便攜式防空導彈面臨的光電干擾裝備綜述

王嘉辰，李家泰，黃 金

（1.總裝備部駐上海地區(qū)軍事代表室，上海 201109；2.上海機電工程研究所，上海 201109）

0 引言

隨著便攜式防空導彈技術(shù)的快速發(fā)展，低空超低空飛行的戰(zhàn)斗機、武裝直升機的生存能力受到嚴重威脅。為有效躲避導彈的跟蹤與攻擊，光電干擾技術(shù)和裝備得到了發(fā)展與應用。此類裝備的原理是針對紅外制導導彈的特點，采用紅外欺騙方式欺騙、壓制紅外導引頭，降低導彈的作戰(zhàn)效能，從而實現(xiàn)對抗目的，一般可分為紅外干擾機和紅外誘餌彈兩大類。其中：紅外干擾機固定在載機本體上，通過紅外調(diào)制的方式使導彈無法準確探測目標位置；紅外誘餌彈從載機上按一定規(guī)律投放，從而在導引頭視場內(nèi)形成多個目標，以干擾導彈對載機的正常識別。光電對抗技術(shù)的快速發(fā)展，使紅外干擾機和紅外誘餌彈出現(xiàn)了眾多類別的系列。本文對國外列裝和正在研制的光電干擾裝備進行了綜述。

1 紅外干擾機

1.1 用途與性能特點

紅外干擾機的研究起步于20世紀60年代，在70年代開始裝備部隊并接受實戰(zhàn)檢驗。干擾機安裝在載機平臺上，保護載機免受紅外制導導彈的攻擊，既可單獨使用，也能與其他告警設備共同構(gòu)成光電自衛(wèi)系統(tǒng)。

紅外干擾機屬非消耗性干擾設備，它發(fā)送經(jīng)調(diào)制的強紅外輻射能量，用于破壞、降低紅外導引頭截獲和跟蹤目標的能力，可彌補紅外誘餌彈干擾時間短、攜彈量有限等不足，具備抗多目標的能力［1］。

紅外干擾機一般在載機飛臨可能的危險區(qū)域前打開，并保持連續(xù)工作狀態(tài)，直至飛離危險區(qū)域。因配置了導彈告警系統(tǒng)，在檢測到地面導彈發(fā)射后紅外定向干擾機開始工作，迅速啟動定向干擾照射來襲導彈直至導彈脫靶。由于其重量、體積和功耗均較大，不利于固定翼飛機快速機動飛行，多數(shù)產(chǎn)品均列裝在直升機、攻擊機或運輸機上［2］。

部分國外列裝的紅外干擾機見表1，典型產(chǎn)品為AN／ALQ－144（V）紅外干擾機、斗牛士機載紅外干擾系統(tǒng)和挑戰(zhàn)者紅外對抗系統(tǒng)等。

1.2 分類和工作原理

紅外干擾機主要是針對頻率、幅度和脈沖調(diào)制類紅外導引系統(tǒng)而設計的。采用紅外調(diào)制盤體制的導引頭依據(jù)調(diào)制探測器獲取信號的時刻定位目標的角位置。因無法區(qū)分內(nèi)部光電轉(zhuǎn)換器調(diào)制頻率和外部干擾機調(diào)制頻率，故干擾機信號與直升機的紅外信號混合，從時間序列上無法區(qū)分真實目標信息，形成對真實目標信號的破壞，使導引頭接收機內(nèi)的位標器產(chǎn)生螺旋移動，造成導彈無法對目標進行精確定位。

按紅外輻射源分類，干擾機可分為燃油加熱陶瓷、電加熱陶瓷、金屬蒸汽放電光源和激光器四類。燃油加熱陶瓷和電加熱陶瓷光源干擾機一般具有良好的光譜特性，適合干擾工作在1～3，3～5μm波段的紅外制導導彈。金屬蒸汽放電光源主要有銫燈、氙燈等，該種光源可工作在脈沖方式，重新裝訂程序后能干擾更多的新型紅外制導導彈。激光器光源的紅外干擾機又稱定向干擾機，其干擾功率大，發(fā)散角小，須在引導系統(tǒng)作用下對目標進行定向輻射。

