光電對抗中的干擾技術及趨勢

【摘要】介紹了光電對抗中的無源干擾技術和有源干擾技術。無源干擾技術主要介紹了煙幕干擾和水幕干擾技術。有源干擾技術主要介紹了紅外誘餌彈、紅外干擾機和激光干擾機。同時簡要分析了干擾技術的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】光電無源干擾技術；煙幕干擾；水幕干擾；紅外誘餌彈

1.引言

光電干擾分為有源干擾和無源干擾兩大類。有源干擾又細分為欺騙式干擾和壓制性干擾兩類。欺騙式干擾包括紅外誘餌彈、紅外干擾機和激光干擾機。壓制性干擾包括致盲式低能激光武器、殺傷性激光武器和激光反輻射武器。無源干擾是一種非常有效的干擾手段，主要作用在于改變目標光學傳輸特性和改變目標光學特性兩方面，主要手段包括煙幕和水幕干擾、紅外輻射抑制、激光吸收涂層和平臺外假目標等。

2.光電無源干擾技術

2.1 煙幕和水幕干擾技術

煙幕或水幕干擾是通過研究波能量的吸收和衰減作用，使敵方光電器材和制導武器無法得到維持正常成像、觀察、搜索和跟蹤所需要的光波能量而失去作用。煙幕干擾或水幕干擾可對敵方光電設備起到十分有效的對抗干擾作用，因此在當前的光電對抗中占有重要的地位。

煙幕是由煙（固體微粒）和霧（液體微粒）組成，屬于氣溶膠體系，是不均勻光學介質。當光線通過煙幕時，由于波長的不同，微粒的大小、形狀、表面粗糙程度和性質的不同將會對光線產生不同程度的吸收和散射作用（即吸收作用），從而使透過煙幕后光線的強度小于進入光線的強度。而且煙的濃度或厚度越大，光線的吸收也越嚴重，甚至完全無法得到由目標反射或輻射出的維持光學設備正常工作所需要的光學能量。這就是通過煙幕的遮蔽作用而保護目標的基本作用原理。

為使煙幕達到遮蔽目標的目的，必須根據戰(zhàn)術要求和作戰(zhàn)意圖有計劃地施放某種煙霧，而且在施效煙霧時，應該快速拋撒，快速成煙，煙的厚度、濃度和面積均應滿足戰(zhàn)術設計要求。此外，還要考慮到風向和風力、溫度、濕度等諸多因素的影響。只有這樣，煙幕才能起到較好的干擾作用。

發(fā)煙劑是煙幕武器的核心部分。早期的發(fā)煙劑主要遮蔽可見光光線。這類發(fā)煙劑有黃磷發(fā)煙劑、赤磷發(fā)煙劑、霧油發(fā)煙劑以及氯化鋅/銨鹽混合物等。隨著紅外制導導彈威脅的增加又研制出可遮蔽紅外線的發(fā)煙劑，例如六氯乙烷復合干擾發(fā)煙劑等。又例如，美國陸軍研究的黃磷類煙霧劑可形成對3-5um和8-12um中遠紅外波段的紅外輻射有較好遮蔽效果的厚煙幕云。美海軍研制的氯化鋅/銨鹽混合物發(fā)煙劑在燃燒時，產生大量濃密、吸水的氯化鋅微粒。當這些微粒吸收空氣中的水分時，形成大量濃厚的煙幕。德國在六氯乙烷中加入12-25%聚苯乙烯等芳香旗高聚物，燃燒形成粒度約1-10um的碳粒氣溶膠，對3-5um紅外輻射有較強的吸收作用。德國研制的微粒尺寸為3-60um的粉末氣熔膠對8-14um的紅外輻射有較強的干擾性質。

目前，還研制出比大氣氣溶膠遮蔽紅外輻射效果更好的人工氣溶膠。這種人工氣溶膠由環(huán)氧樹脂、酚樹脂、聚乙烯樹脂等高分子物質組成，其特點是顆粒質量更小，散射面積更大，具有更好的諧振尺寸和更高的折射率，因而對紅外輻射有更強的散射和吸收作用。研究中的多功能紅外煙幕可遮蔽從可見光、近紅外光到遠紅外光整個紅外輻射區(qū)的紅外輻射，而且遮蔽面積很大。這種煙幕彈有可能使敵方紅外熱成像系統(tǒng)完全失去作用。

