多目標自動尋的的集束彈及系統的製作方法
2023-06-11 00:50:11 2
專利名稱:多目標自動尋的的集束彈及系統的製作方法
本發明是關於武器系統，特別是關於一種先把集束彈運載到某一位置，然後發射以攻擊集群目標的武器系統。
集束彈曾經用來把各種小武器發射到某一空域，在空中爆炸後這些武器分散開來以攻擊廣大的目標區。單個的小武器被稱做子炮彈，通常他們是小炸彈、信號裝置或此類物體，他們不能獨立制導去尋找目標。集束技術最初是用來攻擊飽和目標區的。最近某些此類彈藥裝備了制導系統，但是這些武器的設計都缺乏有效的翼面和推進器。這些缺陷使目標搜索範圍很大而攻擊範圍很小。帶有制導裝置的武器通常是單個發射的並載有一個很大的彈頭，由於制導系統的複雜性和價格昂貴因此不宜於在大量的小型飛彈上裝備。
象坦克和裝甲車這樣的軍事目標很難靠隨機散布的小型炮彈來摧毀。而如果能直接命中，那末少量裝藥就能擊毀坦克或使其失去戰鬥力。在攻擊集群裝甲車輛時，採用具有瞄準單個目標能力的多級小飛彈其優越性就很明顯，同時可使該裝備的成本降到最低。
在本文描述的武器系統中，用一個載彈筒或其他適用的容器裝載著一束由小型火箭推進的飛彈，通常這些飛彈的空氣動力翼面在裝載中是折迭著的，可以從低空飛行的飛機上發射載彈筒，而且最好是向上空高處發射以使飛機處於能夠避開目標區的地方。在預定的高度，載彈筒打開使飛彈自由下落。這時，空氣動力翼面伸開使飛彈在預定的巡航高度拉平飛行，其高度由每個飛彈上裝備的簡單的氣壓表裝置來控制。飛彈朝著目標區推進，每個飛彈都有一探測目標的簡單的搜索系統。現已得知，工作在微米波段(如35GHz)的輻射探測器，能在地物背景上探測出金屬或類似的反射目標。當由信號識別發現目標時，輻射搜索系統的掃描天線便起動進入跟蹤狀態，操縱飛彈去直接命中目標。飛彈中的小型裝藥彈頭以最有效的方式放出以摧毀目標。
特別是本發明提供了一種多目標自動尋的集束彈系統，它包括多個自動尋的飛彈，飛彈按集束形式配置，每個飛彈都具有一帶有空氣動力支持和控制翼面的彈體;攜帶和運載集束飛彈的運載裝置。和在目標附近從中釋放飛彈的裝置。目標搜索裝置安裝在飛彈彈體上並可運轉，目標搜索裝置包括一個對目標及其環境產生的輻射具有敏感的接受器，能把目標從背景中識別出來的裝置;和接受器連接在一起的接收天線帶動天線進行搜索掃描的驅動裝置，它對目標搜索裝置的信號做出響應，根據對目標的認別驅動天線進行目標跟蹤掃描;目標識別裝置具有脈衝振幅和脈衝寬度鑑別裝置，可以在不同而又大體不變的背景信號中識別目標信號脈衝，該裝置還包括一脈衝計數裝置以確定天線每一掃描中目標脈衝的數目;推進器裝在上述飛彈彈體上並可運轉以便在飛彈從載彈筒中釋放後推動飛彈進行巡航飛行;飛彈彈頭安裝在彈體上並可操縱;制導裝置和控制翼面相連接，制導裝置對目標搜索裝置的信號做出響應以引導飛彈進行巡航飛行，並根據對目標的識別來操縱控制翼面將飛彈引向目標。
本發明的目的及其優越性可通過以下敘述及參考附圖來闡明
圖1為集束彈藥典型的運載飛行圖。
圖2為典型的單個飛彈或飛行器的立體圖。
圖3為具有折迭式空氣動力翼面的飛彈的頂視圖。
圖4為安裝在一載彈筒內的四個一束的飛彈前視圖。
圖5為巡航狀態下進行目標搜索的飛彈的側視圖。
圖6為搜索裝置掃描方式的頂視圖。
圖7為跟蹤和瞄準目標狀態下掃描方式的頂視圖。
圖8為輻射儀搜索系統的方塊圖。
圖9為目標搜索和瞄準動作的原理方塊圖。
圖10為在輻射儀系統中產生的典型目標脈衝。
圖11表示由於背景特徵變化所產生的小信號。
圖12為另一種飛彈結構的主體圖。
圖13為投射後能延遲目標探測的又一飛彈類型。
圖14為圖13所示的飛彈運行圖。
