機載導彈逼近告警技術(shù)發(fā)展分析*

張 潔

(中國電子科技集團公司光電研究院 天津 300000)

機載導彈逼近告警技術(shù)發(fā)展分析*

張 潔

(中國電子科技集團公司光電研究院 天津 300000)

簡述了在對抗光電精確制導武器的大背景下,紅外告警→紫外告警→雙色告警這一技術(shù)發(fā)展沿革構(gòu)成了幾十年來機載導彈告警發(fā)展的路線圖。紅外導彈告警技術(shù)歷經(jīng)數(shù)代重大變革。同時,紫外導彈告警技術(shù)作為紅外告警低谷時期應(yīng)運而生的一種新技術(shù),不斷發(fā)展,大量列裝。最后,通過對比紅外告警和紫外告警各自的特點,分析未來光電告警的發(fā)展趨勢。

導彈逼近告警; 紅外告警; 紫外告警; 雙色告警

Class Number TN97

1 引言

隨著制導武器性能的不斷提高,精確制導武器的有效性在近年來歷次局部戰(zhàn)爭中反復得以證明,已成為軍用平臺的嚴重威脅。根據(jù)英國BAE公司的統(tǒng)計,1973～2002年間,在損毀的1650架飛機中,被紅外導彈擊落的比例達49%。海灣戰(zhàn)爭中,多國部隊被導彈擊落的27架飛機中,多數(shù)也是被紅外(IR)導彈擊落的。幸存的飛行員說:“直到被擊中才知道自己處在敵人的攻擊之下”。鑒于上述事實,為了提高作戰(zhàn)飛機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的生存能力,免遭導彈的攻擊,必須裝備性能可靠的機載導彈逼近系統(tǒng)(MAWS)[1]。

導彈逼近告警作為對抗前端,是飛機獲取威脅信息、啟動紅外干擾并進行戰(zhàn)術(shù)規(guī)避的重要前提,它可以連續(xù)工作、對相當大空域內(nèi)的威脅以很低的虛警率明確、快速告警,提示平臺采取相應(yīng)對抗措施,從而有效提高飛機在低空突防、空中格斗、近距支援、對地攻擊、起飛和著陸等情況下對近距紅外制導的空-空導彈和短程地-空導彈的對抗能力。

導彈逼近告警分紅外、紫外和PD三種方式。PD型的導彈逼近告警由于主動發(fā)射電磁輻射,在不斷強調(diào)電磁隱身作戰(zhàn)環(huán)境中,易暴露自身目標且重量較重,其應(yīng)用已成為歷史;紫外型的導彈逼近告警已在國外發(fā)展較為成熟且其本身具備低虛警特點;紅外型的導彈逼近告警由于受虛警等影響,其研究工作起步早、進展慢,但近年來發(fā)展迅速。

紅外告警系統(tǒng)采用紅外掃描或凝視成像探測器,并且多采用中波波段實現(xiàn)對遠距離高溫小目標(導彈)的被動探測,具有自身隱蔽性好、抗干擾能力強、探測目標范圍廣且作用距離較紫外告警遠等特點。紅外告警系統(tǒng)能探測導彈發(fā)動機工作時的強紅外輻射,也能探測慣性飛行時導彈蒙皮氣動加熱形成的高溫,因此對被動段導彈具有一定探測能力。

紫外告警系統(tǒng)工作于波長為220nm～280nm的“太陽光譜盲區(qū)”,利用導彈發(fā)射或飛行時,發(fā)動機噴出的尾焰中含有的較強紫外輻射,采用相應(yīng)紫外探測器測出導彈飛行運動情況,通過信息處理器的分析、處理和判斷,對危險目標實施告警。紫外告警工作波段內(nèi)的太陽紫外輻射幾乎被地球的臭氧層所吸收,如果能探測出紫外輻射,就可能是導彈。由于地-空或近距導彈攻擊的全過程中,其發(fā)動機大部分時間處于工作狀態(tài),因此該系統(tǒng)適用于近距導彈的告警。