其次是水幕遮蔽技術。這種方法是在紅外制導導彈來襲方向上，距艦船目標一定位置，快速大面積地噴灑水霧，形成一定厚度的遮蔽屏障。水幕中大量水霧微粒吸收和散射艦船目標的紅外能量，大大降低了紅外輻射的透過率，使紅外制導武器尋的頭迷盲而失效。據計算，厚1mm的水幕，在整個紅外波段的衰減可達到5-1200倍，尤其對遠紅外。中紅外的輻射衰減十分明顯。這就表明，如果在艦船周圍布設較厚水幕，則將會對防止紅外成像制導導彈攻擊產生一定效果。

水幕不足之處是對可見光遮蔽不夠好。為此，可在其中加入黑色染料。這樣，就可形成在整個紅外光和可見光十分良好的水幕遮蔽層。

2.2 紅外輻射抑制

艦船紅外輻射抑制是增強艦船“隱身”特性的重要手段之一，它對增強艦船的總體紅外對抗能力，即增強艦船的隱蔽性、保密性和生存能力具有非常重要的意義。

對艦船紅外輻射來說，首先應注意熱源輻射。艦船中的各種發(fā)動機上升煙道，由煙道排放物質形成的“羽煙”，溫度都很高。對紅外尋的反艦導彈來說，這些區(qū)域為一些“亮點”，極易受到這種導彈的攻擊。其次是遠紅外輻射，艦船的絕大部分殼體和上層建筑表面溫度接近環(huán)境空氣溫度，因而主要輻射遠紅外信號。敵方IRST系統(tǒng)，可根據艦船的遠紅外圖像，判斷出艦船內部機器安裝結構、武器及電子系統(tǒng)配備，布局甚至推進系統(tǒng)的情況等。

因此，理想的紅外抑制，應使艦船成為紅外制導導彈和IRST系統(tǒng)無法“看見”的隱身目標。具體地講，艦船紅外抑制最重要要求是消除或抑制高強度的中紅外熱輻射源，使其成為擴展的、具有低輻射和低對比度特性的目標。與中紅外信號相比，對艦船遠紅外信號的抑制要困難得多。對遠紅外信號的抑制要求是使艦船和背景間、艦船內各部分間成為對比度更低甚至均勻的擴展目標，致使敵方紅外成像系統(tǒng)對這些目標的探測很困難，所探測的紅外圖像也非常模糊，無法辨認。

目前，一些國家在艦船上已不同程度地裝上了專用紅外抑制設備。專用紅外抑制設備已成為當今或今后艦船的重要組成部分之一。

對艦船紅外抑制的方法很多，但概括起來，大致有散熱降溫法、隔熱降溫法、噴涂涂料法和熱轉移法四種。

（1）散熱降溫法：改進煙道結構，使發(fā)動機燃油廢氣分散排出；在煙道四周噴灑水霧或加裝紅外輻射檔板；將排放的高溫廢氣分向艦船的兩舷，在艦船內經過廢氣快速回冷系統(tǒng)進行冷卻；在煙道中，裝上注入冷空氣的專用設備，來冷卻可探測的熱金屬表面和灼熱的廢氣；在發(fā)動機動機和其艙壁間噴射冷空氣，等等。通過上述措施，可大大減少艦船溫度區(qū)域3-5um中紅外波段的輻射，同時降低了與周圍空間的熱對比度。這對艦船對紅外制導導彈的綜合對抗是十分重要的。

（2）隔熱降溫法：對發(fā)動機加隔熱罩；發(fā)熱部位包覆隔熱材料，如無機毛氈材料等。

（3）噴涂涂料法：在艦船適當部位涂覆紅外輻射低的涂料，以減少艦船在長紅外波段的輻射信號。

（4）熱轉移法：通過采用輻射率不同的涂覆材料，使原熱源相對位置發(fā)生變化，從而改變了艦船紅外圖像特征，這就造成紅外成像制導導彈分辨和識別目標的困難，增強了艦船的隱身特性。