在圖1所示的典型的戰鬥飛行中，飛機10作慣用的投擲機動飛行(由航路12表示)，以投擲運載裝置(如載彈筒14)，它沿著拋射彈道16到達預定點18，在該點載彈筒打開並釋放出一束飛彈20，通過載彈筒的打開動作以及空氣動力的調整作用或其它適當的分離裝置使飛彈散布在整個目標區前方。典型的情況是，飛機(也可能是一些其他類型的飛行器)，以大約500英尺的飛行高度接近目標，在離預定點約20000英尺遠處投擲載彈筒，而投擲時的高度可為1000至1500英尺。當然，飛彈也可以成束地裝在一個可分離的架狀的運載體上或其周圍(載體未示出)。如有必要，載彈體還可備有可以彈射掉的保護殼。
圖2至圖4中所示的一種飛彈具有一普通的圓柱形彈體24，彈體有半球形前端部26和錐形尾部28。安裝在彈體24上方短支架30上的翼(控制翼面)32鉸接在軸34上並沿彈體折向後方。水平控制翼面36和垂直控制翼面38裝在尾部28上，通過鉸鏈40折向後方。這些翼和控制翼面在釋放飛彈時在簡單的彈翼或其他適用的裝置作用下伸展開，飛彈上的自動伸展空氣動力翼面是眾所周知的。當然，並不是所有的翼或其他控制翼面都需要採取折迭形式，某些甚至全部的翼或控制翼面可以永久固定在伸展位置，採取伸展還是折迭形式，取決於飛彈大小，所需數量、儲存因素、戰術要求等，以及飛彈的複雜和先進程度。
在彈體的中央部分有一普通的裝藥彈頭42，彈頭通過適當的擠壓式開關或衝擊式雷管引爆。飛彈由輻射儀44制導，它帶有裝在飛彈前端部26內的天線46和天線掃描驅動裝置48。彈頭後面有電池50和制導電子儀器組件52，其中包括一氣壓表裝置54或其他高度控制裝置。在彈尾28上有一火箭發動機56，該發動機最好能提供如15至20秒的持續動力。控制翼面36和38由伺服電機58驅動可繞翼展方向的軸線轉動。必須強調一點，通過設計具有高下滑比的機體和控制翼面，可以取消火箭發動機56。但是，整個作戰範圍和有效性將降低，即，預定打擊的目標數量將減少。
正如熟悉該領域技術人員所了解的那樣，對目標進行掃描和跟蹤，以及控制飛彈的飛行路線以截擊目標的基本技術是眾所周知的。許多常用天線的驅動，飛行器制導電路和組件，以及控制伺服系統都有現成的可資利用，並改裝用在圖示的飛行器上。
當飛彈從載彈筒上釋放時，通過接通搜索裝置和制導系統對其進行操縱。上述動作可由系在載彈筒上的固定開傘索或小牽索59或由空氣動力翼面的彈翼來完成。氣壓表裝置54可以預調或參照載彈筒中攜帶的高度傳感器調到釋放位置，以使制導電路組件能在預定的巡航高度將飛彈飛行拉平。在該高度，火箭發動機點火工作，維持飛彈的巡航飛行。
在飛行的巡航階段，天線46朝嚮導彈縱軸下方，例如45度角方向，如圖5所示，並由驅動裝置48使其來回擺動進行掃描搜索，射束點以一個向前運動的弧形軌跡來回移動，對飛彈前面的地形進行掃描。當探測到目標22時，天線就會由掃描狀態轉換到對著目標識別和跟蹤狀態如圖7所示，每次射束掃過目標22時都會產生一個信號脈衝。接著，飛彈在制導系統操縱下瞄準目標。從圖中所示的巡航高度和飛彈相對於目標的位置來看，由於有一原始俯角，飛彈將以近乎垂直趨近的方式攻擊目標。
輻射儀44實質上是一個用已知的電路原理設計的被動接收器，它對微米波段的能量很敏感。現已發現頻率為35GHZ的波特別適宜。固體電路的接收器可以小到直接安裝到天線46上，這樣便省去可彎波導管。一種微米波輻射儀44採用微米波振蕩器或在輻射儀電路中加上一照射器使其成為有源輻射儀。裝在可調支架上的照射器採用矽碰撞雪崩渡越時間型(IMPATT)二極體。帶有一個旋轉的輔助反射器的卡塞格倫天線連接到照射器和渡越接收開關上(最好是位置指示二極體開關PIN)，該連接通過天線轉換開關實現。這種開關可以用鐵循環器。平衡混頻器連接到開關的輸出端和本機振蕩器上並通過一耿氏二極體進行工作。
