下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
电视制导系统是空地武器系统的主要制导设备，由人在回路中捕控指令的制导方式，通过载机的电视制导吊舱和导弹的双向无线数据链保持通信，适用于射程较远的空地导弹。
防区外发射的空地导弹通常采用“惯性中制导+捕控指令电视寻的末制导”的复合制导体制来实现“发射后截获目标”。导弹发射后，导弹依靠弹上惯导系统保持装定航线；在接近预定导航点或目标时，导引头电视摄像机开机并回送航迹下的图像给载机显示器供飞行员识别、选择导航点或目标；然后利用机上指令设备发出控制指令，修正导弹飞行航向，选择攻击目标；最后飞行员操纵显示器屏幕上的十字中心压上目标，并按下锁定按钮，自动形成控制指令控制电视导引头跟踪目标，引导导弹命中目标 [24, 25] 。图1.4所示为一种比较典型的采用电视指令制导吊舱的机载电视制导系统。
图1.4所示的右下方是电视制导导弹原理图，导弹的头部装有电视摄像机；左上方是飞机座舱中的显示器和控制系统；左下方是挂在飞机下面的制导吊舱。在制导吊舱和导弹之间有两条有方向的实线，分别代表载机向导弹发送控制指令的“载机-导弹”无线电信道和导弹向吊舱传回电视图像的“导弹-载机”无线电信道 [25] 。
图1.4 机载电视制导导弹原理图
电视指令制导系统通过公开的无线电信道发送和接收吊舱与导弹之间的信息，且载机从防区外发射导弹，需要从导弹实时发射电视信号到吊舱，这都给敌方对导弹实施主动干扰提供了可能性。首先，吊舱和导弹通信的数据链载波频率有限，通信载频一旦被敌方破译，受到压制性干扰，则整个电视制导系统将会面临瘫痪的危险；其次，导弹传送给吊舱的图像信息被敌方截获，则导弹打击敌方设施或装备的意图就会暴露，敌方就能够采取有效的拦截和干扰措施；再次，如果载机传给导弹的控制指令发生错误，导弹就会偏离航道甚至丢失目标。因此，保持电视制导系统无线电数据链通信的顺畅、控制指令对导弹的有效控制及图像信息的保密性，在电视制导武器的作战效能发挥中起着非常关键的作用，直接影响导弹的命中精度 [25, 26] 。鉴于以上原因，从目前电视制导导弹的研究和使用情况来看，电视制导系统在控制指令加密方法、图像加密方式及载波通信传输方面存在上述问题，研究电视制导吊舱中控制指令的抗干扰技术，其研究意义在于提升电视制导系统对抗主动干扰的能力。
电视指令制导吊舱通过公开的无线电信道给导弹传送控制指令，这至少给敌方提供了两种主动攻击方式。
第一种主动攻击方式，也是最具威胁的方式，即“欺骗编码” [27] 。这种攻击方式利用通信侦察系统对无线电指令信号进行截获和接收，并利用信号分析系统对信号的编码进行破译，然后设计有针对性的干扰编码信号转发给导弹。这样就能够利用最小的干扰功率，有效地破坏指令信息的传递，使载机失去对导弹的控制。因此，在传送前需要对指令进行加密和认证处理，使欺骗干扰变得格外困难。
第二种主动攻击方式为对传输控制指令的无线电进行各种噪声干扰，增加导弹接收端解码的误码率，导致控制机构形成错误判决，致使导弹无法准确命中目标。当干扰噪声的频率与传输频率一致时，这种干扰效果影响达到最大。为了防止敌方对吊舱传输频率的跟踪，可以采用载波跳频技术，这时跳频序列性能是决定电视制导系统对抗跟踪式干扰能力的关键因素。
在现代局部战争中，空地导弹已成为对地面攻击的有效武器，发挥着十分重要的作用。在20世纪70年代的越南战场上，美军首次使用电视精确制导炸弹，以极高的命中精度摧毁了越南北方的众多军事目标，因而闻名世界。随后美军又把电视制导技术应用于导弹系统，如早期的AGM-65A/B“小牛”空地导弹和AGM-53A“秃鹰”空地导弹。20世纪70年代，美国成功研制出了“海尔法”“幼畜”空地导弹和GBU-15V电视制导炸弹 [4] 。20世纪80年代以后，随着微电子技术和图像处理技术的发展，美国的电视制导技术也发展到了一个新阶段，美军相继研制成功了斯拉姆-ER空地导弹和AGM-130电视制导炸弹，其精确度和可靠性都有了很大的提高。在海湾战争中，美国空军在100km外向伊拉克一个水电站连续发射两枚“斯拉姆”空对地导弹，结果两枚导弹先后从同一个洞穿入水电站，彻底摧毁了目标 [28] 。
