前沿技術發展對光學製導技術的影響及作用

　　以激光探測技術、多色/多光譜識別技術、石墨烯技術、相變技術為代表的前沿技術在目標識別、抗幹擾、探測信息獲取等方麵對光學製導技術產生重要影響。
 

　　激光探測技術有效提升目標識別及抗幹擾能力

　　激光探測尤其是激光主動成像製導技術具有信息維數多（角度/距離/強度/速度/微動信息）、選擇能力強、測距測角精度高（厘米級距離、百微弧度級角度分辨率）等突出特點，通過與現有紅外成像或射頻製導體製複合，甚至是獨立應用，能夠顯著提高導彈末製導探測和目標識別能力，尤其對提升抗射頻拖曳等主瓣掩護式幹擾、紅外煙障遮蔽幹擾等能力具有重大技術潛能，可以廣泛應用於防空反導、對地、對海等作戰中。非掃描凝視成像是激光主動成像製導的發展趨勢，涉及窄脈衝高重頻固體激光發射、線性模式雪崩光電二極管（APD）探測器等陣列接收、納秒級高速信號並行處理等核心技術。

　　美國近年已研製出以雪崩光電二極管（APD）陣列探測的激光雷達、自混頻陣列探測的固態激光雷達和多狹縫條紋管激光雷達為代表的激光凝視成像雷達，瞄準了低成本自主攻擊係統（LOCAAS）、陸軍低成本武器和海防項目應用，目前美國在研彈載激光雷達旨在突破百毫焦量級激光光源，APD探測器陣列規模也達到了256×256元以上，為推動彈上遠距離激光探測奠定了基礎。
 

　　多色/多光譜識別與偏振探測技術有效提升光學探測信息獲取能力

　　多色/多光譜識別與偏振探測技術是提升光學探測信息獲取能力的重要研究方向，通過采用短波/中波/長波紅外複合或某一波段內多個子波段複合探測的方式，或多個偏振態組合探測的方式，從光譜維、偏振維提升末製導探測係統的信息獲取能力，實現對目標/背景差異性的增強，有效提升光學製導係統的目標識別能力和抗幹擾能力，在防空、反導、對地、對海打擊方麵具有廣闊的應用前景。

　　國外多色/多光譜光學成像技術已實用化，如美國的“標準-3”Block1B導彈采用基於256×256疊層雙波段探測器的雙色成像導引頭，“大氣層外殺傷器”（EKV）采用紅外雙色與可見光複合成像導引頭，能夠有效對抗帶有大球、小球等多種誘餌的突防場景，目前已進入裝備應用。美國海軍從20世紀90年代中期開始研究利用偏振成像提高對海洋背景下艦船目標識別能力的方法，洛克希德·馬丁公司在2006年進行了從空中對地麵目標的探測試驗，在12千米的作用距離下驗證了偏振探測對提高圖像對比度的作用。
 

　　石墨烯技術促進紅外製導技術發展

　　石墨烯是由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格材料，具有獨特的電學、光學、力學、化學性能，這些優越的性質及其特殊的二維結構使得石墨烯在精確製導武器領域展現出廣闊的應用前景。

　　利用石墨烯在紅外波段的優越光敏特性，可研製高性能紅外成像傳感器，用於預警探測或導彈武器末製導。目前，IBM公司已經研製出石墨烯/絕緣體超晶格，使石墨烯具有光子特性，並製成可實現太赫茲級頻率的濾波器與線性偏光片等光學元件，有助於在未來擴展至中紅外線和遠紅外線波段的光電設備應用中。2014年3月，密歇根大學的研究人員通過分離具有隧道層的兩張薄石墨烯，成功地分離了電子和空穴，生成了大電流。通過將石墨烯層做成晶體管，可以將電流放大到可應用水平。目前的紅外探測器需要冷卻，而這種利用石墨烯製成的超寬頻帶光電探測器卻可以在室溫下工作，為在紅外尋的導彈導引頭的應用開辟了可能。
 

　　相變技術提升強激光防護能力

　　基於相變原理的強激光防護技術具有防護波段寬、能夠對波長相同而強度不同的光輻射區別對待、相變可逆等優點，氧化釩係列是目前研究熱門的相變材料之一，氧化釩薄膜與其他非線性光學材料組合防護技術在光學末製導係統的強激光對抗中有廣闊的應用前景。美國西屋電氣公司曾成功研製出一種氧化釩防激光膜，用來保護傳感器上的紅外探測係統免受強激光武器的破壞。
 

　　前沿技術發展對射頻製導技術的影響及作用

　　以有源相控陣雷達技術、太赫茲探測技術、頻率選擇表麵技術為代表的前沿技術在反隱身、目標識別、抗幹擾等方麵對射頻製導技術產生重要影響。
 

　　有源相控陣雷達技術為雷達導引頭反隱身提供新的技術途徑

　　微電子、熱控等技術的快速發展使得高功率密度小型有源相控陣天線得以實現，彈載相控陣雷達導引頭技術迅速成為精確製導領域的一個研究熱點，與傳統常平架雷達導引頭相比，具有空間功率合成、捷聯數字穩定、波束快速電掃、全固態高集成度等技術優勢，結合多維高密度信息處理能力，相控陣雷達導引頭為精確製導武器應對未來戰場威脅提供了一種有效的解決手段。空間功率合成可實現大功率孔徑積，且隨著第三代寬禁帶半導體氮化镓（GaN）器件的發展，合成功率有望大幅提升，為雷達導引頭反隱身提供了一種重要技術選擇；利用捷聯數字解耦，使導引頭具有更高的彈體擾動解耦性能，有利於提高精確製導武器的製導精度；采用空時自適應處理技術，可以實現更好的抗幹擾、強地雜波抑製，提升對“低慢小”目標的探測能力；天線布陣靈活和捷聯的特點使得相控陣雷達導引頭更易於實現與紅外或被動雷達等多種傳感器的共口徑複合，為改善高性能精確製導武器抗幹擾性能、提高製導精度等提供了新的有效途徑。

　　自20世紀90年代以來，美國、俄羅斯、日本等多個國家逐步在多種毫米波和厘米波雷達導引頭中引入相控陣技術。美國航空導彈研發工程設計中心（AMRDEC）曾研發基於射頻微機電係統的移相器，準備用於導彈主動、被動相控陣導引頭。2013年，IBM公司研發出包含所需毫米波器件的相控陣收發組件，可進行高精度雷達成像。俄羅斯AGAT研究所正在研製用於未來導彈導引頭的主動相控陣技術。該導引頭采用小型化設計和性價比高的大功率發送/接收模塊，並可解決波束穩定性問題以及由於導引頭運動所產生的電波耦合以及角穩定性問題。日本2012財年預算中計劃為16架F-2戰鬥機裝備AAM-4B導彈，該導彈是世界上第一種配備有源相控陣雷達導引頭的空空導彈。
 

　　太赫茲探測技術提升目標要害部位識別與選擇性摧毀能力

　　太赫茲波介於毫米波與長波紅外波段之間，兼具二者的波段特征，主要特性有：脈衝寬度窄，可應用於偵察和精確製導、探測更小的目標以及實施更精確的定位；穿透性強，可輕易穿透煙塵、牆壁、碳板及陶瓷等物質；頻段帶寬寬，大量尚未分配的頻段能成為良好的通信信息載體；具有傳輸速率高、方向性好、散射小、抗幹擾能力強的特性。利用太赫茲波脈衝寬度窄、穿透煙霧能力強、氣動光學效應影響小等特點，可獲取目標的細微結構信息，能夠提高精確製導武器對目標要害部位識別與選擇性摧毀能力。另外，使用太赫茲雷達製導技術可以探測對傳統雷達具有隱身能力的目標，實現反隱身。

　　成像探測是太赫茲技術的重要發展方向之一。2008年，美國加州噴氣推進實驗室（JPL）基於固態電子器件研製了580GHz相參主動雷達，調頻帶寬近20吉赫茲。目前，美國諾斯羅普·格魯曼公司“太赫茲電子研究”項目正在開發太赫茲關鍵器件和集成技術，以實現中心頻率為1.03太赫茲的小體積、高性能電路。太赫茲集成電路將提高探測能力，確保更加隱蔽的小孔徑通信、高分辨率成像。“太赫茲電子研究”項目研究人員還基於MEMS真空管設計和實現了0.85太赫茲的功率放大器，可以用於美國國防高級研究計劃局（DARPA）的視頻合成孔徑雷達（VISAR）以及軍事領域。
 

　　頻率選擇表麵技術提升抗高功率微波能力

　　頻率選擇表麵技術通過大量相同單元電磁周期結構和器件加載，實現對不同工作頻率、極化狀態和入射角度電磁波的頻率選擇，這種特性使其呈現出在開放空間、可與飛行器外形相賦形的電磁波空間濾波器特性，適用於彈上精確製導係統的抗高功率微波應用。2010年美國空軍技術研究所提出了將頻率選擇表麵技術應用於高功率微波技術的設想，並開展了相關概念的研究工作。
 

