前沿技術(shù)發(fā)展對光學(xué)制導(dǎo)技術(shù)的影響及作用

　　以激光探測技術(shù)、多色/多光譜識別技術(shù)、石墨烯技術(shù)、相變技術(shù)為代表的前沿技術(shù)在目標(biāo)識別、抗干擾、探測信息獲取等方面對光學(xué)制導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生重要影響。
 

　　激光探測技術(shù)有效提升目標(biāo)識別及抗干擾能力

　　激光探測尤其是激光主動成像制導(dǎo)技術(shù)具有信息維數(shù)多（角度/距離/強(qiáng)度/速度/微動信息）、選擇能力強(qiáng)、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(diǎn)，通過與現(xiàn)有紅外成像或射頻制導(dǎo)體制復(fù)合，甚至是獨(dú)立應(yīng)用，能夠顯著提高導(dǎo)彈末制導(dǎo)探測和目標(biāo)識別能力，尤其對提升抗射頻拖曳等主瓣掩護(hù)式干擾、紅外煙障遮蔽干擾等能力具有重大技術(shù)潛能，可以廣泛應(yīng)用于防空反導(dǎo)、對地、對海等作戰(zhàn)中。非掃描凝視成像是激光主動成像制導(dǎo)的發(fā)展趨勢，涉及窄脈沖高重頻固體激光發(fā)射、線性模式雪崩光電二極管（APD）探測器等陣列接收、納秒級高速信號并行處理等核心技術(shù)。

　　美國近年已研制出以雪崩光電二極管（APD）陣列探測的激光雷達(dá)、自混頻陣列探測的固態(tài)激光雷達(dá)和多狹縫條紋管激光雷達(dá)為代表的激光凝視成像雷達(dá)，瞄準(zhǔn)了低成本自主攻擊系統(tǒng)（LOCAAS）、陸軍低成本武器和海防項(xiàng)目應(yīng)用，目前美國在研彈載激光雷達(dá)旨在突破百毫焦量級激光光源，APD探測器陣列規(guī)模也達(dá)到了256×256元以上，為推動彈上遠(yuǎn)距離激光探測奠定了基礎(chǔ)。
 

　　多色/多光譜識別與偏振探測技術(shù)有效提升光學(xué)探測信息獲取能力

　　多色/多光譜識別與偏振探測技術(shù)是提升光學(xué)探測信息獲取能力的重要研究方向，通過采用短波/中波/長波紅外復(fù)合或某一波段內(nèi)多個(gè)子波段復(fù)合探測的方式，或多個(gè)偏振態(tài)組合探測的方式，從光譜維、偏振維提升末制導(dǎo)探測系統(tǒng)的信息獲取能力，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)/背景差異性的增強(qiáng)，有效提升光學(xué)制導(dǎo)系統(tǒng)的目標(biāo)識別能力和抗干擾能力，在防空、反導(dǎo)、對地、對海打擊方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　國外多色/多光譜光學(xué)成像技術(shù)已實(shí)用化，如美國的“標(biāo)準(zhǔn)-3”Block1B導(dǎo)彈采用基于256×256疊層雙波段探測器的雙色成像導(dǎo)引頭，“大氣層外殺傷器”（EKV）采用紅外雙色與可見光復(fù)合成像導(dǎo)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(jìn)入裝備應(yīng)用。美國海軍從20世紀(jì)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(biāo)識別能力的方法，洛克希德·馬丁公司在2006年進(jìn)行了從空中對地面目標(biāo)的探測試驗(yàn)，在12千米的作用距離下驗(yàn)證了偏振探測對提高圖像對比度的作用。
 

　　石墨烯技術(shù)促進(jìn)紅外制導(dǎo)技術(shù)發(fā)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(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能，這些優(yōu)越的性質(zhì)及其特殊的二維結(jié)構(gòu)使得石墨烯在精確制導(dǎo)武器領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