3.光電對抗中的有源干擾技術

3.1 紅外誘餌彈

紅外誘餌彈是一種用于對抗非成像紅外制導導彈的點源式紅外有源假目標。隨著紅外制導導彈大量的使用，紅外誘餌彈干擾紅外制導導彈的應用也得到廣泛訊速的發(fā)展。紅外誘餌彈的發(fā)展可追溯到60年代初期。當時，美國為了對付工作在1.5um近紅外的防空紅外制導導彈而研制了紅外誘餌彈。紅外誘餌彈形成一個比飛機更強的紅外源，從而可誘騙紅外制導導彈。由于紅外誘餌彈與射頻箔條具有類似的彈型和尺寸，因此，它們往往使用相同的發(fā)射管。通常，用同一發(fā)射管發(fā)射紅外和箔條兩種誘餌彈，或發(fā)射一種既有紅外誘餌又有箔條的箔條/紅外誘餌彈。這種復合的誘餌彈可用來對抗雷達/紅外尋的導彈。

紅外誘餌彈的主要戰(zhàn)術要求是：干擾頻段要與被干擾目標尋的器的工作頻段一致，目前多為3-5um頻段。紅外火距必須在紅外制導尋的跟蹤視場范圍內形成。滿足留空時間，一般為30-40s。在留空時間內，如采用單發(fā)彈布設模式，則要求該彈始終在導引頭跟蹤范圍內燃燒；在采用多發(fā)彈模式時，多發(fā)彈應相繼接力式燃燒，以便總有紅外彈在尋引頭跟蹤范圍內燃燒。對導彈的干擾效果取決于多種因素，例如紅外誘餌彈輻射強度、艦船紅外輻射峰值強度、紅外彈爆距、風向、風速、艦船機動航行能力等。此外，與導引頭自導距離多少及其抗干擾能力也有密切的關系。

紅外誘餌彈系統(tǒng)一般由發(fā)射系統(tǒng)和紅外誘餌彈兩部分組成。發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射架、發(fā)射管、監(jiān)控器、數據處理器、艦艇機動指示器和接口設備，紅外誘餌彈的核心部分是產生紅外能源的藥柱，主要采用固體燃料，少數也采用液體燃料。一種典型的固體藥柱是由鎂、氧化劑（如聚四氟乙烯）和粘合材料（如氟橡膠）這些燃料成分組成的。這種藥柱簡稱為MTV。MTV紅外彈在燃燒時，可產生較強的3-5um紅外輻射，其性能指數可由上升到峰值時間、峰值強度和總燃燒時間來表征。

紅外彈根據彈種不同，有如下幾種不同的布設形式：

（1）懸掛式：這種布設方式的特點是燃燒的紅外誘餌火炬懸排在降落傘下，一邊徐徐下降，一邊緩慢燃燒。在空中一定高度形成一個紅外誘餌。

（2）浮標式：這種布設方式的特點是燃燒的紅外火炬開始在空中形成紅外誘餌，同時在降落傘制動下落到海面，然后由浮標將其支撐在海面上繼續(xù)燃燒。

（3）爆燃式：這種紅外誘餌彈中的子彈藥在預定的空中彈道多個位置上爆炸燃燒。在海面上空預定高度上形成一片燃燒的誘餌云。

（4）拋射式：這種紅外誘餌彈是在預定的空中彈藥點利用火藥燃氣將大量彩球狀紅外誘餌煙火星體拋到空中燃燒，形成一片紅外誘餌云。

這四種方法，也可簡單歸為兩類。第一、第二種為單發(fā)紅外彈布設，第三、第四種為多發(fā)紅外彈布設。

單發(fā)式布設的優(yōu)點是彈藥結構簡單，一枚紅外火炬形成一個紅外假目標，有效燃燒時間比較長，缺點是紅外輻射面積較小，頻帶窄（3-5um），強度低（1000W/球面度）。多發(fā)式布設的優(yōu)點是形成紅外誘餌速度快（約1s），輻射能量高（2000W/球面度），有效輻射頻帶寬（3-5um和8-12um），輻射面積大，缺點是單數燃燒時間短（如2.5s）。這一缺點可用多數紅外彈來彌補，形成接力式紅外誘餌云。這種運動著的紅外誘餌云可精確模擬艦船的運動，從而給來襲紅外導彈有一個運動目標的假象，這就有可能提高干擾效果。但總的看來，兩種方式各有優(yōu)缺點，因此，二者綜合使用效果更佳。