2 國外紅外告警發(fā)展狀況

紅外告警裝備的研究從上世紀五、六十年代已開始,歷經(jīng)數(shù)代,曲折發(fā)展了幾十年,復雜背景引起的嚴重虛警問題極大地限制了紅外告警在整個導彈逼近告警市場的迅速發(fā)展。直至上世紀90年代末,隨著雙色紅外技術(shù)等的應(yīng)用,紅外告警才日趨成熟,出現(xiàn)了一些實用的裝備,如美國的AAR-44、AAR-56,德國的PIMAWS,法國的SAMIR導彈告警系統(tǒng)等(圖1),但裝備數(shù)量有限。這些裝備具有全方位告警能力,可自動完成對目標的跟蹤和定位并引導干擾系統(tǒng)工作,通過有效使用干擾物保護先進的戰(zhàn)斗機/攻擊機免受空-空和地-空導彈的攻擊[2]。

圖1 國外現(xiàn)役典型紅外告警系統(tǒng)

美國經(jīng)歷了從AN/AAR-34到AAR-58共計四代產(chǎn)品。新一代紅外告警設(shè)備具有全方位的告警能力,可完成對大群目標的搜索、跟蹤和定位,自動引導干擾系統(tǒng)工作,其大面積陣列的區(qū)域凝視技術(shù),目標的分辨率最高可達微弧量級,告警距離可達10km～20km。其多光譜探測器能識別陽光輻射、地域中水面背景和干擾,具有多種判別模式,并能選擇一個或兩個傳感器單元。AAR-FX的良好性能和適應(yīng)性使其成為戰(zhàn)斗機、運輸機、直升機、裝甲車輛和軍艦的理想選擇。

1) AN/AAR-44。1980年完成飛行試驗,裝備了美國空軍C-130等飛機。近年來,隨著探測器、信號處理等技術(shù)的發(fā)展,紅外告警的性能和技術(shù)水平進一步提高。AAR-58的前身為AAR-44(V),而AAR-44(V)是AAR-44的輕小型和改進型,探測器采用3m～5m波段InSb線陣(10元×2列)掃描式雙光譜探測,覆蓋區(qū)域:水平180°,垂直180°,角分辨率1°。AAR-58系統(tǒng)的質(zhì)量僅9kg,為AAR-44的1/3,而且組合了改進的算法,可進一步減小虛警率。AAR-58可安裝在高性能的飛機內(nèi)部,也可用吊艙安裝。AAR-58采用單一裝置的設(shè)計,探測頭、掃描器和處理器均安裝在一起,重量9kg,導彈報警系統(tǒng)的全部計算功能都包括在容器中。采用這種單一裝置的設(shè)計,便于安裝和與定向相干對抗投放系統(tǒng)組合。掃描器采用雙波段轉(zhuǎn)動掃描器,能覆蓋75%的全球空域。要求提供全球空域防護的飛機,需要安裝兩個裝置。1997年夏天,AAR-58在英國成功進行了導彈實彈發(fā)射試驗[3]。

2) 德國EADS公司。EADS公司為A400M運輸機開發(fā)了雙色紅外導彈告警系統(tǒng)。雙色紅外傳感器采用先進的紅外超點陣探測器技術(shù),在保持紅外探測器測距性能的情況下,其虛警率大幅降低,是世界上第一種應(yīng)用單片多色紅外同時探測技術(shù)的導彈告警系統(tǒng)。EADS公司采用的雙色紅外探測器技術(shù)已于2004年通過了實驗室驗證,2004年12月底開始進行雙色紅外導彈告警系統(tǒng)的研制工作,并在隨后幾周內(nèi)獲得了一項合同。首套雙色告警系統(tǒng)在2009年推出。

