问题

战机的“红外告警”是什么原理?如何运作?

回答
飞机的“红外告警”,通俗点说,就是飞机用来“看”热的眼睛,尤其是在敌方导弹来袭时,它能第一时间告诉飞行员:“小心,有红外制导的家伙盯上你了!” 这玩意儿可不是简单的温度计,而是相当复杂和精密的系统,它的原理和运作方式,咱们来掰开了揉碎了说。

核心原理:抓住“热”的尾巴

一切的根源,在于“红外辐射”。任何有温度的物体,都会向外辐射红外线。而我们飞机,特别是发动机,那可是个“大火炉”,散发的热量自然比周围空气高出不少,这在红外波段就显得格外耀眼。敌方的红外制导导弹,就像一只嗅觉灵敏的猎犬,它就是要追逐飞机发动机散发出的红外信号。

红外告警系统,它的任务就是侦测并识别这些来自导弹的红外信号,并及时向飞行员发出警告。说白了,就是它要比导弹更早地“看到”并“理解”那个红外信号。

系统组成:眼睛、大脑和嘴巴

一个典型的红外告警系统,通常由以下几个关键部分组成:

1. 红外传感器(IR Detectors): 这是系统的“眼睛”,负责捕捉红外线。它们通常是阵列式的,分布在飞机的机身、机翼或尾部等关键位置,以便提供全方位的探测能力。这些传感器对特定的红外波段非常敏感,就像我们看东西需要光一样,它们需要“看到”的就是红外线。

工作方式: 当有红外辐射源(比如导弹的发动机或导引头)经过传感器视野时,传感器就会接收到这些红外能量。传感器内部通常会有一个对红外线敏感的材料,红外线照射到它上面,就会产生电信号。这些电信号的大小,与红外线的强度成正比。
关键技术: 为了区分是敌方导弹还是友军飞机、地面目标,或者仅仅是阳光照射的飞机部位,传感器需要具备一定的“辨别力”。这涉及到对红外信号的波长、强度、闪烁频率等特征进行分析。比如,导弹发动机的火焰通常有其独特的红外光谱特征和闪烁模式,这些都是告警系统用来识别的“指纹”。

2. 信号处理器/数据处理器(Signal Processor/Data Processor): 这是系统的“大脑”,负责处理从传感器传来的原始电信号。它要做的事情非常多:

信号滤波和放大: 传感器接收到的信号可能很微弱,需要被放大和过滤掉干扰信号(比如来自太阳、云层、地面物体等)。
目标识别和分类: 这是最核心的功能。处理器需要分析信号的特征,判断它是否是一个潜在的威胁。它会比对数据库中的各种目标(导弹、飞机、地面热源等)的红外特征,来区分“敌我”和“威胁等级”。例如,导弹导引头本身也会发出红外信号,这是它在搜索和锁定目标时产生的,这个信号也是一个重要的识别标志。
威胁评估: 即使确定是导弹,处理器还需要判断导弹的威胁程度。比如,导弹是否正朝着自己飞来?离自己有多远?它的速度和飞行轨迹是怎样的?这些都需要通过对连续接收到的红外信号进行跟踪和分析来完成。
告警生成: 一旦判定为威胁,处理器就会生成相应的告警信息,并将其传递给告警显示单元。

3. 告警显示单元(Alert Display Unit)/告警单元(Audible Alert): 这是系统的“嘴巴”,负责将信息以最直接、最有效的方式传递给飞行员。

视觉告警: 通常是在座舱内的显示器上显示,会用不同的符号、颜色或者文字来指示威胁的类型、方向、距离等信息。比如,一个闪烁的红色标记可能表示有导弹来袭,并指示来袭方向。
听觉告警: 很多告警系统还会发出不同的声音告警,比如刺耳的警报声,甚至会有语音提示,让飞行员在专注于操纵飞机的同时,也能立刻意识到危险。

运作流程:一场“捕捉”与“判断”的游戏

整个运作流程可以概括为:

1. 持续监视: 红外传感器时刻不离地扫描着周围的环境,捕捉任何异常的红外信号。
2. 信号捕获: 当敌方导弹的发动机尾焰或者其导引头发出的红外线进入传感器的探测范围时,传感器就会接收到这些红外能量,并将其转化为电信号。
3. 信号处理: 这些电信号被传送到信号处理器。处理器开始进行一系列复杂的计算和分析,包括滤波、放大、识别特征(波长、强度、闪烁模式等)。
4. 威胁判断: 处理器将捕获到的信号特征与预设的导弹特征数据库进行比对。如果匹配度很高,并且符合一定的威胁判断标准(比如信号强度、闪烁频率、指向性等),系统就会判定为“导弹威胁”。
5. 告警发布: 一旦判定为威胁,处理器立即将告警信息发送到告警显示单元和听觉告警单元。飞行员通过座舱内的显示器和声音,得知自己被红外制导导弹锁定。
6. 跟踪与评估(可选但常见): 对于一些更先进的系统,在确认威胁后,它还会持续跟踪该导弹的红外信号,并根据导弹的运动轨迹和距离,实时更新威胁评估,为飞行员提供更精确的战术信息。

技术的演进:越来越“聪明”的眼睛

早期的红外告警系统可能比较简单,主要依靠探测红外辐射源的强度和闪烁来判断。但随着技术的发展,现在的红外告警系统已经变得非常“聪明”:

多光谱探测: 能够分析不同波段的红外光谱信息,更精确地识别目标,区分导弹与环境中的其他热源。
人工智能与机器学习: 利用先进的算法,能够更智能地识别新型导弹的红外特征,甚至能预测导弹的轨迹。
抗干扰能力: 能够有效抵抗敌方释放的红外诱饵(比如热焰弹)的干扰。
与其它告警系统的融合: 现代战机上的告警系统是高度集成的,红外告警器会与雷达告警器(RWR)、激光告警器等协同工作,形成一个更全面的战场态势感知系统。

总而言之,战机的红外告警系统,就是一套通过捕捉、分析、识别红外信号来预警敌方红外制导导弹的“电子侦察哨”。它就像战斗机在看不见的战场上的一双“热视眼”,是飞行员对抗“魔改”而来的导弹、保障自身安全的关键防线。

网友意见

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战机的红外导弹逼近告警系统到目前为止一共发展了三代。

第一代红外告警系统。美国在上世纪五十年代中期到六十年代进行了第一代导弹来袭告警系统的研制,这种初代的红外告警系统受限于技术条件与材料限制,十分的原始。

其具体的工作原理是类似早期红外格斗弹的检测原理,使用旋转或扫描式的调制盘不断扫描空间角度,同时从外部来的红外光经过滤光片过滤后照射到光敏元件上,从光信号转为电信号,然后电信号进行门限比对,如果电压超过门限,则输出指示灯亮,报警器响,同时输出调制盘的扫描角度指示方位。

这种初代告警系统使用很原始的滤光片来过滤减少太阳光,云层地面的红外杂波信号,同时设置死板的门限电平来检测目标,受制于当时光敏元件限制,灵敏度也不高,导致初代产品具有虚警率高,可靠性低,检测距离近性能差的特点,和早期格斗弹一样,其采用的是点源检测方式而非日后常见的线阵扫描或面阵成像,实战性能十分堪忧。并且检测覆盖的空域视场角度也偏小,难以做到大范围预警。

第二代红外告警系统。从六十年代中期到七十年代末,随着计算机技术数字信号处理技术的发展进步,以及光敏传感器元件材料的进步,红外告警系统终于开始具备了实战的价值。第二代告警系统的特点是采用了计算机进行数字化信号处理,从之前的简单模拟式处理进化为数字信号分析,可以使用数字滤波算法代替之前的简单滤光片,对探测目标的具体方位,光谱,强度等信息进行解析,同时在战机报警声音,指示灯,战术显示器上进行指示,使得探测的可靠性,准确度都有了大幅度的提升。