混頻器的輸出送入紅外視頻放大器，放大器的輸出又送入帶有距離開關的跟蹤電路。跟蹤電路接收視頻信號和定時參考脈衝，並向常平架伺服機構控制電路發射檢波後的掃描調製信號和直流探測指示電壓。在搜索和跟蹤狀態下，裝在常平架上的天線的位置和運動由伺服控制電路控制。天線架是一個雙軸直接驅動的常平架，由兩個直流力矩電機提供動力。電位計安裝在電機殼內構成閉合的伺服迴路。調製器同步裝置電路和照射器、開關以及跟蹤電路相連接。調製器同步裝置電路完成三種功能。一，該電路發生一系列矩形脈衝以控制照射器輸出波形;二、通過切斷開關防止混頻器超載以維持每一發射脈衝能量的持續時間;三、發送同步脈衝給跟蹤電路以控制每次掃描的觸發。
在微米波段，對地物背景說來實際上是有耗介質，其平均輻射測量的「溫度」約為280°K。而金屬目標，如坦克，反射約50°K的天空溫度。天空溫度實際上隨目標的反射性能和從頂點算的反射角變化，但是，由於綜合特徵顯示出有很大差別，這使得很容易區別目標和背景。某些背景如柏油，特別是水，其有效溫度不同於背景的平均溫度。但是，通過選擇濾波，使輻射儀對所要求的特殊目標信號範圍很敏感。
在圖10中，表示射束點從目標上掠過的情形。當目標進入射束點時，反射率會發生急劇變化，如前沿斜率60所示。目標處於射束點內時，反射率保持在峰值62，當射束點越過目標後，反射率下降到正常的背景值64。輻射儀產生的信號脈衝66足以觸發識別電路。
在圖11中，反射率變化68比較平緩，該變化表示射束點從一種地物轉到另一種地物，如從巖石到茂密的灌木叢。所產生的信號變化70很小，其輸出保持在新的電平上直到射束遇到下一個地物變化。這種變化不足以使輻射儀輸出產生從任何觸發動作。顯然，被掃描的地物的不規則變化也會引起信號的波動，但是，通常這些波動都不足以觸發反應。
參見圖8，輻射儀44的輸出送入振幅識別器72，當發生足夠大的振幅變化時，識別器判斷發現了一個目標。振幅識別器向脈衝寬度識別器74和模式選擇器邏輯電路76發送一信號。脈衝計數器78和脈衝寬度識別器74相連並向模式選擇邏輯電路76發送第二個信號。當輻射儀輸出沒有出現顯著變化時，模式選擇邏輯指令天線驅動裝置48工作在搜索狀態，進行圖6所示的掃描動作。
如果接收到振幅足夠大的脈衝，模式選擇邏輯就轉變到識別狀態並指令天線驅動裝置48工作在識別和跟蹤狀態，如圖7所示。如果脈衝寬度和數目達到預定的要求，模式選擇邏輯轉換到跟蹤狀態。天線保持同樣方式繼續掃描，但開關80動作起來，啟動跟蹤制導組件52，該組件控制伺服機構58去引導飛彈飛向目標。如果脈衝寬度和數目沒有達到要求，模式選擇邏輯回復到搜索狀態，繼續搜索目標。
圖9表示有關操作的功能，開始時，輻射儀信號來自搜索掃描，在振幅識別電路中，上閾值(UT)設置為一恆定值，而脈衝振幅的下閾值是可變的。這樣就能處理可能要加以注意的小信號，例如射束擦過目標時接收下來的信號。如果信號(S)處在等於或高於下值和等於或小於上閾值之間的界限內，則將信號送到脈衝寬度電路中。如果信號不處於上述振幅界限內，則搜索狀態繼續進行。
脈衝寬度電路是根據已知的掃描速度和目標對象的平均寬度來設計的，這樣就不會對寬度大的目標，如一片水所產生的顯著脈衝作出反應。如果信號脈衝寬度等於或小於預定的脈衝寬度(PW)，則起動跟蹤狀態。如果脈衝寬度等於或大於預定值，則搜索狀態繼續進行。如果這時脈衝計數器要判斷在連續三次掃描中是否都出現目標信號，以確認目標處於飛彈的有效攻擊區內。如果沒有連續三次出現，則恢復搜索狀態。如果目標信號象要求的那樣出現，脈衝計數器就可確定每一次往復掃描出現多少個脈衝。如果每一次往復掃描出現兩個以上脈衝，這是從多個目標產生的，它會造成不可判定或失誤，這時應當恢復搜索狀態。但是，如果每次掃描中目標脈衝的數目不超過兩個，則開始引導飛彈攻擊目標。
在電路中還有一飛行定時器，所設定的時間足夠飛彈在其推進器作用下到達目標。定時器在操作程序開始時啟動，到預定時間，就會以某種適當的裝置控制飛彈自爆。