3) 法國SAGEM、MatraBAE公司。法國SAGEM、MatraBAE動力系統(tǒng)公司聯(lián)合研制了SAMIR導彈告警系統(tǒng),具有高探測概率和低虛警率,并能及時啟動有效的電子對抗措施。SAMIR采用了先進的信號處理技術(shù)和紅外雙色探測技術(shù)、綜合冷卻裝置,有對多導彈威脅的探測能力,具有高探測概率和低虛警率,并能及時啟動有效的電子對抗措施,能安裝在各種類型的飛機平臺,探測器采用3m～5m波段MCT線陣(10元×2列)掃描式雙光譜探測,覆蓋區(qū)域:水平180°,垂直85°,角分辨率1°,重量9kg。尺寸為295×170×160。

SAMIR導彈告警系統(tǒng)已投入生產(chǎn),裝備于法國空軍“幻影”2000飛機和“陣風”戰(zhàn)斗機。目前,MBDA公司正為“陣風”C/D等研制DDM-NG紅外告警,可在4π空域內(nèi)提供導彈告警以外的功能(如態(tài)勢感知)[4]。

4) 分布孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)。分布孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)是機載紅外系統(tǒng)的最新成就,基于紅外告警系統(tǒng),可實現(xiàn)連續(xù)的高分辨率全空間覆蓋,其多種功能包括導彈逼近告警、近距紅外態(tài)勢感知(SAIRST)、下視紅外目標指示、輔助導航等,可與頭盔瞄準系統(tǒng)耦合使飛行員能下視、側(cè)視或后視。F-35裝備了AN/AAQ-37紅外分布孔徑系統(tǒng)由6個雙色紅外傳感器提供360°覆蓋。AN/AAQ-37由F-22的AN/AAR-56演化而來,其能力在導彈告警任務(wù)基礎(chǔ)進行了大幅拓展。

5) 多光譜紅外告警。通過多光譜光電傳感器獲取目標的光譜信息以及對主目標、背景光譜維信息的處理,提高對目標的識別能力并充分降低虛(誤)警技術(shù),是導彈告警技術(shù)未來發(fā)展的重要趨勢。雙色紅外告警是目前最為先進的光電告警機制。主要有諾斯羅普·格魯曼公司為美國空軍大型飛機紅外定向?qū)?LAIRCM)系統(tǒng)研制的多成像、多光譜(MIMS)雙色紅外導彈告警系統(tǒng),以及由歐洲航空防務(wù)與航天公司(EADS)和泰利斯公司合作為歐洲A400M大型軍用運輸機開發(fā)制造的雙色紅外導彈告警系統(tǒng)(MIRAS)[5]。

3 國外紫外告警發(fā)展狀況

導彈逼近紫外告警作為一項新型的光電對抗技術(shù),被譽為21世紀最具影響力的高技術(shù)之一,盡管發(fā)展歷史較短但憑借小巧、低價,不需致冷、環(huán)境適應(yīng)性強、虛警率低、技術(shù)成熟等特點,成為當今世界上型號最多、裝備量最大的MAWS,并已逐漸成為一種標準配置而越來越多地出現(xiàn)在各類高價值(包括民用)平臺上[6]。

自1987年美國Loral公司成功裝備了第一臺紫外告警系統(tǒng)AAR-47,以色列、南非、德、法等國家的十幾家公司陸續(xù)推出了AAR-54、AAR-57、AAR-60,吉它-350(以色列)、MAW-200、300(南非)等型號的設(shè)備,紫外告警技術(shù)體制歷經(jīng)了從概略型到成像型兩代革新,獲得了迅速發(fā)展,其發(fā)展在今后仍方興未艾,未來仍具有較強的生命力(圖2)。

圖2 國外典型紫外告警設(shè)備

1) 第一代——概略型紫外告警設(shè)備。概略型紫外告警設(shè)備,以單陽極光電倍增管為核心探測器件,概略接收導彈羽煙的紫外輻射能量,具有體積小、重量輕、低虛警、低功耗等優(yōu)點,典型代表為AN/AAR-47,現(xiàn)已普遍裝備作戰(zhàn)飛機[7]。

