关于临近空间紫外探测预警系统的设想

临近空间紫外探测预警系统设想

一、背景概述

随着高超声速武器的迅猛发展，对高超声速目标的防御问题已引起军事强国的高度重视。高超声速目标具有高速度、强机动、高精度、远程、强突防等特点，国外现有防御体系在对付高超声速目标方面存在以下难点：一是高超声速飞行器相对传统弹道导弹飞行仰角低，存在等离子体鞘套等复杂光电现象，远距离探测和稳定跟踪难。二是相比弹道导弹，高超声速飞行器可借助临近空间实施突防，进行纵向和横向两维长时间机动飞行，弹道精确预测难。三是当高超声速飞行器在临近空间高速飞行时将面临严重气动光学效应，高热环境下末制导探测难。四是国外现有装备难以对临近空间高超声速目标实施拦截，高精度制导控制与拦截杀伤难度较大。

目前发展的导弹（飞行器）预警系统大都基于天基探测，但是天基探测具有成本高、在轨维护比较困难的特点。目前对于临近空间载荷的需求越来越迫切。临近空间（Near-space)是空天一体化作战的重要战略领域，其是处于太空和天空之间的区域，处于传统的空天之间，在临近空间中部署的军事装备，向上可威胁天基平台，向下可攻击航空器等空基平台，甚至地面目标，并可以相对较低的成本完成通信、遥测、情报、侦察和监视等各种军事任务。作为一个新兴的研究领域，临近空间将传统的航天与航空联系在一起，在未来空间攻防、信息对抗、一体化联合作战方面具有重要的应用价值和特殊的军事战略意义。因此，世界主要军事强国正在对临近空间平台的军事应用展开深入研究，从而在未来的军事对抗中获取优势及主导地位，因此研宄基于临近空间的紫外探测预警系统，对于完善我国的导弹防御系统具有十分重要的意义。

紫外探测预警系统是通过探测导弹尾焰和羽烟中的紫外辐射，达到对导弹进行预警的目的。无论导弹发动机燃料采用何种材料，其尾焰中都会含有紫外辐射。目前紫外预警主要是利用“日盲紫外”波段（0.2〜0.28um）探测飞出大气层外导弹尾焰的紫外辐射。其形成主要是由于太阳辐射在日盲波段的光波绝大部分被地球的臭氧层所吸收，只有极少数的太阳光能透射到地面。当目标物体的高度超过50km之后，由于臭氧的减少，大气对紫外波段的吸收作用下降，紫外目标信号增强。因此当军事目标譬如导弹出现在臭氧层之外的时候，其发动机尾焰的紫外辐射不受大气吸收和衰减的影响，到达紫外探测设备的信号较强，而背景信号很小并且很平滑，紫外探测系统接收到的紫外信号的信噪比就相当高，从而达到对军事目标进行探测预警的目的。

二、系统简介

华科博创研制的紫外探测预警系统主要包括紫外成像探测器、智能处理单元和上位机软件。可实现多目紫外成像探测器一体化集成、紫外成像拼接采集、紫外辐射目标识别检测、方位解算、告警输出、融合通信、以及上位机预警显控等功能，达到水平360°全景视场和低空（100m）条件下不低于xxxKm目标探测作用距离的技战术能力。相比于传统的紫外探测系统，突破了探测视场角度小、探测距离近、灵敏度较低等不足，具有角分辨率高、虚警率低、隐蔽性强、灵敏度高等突出特点。

应用场景设想参考示例

三、技术特点

紫外探测预警系统采用新的“日盲”窄带滤光技术，在强烈阳光照射下可正常检测，与其他红外、激光等光电告警技术相比，技术优势主要包括：

Ø  虚警率低，紫外告警工作在太阳光谱的日盲区，不受日光及各种自然源的影响，避开了最大的自然背景源，信号检测难度下降，在实战中能以低虚警率探测目标，对以任何方式制导的导弹，都能有效探测导弹尾焰的紫外辐射，可作为主要光电告警方式。与红外告警相比，在中低空场景下，由于地面的红外辐射源较多导致红外的虚警率较高，对于中低空飞行的直升机、运输机及地面战车而言，紫外探测预警是最理想的光电告警手段；Ø  隐蔽性强，紫外告警设备不需发射任何电磁波，是以被动方式探测导弹羽烟的紫外辐射，即符合电磁静默，有利于隐身作战；Ø  灵敏度高，随着光电探测技术的发展、探测器件和信号处理等技术的成熟，使紫外告警设备，能够检测到极微弱的信号；Ø  抗干扰能力强，由于工作在日盲波段，能够有效排除各类人工以及自然干扰源，具有抗干扰能力强的特点。同时，由于是被动方式工作，所以能够很好的兼容其它电磁设备，易于装备使用；Ø  轻量化低成本，无扫描机构和制冷需求，所以紫外告警设备造价低，功耗低，重量轻，体积小，可靠性高且维护简单；Ø  用途广泛，紫外告警系统应用平台从最初的直升机、低速固定翼飞机到后来的高速固定翼飞机，地面的坦克和装甲车辆的主动装甲防护系统，直至临近空间高超声速目标的防御。紫外探测预警系统可以用于对战场各种炸点进行监视，飞机/导弹羽烟探测预警等，为装备防护提供精确的战场态势感知手段。利用紫外独特的成像特点，还可以配置使用主动信标，实现定位功能，可用于各类飞机起降导航、加油机引导等全新的应用场景。

四、性能指标

1)  探测视场角：水平360°×垂直≥90°；2)  成像分辨率：单探测器分辨率≥oo×pp@30fps；3)  探测距离：xx~yym；     a)枪支火力目标（狙击定位）：≥？？km；     b)火炮发射源：≥？？km；     c) 导弹羽烟：≥？？km；4)  工作波长：xxxnm ~yyynm;5)  灵敏度：？？？watt/cm2;6)  告警响应时间：≤？？ms;7)  目标位置精度：≤？？(r.m.s);8)  目标探测准确率：不小于？？？;9)  工作温度：-40℃~60℃。

四、应用领域

临近空间目标紫外探测预警系统。实现对临近空间高超声速巡航导弹和高超声速作战飞机远距离紫外探测预警；

临近空间目标紫外-红外探测预警系统。实现对临近空间高超声速巡航导弹和高超声速作战飞机远距离紫外和红外双色探测预警；

装甲车辆（车载）紫外探测预警系统。实现对枪支狙击定位、火炮火力发射点及导弹羽烟逼近轨迹探测告警；

飞机（机载）紫外探测预警系统。实现对火源、火炮火力发射点及导弹羽烟逼近轨迹探测告警；

 地面固定式紫外探测预警系统。实现固定区域内长期对火源、枪支狙击、火炮火力发射点及导弹羽烟逼近轨迹探测告警。

五、产品展示

图1.  周界防护紫外探测预警系统

图2.  对导弹/子弹/飞机尾焰的探测效果

后记： 以上是关于临近空间紫外探测预警系统的设想，华科博创可以根据应用场景的需求，定制紫外探测器，以及围绕紫外成像探测的三光合一、四光合一综合光电探测系统，后端提供智能化信号处理单元，可以实时完成紫外信号处理（检测、跟踪、方位解算等）、可见光图像处理（识别、检测、跟踪等）、红外图像处理（检测、跟踪、温度等），以及光学图像的融合处理。

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