另一種特別適用於高速飛行的飛彈結構如圖12所示。彈體82包括飛彈20所採用的全部設備，尾部的水平控制翼面84和垂直控制翼面86成十字形配置。彈翼也按十字形配置但和尾翼平面錯開45°，全部控制翼面均可折迭。在飛行中，飛彈上部的一對彈翼88會伸展開以便巡航飛行，下部的一對翼90處於折迭狀態，如圖中虛線所示。最後跟蹤目標的飛行開始時，下翼會打開，使飛彈受到對稱的空氣動力，從簡化最後階段向目標逼近時的方向控制。
再有一種飛彈結構如圖13和14所示。彈體92同樣包括上述全部設備。彈翼94伸展如圖示，尾部控制翼面96為收縮狀態，在該結構中，飛彈前端部朝上垂直安放在地面上。飛彈可用空投或人工安裝在目標車輛頻繁行駛的地區。伸展的彈翼作為支撐飛彈的穩定裝置。
彈體的底部有一傳感器98，可採用地震式傳感器以探測目標22在駛近時產生的振動。也可用聲學、熱能或其他傳感器放在飛彈的適當位置。當探測到有目標接近時，火箭發動機100就點火，推動飛彈向升空直到發動機熄火。然後，飛彈在航路頂點102處轉向，這時尾部控制翼面伸展開起穩定作用，以使搜索系統能探測到並對準目標。
如果飛彈配備更精密的制導系統，如慣性制導系統，飛彈可設計成沿更低的、更快的航線104飛行。如果飛彈用在近距離攻擊目標，則其他搜索或傳感裝置，如聲學或熱能式，也可採用。
這樣的飛彈系統主要對攻擊散布的目標群特別有效，它由飛機從安全的距離發射。飛彈利用簡單的探測和制導裝置探測單個目標並從目標上部攻擊其薄弱環節。
權利要求
1、多目標自動尋的集束彈系統，包括集束形式配置的多個自動尋的飛彈，每個飛彈具有一彈體，上面裝有空氣動力保持和控制翼面；安裝和運載集束飛彈的運載裝置，包括在目標附近釋放飛彈的裝置；安裝在彈體上並可運轉的目標搜索裝置，目標搜索裝置包括對目標和其周圍景物輻射敏感的接收器，還有能從背景中識別目標的裝置；和接收器裝在一起的接收天線；驅動天線進行搜索掃描的驅動裝置，它對目標搜索裝置發出的信號作出響應，根據對目標的識別驅動天線實行目標跟蹤掃描；具有脈衝振幅和寬度識別的裝置，它可以從不同的但電平大體不變的背景信號中識別出目標信號脈衝，還包括能確定天線每次掃描中目標脈衝數目的脈衝計數器；安裝在飛彈體上並可運轉的推進器，在飛彈離開運載裝置後它推動飛彈作巡航飛行；安裝在彈體內並可操縱的彈頭與控制翼面連接的制導裝置，它對目標搜索裝置來的信號作出響應以制導飛彈進行巡航飛行，並根據對目標的識別操縱控制翼面制導飛彈攻擊目標。
2、按照權利要求
1的多目標自動尋的集束彈系統，其制導裝置對脈衝的振幅、寬度和脈衝數目的預定綜合結果作出響應以引導飛彈攻擊目標。
3、按照權利要求
1或2的多目標自動尋的集束彈系統，接受器是具有35GHZ級有效頻率的輻射接收器。
4、按照權利要求
1、2或3的多目標自動尋的集束彈系統，包括高度傳感器，該傳感器和制導裝置裝在一起，保持飛彈在預定的巡航高度飛行。
5、按照前述權利要求
的任何一項相應的多目標自動尋的集束彈系統，運載裝置包括適用於飛行器攜帶的載彈筒，並帶有釋放飛彈用的可分離部件，還包括在飛彈釋放後，啟動目標搜索裝置的啟動裝置。
6、按照前述權利要求
的任何一項相應的多目標自動尋的集束彈系統，其中推進器包括火箭發動機。
專利摘要
用於低空發射系統中的集束彈，它可以投放多個由火箭驅動的飛彈，每個飛彈都能在恆定的高度巡航飛行並搜索目標。一旦發現目標，飛彈就會對準目標攻擊。較優的方案是採用工作在微米波範圍的輻射探測器作為目標搜索裝置。在該範圍內，金屬或反射性能類似的目標對於背景有顯著差別，從而產生足夠強的信號來控制飛彈的最後的動作。
文檔編號F42B12/02GK85102908SQ85102908
公開日1986年10月15日 申請日期1985年4月18日
發明者克萊爾·K·萊爾, 朱爾斯·喬納斯, 基思·D·安德森 申請人:通用電力公司·波莫納分公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan