紅外有源干擾技術發(fā)展探討

【摘要】紅外有源干擾技術包括紅外干擾彈、紅外干擾機、定向紅外對抗和激光致盲等。綜述了國外紅外有源干擾技術的發(fā)展現狀。

【關鍵詞】 紅外干擾；紅外對抗；激光致盲式干擾

1.引言

對紅外制導技術的研究起始于1948年，該技術首先應用于空空導彈，并于1956年起裝備部隊，經過幾十年的發(fā)展，它已經廣泛應用于反坦克導彈、空地導彈、地空導彈、空空導彈、末制導炮彈、末制導子母彈以及巡航導彈等等。據統(tǒng)計資料報道 ，全世界紅外導彈的生產量已超過了20萬枚，裝備使用的國家和地區(qū)有40多個。紅外制導武器由于具有制導精度高、抗干擾能力較強等優(yōu)點 ，成為精確制導武器中最廣泛采用的制導技術。紅外制導包括紅外點源制導和更先進的紅外成像制導。紅外成像可以提供二維圖像信息 ，并用計算機進行信息處理 ，具有很強的抗干擾能力、很高的制導精度和空間分辨率 ，易于實現智能化。其發(fā)展的重點是采用紅外焦平面陣列探測器的凝視成像系統(tǒng)和自動目標識別技術。

在過去的30至40年時間里，據不完全統(tǒng)計，在戰(zhàn)場上損失的飛機中，被紅外導彈擊落和擊傷的約占93%，而雷達制導導彈和高射炮火僅占5%左右。

面對紅外導彈威脅的日趨嚴重，迫使人們不斷開發(fā)出先進的紅外對抗（IRCM）手段。采用紅外干擾彈、紅外干擾機、定向紅外對抗和激光致盲等紅外有源干擾手段，可以有效對抗紅外導彈，確保自身平臺的安全。

2.紅外干擾彈

紅外干擾彈是指用來誘騙敵方紅外制導武器脫離真目標，具有較高溫度的紅外輻射彈，亦稱紅外干擾彈、紅外曳光彈。

紅外干擾彈它廣泛地應用于飛機、 艦船的自衛(wèi)。紅外誘餌彈大多數為投擲式燃燒型，內裝的煙火劑多為鎂粉、硝化棉和聚四氟乙烯的混合物。這種彈藥通過輻射強大的紅外能量，制造一個與所要保護的目標相同的紅外輻射源，誘騙敵方紅外制導導彈上當受騙。它主要對付敵方全向紅外尋的導彈和雙色紅外制導導彈，屬于有源欺騙式紅外干擾彈。其他還有煙火型紅外干擾彈、復合型紅外干擾彈和燃料型紅外干擾彈。

紅外干擾彈是極其有效的紅外對抗手段，它能將紅外導彈引偏使其脫靶，從而確保軍事平臺的安全。紅外干擾彈作為紅外對抗的重要組成部分，在歷次現代戰(zhàn)爭中都發(fā)揮了重要作用。經過幾十年的發(fā)展，今天已達到相當高的水平。各國已開發(fā)出各種紅外干擾彈，紅外干擾彈已由單一誘餌發(fā)展到紅外/射頻復合誘餌，對抗紅外成像導彈的干擾彈已研制成功。

2.1 紅外干擾彈的工作過程

紅外干擾彈的工作過程是：當紅外干擾彈被拋射點燃后產生高溫火焰，并在規(guī)定光譜范圍內產生強紅外輻射，從而欺騙或誘惑敵紅外探測系統(tǒng)或紅外制導系統(tǒng)。

紅外干擾彈要達到干擾效果就是要使紅外導彈攻擊目標時產生脫靶。干擾成功的判別準則是使導彈的脫靶量大于導彈的殺傷半徑，并且要加上一定的安全系數。紅外干擾彈的戰(zhàn)術使用主要包括紅外干擾彈投放的時間間隔、投放的時機和一次投放的數量。紅外干擾彈投彈間隔時間和導彈攻擊方位、載機的飛行速度、載機的飛行高度和威脅特征有關。在威脅特征中主要涉及到的是制導的類型和紅外導彈的導引頭紅外視場角。導彈攻擊方位主要影響載機飛出紅外視場角的時間及在該方位上載機紅外輻射特性；載機的速度決定載機飛出紅外視場角的時間；導引頭紅外視場角主要決定角度分辨單元的寬度，決定載機飛出該分辨單元時間。