2) 第二代——成像型紫外告警設(shè)備。第二代成像型紫外告警系統(tǒng)的探測器采用類似紫外攝像機的原理。光學系統(tǒng)以大視場、大孔徑對空間紫外輻射精確接收,并對所觀測的空域進行成像探測,識別分類威脅源。具有識別能力強、探測靈敏度高的優(yōu)點。屬于這類體制的主要是AN/AAR-54(V)、AN/AAR-60等[8]。

誕生之初的紫外告警大量裝備了直升機及慢速固定翼飛機,近年來,隨著紫外告警技術(shù)的快速發(fā)展,高速固定翼飛機也陸續(xù)進入了列裝行列。1998年9月,丹麥、荷蘭、挪威完成了AAR-54(V)紫外告警設(shè)備在F-16上的試飛,一年多的試飛結(jié)果驗證了紫外告警準備戰(zhàn)斗機的可行性。美國空軍的羅馬實驗室對AAR-54(V)在F-16上的試驗測試結(jié)果也表明,紫外告警在全方位范圍內(nèi)具有良好的告警性能和雜波抑制能力,芬蘭、瑞士等國正逐漸把AAR-54(V)用于F/A-18C/Ds的自衛(wèi)。AN/AAR-60(V)2是適于戰(zhàn)斗機(如F-16)并通過驗證的第一個紫外告警裝備。2004年,EADS經(jīng)過競標,完成了與皇家丹麥空軍的合同簽訂,2005年5月成功完成了一階段試飛,2007年3月完成了二階段試飛。希臘空軍F-16飛機的機載自衛(wèi)綜合系統(tǒng)(ASPIS)II包括了AN/ALE-47箔條/曳光彈投放器和MBDA公司的AN/AAR-60紫外告警設(shè)備,韓國選用AAR-54(V)裝備了F-16,歐洲的“臺風”戰(zhàn)斗機也計劃用AN/AAR-60紫外告警設(shè)備替代原設(shè)計的PD型導彈逼近告警設(shè)備。以色列已在“陣風”戰(zhàn)斗機上裝備了本國研制的紫外GUITAR 300/350系統(tǒng),在幾種固定翼和旋轉(zhuǎn)翼平臺上還采用了EADS公司的AAR-60導彈發(fā)射探測系統(tǒng)。馬來西亞RMAF在2003年向俄羅斯采購了蘇-30MKM戰(zhàn)斗機,其電子戰(zhàn)系統(tǒng)采用南非提供的MAW-300導彈逼近告警系統(tǒng)。此外,美國特種作戰(zhàn)司令部、葡萄牙、德國、澳大利亞等國的空軍也選擇紫外告警用于其固定翼平臺。美國的部分A-10飛機將裝備AAR-47A(V)2導彈逼近紫外告警系統(tǒng)。F-22防衛(wèi)系統(tǒng)也曾考慮通過綜合AAR-54(V)的部件來獲得導彈告警能力。

圖3為丹麥等國家的F-16裝備的紫外告警設(shè)備。吊艙安裝的優(yōu)勢主要有: 1) 以吊艙方式綜合導彈告警系統(tǒng)的研發(fā)費用和生產(chǎn)加裝費用僅占修改機身費用的一小部分; 2) 吊艙可以在飛機之間通用。

圖3 丹麥等國家的F-16裝備的紫外告警設(shè)備

紫外告警設(shè)備的現(xiàn)狀是[9]:

1) 以AAR-60、-54、-57為代表的美國成像型紫外告警仍在大量裝備訂貨,并不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域(戰(zhàn)斗機及強擊機)。

2) 以AAR-47為代表的美國非成像型紫外告警設(shè)備在技術(shù)改進后也在不斷生產(chǎn)。

3) 一些新興國家和地區(qū)正在獲得生產(chǎn)和裝備能力。印度從EADS公司引進的AAR-60紫外告警設(shè)備已于2008年開始投產(chǎn)。中國臺灣、韓國、日本等周邊地區(qū)和國家也于近年獲得了AAR-60設(shè)備。