單發(fā)式的典型例子是美國的RBOC紅外彈。該彈射高65m，傘降速平均值為4m/s，在空中燃燒后降至海面上，然后以浮標式在海面繼續(xù)燃燒?？偟挠行紵龝r間為40s。RBOC彈中的紅外火炬下降速度為2m/s，落至海面熄滅。

多發(fā)紅外彈典型代表為法國“達蓋”誘餌系統(tǒng)。該彈以彈藥單元進行發(fā)射，艦上儲存有120個這樣的彈藥單元。彈藥單元被發(fā)射后產生34枚紅外彈，包括初始彈7枚，不帶降落傘，在約20m高度處爆炸燃燒，持續(xù)時間約4s；中間彈5枚，帶降落個，在距海面約13m處燃燒，5枚彈總的持續(xù)時間約2s；后繼彈22枚，帶降落傘，引爆碰炸引信使彈繼續(xù)上升至海面約15m處燃燒，每間隔1s相繼落至海面，每枚彈燃燒時間約2.5s。

紅外誘餌彈對紅外制導導彈有沖淡干擾和質心干擾兩種。所謂沖淡干擾是在艦船接到告警后，向艦船周圍發(fā)射4枚紅外誘餌彈，誘騙導彈捕捉假目標，降低導彈對艦船的捕捉距離。這種方法要求紅外誘餌彈落在導彈的搜索范圍內，而不能落在跟蹤視場內，因此是一種遠距離干擾。質心干擾的方式是這樣的：當紅外制導導彈已跟蹤艦船時，艦船立刻投放出紅外誘餌彈，紅外誘餌彈很快燃燒，并與艦船都出現在導彈跟蹤視場內。由于紅外誘餌彈輻射波長與艦船相似，且輻射能量又大于艦船輻射能量，根據質心干擾原理，導彈的紅外導引頭將跟蹤紅外誘餌彈和艦船的質量中心。這個中心隨時間越來越偏離艦船，而偏近紅外誘餌彈的燃燒中心。最后，紅外制導導彈攻擊這個中心，從而信艦船得到保護。

目前艦船誘餌彈普遍采用質心干擾。但這種方法保護小艇尚可，保護大型艦船難度較大。另外，在質心干擾中，只有戰(zhàn)術運用合理（如布設時間、空間等）才能收到滿意的干擾效果。

3.2 紅外干擾機

紅外干擾機是一種正逐步開始使用的有效有源紅外對抗裝置。它由紅外干擾源、調制器和控制器幾部分組成。紅外干擾源可在某波長范圍內（例如3-5um）產生足夠強的紅外干擾源信號。調制器根據控制信號，把干擾源信號調制成所需要的方式和強度，經光學系統(tǒng)發(fā)送出去，形成紅外干擾信號。控制器目前多采用微處理機，由它產生所要求的干擾編碼和強度的控制信號，來對紅外干擾源、調制器及光學系統(tǒng)進行控制。紅外干擾機針對不同干擾對象（如不同的紅外制導導彈）的工作原理和制導規(guī)律而采用編碼形式和強度不同的紅外干擾。例如，在干擾紅外點源調幅式制導導彈時，紅外干擾機可發(fā)射出經調制的精確編碼的紅外脈沖串，其調制頻率可在某個范圍內進行掃描，以達到可干擾多種型號的紅外制導導彈。所發(fā)出的紅外脈沖串對導彈紅外尋的器產生干擾信號。該信號與目標（例如艦船）的紅外輻射信號相迭加，這樣即使導彈已跟蹤上目標，也會產生一個錯誤制導信號而誘使導彈偏離開目標，從而達到干擾的效果。