2.2 紅外干擾彈的戰(zhàn)術使用

紅外干擾彈有如下3種戰(zhàn)術使用方法：

1）誘騙

誘騙的主要目的是使紅外導彈脫靶。這時，紅外干擾彈的輻射特征能被紅外導引頭所探測而優(yōu)先跟蹤誘餌，造成脫靶。這就需要紅外干擾彈能在紅外導引頭的工作波段輻射出比目標更強的信號，而紅外導彈往往是跟蹤最強的紅外輻射源，這就造成導彈跟蹤紅外干擾彈而脫靶。在正確使用的情況下，一枚紅外干擾彈就能有效對抗紅外導彈。

2）分散

分散主要用于艦載，其目的是在反艦導彈的紅外尋的器未跟蹤目標之前就投放紅外干擾彈，使反艦導彈優(yōu)先跟蹤紅外干擾彈。這時，紅外干擾彈的紅外輻射特征不必超過目標，但卻是紅外尋的器遇到的唯一可信目標。

3）沖淡

沖淡通常用來對抗紅外成像制導反艦導彈，這種制導系統(tǒng)能跟蹤和觀測幾個潛在的目標，所以往往用n個誘餌對抗一枚導彈。使用這種戰(zhàn)術要比誘騙和分散少。

紅外干擾彈投放設備的種類很多，大多數紅外干擾彈的投放設備是和箔條彈共同使用，兩彈同時裝備，以對付不同種類的導彈。這樣，一般情況下紅外干擾彈和箔條干擾彈被設計成具有相同的外形尺寸，或者是箔條干擾彈外形尺寸的兩倍。

如果飛機上裝備紅外報警設備，那么，當其發(fā)現導彈來襲便可以按照規(guī)定投放紅外干擾彈。在沒有紅外報警設備或報警設備不可靠的情況下，為了安全起見，一旦進入攻擊狀態(tài)或者進入敵防御區(qū)域，為了對付敵方發(fā)射的紅外導彈，飛機以近似等于紅外干擾彈燃燒持續(xù)時間的時間間隔連續(xù)投放紅外干擾彈，預防敵紅外導彈的攔截與跟蹤。

紅外干擾彈在對紅外導彈進行干擾時其投放數量與飛機的飛行狀態(tài)、飛行速度、飛行高度、導彈來襲方位等因素有關。紅外干擾彈的投放原則主要是根據飛機自身的紅外輻射強度來進行判斷。例如：飛機在加力飛行狀態(tài)比正常巡航時的紅外輻射強度要大得多。所以，在某些情況下，紅外干擾彈的戰(zhàn)術使用要根據戰(zhàn)場實際情況做出決定。

3.紅外有源干擾機

紅外干擾機是一種有源紅外對抗裝置，能發(fā)出經過調制精確編碼的紅外脈沖，使來襲導彈產生虛假跟蹤信號，從而失控而脫靶。主要有以下3種：

1）強光燈型，如銫燈、氙弧燈和藍寶石燈等。

2）加熱型，是由電加熱或燃油加熱紅外輻射元件而產生所需的紅外輻射。而在載機電源功率有限的情況下，采用燃油加熱可大大降低電力消耗。

3）燃油型，當目標受威脅時，由發(fā)動機噴出一團燃油，延時一段時間后發(fā)出與發(fā)動機類似的紅外能量。這種方法介于紅外干擾機與紅外誘餌之間，所以也有人稱這種方法為紅外誘餌。

4.定向紅外對抗

紅外干擾機是紅外對抗的重要手段。人們從紅外對抗的實踐中得出規(guī)律：紅外干擾機產生的光輻射越強，導彈偏離飛機的距離就越大。而隨著更先進導彈的不斷問世，也迫使人們加大干擾機的輸出功率。但是干擾機的輸出功率不能無限增大，它受到干擾機體積、輸出孔徑尺寸和基本功率消耗的限制。這就促使人們開發(fā)出定向紅外對抗（DIRCM）技術，即將紅外干擾能量集中到狹窄的光束中，當紅外導彈逼近時，導彈逼近報警系統(tǒng)（MAWS），將光束引向來襲導彈方向，使導彈導引頭工作混亂而脫靶。

定向紅外對抗可以采用常規(guī)的紅外光源也可以采用激光，而激光能在干擾光束中集中更大的能量。同其它紅外對抗方法相比，相干光（激光）定向紅外對抗（CDIRCM）技術能提供更遠的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾制導系統(tǒng)先進的新一代紅外導彈。

為使紅外干擾光束及時準確指向來襲導彈，必須跟蹤導彈并給出導彈的方位數據。這項功能是由導彈逼近報警系統(tǒng)完成的。一般采用無源紅外或紫外探測的導彈逼近報警系統(tǒng)，它具有360°覆蓋范圍。由于導彈逼近報警系統(tǒng)無源探測，且紅外干擾能量定向發(fā)射，所以大大提高了載機的隱蔽性。

美國三軍正在分別開展以倍頻CO2激光器和采用非線性光學技術的固體激光器為光源的相干光定向紅外對抗研制計劃，以裝備飛機、艦艇以及裝甲車輛。同其它紅外對抗方法一樣，相干光定向紅外對抗仍然是通過欺騙方式使導彈脫靶，其激光能量遠小于激光致盲的能量。

美國洛克希德·桑德斯公司正在研制先進的戰(zhàn)術紅外對抗（ATIRCM）系統(tǒng)，它是第1個采用激光束對抗新一代紅外導彈的機載系統(tǒng)。先進的戰(zhàn)術紅外對抗系統(tǒng)采用的是非閉環(huán)技術。這種相干光定向紅外對抗系統(tǒng)開始將使用AN/AAR-47紫外報警設備來引導調制脈沖激光束，但也將對Santa Barbara研究中心開發(fā)的新型導彈逼近報警系統(tǒng)進行試驗。這種報警系統(tǒng)將使用紅外焦平面凝視傳感器，可望比AAR-47提供更大的探測距離。

美空軍賴特實驗室計劃研制一種靈巧的相干光定向紅外對抗系統(tǒng)，稱之為激光紅外對抗飛行實驗（LIFE）。與先進的戰(zhàn)術紅外對抗不同，它采用的是閉環(huán)技術：首先發(fā)射激光，紅外導彈尋的器將激光反射回去，然后將反射波加以分析以確定紅外導彈的類型，最后選擇最有效的激光調制來對抗特殊類型的紅外導彈。這種閉環(huán)的相干光定向紅外對抗系統(tǒng)更具靈活性，且能更好地對抗新式紅外導彈，但結構較復雜。

5.激光致盲

5.1 激光致盲原理

強激光致盲導引頭的器件主要包括探測器、調制盤、濾光片以及頭罩。激光束必須直射在導引頭上足夠的時間。如果是破壞頭罩，激光輻射能量必須能被頭罩吸收，所以激光波長應在導引頭的響應波段之外。

射到導引頭上的激光功率Pe可由下式來計算：

Pe=P1τaτoAc/Ω1R2 （1）

式中，P1為激光功率；Ω1為激光束的張角；τa為大氣傳輸系數；τo為光學傳輸系數；Ac為導引頭的有效集光面積；R為從激光器到導引頭的距離。

紅外探測器受破壞的閾值與下列因素有關，即破壞機制、輻照時間、束徑、集光波長、探測器結構材料的熱學性質與散熱器耦合品質等。美國海軍研究實驗室的研究表明，當輻照時間很短（τ<0.1×10-4s）時，激光輻射閾值Eo（單位為W/cm2）的變化與τ成反比。在中等輻照時間時（0.1×10-4 s<τ<0.01s），Eo的變化與脈沖時間的方根成反比。當τ>0.01 s時，Eo不變。當輻照時間很短時，為使探測器的表面溫度升至其熔點，所需的能量密度與材料的吸收系數成反比，與比熱及使探測器材料熔化而必須的表面溫度增量成正比。