俄罗斯的电视制导技术是在苏联时期发展起来的。20世纪80年代苏联认识到电视制导技术在精确制导技术领域的重要性，依靠其在光电子基础技术研究方面较强的实力，先后研制了“小锚”“主梢” [28] 和“卡祖”等空地电视制导导弹 [28, 29] 。据不完全统计，全世界研制的空地导弹型号共有100多种，其中发展最快、数量最多的是战术空地导弹。这些导弹与载机的指令传输和图像传输大都采用两套独立的设备，而且这些设备直接固定装在载机上 [30] 。这种安装结构和悬挂机载吊舱相比，不利于电视制导吊舱的维护和保障，占用飞机有限的载重，影响飞机对其他武器和燃料的携带能力。与上述电视制导导弹相配套的电视制导吊舱有：泰利斯光电公司的Atlis吊舱，该吊舱具有高分辨率的CCD摄像机，已装备美国、法国等国家的F-16A/B、“美洲虎”（Jaguars）和“幻影”2000D（Mi-rage）等战斗机，在20世纪90年代的科索沃战争中曾广泛用于对南斯拉夫地面目标的侦察和瞄准 [25, 26] ；以色列空军的AGM-142“突眼”导弹配套使用的电视制导吊舱，该吊舱首次应用在海湾战争中，除装备以色列和美国空军外，还出口澳大利亚、土耳其、英国等国家 [31, 32] 。
在现代战争中，电视制导系统被赋予艰巨而重要的作战任务：无论是防空作战，支援陆军、海军作战，还是摧毁、破坏敌后方的重要目标，都要求空军大力发展空地导弹。目前，国内外对电视制导系统的研究主要集中在电视制导导弹作战使用的抗干扰因素研究、导弹攻击弹道仿真及电视制导系统作战效能评估3个方面。我国对国外电视制导武器的发展进行跟踪报道，并进行了大量研究工作，已有不少在研项目和已开发项目，但从收集到的文献来看，国内对电视指令制导系统抗干扰技术的研究报道较少，其中关于吊舱与导弹的控制指令信息、图像信息及射频装置的公开资料特别缺乏。本书对这些文献进行了归纳，如表1.1所示。总结现有的研究成果，主要集中在总体设计与建模、作战效能评估、抗干扰能力分析、图像处理技术和指令编码技术几个方面。
表1.1 电视制导系统研究现状总结
迄今为止，西北工业大学、空军工程大学、中国航空工业集团等多家高校和单位在持续开展电视制导导弹的相关科研和学术研究。潘勃、陈苗海、姚秀娟等人研究了电视制导系统的发展、总体设计、系统建模与分析 [33-35] ；杨满忠、刘泽乾、陈炜等人进行了电视制导系统中导引头的设计建模与分析、导引规律和导引距离等方面的研究 [36-38] ；黄长强等人结合电视制导系统作战使用环境，研究了典型环境因素条件下某型空地电视制导导弹的作战使用效能 [39, 40] ；裴云研究了电子干扰环境对突防空地电视制导导弹命中毁伤概率的影响，评估了武器系统的作战效能 [41] ；孙宏伟、张永顺提出了一种空地导弹指令传输系统抗干扰评估的总体框架，建立了该系统的抗干扰评估模型，研究结果对空地导弹指令传输系统的抗干扰性能评估具有一定的借鉴意义 [42] ；张安、李辉、何胜强等人研究了电子对抗与干扰对中程空地电视遥控指令制导导弹武器系统的影响，重点分析了空地导弹在地面有源干扰站和云层、烟幕等干扰条件下导弹的制导精度，对电视制导系统抗干扰的后续研究具有很好的借鉴意义 [43] ；付海峰、聂衡杰、刘泽乾等人研究了电视制导系统中图像处理、目标识别和图像压缩等技术 [44-46] ；彭国圣、谷峰、黄建明、田宏理、张东祥等人采用数字、半实物仿真技术对电视制导系统进行了仿真研究 [47-51] ；李骞、冯金富、潘勃等人研究了电视制导导弹无线电控制指令编码技术，对提升电视制导系统在复杂电磁环境下的抗干扰能力提供了很好的研究思路 [52-54] 。
纵观国内外现有的文献和研究成果，对电视制导系统导弹分系统和吊舱分系统的独立研究成果较多，尤其是电视制导导弹弹道规划设计和仿真的内容比例很大，而对电视制导系统如何在复杂电磁环境下实施保密通信这一关键技术的研究相对较少，能够结合具体装备，提出行之有效的技术升级和改造方案的文献更是寥寥无几。针对这种现状，本书将在掌握机载电视制导吊舱与导弹通信工作机理的基础上，分析现有电视制导系统存在的不足，结合混沌保密通信理论的最新研究成果，展开提高电视制导系统抗干扰能力的相关技术研究。重点是采用混沌保密通信技术中的加密认证、跳频、图像加密等技术来提高电视指令制导系统的抗干扰性能，并就技术升级带来的兼容性及硬件集成问题进行讨论。