紅外干擾機的主要特點是：（1）工作波長可人為選擇，從而增強了對各種導彈的干擾能力。（2）紅外干擾機與被保護平臺構成一體，使來襲導彈無法從速度上把目標與干擾信號分開。（3）紅外干擾機可較長時間連續(xù)工作，這就彌補了紅外誘餌彈干擾時間短、彈藥有限等不足。

紅外干擾機的核心是紅外輻射源。紅外輻射源有不同分類法。一種分類是用加熱方式分，分為直熱式和旁熱式兩種。例如，各種類型的金屬（如鎳鉻絲）和表面燒結一層紅外涂層的合金絲等，均為直熱式輻射源。旁熱式輻射源應用更多。這種輻射源是通過對發(fā)熱體高溫加熱，使罩在外面的耐高溫紅外輻射材料受熱而產生紅外輻射。另一種分類是按所用材料分為燃油型、電熱型和強光燈型三種。

（1）燃油型：燃油型紅外輻射源有幾種工作方式。一種為燃油發(fā)動機燃料作為熱源向外輻射紅外熱量（直熱式）。另一種是用燃油加熱陶瓷棒產生輻射紅外熱量（旁熱式）。第三種是從干擾器中噴出燃油，延遲一段時間后立即燃燒，迅速形成一個模擬目標的巨大輻射源來誘餌導彈偏航。這種方式稱為“熱磚”干擾技術。有些文獻也把這種方式列入紅外誘餌彈之列。

（2）電熱型：這種紅外輻射源主要是用電加熱陶瓷、石英、石墨等材料，產生紅外輻射，能常采用旁熱工作方式。例如美國的AN/ALQ-144型紅外干擾機為電加熱陶瓷，改進型為電加熱石墨。

（3）強光源型：特點是用銫蒸氣燈、氙弧燈或燃料噴燈和藍寶石燈等作為紅外輻射源。其中，銫蒸氣燈應用較多，這一方面是因為銫蒸氣厭比較合適，約130K大氣厭（在1000K工作溫度下），另一方面則是由于可用音頻電流對調制器進行調制，從而形成調制型紅外干擾源。氙燈雖不如銫燈那樣有效，但氙燈更亮，使用壽命長，而且一開機即可達到峰值輸出，因而便于對干擾信號進行調制。

由于紅外干擾機干擾信號是經光學系統(tǒng)發(fā)出的，因而具有較強的方向性，在使用中，與之配用的光電支援系統(tǒng)應具備足夠的跟蹤目標能力。例如，美國的“熒火蟲”氙燈型紅外干擾機發(fā)射束寬為6°，與之配用的導彈告警系統(tǒng)為采用256×256元的HgCdTe紅外焦平面陣列器件，跟蹤精度為0.05°。用這樣的紅外告警系統(tǒng)，紅外干擾機所發(fā)射出的干擾信號，便能可靠地照射到來犯的導彈目標上。

下面，舉幾個美國研制的紅外干擾機的實例。AN/ALQ-132型是用燃油與空氣的混合物加熱陶瓷棒產生紅外輻射，經調制后去精確模擬發(fā)動機尾焰的紅外光譜，用于欺騙和干擾敵方導彈導引頭。這種紅外干擾機已裝在美國海軍A-4、A-6、OV-10等飛機吊艙中。AN/ALQ-157型采用銫蒸氣燈作為紅外輻射源，經調制后產生脈沖式紅外干擾信號。該設備已裝在美國三軍SH-3、CH-47等直升機和P-3C直升機吊艙中，AN/ALQ-140型是用電加熱陶瓷塊產生紅外輻射，已裝在美海軍F-4飛機屬艙中。另一種AN/ALQ-47型是采用“熱磚”方式，即在人工或自動控制裝置操縱下，向后突然噴出一定量的燃油。燃油延遲一段時間（或距離）后突然燃燒，形成與平臺完全相同的紅外輻射能量，以誘騙來襲紅外制導導彈丟失目標。

4.結束語

展望未來，為適應紅外探測設備發(fā)展的形勢，必須更加科學和完善地建立艦船紅外圖像預測和管理體系，同時，將更加注意各種紅外抑制方法的綜合應用，從而增強光電對抗的有效性。

參考文獻

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