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dasha
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 Posted - 01/22/2017 : 19:10:07
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以免某些東西重複看了又忘忘了又看,這次先復習無線電波導向飛彈的對空飛彈.
最早的對空飛彈是線導或無線電遙控,由人拿搖桿或軌跡球之類去控制飛彈,現在從小玩遊樂器的人多了,還比較擅長搖桿控制,但過去失誤很大,所以下一代的乘波導向,就要克服這問題.
乘波導向時期的飛彈控制原理,是在飛彈後方裝幾組天線,不同天線收到的信號強度不同,讓連接不同天線的電線上電流強度不同,用類比電路比較電流強度後,自動控制伺服馬達轉動角度,控制面就會跟著轉向.因此,飛彈飛在波束中,信號強度相同,控制面就不會轉,一旦飛到波束邊緣,不同天線接收到的信號強度不同,就會讓飛彈轉向信號強度比較強的方向,因此維持在波束中飛行.
不過到現在還沒哪種飛彈是從天線中間發射出去的,所以乘波飛彈通常需要多波束,讓波束外的飛彈進入波束內,以美國海軍的Terrier而言,有3道波束:45度,5度,與1度,飛彈先飛入45度波束內,然後逐漸轉入角度比較窄的波束.
這種導向方式可以讓飛彈朝波束指向的任何方向飛,所以理論上可以打飛機也可以打船甚至陸攻,但問題是飛彈是在波束內蛇形亂轉,很耗能量,降低射程,而且1度張角的波束在1km外範圍略小於18m,不用太遠,10km以外目標就是在180m範圍內的某處,100km外目標誤差最大就可以到1.8km,你必須用比較大的彈頭去彌補波束張角造成的誤差,尤其這誤差是距離越遠越大,就算用圓錐掃描之類方式,也避免不了距離越遠誤差越大的問題,彈頭殺傷半徑成為最大射程的主要制約因素.
下一代的半主動導向,就要解決這問題,所以改成用目標的反射波當成波束,雖然大部份目標反射波的波束張角很寬(匿蹤飛機例外),但是離目標越近會越窄,飛彈殺傷半徑要求變小,可以用比較小的彈頭達到比較遠的射程.
不過干擾的問題又需注意,否則追著干擾波走就沒意義,尤其半主動導向會因為目標的都普勒頻移,導致接收到的電波頻率與發射頻率不同,如果你飛彈隨便追到哪個電波就當成回波......因此半主動導向飛彈需要發射平台提供鎖定目標的參考波源,讓飛彈知道哪個頻率範圍內的電波才是該追蹤的電波.
而且參考波源還有其他用處,或者是當成乘波導向的乘波,提供飛彈大致該飛的方向;又或者是提供飛彈計算都普勒頻移,藉此換算接近的相對速度,把這個修正項加入先前提到的飛彈控制電流內,讓飛彈不是跟著波束追蹤目標現在或過去的位置,而可以在一定程度內朝目標未來的位置方向移動.
不過要靠都普勒頻移預測目標未來位置,其實限制很大,因為都普勒頻移幅度越大,意味的是飛彈與目標夾角小,比較不需要修正飛彈軌跡,反而都普勒頻移幅度小,需要的修正比較大.另外,目標在左方與右方,靠頻移修正的方向必須相反,但你飛彈知道目標方向嗎?答案是不知道,到此為止的對空飛彈,只是感覺到波束的強弱去改變控制面,並不知道目標方向,這要不是利用其他機制去提供飛彈的方位認知,就是要在飛彈測到電位差轉動控制面時,才加入都普勒頻移修正項.
這種時候,要靠類比電路去賦予足夠的判斷能力,會讓飛彈電路設計變得很複雜,數位化才容易加入各種修正項,讓本來只能追著波束蛇行的飛彈,以更佳的彈道去節約有限的能量,同時解放控制面操作一定要有電流通過,也就是飛彈一定要持續接收波束的問題,可以間斷照射,做到同時多目標攻擊.
而讓飛彈瞭解目標方位的方式,就是單脈波導向,利用單一脈波的時間差去判斷目標方位,這需要很快速的運算比較,通常理論上用4個頻道的單脈波計算並不足,AIM-7M似乎就用上了16個頻道.
只是到了這階段,要把雷達裝上飛彈也不是那麼難的事情了,自己有雷達的話,離目標距離近的時候,彈道計算會更精確,遠距離就利用某種意義上的無線電遙控改良法,也就是資料鏈,讓飛彈依照射控運算去接近目標,這就進入主動飛彈的領域.