除了使用计算机进行数字化处理这一大特征之外,还有就是采用了线列阵扫描以及多光谱频段检测的方式,这是因为制冷技术提升以及更好的光敏元件实用带来的进步,使得告警系统对典型来袭导弹的探测距离可达到数公里到数十公里不等,真正具备了实战的价值。

第二代告警系统的代表有美军AAR34系统,AAR44等,于八十年代装备F111,F15等战机。

第二代告警系统由于使用了数字计算机,还具备与对抗自卫系统联动的能力,例如自动投放干扰弹等,也具备同时对多个探测目标进行跟踪报警检测的能力。

第三代红外告警系统。从上世纪八十年代到现在是第三代告警系统不断发展的阶段。第三代红外告警系统特点主要是采用了大规模的面阵凝视模式代替了第二代系统的光机线阵扫描模式,这其实也和现代先进格斗弹的面阵成像是一个道理。配合计算机的先进空间光谱处理识别算法,告警系统分辨率与可靠性,探测性能进一步提高。

第三代红外告警系统的特点还有具备数据库比对识别能力,使用战机预先携带的红外特征数据库进行比对,从而识别出具体威胁的种类。第三代红外告警系统与战机的硬件综合程度也在不断提高,允许后端信号处理等共用计算机资源。像是F35战机的EODAS光电系统就担负有全向红外告警系统的职责。

类似F35和J20战机上的EODAS分布式光电系统已经不再是单纯作为告警系统使用,而是综合了逼近告警,对地对空探测,穿透座舱视野等多种功能,第三代告警系统也更深度的融入了整个战机的体系当中。


由上述可知,红外告警在现代目前已经十分可靠成熟,但另一种运用广泛的逼近告警系统也有着独特的优势,紫外告警系统不需要制冷,更加小巧轻便便宜,可靠性也非常高,所以其虽然发展历史较短,但也在逼近告警系统中占据了半壁江山。

由于波长220nm~280nm的紫外太阳辐射基本都被地球臭氧层吸收,所以在这个波段范围内几乎不存在多少紫外辐射背景干扰,紫外告警系统很容易就能够检测出发出紫外辐射的目标,例如导弹发动机工作时尾焰的紫外辐射。

在上世纪六七十年代,美国等国家开始对紫外告警系统进行研制,那时候研究主要集中在100~300nm的紫外波段,研究没有取得多大进展之后,重心便移动到了红外告警的研制当中。1983年,美军重新开始考虑研制紫外告警系统,同时基础技术材料也取得了突破,例如紫外高灵敏度光感元件,CCD器件等开始进入了实用,在1988年率先研制出第一台实用的战机紫外告警系统,并运用于海湾战争当中。

第一代紫外告警系统。第一代紫外告警系统代表是AAR47,它具有高可靠性,低重量,小体积的优点,虽然其分辨率不高。AAR47系统由Loral公司研制,由四个传感器提供覆盖方位角360度和俯仰角60度的预警,四个传感器各提供90度方位的来袭预警,起到粗略预警指示的作用。AAR47系统于1992年开始大批量生产,装备F16,F/A18,AV8B等战机,各类运输机和直升机。

第二代紫外告警系统。第二代紫外告警与红外告警系统一样,同样开始采用了大面积的面阵做凝视成像,具有优秀的角分辨率,可用于定向激光对抗系统。例如AAR54系统,其就有用于配合激光自卫对抗系统的运用。

紫外告警系统虽然具有相对红外来说重量体积小,价格便宜,技术含量较低的优点,但是红外告警系统能够探测到来袭导弹的外表气动加热红外辐射信号,从而探测到发动机不工作的来袭导弹,这种能力是紫外告警系统不具备的。紫外告警系统只能对发动机工作状态的来袭导弹具备较好的预警能力。所以在运输机,直升机以及廉价战机等平台上多见于紫外逼近告警系统,而在高价值的战机上则多使用性能更全面的红外逼近告警系统。

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