按光源的調(diào)制方式分類，干擾機又可分為熱光源機械調(diào)制和電調(diào)制放電光源紅外干擾機兩類。

a）熱光源機械調(diào)制

采用電熱光源或燃油加熱陶瓷光源，其紅外輻射是連續(xù)的。該輻射在電子機械調(diào)制器快速調(diào)制下，經(jīng)計算機處理，產(chǎn)生跟隨調(diào)制頻率的不同能量的紅外輻射脈沖，形成了與載機發(fā)動機溫度、幅度和頻率相似的紅外輻射特征。

b）電調(diào)制

輻射源通過高壓脈沖進行驅(qū)動，本身直接輻射脈沖式的紅外能量，與熱光源相比機械調(diào)制式無需增加調(diào)制器，同時通過控制器控制電源即可改變脈沖的頻率和脈寬，實現(xiàn)理想的調(diào)制。其特點是編碼和頻率調(diào)制靈活，可更有效地對抗多種調(diào)頻、調(diào)幅式干擾，其缺點是大功率光源的驅(qū)動電源體積、重量相對較大。

表1 國外紅外干擾機裝備Tab.1 Foreign equipment of infrared jammers

1.3 關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢

a）寬波段覆蓋和復合干擾能力

目前國內(nèi)外列裝的紅外干擾機多工作于波段1～3μm，部分具有波段3～5μm能力。但隨著便攜式防空導彈的制導體制發(fā)展，未來可能出現(xiàn)8～12μm長波紅外制導，以及激光、紫外制導等技術(shù)，因此提高全波段的干擾能力成為紅外干擾機的重要發(fā)展方向。為此需發(fā)展寬光譜、大功率紅外輻射源，選擇高透過率的窗口材料，進一步提高調(diào)制深度和能量利用率。此外，紅外干擾機的調(diào)制針對性較強，需要調(diào)制模式與導彈制導方式相匹配，當導彈的信號處理方式和抗干擾算法發(fā)生變化后可能會干擾失效，故在增加調(diào)制干擾模式的基礎上還需復合紅外誘餌彈等其他干擾方式。

b）紅外定向干擾

傳統(tǒng)的紅外干擾機在空間輻射范圍較寬，理論上可對抗多方向的導彈來襲，但由于其能量輻射分散，為提高對導彈的壓制比，需大幅提高輸出功率。全向、高能的紅外輻射易在戰(zhàn)場環(huán)境中暴露自身，反而更易招致地面武器射擊。因此，紅外定向干擾機逐漸成為紅外干擾機的發(fā)展主流［3］。

紅外定向干擾將干擾能量集中在小發(fā)散角內(nèi)，瞄準導彈導引頭照射，使干擾能量聚焦在紅外導引頭上，干擾或飽和導引頭上的探測器和電路，使導彈丟失或偏離目標。相比紅外干擾機的干擾光源在空間大范圍輻射，其能量較節(jié)省，亦不易被敵方探測到，但系統(tǒng)較復雜，需要告警系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)聯(lián)合使用。第一代產(chǎn)品通常使用非相干調(diào)制的氙弧光燈，第二代則采用定向激光干擾，與一代相比其效率高、體積小、定向性高。典型產(chǎn)品為美國的DIRCM，LADIRCM，ATIRCM 等系統(tǒng)［4－5］。

2 紅外誘餌彈

2.1 用途與性能特點

紅外誘餌彈于20世紀50年代伴隨紅外制導導彈出現(xiàn)而迅速發(fā)展，是目前應用最廣的紅外干擾裝備，又稱紅外干擾彈或紅外曳光彈。投放后的紅外誘餌彈通過產(chǎn)生強于真實目標的紅外輻射，誘騙敵方紅外制導導彈脫離真實目標，達到保護載機的目的。紅外誘餌彈具有與載機相似的光譜分布；為提高誘騙導彈的效果，常有較高的壓制比，在投放后迅速燃燒，短時間內(nèi)達到有效輻射強度并維持一段時間；結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，效費比高［6］。

紅外誘餌彈一般與干擾雷達用的箔條彈共用投放系統(tǒng)，可安裝在各類直升機和固定翼飛機上。投放系統(tǒng)由多個投彈艙組裝，每一投彈艙可一次裝填數(shù)十發(fā)誘餌彈，按預編程或自動編排的投放順序進行手動、半自動、自動發(fā)射。常見的紅外誘餌彈使用方式為：載機飛離危險區(qū)域后按預裝訂程序進行單發(fā)或雙發(fā)間隔時間較長的投放，在感知到地面導彈發(fā)射后迅速密集投放，在一定空域內(nèi)形成高輻射區(qū)，伴隨載機的機動以規(guī)避導彈。