　　利用石墨烯在紅外波段的優(yōu)越光敏特性，可研制高性能紅外成像傳感器，用于預(yù)警探測或?qū)椢淦髂┲茖?dǎo)。目前，IBM公司已經(jīng)研制出石墨烯/絕緣體超晶格，使石墨烯具有光子特性，并制成可實(shí)現(xiàn)太赫茲級頻率的濾波器與線性偏光片等光學(xué)元件，有助于在未來擴(kuò)展至中紅外線和遠(yuǎn)紅外線波段的光電設(shè)備應(yīng)用中。2014年3月，密歇根大學(xué)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(yīng)用水平。目前的紅外探測器需要冷卻，而這種利用石墨烯制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(dǎo)彈導(dǎo)引頭的應(yīng)用開辟了可能。
 

　　相變技術(shù)提升強(qiáng)激光防護(hù)能力

　　基于相變原理的強(qiáng)激光防護(hù)技術(shù)具有防護(hù)波段寬、能夠?qū)ΣㄩL相同而強(qiáng)度不同的光輻射區(qū)別對待、相變可逆等優(yōu)點(diǎn)，氧化釩系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(xué)材料組合防護(hù)技術(shù)在光學(xué)末制導(dǎo)系統(tǒng)的強(qiáng)激光對抗中有廣闊的應(yīng)用前景。美國西屋電氣公司曾成功研制出一種氧化釩防激光膜，用來保護(hù)傳感器上的紅外探測系統(tǒng)免受強(qiáng)激光武器的破壞。
 

　　前沿技術(shù)發(fā)展對射頻制導(dǎo)技術(shù)的影響及作用

　　以有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)、太赫茲探測技術(shù)、頻率選擇表面技術(shù)為代表的前沿技術(shù)在反隱身、目標(biāo)識別、抗干擾等方面對射頻制導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生重要影響。
 

　　有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)為雷達(dá)導(dǎo)引頭反隱身提供新的技術(shù)途徑

　　微電子、熱控等技術(shù)的快速發(fā)展使得高功率密度小型有源相控陣天線得以實(shí)現(xiàn)，彈載相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭技術(shù)迅速成為精確制導(dǎo)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，與傳統(tǒng)常平架雷達(dá)導(dǎo)引頭相比，具有空間功率合成、捷聯(lián)數(shù)字穩(wěn)定、波束快速電掃、全固態(tài)高集成度等技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合多維高密度信息處理能力，相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭為精確制導(dǎo)武器應(yīng)對未來戰(zhàn)場威脅提供了一種有效的解決手段?？臻g功率合成可實(shí)現(xiàn)大功率孔徑積，且隨著第三代寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）器件的發(fā)展，合成功率有望大幅提升，為雷達(dá)導(dǎo)引頭反隱身提供了一種重要技術(shù)選擇；利用捷聯(lián)數(shù)字解耦，使導(dǎo)引頭具有更高的彈體擾動解耦性能，有利于提高精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)精度；采用空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更好的抗干擾、強(qiáng)地雜波抑制，提升對“低慢小”目標(biāo)的探測能力；天線布陣靈活和捷聯(lián)的特點(diǎn)使得相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭更易于實(shí)現(xiàn)與紅外或被動雷達(dá)等多種傳感器的共口徑復(fù)合，為改善高性能精確制導(dǎo)武器抗干擾性能、提高制導(dǎo)精度等提供了新的有效途徑。

　　自20世紀(jì)90年代以來，美國、俄羅斯、日本等多個(gè)國家逐步在多種毫米波和厘米波雷達(dá)導(dǎo)引頭中引入相控陣技術(shù)。美國航空導(dǎo)彈研發(fā)工程設(shè)計(jì)中心（AMRDEC）曾研發(fā)基于射頻微機(jī)電系統(tǒng)的移相器，準(zhǔn)備用于導(dǎo)彈主動、被動相控陣導(dǎo)引頭。2013年，IBM公司研發(fā)出包含所需毫米波器件的相控陣收發(fā)組件，可進(jìn)行高精度雷達(dá)成像。俄羅斯AGAT研究所正在研制用于未來導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的主動相控陣技術(shù)。該導(dǎo)引頭采用小型化設(shè)計(jì)和性價(jià)比高的大功率發(fā)送/接收模塊，并可解決波束穩(wěn)定性問題以及由于導(dǎo)引頭運(yùn)動所產(chǎn)生的電波耦合以及角穩(wěn)定性問題。日本2012財(cái)年預(yù)算中計(jì)劃為16架F-2戰(zhàn)斗機(jī)裝備AAM-4B導(dǎo)彈，該導(dǎo)彈是世界上第一種配備有源相控陣?yán)走_(dá)導(dǎo)引頭的空空導(dǎo)彈。
 