而主動飛彈還有甚改進空間?基本上單機雷達或飛彈雷達的坐標,都是以自己為主的極坐標,這種方式對於多機資料鏈協同作戰相當麻煩,因為要計算不同飛機與飛彈的極坐標,去換算成大家相容的矩形座標坐標,AIM-120D就是乾脆用GPS,讓自己的坐標一開始計是絕對地理坐標,有利於機群網路化作戰. |
Edited by - dasha on 01/23/2017 08:01:01 |
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dasha
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Posted - 01/23/2017 : 08:19:39
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相對於雷達導向飛彈,紅外線比較單純,或者說,在很長一段時間內,紅外線導向只是材料的更換,原理沒變,直到影像紅外線尋標頭出現.
紅外線飛彈就是讓會對引擎熱排氣紅外線產生光電效應的材料,接收到紅外線以後發出電流,以電流調整控制面,這點與電波導向的差不多,問題是,朝哪個方向調?
這時就是用濾片,最簡單的濾片原理,舉個例子,上半對紅外線透明而下半對紅外線不透明的材料,然後繞著中心軸不斷轉動,當目標在上半,上半透明時,就會收到紅外線信號,控制面就向上調,等到下半的不透明部分轉上來遮住信號,控制面就轉平,接著彈道就這樣一路修正.
當然,飛彈不是只有上下轉,還有左右,因此遮罩形狀也不是簡單的一半透明一半不透明,而是以很複雜的形狀交錯,以便更精確測量角度之類.
但要注意到一個問題,紅外線飛彈射程都不怎麼長,最重要的問題是紅外線訊號強度太弱,所以都要用放大鏡去聚焦,強化訊號,但聚焦過頭會燒掉感測器,而且聚焦會影響視野,所以要怎樣調整聚焦程度與冷卻,以便兼顧射程與涵蓋角度,就是後來紅外線飛彈發展的重點.
涵蓋角度的問題不只是光學上聚焦對比較大角度的聚焦不容易,還有一點就是要聚焦在感測器表面能產生光電效應的部分,聚焦到背面的電線去燒掉電路是沒意義的,因此後來的紅外線飛彈就讓感測器能轉向,以便擴大涵蓋角度.
而到感測器能轉向的時代,可能就會有人想到CRT電視的掃描線,因此最早的影像紅外線,就是用掃描的方式成像,這種方式先用在目標更新率與涵蓋角需求比較低的空對地飛彈,後來用在空對空飛彈上,以影像比對方式追蹤目標,避免被熱焰彈欺騙.
下一步就是焦平面陣列,不用感測器掃描就能成像,這就是現在最新的系統. |
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dasha
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Posted - 01/28/2017 : 20:31:51
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講過雷達導向與紅外線導向的對空飛彈,講反艦飛彈比較簡單,因為雷達導向的基本原理相同,光學導向都要用影像導向技術就是了,不過反艦飛彈很大,技術問題在彈頭一定要大,導向頭相對簡單.
所以反艦飛彈的主要技術問題,在於超地平線攻擊的導航,因為船會動,而且在反艦飛彈出現前好幾十年,
混淆潛艦對水面艦前置量判斷的Z字航行就是標準戰術,確保超地平線飛行的反艦飛彈在開雷達時就能找到目標,是最重要的問題,甚至可以說這能力是決定有效射程的最重要因素.
早期的飛彈因為尋標頭技術導致搜索角很小,所以必須用高飛或是飛機直升機提供導向資料等方法,魚叉開始直接用可以大角度搜索的多模式尋標頭,就大幅減低這問題.
不過LCS要搞高速,除了能快速衝到戰區以外,還有一點就是高速衝出反艦飛彈尋標頭搜索範圍,甚至可以用角速度太大這一點脫鎖......不同於對空飛彈,對面飛彈通常假設運動目標速度不快,對高速東西會脫鎖.
另一個對空飛彈也會發生,但反艦飛彈比較嚴重的問題,就是在太過接近目標時的導向問題.基本上主動雷達飛彈的控制面信號修正方式,都是天線掃到哪個角度有目標,就讓飛彈轉向那個角度,一旦掃不到目標,控制面就不會動,但是離目標太近的話,天線會變成不管怎麼轉都照在目標身上,那飛彈就可能亂飛......因此反艦飛彈需要在離目標一定距離時關掉雷達. |
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偶爾復習一下飛彈導向原理