表1 國外典型紅外告警與紫外告警裝備一覽表

4 結(jié)語

幾十年來,紅外導彈告警傳技術(shù)已經(jīng)歷了數(shù)代重大變革。早期的紅外告警工作在單一波段內(nèi),對紅外輻射目標進行探測、跟蹤、告警,由于其背景環(huán)境復雜,造成紅外告警設(shè)備虛警率居高不下,嚴重影響紅外告警設(shè)備的普及和實際應(yīng)用。同時,紫外導彈告警技術(shù)作為紅外告警低谷時期應(yīng)運而生的一種新技術(shù),在近二十年來一直擔當著主要角色,出現(xiàn)了形式多樣、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高的傳感器。雙色紅外波段和圖像識別算法的大幅改進,可對復雜的背景進行抑制,提高對目標的探測效果,并降低虛警率,使紅外導彈逼近告警設(shè)備具有實際應(yīng)用的能力,已越來越受到世界各國的重視。紅外告警→紫外告警→雙色告警這一技術(shù)發(fā)展沿革構(gòu)成了幾十年來機載導彈告警發(fā)展的路線圖,先進的探測器陣列和處理技術(shù)更促使越來越多的小型傳感器在飛機上應(yīng)用,同時雙色紅外告警系統(tǒng)將形成裝備,并與其他光電裝備形成搭配,將導彈告警、態(tài)勢感知、輔助導航、編飛等多功能綜合一體化。

[1] 許強.高速固定翼飛機導彈逼近紫外告警的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2005,20(4):1-15.

[2] 王浩,劉敬民,張潔,等.先進戰(zhàn)斗機光電傳感器綜合系統(tǒng)及其光電對抗技術(shù)[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2005,20(5):67-71.

[3] Meir Danino. Single Versus Dual Color Missile Warning Systems-The Marginal advantage[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2013(9):40-42.

[4] John Haystead, John Knowles. Protecting Large Aircraft[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2012(7):32-36.

[5] Y. Reibel, F. Chabuel, C. Vaz, et al. Infrared Dual Band Detectors for Next Generation[C]//Proceedings of SPIE vol. 8012, Infrared Technology and Applications XXXVII,2011:801238-1.

[6] O. Nesher, P. Klipstein. High performance IR detectors at SCD present and future[C]//Proceedings of SPIE vol.5957, Infrared Photoelectronics,2005:0S1-OS12.

[7] David L. Rockwell. Going Commercial? US IRCM Market Forecast[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2012(1):23-30.

[8] B. Breiter, W. Cabanski, K. H. Mauk, et al. Multicolor and Dual-Band IR Camera for Missile Warning and automatic Target Recognition[C]//Proceedings of SPIE vol. 4820, Infrared Technology and Applications Conference,2002,4718:280-288.

[9] G. Tidhar, R. Schlisselberg. Evolution path of MWS technologies: RF, IR and UV[C]//Proceedings of SPIE vol. 5783, Infrared XXXI,2005:662-673.

[10] Ollie Holt. Technology Survey: Sampling of Missile Warning Systems[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2008(5):43-48.

Development and Analysis of Airborne Missile Warning Technology

ZHANG Jie

(Academy of Opto-Electronics, China Electronics Technology Group Corporation(AOE CETC), Tianjin 300000)

Under the background of EO precision guidance weapon countermeasure, the development roadmap of airborne missile warning in decades years which is composed of development evolution of IR warning→UV warning→two-color warning technology is introduced. At the same time, as a new technology UV missile warning technology emerging in the recession period of IR warning develops continually and equips largely. At last, the development trend of future EO warning is analyzed by comparing the characteristic of IR warning with UV warning.

missile approach warning, IR Warning, UV Warning, two-color warning

2014年5月8日,

2014年6月29日 作者簡介:張潔,女,工程師,研究方向:科技情報研究。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.006