2.2 分類和工作原理

紅外誘餌彈一般由彈殼、拋射管、藥柱、點火裝置等組成。彈殼起到發(fā)射管的作用，并在發(fā)射前對誘餌彈提供保護。拋射管內(nèi)裝有火藥，由電底火起爆，產(chǎn)生燃氣壓力并拋射紅外誘餌。

紅外誘餌彈的工作原理是：通過紅外藥柱的燃燒產(chǎn)生與載機紅外輻射特性類似，但能量為載機紅外輻射能量2～80倍的紅外源，該紅外源與目標逐漸分離，使紅外導引頭的跟蹤視場逐步偏向干擾源，導致導引頭跟蹤干擾直至丟失真實目標，達到保護飛機的目的。紅外導引頭的抗干擾過程即是利用干擾和目標的特征（能量特征、運動特征等）進行區(qū)分。因紅外誘餌干擾的效費比較高，飛機普遍裝有誘餌干擾系統(tǒng)。

2.2.1 單元紅外誘餌

單元紅外誘餌彈屬傳統(tǒng)紅外誘餌彈范疇，是目前國內(nèi)外列裝數(shù)量最多的誘餌彈。其主要成分是能產(chǎn)生紅外能量的煙火劑，常采用鎂為燃料，聚四氟乙烯為氧化劑。該類干擾彈的特點是輻射溫度較高（2 000～3 000K），全光譜覆蓋，分離速度15～30m／s。

誘餌彈從載機上發(fā)射后點燃，迅速達到最大輻射強度，此時導彈的導引頭視場中同時存在目標和紅外誘餌彈。誘餌彈的紅外能量高、壓制比大，誘使導彈偏離真實目標，達到對抗目的。典型產(chǎn)品為美國的 MJU－62／B型干擾彈，用于 AN／ALE－40投放系統(tǒng)，適于各類直升機和戰(zhàn)斗機。

2.2.2 多元紅外誘餌

多元紅外誘餌彈在單元紅外誘餌彈基礎上改進，通過調(diào)整藥柱結(jié)構(gòu)形式，在發(fā)射后能形成多個空中輻射源（通常為2～3個），增加了導引頭視場中干擾數(shù)量，加大了導引頭識別真實目標的難度。

典型產(chǎn)品為以色列的 MULTI－BLU紅外誘餌彈，該彈含獨立誘餌3個，可以一定時間間隔投放。

2.2.3 面源紅外誘餌

采用液體或固體彈藥，在發(fā)射點燃后迅速燃燒形成大面積的紅外輻射源，模擬載機的紅外輻射特性，主要用于對抗采用紅外成像制導的導彈。液體類一般采用噴射燃油延時燃燒方式，固體類多采用自燃箔片在空氣中氧化燃燒的方式。與液體類誘餌相比，采用自燃箔片誘餌的紅外輻射特性更接近載機的羽煙溫度和輻射光譜，對抗效果更佳［7］。典型產(chǎn)品為美國的 ALQ－147，MJU－50B，51B；加拿大的MJU－5188，5130；瑞典的BOL等［8］。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)紅外誘餌彈已發(fā)展成多種型號產(chǎn)品以適應各類投放器，這些誘餌對抗多數(shù)早期紅外制導導彈非常有效。由于新一代紅外制導便攜式防空導彈采用了雙光譜鑒別、準成像等技術(shù)，通過辨別紅外誘餌彈與目標在頻譜特性、信號時域變化和氣動運動特性等的差異，抗干擾性能有較大提升。為干擾各種新體制紅外制導導彈，國外研發(fā)了多種體制新型紅外誘餌，有運動型、多種體制復合紅外誘餌。這些新型紅外誘餌可對紅外制導導彈進行有效干擾［9－10］。

a）運動型紅外誘餌

為對抗紅外導引頭的軌跡識別技術(shù)，一系列誘餌設計技術(shù)應運而生，通過改善誘餌彈結(jié)構(gòu)、加裝火箭發(fā)動機和采用拖曳方式，使其在發(fā)射后能一定程度克服阻力的作用，不與飛機很快分離，而是跟隨載機繼續(xù)飛行，可一定程度增強對導引頭的干擾效果。運動型紅外誘餌主要有空氣動力學誘餌、自推進誘餌和拖曳誘餌。

空氣動力學誘餌的前端有流線型風帽，確保發(fā)射后與載機慢速分離，通常該型誘餌用于直升機或低速運輸機，主要由于載機速度低，可增強空氣動力學誘餌對抗效能。典型產(chǎn)品為Chemring公司生產(chǎn)的 DSTL－22紅外誘餌，可與 AN／ALE－40，45，47系列投放器配套使用。