對于導引頭所使用的紅外探測器材料，當脈沖寬度為0.1×10-6s時，Eo的范圍為1×106 W/cm2～1×107 W/cm2，相當于0.1～1 J/cm2的連續(xù)光流量強度。通常，PbS和PbSe薄膜探測器具有較高的吸收系數，因此有比其它探測器材料更低的光流量。HgCdTe，PbSnTe及InSb材料的閾值非常類似（1J/cm2）。

對于短于0.1×10-6s的輻照脈沖，紅外探測器的電擊穿現象是重要的。

這里，計算交匯距離為2 km時，使導引頭探測器破壞所需的激光功率。設探測器的破壞閾值Ed為1×107W/cm2，探測器面積Ad為0.01 cm2。另外，還假設有如下值：

Ad=10cm2，τa=0.9 ，τo=0.7，Ω1=0.1× 10-8sr

該探測器收集的功率為：

Pe=AdEd=10-4×107=103W （2）

為在此探測器上產生這樣的功率，所需的激光功率為

P1=PeΩ1R2/τaτoAc=103×10-8×（2× 105）2/0.9×0.7×10=63.5kW （3）

所以，破壞這個探測器所需要的激光功率，其脈沖寬度為100ns，束寬約為0.1mrad，脈沖功率為64kW。為破壞探測器，激光必須集中在束寬的一半或更小的角度內，即0.5× 10-4rad中。這對靜止平臺來說，難度已經不小，更何況是運動的平臺。

導引頭的調制盤裝在焦面上，由于探測器并非處于焦面上，故破壞調制盤所需的能量一般小于破壞探測器的能量。探測器的破壞可使導引頭失去跟蹤目標的能力，而調制盤的破壞問題還不至于這樣嚴重。

強激光的熱應力可導致導引頭的頭罩受到破壞，但激光的波長要在導引頭的響應波段外，而且所需要的能量密度要比破壞探測器的能量密度高幾個數量級。

5.2 發(fā)展現狀

美海軍提出兩項反導激光致盲武器的研究計劃。一項為平衡技術倡議——紅外對抗計劃。這項由美海軍研究室牽頭的計劃隸屬于國防部，其目的是研制一種裝備在固定翼飛機上的一體化激光對抗系統(tǒng)，用來破壞紅外導彈。該系統(tǒng)包括能與先進威脅報警系統(tǒng)一體化的高精度閉環(huán)跟蹤瞄準系統(tǒng)，它能以極高的精度為致盲光束導引方向。威脅報警系統(tǒng)由紅外凝視傳感器和結構緊湊的實時圖像處理器組成，是海軍研究實驗室飛眼威脅報警方案的擴充。威脅報警傳感器將嵌入LANTIRN的瞄準吊艙。激光器的輸出波長在紅外尋的頭的主要工作波段，能致盲光電傳感器。

閃光機載激光干擾系統(tǒng)是由美空軍組織研制的，采用TRW公司的小功率化學激光器，可在適當距離發(fā)射紅外激光束，欺騙、迷惑紅外導彈，使其脫靶。

6.結束語

現代紅外干擾可以采用常規(guī)的紅外光源也可以采用激光，而激光能在干擾光束中集中更大的能量。同其他紅外對抗方法相比，相干光（激光）定向紅外干擾（CDIRCM）技術能提供更遠的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾制導系統(tǒng)先進的新一代紅外導彈。

為使紅外干擾光束及時準確指向來襲導彈，必須跟蹤導彈并給出導彈的方位數據。該功能由導彈逼近報警等系統(tǒng)完成。一般采用無源紅外或紫外探測導彈逼近報警等系統(tǒng)，它具有360度覆蓋范圍，導彈逼近報警系統(tǒng)無源探測，且紅外干擾能量定向發(fā)射，所以大大提高了載機的隱蔽性。

參考文獻

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