Pemandu inframerah

Tiga bahan utama yang digunakan dalam sensor inframerah adalah timbal(II) sulfida (PbS), indium antimonida (InSb) dan merkuri kadmium telurida (HgCdTe). Sensor lama cenderung menggunakan PbS, sensor baru cenderung menggunakan InSb atau HgCdTe. Semua bekerja lebih baik saat didinginkan, karena keduanya lebih sensitif dan mampu mendeteksi objek yang lebih dingin.

Pencari inframerah awal paling efektif dalam mendeteksi radiasi inframerah dengan panjang gelombang lebih pendek, seperti emisi 4,2 mikrometer dari pembuangan karbon dioksida dari mesin jet. Hal ini membuat mereka berguna terutama dalam skenario pengejaran ekor, di mana knalpot terlihat dan pendekatan rudal juga membawanya ke arah pesawat. Dalam pertempuran, hal ini terbukti sangat tidak efektif karena pilot berusaha melepaskan tembakan segera setelah pencari melihat target, meluncurkan pada sudut di mana mesin target dengan cepat tertutup atau terbang keluar dari jangkauan pandang rudal. Pencari warna tersebut, yang paling sensitif terhadap rentang 3 hingga 5 mikrometer, sekarang disebut pencari warna tunggal. Hal ini menyebabkan pencari baru sensitif terhadap gas buang serta rentang panjang gelombang yang lebih panjang yaitu 8 hingga 13 mikrometer, yang kurang diserap oleh atmosfer dan dengan demikian memungkinkan sumber peredup seperti badan pesawat itu sendiri untuk dideteksi. Desain seperti ini dikenal sebagai rudal “semua aspek”. Pencari modern menggabungkan beberapa detektor dan disebut sistem dua warna.

Pencari semua aspek juga cenderung memerlukan pendinginan untuk memberi mereka tingkat sensitivitas tinggi yang diperlukan untuk mengunci sinyal tingkat rendah yang datang dari depan dan samping pesawat. Panas latar belakang dari dalam sensor, atau jendela sensor yang dipanaskan secara aerodinamis, dapat mengalahkan sinyal lemah yang masuk ke sensor dari target. (CCD pada kamera memiliki masalah serupa; mereka memiliki lebih banyak "kebisingan" pada suhu yang lebih tinggi.) Rudal modern dengan segala aspek seperti AIM-9M Sidewinder dan Stinger menggunakan gas terkompresi seperti argon untuk mendinginkan sensornya agar dapat mengunci target pada suhu yang sama. rentang yang lebih panjang dan semua aspek. (Beberapa seperti AIM-9J dan model awal R-60 menggunakan pendingin termoelektrik peltier).

Detektor pada pencari awal hampir tidak terarah, menerima cahaya dari bidang pandang (FOV) yang sangat luas, mungkin lebarnya 100 derajat atau lebih. Target yang terletak dimana saja dalam FOV tersebut menghasilkan sinyal keluaran yang sama. Karena tujuan pencari adalah untuk membawa target dalam radius hulu ledak yang mematikan, detektor harus dilengkapi dengan beberapa sistem untuk mempersempit FOV ke sudut yang lebih kecil. Hal ini biasanya dilakukan dengan menempatkan detektor pada titik fokus teleskop.

Hal ini menyebabkan masalah persyaratan kinerja yang saling bertentangan. Ketika FOV berkurang, pencari menjadi lebih akurat, dan ini juga membantu menghilangkan sumber latar belakang yang membantu meningkatkan pelacakan. Namun, membatasinya terlalu banyak memungkinkan target keluar dari FOV dan hilang dari seeker. Agar efektif untuk memandu radius mematikan, sudut pelacakan mungkin satu derajat adalah ideal, tetapi untuk dapat terus melacak target dengan aman, diperlukan FOV pada urutan 10 derajat atau lebih.

Situasi ini mengarah pada penggunaan sejumlah desain yang menggunakan FOV yang relatif lebar untuk memudahkan pelacakan, dan kemudian memproses sinyal yang diterima dengan beberapa cara untuk mendapatkan akurasi tambahan sebagai panduan. Umumnya, seluruh rakitan pencari dipasang pada sistem gimbal yang memungkinkannya melacak target melalui sudut lebar, dan sudut antara pencari dan pesawat rudal digunakan untuk menghasilkan koreksi panduan.

Hal ini memunculkan konsep bidang pandang sesaat (IFOV) yang merupakan sudut pandang detektor, dan bidang pandang keseluruhan, juga dikenal sebagai sudut tacking atau kemampuan off-boresight, yang mencakup pergerakan seluruh kumpulan pencari. Karena perakitan tidak dapat bergerak secara instan, target yang bergerak cepat melintasi jalur penerbangan rudal mungkin hilang dari IFOV, sehingga memunculkan konsep kecepatan pelacakan, yang biasanya dinyatakan dalam derajat per detik.

Beberapa pencari Jerman paling awal menggunakan solusi pemindaian linier, di mana celah vertikal dan horizontal digerakkan maju mundur di depan detektor, atau dalam kasus Madrid, dua baling-baling logam dimiringkan untuk memblokir kurang lebih sinyal. . Dengan membandingkan waktu penerimaan lampu kilat dengan lokasi pemindai pada saat itu, sudut mati vertikal dan horizontal dapat ditentukan. Namun, pencari ini juga mempunyai kelemahan besar yaitu FOV mereka ditentukan oleh ukuran fisik celah (atau batang buram). Jika ini disetel terlalu kecil, gambar dari target akan terlalu kecil untuk menghasilkan sinyal yang berguna, sedangkan menyetelnya terlalu besar akan membuatnya tidak akurat. Karena alasan ini, pemindai linier memiliki keterbatasan akurasi yang melekat. Selain itu, gerakan bolak-balik ganda ini rumit dan tidak dapat diandalkan secara mekanis, dan umumnya dua detektor terpisah harus digunakan.

Kebanyakan pencari awal menggunakan apa yang disebut pencari spin-scan, helikopter, atau reticle. Ini terdiri dari pelat transparan dengan rangkaian segmen buram yang dilukis di atasnya yang ditempatkan di depan detektor IR. Pelat tersebut berputar dengan kecepatan tetap, yang menyebabkan gambar target terganggu atau terpotong secara berkala.

Sistem Hamburg yang dikembangkan pada masa perang merupakan sistem yang paling sederhana, dan paling mudah dipahami. Helikopternya dicat hitam pada satu bagian dan separuh lainnya dibiarkan transparan.

Untuk uraian ini kami menganggap disk berputar searah jarum jam seperti yang terlihat dari sensor; kita sebut titik rotasi ketika garis antara bagian gelap dan terang adalah horizontal dan sisi transparan berada di atas menjadi posisi jam 12. Sebuah fotosel ditempatkan di belakang disk pada posisi jam 12.

Sebuah target terletak tepat di atas rudal. Sensor mulai melihat target ketika disk berada pada posisi jam 9, karena bagian transparan dari pencacah yang disejajarkan secara vertikal pada target pada posisi jam 12 menjadi terlihat. Sensor terus melihat target hingga helikopter mencapai pukul 3.

Generator sinyal menghasilkan bentuk gelombang AC yang memiliki frekuensi yang sama dengan laju rotasi disk. Ini diatur waktunya sehingga bentuk gelombang mencapai titik tegangan positif maksimum yang mungkin terjadi pada posisi jam 12. Jadi, selama periode target terlihat oleh sensor, bentuk gelombang AC berada dalam periode tegangan positif, bervariasi dari nol hingga maksimum dan kembali ke nol.

Ketika target menghilang, sensor memicu saklar yang membalikkan keluaran sinyal AC. Misalnya, ketika disk mencapai posisi jam 3 dan target menghilang, saklar akan terpicu. Ini adalah saat yang sama ketika bentuk gelombang AC asli memulai bagian tegangan negatif dari bentuk gelombangnya, sehingga saklar membalikkannya kembali menjadi positif. Ketika disk mencapai posisi jam 9, sel beralih lagi, tidak lagi membalikkan sinyal, yang kini memasuki fase positif lagi. Output yang dihasilkan dari sel ini adalah rangkaian gelombang setengah sinus, selalu positif. Sinyal ini kemudian dihaluskan untuk menghasilkan output DC, yang dikirim ke sistem kontrol dan memerintahkan rudal untuk muncul.

Sel kedua yang ditempatkan pada posisi jam 3 melengkapi sistem. Dalam hal ini peralihan terjadi bukan pada posisi jam 9 dan 3, melainkan pada posisi jam 12 dan 6. Mengingat target yang sama, dalam hal ini, bentuk gelombang baru saja mencapai titik positif maksimumnya pada pukul 12 ketika dialihkan ke negatif. Mengikuti proses di sekitar rotasi ini menyebabkan serangkaian gelombang sinus positif dan negatif terpotong. Ketika ini dilewatkan melalui sistem pemulusan yang sama, keluarannya adalah nol. Artinya rudal tidak harus membelok ke kiri atau ke kanan. Misalnya, jika target bergerak ke kanan, sinyalnya akan semakin positif dari yang lebih halus, yang mengindikasikan peningkatan koreksi ke kanan. Dalam praktiknya, fotosel kedua tidak diperlukan, sebaliknya, kedua sinyal dapat diekstraksi dari satu fotosel dengan menggunakan penundaan listrik atau sinyal referensi kedua yang berbeda fase 90 derajat dengan fotosel pertama.

Sistem ini menghasilkan sinyal yang peka terhadap sudut di sekeliling jam, bantalan, tetapi tidak terhadap sudut antara target dan garis tengah rudal, sudut tidak aktif (atau kesalahan sudut). Hal ini tidak diperlukan untuk rudal anti-kapal yang targetnya bergerak sangat lambat dibandingkan rudal dan rudal dengan cepat menyelaraskan dirinya dengan target. Itu tidak sesuai untuk penggunaan udara-ke-udara di mana kecepatannya lebih besar dan gerakan kontrol yang diinginkan lebih halus. Dalam hal ini, sistem hanya diubah sedikit sehingga disk modulasi dipola dalam cardioid yang menghilangkan sinyal selama lebih atau kurang waktu tergantung pada seberapa jauh jaraknya dari garis tengah. Sistem lain menggunakan disk pemindai kedua dengan celah radial untuk memberikan hasil yang sama tetapi dari rangkaian keluaran kedua.

AEG mengembangkan sistem yang jauh lebih maju selama perang, dan ini menjadi dasar sebagian besar eksperimen pascaperang. Dalam hal ini piringan itu diberi pola-pola dengan serangkaian daerah buram, seringkali dalam serangkaian garis-garis radial yang membentuk pola irisan pizza. Seperti Hamburg, sinyal AC dihasilkan sesuai dengan frekuensi rotasi disk. Namun, dalam kasus ini sinyal tidak menyala dan mati dengan sudut tertentu, namun terus-menerus dipicu dengan sangat cepat. Hal ini menciptakan serangkaian pulsa yang dihaluskan untuk menghasilkan sinyal AC kedua pada frekuensi yang sama dengan sinyal uji, namun fasenya dikontrol oleh posisi aktual target relatif terhadap disk. Dengan membandingkan fase kedua sinyal, koreksi vertikal dan horizontal dapat ditentukan dari satu sinyal. Peningkatan besar dilakukan sebagai bagian dari program Sidewinder, dengan mengirimkan output ke headset pilot yang menghasilkan semacam suara geraman yang dikenal sebagai nada misil yang menunjukkan bahwa target terlihat oleh pencari.

Pada sistem awal, sinyal ini diumpankan langsung ke permukaan kendali, menyebabkan gerakan menjentikkan cepat untuk mengembalikan peluru kendali ke posisi semula, sistem kendali yang dikenal sebagai "bang-bang". Kontrol bang-bang sangat tidak efisien secara aerodinamis, terutama saat target mendekati garis tengah dan kontrol terus bergerak maju mundur tanpa efek nyata. Hal ini mengarah pada keinginan untuk memuluskan keluaran ini, atau mengukur sudut dan memasukkannya ke dalam kontrol juga. Hal ini dapat dicapai dengan disk yang sama dan beberapa pekerjaan pada pengaturan fisik optik. Karena jarak fisik antara batang radial lebih besar pada posisi terluar piringan, gambar target pada fotosel juga lebih besar, sehingga memiliki keluaran yang lebih besar. Dengan mengatur optik sehingga sinyal semakin terpotong lebih dekat ke pusat disk, sinyal keluaran yang dihasilkan bervariasi dalam amplitudo dengan sudut mati. Namun, amplitudonya juga akan bervariasi ketika rudal mendekati sasaran, sehingga sistem ini tidak lengkap dan suatu bentuk kendali penguatan otomatis sering kali diperlukan.

Sistem spin-scan dapat menghilangkan sinyal dari sumber yang lebih luas seperti pantulan sinar matahari dari awan atau pasir gurun yang panas. Untuk melakukan hal ini, reticle dimodifikasi dengan membuat separuh pelat tidak ditutupi dengan garis-garis tetapi dengan warna transmisi 50%. Keluaran dari sistem seperti itu adalah gelombang sinus untuk separuh putaran dan sinyal konstan untuk separuh putaran lainnya. Output tetapnya bervariasi sesuai dengan pencahayaan langit secara keseluruhan. Target yang diperluas yang mencakup beberapa segmen, seperti awan, akan menyebabkan sinyal tetap juga, dan sinyal apa pun yang mendekati sinyal tetap akan disaring.

Masalah signifikan pada sistem spin-scan adalah sinyal ketika target berada di dekat pusat turun menjadi nol. Hal ini karena bahkan gambar kecilnya pun menutupi beberapa segmen karena menyempit di bagian tengahnya, menghasilkan sinyal yang cukup mirip dengan sumber yang diperluas sehingga disaring. Hal ini membuat pencari tersebut sangat sensitif terhadap suar, yang menjauh dari pesawat dan dengan demikian menghasilkan sinyal yang semakin meningkat ketika pesawat hanya memberikan sedikit atau tidak sama sekali. Selain itu, ketika rudal mendekati target, perubahan sudut relatif yang lebih kecil sudah cukup untuk memindahkannya keluar dari area pusat nol ini dan mulai menyebabkan input kontrol lagi. Dengan pengontrol bang-bang, desain seperti itu cenderung mulai bereaksi berlebihan pada saat-saat terakhir pendekatan, menyebabkan jarak meleset yang besar dan menuntut hulu ledak yang besar.

Peningkatan besar pada konsep dasar spin-scan adalah pemindai berbentuk kerucut atau con-scan. Dalam susunan ini, reticle tetap ditempatkan di depan detektor dan keduanya ditempatkan pada titik fokus teleskop reflektor Cassegrain kecil. Cermin sekunder teleskop diarahkan sedikit keluar dari sumbunya, dan berputar. Hal ini menyebabkan gambar target diputar di sekitar reticle, bukan reticle itu sendiri yang berputar.

Perhatikan contoh sistem di mana cermin pencari dimiringkan pada 5 derajat, dan rudal melacak target yang saat ini berpusat di depan rudal. Ketika cermin berputar menyebabkan bayangan benda dipantulkan ke arah yang berlawanan, sehingga dalam hal ini bayangan bergerak melingkar 5 derajat dari garis tengah reticle. Artinya, bahkan target yang berada di tengah pun menghasilkan sinyal yang bervariasi saat melewati tanda pada reticle. Pada saat yang sama, sistem spin-scan akan menghasilkan keluaran konstan di pusatnya nol. Flare akan tetap terlihat oleh pencari con-scan dan menyebabkan kebingungan, namun flare tidak akan lagi membanjiri sinyal target seperti yang terjadi pada kasus spin-scan ketika flare meninggalkan titik nol.

Mengekstraksi bantalan target berlangsung dengan cara yang sama seperti sistem spin-scan, membandingkan sinyal keluaran dengan sinyal referensi yang dihasilkan oleh motor yang memutar cermin. Namun, mengekstraksi angle-off agak lebih rumit. Dalam sistem spin-scan, lamanya waktu antar pulsalah yang mengkodekan sudut, dengan menambah atau mengurangi kekuatan sinyal keluaran. Hal ini tidak terjadi pada sistem pemindaian, yang mana gambar secara kasar selalu terpusat pada reticle. Sebaliknya, cara pulsa berubah selama satu siklus pemindaianlah yang mengungkapkan sudutnya.

Misalkan sebuah target terletak 10 derajat di sebelah kiri garis tengah. Ketika cermin diarahkan ke kiri, target tampak dekat dengan pusat cermin, dan dengan demikian memproyeksikan bayangan 5 derajat ke kiri garis tengah reticle. Bila sudah diputar hingga mengarah lurus ke atas, sudut relatif sasarannya adalah nol, sehingga bayangan tampak 5 derajat ke bawah dari garis tengah, dan bila diarahkan ke kanan, 15 derajat ke kiri.

Karena sudut-off pada reticle menyebabkan panjang pulsa keluaran berubah, hasil dari sinyal yang dikirim ke mixer adalah modulasi frekuensi (FM), naik dan turun selama siklus putaran. Informasi ini kemudian diekstraksi dalam sistem kontrol untuk panduan. Salah satu keuntungan utama sistem con-scan adalah sinyal FM sebanding dengan sudut mati, yang memberikan solusi sederhana untuk menggerakkan permukaan kontrol dengan lancar, sehingga menghasilkan aerodinamika yang jauh lebih efisien. Hal ini juga sangat meningkatkan akurasi; rudal spin-scan yang mendekati target akan terkena sinyal terus-menerus saat target bergerak masuk dan keluar dari garis tengah, menyebabkan kontrol bang-bang mengarahkan rudal dalam koreksi liar, sedangkan sinyal FM dari con-scan menghilangkan hal ini. efektif dan meningkatkan kemungkinan kesalahan melingkar (CEP) hingga sedikitnya satu meter.

Kebanyakan sistem pemindaian berusaha menjaga gambar target sedekat mungkin dengan tepi reticle, karena hal ini menyebabkan perubahan terbesar pada sinyal keluaran saat target bergerak. Namun, hal ini juga sering menyebabkan target menjauh dari reticle sepenuhnya ketika cermin diarahkan menjauhi target. Untuk mengatasi hal ini, bagian tengah reticle dicat dengan pola transmisi 50%, sehingga ketika gambar melintasinya, keluarannya menjadi tetap. Namun karena cermin bergerak, periode ini menjadi singkat, dan pemindaian normal yang terputus dimulai saat cermin mulai mengarah ke target lagi. Pencari dapat mengetahui kapan gambar berada di wilayah ini karena terjadi tepat di seberang titik ketika gambar jatuh seluruhnya dari pencari dan sinyal menghilang. Dengan memeriksa sinyal ketika diketahui melintasi titik ini, sinyal AM yang identik dengan spin-scan seeker dihasilkan. Jadi, dengan biaya tambahan elektronik dan pengatur waktu, sistem con-scan dapat mempertahankan pelacakan bahkan ketika target berada di luar sumbu, yang merupakan keuntungan besar lainnya dibandingkan bidang pandang terbatas dari sistem spin-scan.

Pencari susunan silang menyimulasikan aksi reticle dalam sistem pemindaian melalui tata letak fisik detektor itu sendiri. Fotosel klasik biasanya berbentuk bulat, namun perbaikan dalam teknik konstruksi dan khususnya fabrikasi solid-state memungkinkan fotosel dibuat dalam bentuk apa pun. Dalam sistem array bersilang (biasanya) empat detektor persegi panjang disusun dalam bentuk seperti salib (+). Pemindaian dilakukan secara identik dengan pemindaian, yang menyebabkan gambar target dipindai di setiap detektor secara bergantian.

Untuk target yang berpusat di FOV, gambar berputar mengelilingi detektor dan melintasinya pada titik relatif yang sama. Hal ini menyebabkan sinyal dari masing-masing pulsa menjadi identik pada titik waktu tertentu. Namun, jika target tidak berada di tengah, jalur gambar akan diimbangi, seperti sebelumnya. Dalam hal ini jarak antara detektor yang terpisah menyebabkan penundaan antara kemunculan kembali sinyal bervariasi, lebih lama untuk gambar yang jauh dari garis tengah, dan lebih pendek ketika lebih dekat. Sirkuit yang terhubung ke cermin menghasilkan sinyal perkiraan ini sebagai kontrol, seperti dalam kasus con-scan. Membandingkan sinyal detektor dengan sinyal kontrol menghasilkan koreksi yang diperlukan.

Keuntungan dari desain ini adalah memungkinkan penolakan suar yang jauh lebih baik. Karena detektornya tipis dari sisi ke sisi, maka secara efektif mereka memiliki bidang pandang yang sangat sempit, tidak bergantung pada susunan cermin teleskop. Saat peluncuran, lokasi target dikodekan ke dalam memori pencari, dan pencari menentukan kapan ia mengharapkan untuk melihat sinyal tersebut melintasi detektor. Sejak saat itu, sinyal apa pun yang datang di luar periode singkat yang ditentukan oleh sinyal kontrol dapat ditolak. Karena suar cenderung berhenti di udara segera setelah dilepaskan, suar tersebut dengan cepat menghilang dari gerbang pemindai. Satu-satunya cara untuk menipu sistem seperti itu adalah dengan terus menerus melepaskan suar sehingga ada yang selalu berada di dekat pesawat, atau menggunakan suar yang ditarik.

Rosette seekers, juga dikenal sebagai pseudoimager, menggunakan sebagian besar tata letak mekanis sistem pemindaian, namun menambahkan cermin atau prisma lain untuk menciptakan pola yang lebih kompleks, menggambar roset. Dibandingkan dengan sudut pemindaian yang tetap, pola roset menyebabkan gambar dipindai ke sudut yang lebih besar. Sensor pada poros penggerak diumpankan ke mixer yang menghasilkan sampel sinyal FM. Mencampur sinyal ini dengan sinyal dari pencari akan menghilangkan gerakan, menghasilkan sinyal keluaran yang identik dengan sinyal dari pemindaian. Keuntungan utamanya adalah pencari roset memindai bagian langit yang lebih luas, sehingga lebih sulit bagi target untuk keluar dari bidang pandang.

Kelemahan dari pemindaian roset adalah menghasilkan keluaran yang sangat kompleks. Objek dalam FOV pencari menghasilkan sinyal yang benar-benar terpisah saat memindai sekeliling langit; sistem mungkin melihat target, suar, matahari, dan tanah pada waktu yang berbeda. Untuk memproses informasi ini dan mengekstrak target, sinyal individual dikirim ke memori komputer. Selama periode pemindaian lengkap, ini menghasilkan gambar 2D, yang memberinya nama pseudo imager. Meskipun hal ini membuat sistem menjadi lebih kompleks, gambar yang dihasilkan menawarkan lebih banyak informasi. Flare dapat dikenali dan ditolak berdasarkan ukurannya yang kecil, awan karena ukurannya yang lebih besar, dan sebagainya.

Rudal pencari panas modern memanfaatkan pencitraan inframerah (IIR), di mana sensor IR/UV merupakan susunan bidang fokus yang mampu menghasilkan gambar dalam inframerah, seperti CCD pada kamera digital. Hal ini memerlukan lebih banyak pemrosesan sinyal namun bisa jauh lebih akurat dan sulit ditipu dengan umpan. Selain lebih tahan terhadap suar, pencari baru juga cenderung tidak tertipu untuk mengunci diri di bawah sinar matahari, yang merupakan trik umum lainnya untuk menghindari rudal pencari panas. Dengan menggunakan teknik pemrosesan gambar tingkat lanjut, bentuk target dapat digunakan untuk menemukan bagian paling rentan yang menjadi tujuan peluru kendali. Semua rudal udara-ke-udara jarak pendek barat seperti AIM-9X Sidewinder dan ASRAAM menggunakan pencari inframerah pencitraan, serta PL-10 SRAAM Tiongkok, TC-1 Taiwan, Python-5 Israel, dan R-74M/ Rusia M2.

Ada dua cara utama untuk mengalahkan pencari IR, menggunakan flare suar atau jammer IR.

• Peluru kendali
• Radar
• Electronic countermeasure (ECM)
• Sistem Navigasi Inersia
• Navigasi proporsional
• Peperangan elektronik
• Pengeboman presisi
• Amunisi berpandu presisi
• Murang proksimitas
• Sensor proksimitas
• Panduan terminal
• Pemandu laser
• Pemandu inframerah
• Radar homing aktif
• Radar tracker

1. ^ Turpin, Lauri (5 February 2009). "Large Aircraft Infrared Countermeasures-LAIRCM". 440th Airlift Wing, USAF. Diarsipkan dari versi asli tanggal 20 September 2010. 
2. ^ MULTISERVICE AIR-AIR, AIR-SURFACE, SURFACE-AIR BREVITY CODES (PDF), Air Land Sea Application (ALSA) Center, 1997, hlm. 6, diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-02-09, diakses tanggal 2008-02-23