　　太赫茲探測技術(shù)提升目標(biāo)要害部位識別與選擇性摧毀能力

　　太赫茲波介于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：脈沖寬度窄，可應(yīng)用于偵察和精確制導(dǎo)、探測更小的目標(biāo)以及實(shí)施更精確的定位；穿透性強(qiáng)，可輕易穿透煙塵、墻壁、碳板及陶瓷等物質(zhì)；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、抗干擾能力強(qiáng)的特性。利用太赫茲波脈沖寬度窄、穿透煙霧能力強(qiáng)、氣動光學(xué)效應(yīng)影響小等特點(diǎn)，可獲取目標(biāo)的細(xì)微結(jié)構(gòu)信息，能夠提高精確制導(dǎo)武器對目標(biāo)要害部位識別與選擇性摧毀能力。另外，使用太赫茲雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)可以探測對傳統(tǒng)雷達(dá)具有隱身能力的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)反隱身。

　　成像探測是太赫茲技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。2008年，美國加州噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）基于固態(tài)電子器件研制了580GHz相參主動雷達(dá)，調(diào)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(xiàng)目正在開發(fā)太赫茲關(guān)鍵器件和集成技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)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(xiàng)目研究人員還基于MEMS真空管設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了0.85太赫茲的功率放大器，可以用于美國國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）的視頻合成孔徑雷達(dá)（VISAR）以及軍事領(lǐng)域。
 

　　頻率選擇表面技術(shù)提升抗高功率微波能力

　　頻率選擇表面技術(shù)通過大量相同單元電磁周期結(jié)構(gòu)和器件加載，實(shí)現(xiàn)對不同工作頻率、極化狀態(tài)和入射角度電磁波的頻率選擇，這種特性使其呈現(xiàn)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，適用于彈上精確制導(dǎo)系統(tǒng)的抗高功率微波應(yīng)用。2010年美國空軍技術(shù)研究所提出了將頻率選擇表面技術(shù)應(yīng)用于高功率微波技術(shù)的設(shè)想，并開展了相關(guān)概念的研究工作。
 

　　前沿技術(shù)發(fā)展對信息處理的影響及作用

　　微系統(tǒng)技術(shù)、量子信息技術(shù)可有效提升精確制導(dǎo)武器信息處理能力，為復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)、導(dǎo)引頭小型化奠定基礎(chǔ)。
 

　　微系統(tǒng)技術(shù)可提升復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力

　　微系統(tǒng)技術(shù)是以微電子技術(shù)、微光電技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)（MEMS/NEMS）技術(shù)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)和算法軟件技術(shù)，將微傳感器、微機(jī)構(gòu)或微執(zhí)行器、微控制器、各種接口以及微能源等集成為一體化多功能系統(tǒng)的技術(shù)。先進(jìn)的信息處理理論及微電子技術(shù)是微系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)，也是支撐精確制導(dǎo)武器應(yīng)對未來戰(zhàn)場復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境的核心技術(shù)之一，對精確制導(dǎo)武器的發(fā)展具有巨大的推動作用。飛速發(fā)展的微系統(tǒng)技術(shù)為精確制導(dǎo)信息處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力提供了有力的支撐，對導(dǎo)引頭目標(biāo)識別、抗干擾等復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和強(qiáng)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微系統(tǒng)技術(shù)辦公室（MTO）已經(jīng)在微處理器、微機(jī)電系統(tǒng)和光子元器件等微電子產(chǎn)品進(jìn)行了預(yù)先戰(zhàn)略投資。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，DARPA微系統(tǒng)技術(shù)有效支撐了相控陣?yán)走_(dá)、高能激光器和紅外成像技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展，并取得重要進(jìn)展，有力支持了美國建立和維持技術(shù)優(yōu)勢。目前，DARPA已經(jīng)形成支撐精確制導(dǎo)武器在傳感、通信、執(zhí)行、處理等方面能力變革的微系統(tǒng)技術(shù)平臺。
 

