩体、机场、雷达站

和防空基地等。除了这种多样性外，各种气候条件、温

度和目标表面的变化、目标与背景的对比度、战场上

的烟、火及人为干扰都增加了任务的难度。因此，图像

处理器结构和算法的开发是一大挑战。幸运的是，与

防空导弹不同，空地空面导弹对导引头图像处理器电探测器阵列两种非制冷焦平面器件。近年来，非制

/

(4)

抗辐照特别适于天基红外探测及其应用。

温、双色或多色方向发展，中等规模的元包

320×240(

256×256384×288)

640×512(640×480)

元包含元的单色和双色焦平面器

其中，能代表当前最高研究水平的当属美国

NASA/

ARL1024×1024

联合研制的大面阵元焦平面以及

NASA/JPL640×512

研制的元四色焦平面。

1.2.4

非制冷红外焦平面阵列器件

2090

世纪年代成功发展了硅微热辐射计和热释

第期

4

罗海波等：红外成像制导技术发展现状与展望

569

硬件的体积限制相对较宽松，因此，可以采用较复杂器运动参数的情况下，利用一系列的单目图像解决在

的图像处理器结构和算法。三维场景中三维模型的定位问题，再利用物理和数学

目标捕控跟踪策略：红外成像导引头的作战使理论对目标建模。

/

用方式不同，其目标捕控跟踪策略也略有不同。目随着半导体技术及计算机技术的高速发展，用于

/

前，防空导弹均采用“发射后不管”作战模式，而空地成像制导技术的图像处理方法也取得了长足的进步，

导弹则有“发射后不管”、“人在回路中”、“锁定后发目前，很多被认为无法实时实现的较为复杂的目标跟

射”种作战模式。“发射后不管”作战模式主要采用踪算法以及算法已经在制导武器系统中得以应

3ATR

用。较为典型的有美国的战斧巡航导弹，

Block4

ATR/ATD

目标捕控策略和质心、高鲁棒性相关等目

标跟踪策略；“人在回路中”作战模式对图像处理技术

的要求则相对较低，只需采用最大对比度、相关等能导弹，反舰导弹；法国和英国的

适应复杂背景下目标跟踪的跟踪算法即可；“锁定后

发射”作战模式对图像处理技术的要求则介于二者之

间，要求导引头能在人工干预下快速而准确地捕获目战斧巡航导弹采用了美国计算机传感器

标，发射后能保证跟踪点稳定。技术公司开发的一种集成式导弹导引头信号处

图像处理方法：经过多年的发展，图像处理方理器，这种处理器是基于现有的一种以李

40(MSSP)CST

法已从过去的模拟处理发展到现在的全数字处理，提导数为基础的景像匹配算法。李导数法可以通过求解

高了跟踪精度、探测能力以及智能化水平。目前，图像一个具有个变量仿射参数的线性方程组对图像变

处理方法有基于处理器的体系结构、基于处理器化进行快速补偿，这样就可以确定一个图像中某个景

AGM154JSOWAGM158JASSM

蛳蛳

、防区外联合攻击

SLAM/SLAMER

蛳

StromShadow

远程防区外通用武器系统以及德国的

KEPD350

等。

Block4

(CST)

6()

物的某个点与该景物另外一个图像的哪个点相对应。

+ASIC

的体系结构以及基于并行处理器的体系结构，

具体采用哪种方法主要取决于任务需求。

图像处理算法：红外成像制导中图像处理的主要导弹的末制导。它可以对飞行末段之前的导航数据以

任务是目标捕控和目标跟踪。在目标跟踪方面，目前及来自常规导航系统的输入信号加以利用从而能够

主要采用最大对比度跟踪和相关跟踪等经典算法。相与红外成像探测器同步捕获目标并且精确跟踪目标。

关跟踪主要是通过用目标模板在实时图像中进行匹参考文献介绍了该算法的基本原理。

配运算，完成对目标的跟踪。依据参与匹配运算的数

据结构的不同，目前的匹配算法可以分为基于区域的弹，是一种基于侦察数据按预先计划飞行的导弹。任

匹配算法和基于特征的匹配算法；近年来，神经网络、务规划子系统产生为导航更新设置的地标和目标的

进化算法等智能优化算法在目标匹配中也得到了应三维线状模型。这些模型在导弹发射前存入。导弹的

用。在目标捕控方面，主要研究内容是自动目标识别近似实际位置由惯性测量单元、全球定位系统

/(IMU)

检测，它主要用于解决“发射后不管”制导

(ATR/ATD)

武器的目标捕获问题，目前，国内外针对算法的数据综合产生。基于这一知识，航路点和目标的模型

ATR

研究还处于比较初级的阶段，在算法方面主要采用如被转换为二维的，并与实际导引头图像的线状表示进

下技术。多分辨率分析技术实现复杂背景的建行匹配。匹配将产生地标或目标相对导弹的坐标和角

(1)

模，目标检测和识别；几何方法首先对目标建度。在巡航阶段，这些数据同其他导航传感器、

(2)(IMU

模，得到目标的形状信息，再利用位置边缘和方向边

缘来识别目标；多算法、多传感器以及多频谱的融效、干扰等因素引起的导航误差，提高导航精度。在最

(3)

合技术利用人工目标的频谱与自然背景频谱的不后接近阶段，可以自动识别目标并转入跟踪，引导导

同来检测识别目标，单一方法或传感器很难提供高的弹攻击目标。如果看不见目标例如缺乏对比度或经

识别率，将其融合可在减小误识别率的同时保持高的过精心伪装，则可通过跟踪目标附近的结构，引入导

检测率；基于模型的序列图像处理在已知传感引头瞄准线与弹轴的偏离角以达到准确攻击目标的

(4)

MSSP

利用从前视光学或红外成像仪获得的数据实现

,

[15-16]

KEPD350

导弹作为一种远距离防区外发射导

(GPS)

以及用雷达高度计数据和三角测量得到的地形

GPSTRN)

、等的数据进行融合，以减小由于传感器失

(

)

570

红外与激光工程第卷

38

目的。导弹导引头图像处理器采用了复合当量，提高武器系统的作战效能。

KEPD350

型结构，非均匀校正和线段提取在像素级上用数字信综上所述，在未来的武器型号研制进程中，红外

号处理器进行，其余部分在标准处理器上进行。成像制导技术将会发生很大的变革，随之带来的是组

(DSP)

采用了基于总线的模块化设计以及高性能智能成红外成像导引头的各单元技术的变革，以及包括仿

VME

数字处理技术。真、测试等总体技术的发展。以下将分别对它们的发

展方向进行介绍。

2

红外成像制导技术的发展展望

可以预见，在未来相当长的一段时间内，红外成

像制导技术在许多精确打击任务中的重要地位不会

动摇。进入世纪后，对红外成像制导技术的要求将

21

作大的调整。未来成像制导技术的发展趋势主要包

括多用途、智能化、低成本等。

2.1

光学系统的发展展望

在头罩技术方面，双色、多色以及多模复合制导

技术的应用会越来越普遍，因此，头罩技术将成为红

外成像制导技术中的一个研究热点。这是因为在选择

复合制导的工作波段时一般都遵循一个基本原则，那

就是各传感器工作波段的距离要尽量远，因此，头罩

技术的发展水平对复合结构的选择往往起决定性作

用，如果头罩不能兼顾各传感器的工作波段，便只能

选择分口径复合结构，该结构不但会增加导引头的体

积和质量，而且增加了导引头的设计难度和制造成

本，所以共口径复合结构始终是复合制导的首选方

案。综上所述，以下技术将是头罩技术的发展方向：

(1)

多用途早期红外成像制导技术大多围绕某

一战术、战略目标而设计，功能、使命单一；未来成像

制导导引头将会肩负更多的使命，如中制导、末制导、

侦察以及打击效果评估等；导引头的多用途还包括采

用多色、多模复合制导技术实现功能，提高导引

ATR

头的抗干扰能力以及导引头的使用灵活性等；

(2)

智能化未来红外成像制导导引头需要具备

多任务、集群协同作战能力以及实时任务装订功能。

多任务是指导引头具备跟踪多种目标的能力；集群协

同作战是指在使用多种枚制导弹药进行集群攻击

/

时，导引头具有战场态势感知并根据战场态势调整攻

击任务和自动任务分配的能力；实时任务装订功能则

是指导弹发射后可通过导弹与载机之间的数据链实

时为导引头装订任务数据，一方面可以缩短导弹发射

前的准备时间，另一方面飞行员可以根据战场态势临

时更改导弹的任务使命。

(1)

宽频段头罩技术开发诸如“金刚石”一类在

红外、微波、毫米波等频段均有较好适用性的新材料，

使其尽快走向工程化应用。

(2)

共形技术该技术适用于红外和微波、毫米

波的复合体制，是指采用“赋形天线”设计技术将微

波、毫米波天线内嵌到导引头壳体内，避开宽频段头

罩研制的难题。

在红外光学镜头方面，二元光学和微光学技术是

一个很值得关注的研究方向，利用二元光学和超分辨

技术可简化光学系统结构，减轻光学系统质量，提高

图像质量，在保证高像质情况下获得大视场；采用微

镜技术可缩小探测器受光面积，增加填充因子，提高

探测率，改善均匀性，降低噪声。同时，进一步开拓研

究光学系统无热化设计技术，利用不同光学材料膨胀

系数补偿或抵消温度变化引起的光学系统焦距的变

化，保证红外成像系统在较大的温度范围内都能获取滚的扰动，变三轴稳像平台为两轴稳像平台；采用

高质量的目标图像。

(3)

低成本未来武器系统除了对性能的高要求

以外，还要求经济上可承受。这就要求组成武器系统

的各单元部件尽量降低制造成本。红外成像导引头低

成本化的技术途径主要有：采用非制冷或制冷

1)JT

蛳

红外成像探测器；采用电子消旋技术隔离弹体横

2)

3)

半捷联视线稳定体制，借助武器系统惯导信息完成视

线稳定，这样就可取消导引头内的惯性测量元件，进

而降低导引头的制造成本；导引头和武器系统的

4)

其他电子设备一体化设计，降低整个武器系统的设备

数量，进而降低制造成本。这样做的另一个优点是由

于压缩了电子设备的体积和质量，可以增加战斗部的

2.2

红外成像探测器的发展展望

红外成像探测器技术是整个红外成像制导技术

中发展最快的技术领域之一，其趋势是体积更小、功

能更强、智能化水平更高以及更加集成化。未来用于

红外制导的红外成像探测器将以凝视红外焦平面阵

第期

4

罗海波等：红外成像制导技术发展现状与展望

571

列为主。其发展主要包括以下个方面：一是发展高水平后，对红外成像导引头的作用距离要求不再那么

3

性能的制冷型焦平面阵列探测器，其高性能主要反映苛刻，非制冷红外成像探测器可以满足作战使用要求

在大面阵以上、双色或多色、达到时，它将取代制冷型红外成像探测器，成为红外成像

(640×480)NETD1～

制导的首选。但是，非制冷红外成像导引头的性能目

前还不足以与制冷型的相媲美另外还具有如高帧频、低功耗、更高的工作温度等特