2015年7月30日 星期四

飛彈問路,牧童遙指(V)—主動歸向導引

飛彈問路,牧童遙指(V)—主動歸向導引    2012/07/21
前一篇po文中提到被動歸航導引之前似乎不曾有過任何一種不需倚賴任何週邊系統而能自動自發迎向活動目標的方式。紅外線被動導引是其中一種,憑藉著感應目標的熱訊作為歸航的依據;以射後不理(fire-and-forget)的理想而言好則好矣,但是對於遠一點、熱訊號變得太弱的目標就存在了許多不易鎖住目標及易被干擾的問題。相對於被動,這篇我想介紹的是另一種也可達到射後不理、但比較可以對付相對遠處目標能力的歸航導引方式,名為主動歸航導引的方法。若要問所謂的相對遠處的實質意涵,我們不妨用視距外、需倚賴雷達目獲來作個簡單區隔。
主動的意義  再講到我們題目中不太好望文生義的主動的意思:如同你我人手一隻的行動電話一樣,只要是裝備了發射元件可以發出電磁波能量的都可稱之為一種主動系統。這類的導引飛彈都裝備了所謂的主動尋標器的主動元件,其實一言以蔽之就是個小型雷達,它可以在飛彈行進中發射足夠功率的電磁波,而藉由來自目標的回波作為歸航的依據,彈上雷達我們一般較常用主動或雷達尋標器的字眼。主動被動歸向的差異就只在於那些來自於目標的訊息線索:前者是以自身發射源取得目標資料。對岸也因而稱為有源”(相對於無源”)
主動歸航原理  其實這種導航歸向在上一段已透露出一個最重要的重點:彈體系統必須要具備雷達。即,飛彈導向系需自成一完整、不假外求的體系安裝於彈內,體系就如同我們地面上看到的雷達系統一般,要含有發射、接收及訊號處理等元件部份,還得要有鏈路輸出至彈體控制系的指令鏈結。如此,這個雷達尋標器發射à接收à目標偏差計算à彈體運動控制的流程便構成了此類飛彈歸航的一般性法則(參考附圖1)



在原理上就是這麼地簡單,但在實際的設計上便變得很困難,需要面臨許多取捨,這也是為什麼真正能夠射後不理的完全主動歸航導向的空對空飛彈在傳奇性的鳳凰空對空飛彈服役超過20年後,近年才有天劍二型、AIM-120出現江湖的緣故;其中要妥協的最主要因素就是尋標器天線孔徑尺寸,如空對空飛彈彈徑想當然耳就受到機外掛載規格的限制,另外尺寸衍生出的操作頻率物理特性也會是個重要因素,某些頻率在空氣中的衰減特性(所謂的大氣窗”)或抗雜波能力會使飛彈的操作環境受限制而不能採用。例如在應用上,針對反艦飛彈設計的主動尋標器,頻率多在8~16GHz間,有效操作距離較遠但抗雜波能力較差,而用於陸雜波(較惡劣的環境)的一些主動尋標器的操作頻率則在35~94GHz間,它們的有效偵測距離較短但有較佳的抗雜波干擾能力。在設計上尋標器的操作頻率常需以目的為依歸作最佳的得失取捨。設計取向本文只介紹到這裡,有興趣深入的同好不妨從研究雷達的設計入手;雖說飛彈的主動尋標器在許多方面還是與雷達有點點程度上的差異的。
主動歸航導引的應用  以飛機發射此類飛彈的當時來論,甫離架理應為彈上尋標器目獲能力在全程中最微弱的時候,而相對的載機的火控雷達明顯比之要強上許多,那麼何不在離架的容忍範圍內由機上雷達多告訴飛彈一點呢?的確,雖然所謂的主動導引飛彈都號稱可以完全射後不理,但鮮有不把飛彈離架後繼續將機上雷達目獲資料與彈作資料鏈結的,所以完全而不去刻意完全,目的還是在於為掌握飛彈發射後有效的火力發揚而對載台停滯戰場時間所作的一點兒犧牲,君不見陸軍操典上的先求火力發揚,後求自身掩蔽”?最典型的長程主動歸向導引飛彈鳳凰飛彈即設計以半主動歸向方式作中途導引,終端方使用其特大號的主動尋標器。至於AIM-120及劍二彈的中途導引則有點算是雷達指揮導向的方式提供彈上計算機適時適當的目標資料,當然後者也會當作尋標器開眼的定向標定依據;開眼後自然就等於可以了它了。空對空之外,我們也可以在魚叉(Harpoon)、飛魚(Exocet)、雄風上看到此類導引在反艦飛彈上的應用。而戰斧使用地圖圖形比對及地貌追蹤系統從事導航,應也算是此類導向方式的特殊應用。
主動歸航導引的優勢  整理上文段續提到的一些應用及原理,下文我以軍事應用的觀點將這種歸向導引的優勢整理如下:
l  射後不理,可減少滯留在戰線上或同一飛行向量的時間,增加存活機會。這在台海多對多空戰環境中尤其重要。
l  由於可以射後不理,作為飛彈載台的飛機即具備了同時攻擊多目標的能力。同理我們也可以觀察到何以陸射型的AMRAAM—HUMRAAMHAWK-AMRAAM等新飛彈系統可以在載台上一次放這麼一大把飛彈(如附圖2),而不像鷹式飛彈、海麻雀之類的會受到照明雷達數量的拖累。
l  相較於紅外線導向有更遠的鎖定距離及更廣的攻擊視角,也就是視距外攻擊能力,提高交換率機會也增加本機存活機率。
l  只要設計得宜,主動歸向可擁有較廣泛的電子反反制(ECCM)能力,包括干擾歸向”(HOJHOME-ON-JAMMING)在內,使獲致多樣多變的火力發揚功能。這個設計技術大概還屬於理想吧!
MICA主動導引空空飛彈

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