　　量子信息技術(shù)對信息處理產(chǎn)生數(shù)量級的提升

　　量子信息技術(shù)基于量子特性，如量子相干性，非局域性，糾纏性等，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有信息技術(shù)無法做到的新功能。例如，可以加速某些函數(shù)的運(yùn)算速度，可以突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限。量子信息技術(shù)應(yīng)用在精確制導(dǎo)武器的制導(dǎo)控制方面，將對精確制導(dǎo)信息處理性能產(chǎn)生數(shù)量級的提升。

　　量子雷達(dá)可以將環(huán)境對雷達(dá)信號的干擾降到最低，可對目標(biāo)進(jìn)行清晰成像，在探測隱身目標(biāo)方面能力突出。量子傳感器在精密測量和探測、精確導(dǎo)航和制導(dǎo)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮非常重要的作用，如量子陀螺儀在精確制導(dǎo)武器導(dǎo)航、制導(dǎo)控制方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

　　量子成像是一種全新的成像體制，基于光場的量子效應(yīng)，利用新型的輻射源、檢測方法及信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的高分辨、高靈敏度、高精度探測，并提供更多的目標(biāo)信息，可克服現(xiàn)有探測系統(tǒng)的原理性瓶頸難題。歐盟從2001年起專門設(shè)立了量子成像研究計(jì)劃（QUANTIM項(xiàng)目），探索如何利用量子成像技術(shù)使成像品質(zhì)突破目前的經(jīng)典理論極限；美國2005年開展了主動式光學(xué)強(qiáng)度關(guān)聯(lián)遙感成像雷達(dá)、新概念微波強(qiáng)度關(guān)聯(lián)凝視成像雷達(dá)等量子成像技術(shù)研究。2014年1月，美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種可穿透煙霧和熱浪的量子成像技術(shù)，并在弱光和氣流干擾情況下獲取了距離2.33千米的高清晰度目標(biāo)圖像。DARPA還開展了量子糾纏科學(xué)與技術(shù)（QUEST）項(xiàng)目，利用量子糾纏現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)量子成像。目前，美國正在探討的量子傳感技術(shù)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(shù)。
 

　　啟示與建議
 

　　高度重視前沿技術(shù)發(fā)展

　　服務(wù)于精確制導(dǎo)武器長遠(yuǎn)發(fā)展需求，依托新器件、新材料、新技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步加強(qiáng)對戰(zhàn)略性、前沿性技術(shù)研究的投入，持續(xù)推動彈載相控陣導(dǎo)引頭、激光探測等重點(diǎn)專題研究，深入探索量子探測、太赫茲探測等精確制導(dǎo)新體制、新原理，優(yōu)化精確制導(dǎo)技術(shù)體系，不斷培育新的發(fā)展方向，支撐精確制導(dǎo)武器裝備持續(xù)發(fā)展。
 

　　加強(qiáng)跨學(xué)科的技術(shù)交流和研究，促進(jìn)精確制導(dǎo)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化效率

　　加強(qiáng)精確制導(dǎo)與微電子、光電子、電子對抗、先進(jìn)材料等相關(guān)跨學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)交流與思想碰撞。一是密切關(guān)注微電子、光電子等基礎(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，提高對相關(guān)基礎(chǔ)領(lǐng)域的認(rèn)識水平，合理規(guī)劃精確制導(dǎo)技術(shù)攻關(guān)方向和目標(biāo)，追求系統(tǒng)技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展；二是針對抗干擾、信息處理等跨領(lǐng)域的技術(shù)研究問題，注重加強(qiáng)與相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的互動、交流和聯(lián)合研究，主動挖掘、積極嫁接，提高前沿技術(shù)在精確制導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用效率。