　　前沿技術發展對信息處理的影響及作用

　　微係統技術、量子信息技術可有效提升精確製導武器信息處理能力，為複雜係統設計、導引頭小型化奠定基礎。
 

　　微係統技術可提升複雜係統設計能力

　　微係統技術是以微電子技術、微光電技術和微機電係統/納機電係統（MEMS/NEMS）技術為基礎，通過係統構架技術和算法軟件技術，將微傳感器、微機構或微執行器、微控製器、各種接口以及微能源等集成為一體化多功能係統的技術。先進的信息處理理論及微電子技術是微係統技術的基礎，也是支撐精確製導武器應對未來戰場複雜作戰環境的核心技術之一，對精確製導武器的發展具有巨大的推動作用。飛速發展的微係統技術為精確製導信息處理係統實現強大的運算處理能力提供了有力的支撐，對導引頭目標識別、抗幹擾等複雜係統設計和強大的處理能力需求具有巨大的支撐潛能。

　　自1992成立以來，美國國防部DARPA微係統技術辦公室（MTO）已經在微處理器、微機電係統和光子元器件等微電子產品進行了預先戰略投資。經過二十多年的發展，DARPA微係統技術有效支撐了相控陣雷達、高能激光器和紅外成像技術等領域的發展，並取得重要進展，有力支持了美國建立和維持技術優勢。目前，DARPA已經形成支撐精確製導武器在傳感、通信、執行、處理等方麵能力變革的微係統技術平台。
 

　　量子信息技術對信息處理產生數量級的提升

　　量子信息技術基於量子特性，如量子相幹性，非局域性，糾纏性等，可以實現現有信息技術無法做到的新功能。例如，可以加速某些函數的運算速度，可以突破現有信息技術的物理極限。量子信息技術應用在精確製導武器的製導控製方麵，將對精確製導信息處理性能產生數量級的提升。

　　量子雷達可以將環境對雷達信號的幹擾降到最低，可對目標進行清晰成像，在探測隱身目標方麵能力突出。量子傳感器在精密測量和探測、精確導航和製導等領域將發揮非常重要的作用，如量子陀螺儀在精確製導武器導航、製導控製方麵具有重要的應用價值。

　　量子成像是一種全新的成像體製，基於光場的量子效應，利用新型的輻射源、檢測方法及信號處理技術，實現對目標的高分辨、高靈敏度、高精度探測，並提供更多的目標信息，可克服現有探測係統的原理性瓶頸難題。歐盟從2001年起專門設立了量子成像研究計劃（QUANTIM項目），探索如何利用量子成像技術使成像品質突破目前的經典理論極限；美國2005年開展了主動式光學強度關聯遙感成像雷達、新概念微波強度關聯凝視成像雷達等量子成像技術研究。2014年1月，美國陸軍研究實驗室開發了一種可穿透煙霧和熱浪的量子成像技術，並在弱光和氣流幹擾情況下獲取了距離2.33千米的高清晰度目標圖像。DARPA還開展了量子糾纏科學與技術（QUEST）項目，利用量子糾纏現象，實現量子成像。目前，美國正在探討的量子傳感技術主要有陀螺儀、磁力測定、重力梯度測量、下一代小型傳感器以及原子電子技術。
 

　　啟示與建議
 

　　高度重視前沿技術發展

　　服務於精確製導武器長遠發展需求，依托新器件、新材料、新技術進步，進一步加強對戰略性、前沿性技術研究的投入，持續推動彈載相控陣導引頭、激光探測等重點專題研究，深入探索量子探測、太赫茲探測等精確製導新體製、新原理，優化精確製導技術體係，不斷培育新的發展方向，支撐精確製導武器裝備持續發展。
 

　　加強跨學科的技術交流和研究，促進精確製導技術的成果轉化效率

　　加強精確製導與微電子、光電子、電子對抗、先進材料等相關跨學科領域的技術交流與思想碰撞。一是密切關注微電子、光電子等基礎領域的發展動態，提高對相關基礎領域的認識水平，合理規劃精確製導技術攻關方向和目標，追求係統技術和基礎技術的協調發展；二是針對抗幹擾、信息處理等跨領域的技術研究問題，注重加強與相關專業領域的互動、交流和聯合研究，主動挖掘、積極嫁接，提高前沿技術在精確製導技術領域的應用效率。