自推進誘餌主要用于高速飛行的戰(zhàn)斗機，采用復合材料裝藥，煙火材料既產(chǎn)生誘使敵方導彈遠離飛機的紅外能量，又起推進劑的作用，能產(chǎn)生足夠的推力，使誘餌跟隨載機飛行而不會迅速下落。其作用過程是：在發(fā)射時誘餌的運動軌跡和紅外輻射特征與載機相似，隨著時間推移，逐漸與載機分離，從而干擾紅外導彈。典型產(chǎn)品為Esterline公司的MJU－47／B紅外誘餌彈。

拖曳紅外誘餌采用纜繩拖曳的方式使誘餌跟隨載機運動，其運動軌跡與載機一致，采用運動軌跡識別的導彈將無法正常區(qū)分真實目標和干擾。同時，采用電纜控制方式可調(diào)節(jié)誘餌紅外輻射能量和工作時間，進一步提高對抗效果。典型產(chǎn)品為美國ALE－50（V）拖曳誘餌。

b）復合紅外誘餌

為提供更高的綜合干擾效率，多型復合紅外誘餌開始研制并列裝。通過綜合干擾手段，進一步增加紅外制導導彈識別真實目標的難度，提高了載機的生存能力。

紅外伴飛面源誘餌采用伴飛與面源誘餌復合的技術(shù)體制，能形成光譜和強度與飛機紅外特征相似的紅外輻射，且飛行速度和運動軌跡與載機相當，可對抗具目標光譜鑒別和運動識別能力的紅外制導導彈。典型產(chǎn)品為美國的 MJU－39／40B誘餌彈，為F－22戰(zhàn)斗機專門研制，由AN／ALE－52投放器投放。

點面源復合紅外誘餌是一項新的復合紅外干擾技術(shù)，具有兩種干擾載荷。載機進行自衛(wèi)干擾時，可對抗各型紅外制導體制的導彈。點面源復合紅外誘餌具有代表性產(chǎn)品為 MJU－48／B誘餌彈，除傳統(tǒng)單元紅外誘餌外，還復合使用了自燃箔片材料，由AN／ALE－47投放器投放，適于美軍各類戰(zhàn)斗機。

3 干擾對抗措施和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 干擾對抗措施

隨著紅外干擾機和紅外誘餌彈技術(shù)的迅速發(fā)展，便攜式防空導彈的作戰(zhàn)性能受到了極大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的點源制導體制導彈在強光電對抗中處于明顯劣勢。欲在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境中保持戰(zhàn)斗力，可通過以下技術(shù)途徑實現(xiàn)［11－12］。

a）選擇與紅外干擾機不相容的導引頭體制（如采用脈沖調(diào)制體制導引頭），以提高對抗調(diào)頻調(diào)幅式干擾機能力。

b）比較紅外輻射源的尺寸大小以鑒別目標和干擾，如空間濾波、脈寬和波形鑒別等技術(shù)。

c）通過對紅外輻射強度的監(jiān)視，跟蹤輻射強度以一定規(guī)律連續(xù)變化的目標，剔除突然出現(xiàn)的、強度較大的紅外誘餌干擾。

d）利用目標和干擾在光譜特性的不同，識別目標和干擾。如在導引頭光路中設置不同波段濾光片、采用敏感不同波段能量的探測器等。

e）根據(jù)目標和從目標上投放的紅外誘餌間存在的運動規(guī)律的差異識別目標和干擾。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

隨著高靈敏度、不同波段、多元探測器的出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路和新制導體制的出現(xiàn)，為導彈抗干擾技術(shù)提供了支撐。新一代便攜式防空導彈多采用紅外雙波段、紅外／紫外雙波段、紅外成像等技術(shù)，提高了在光電對抗環(huán)境中的作戰(zhàn)能力。

雙波段技術(shù)利用目標和干擾在不同波段類的輻射分布差異的特點，在導引頭內(nèi)設置敏感中紅外和近紅外（或紅外和紫外）的探測器識別目標和干擾。比較兩種技術(shù)，紅外／紫外雙波段因其光譜差異較紅外雙波段更明顯，特征提取能力更強，識別紅外誘餌的概率較雙波段更高，但其對抗面源紅外誘餌干擾的能力仍有不足。為解決該問題，后續(xù)可重點發(fā)展以下關(guān)鍵技術(shù)。

a）紅外成像

紅外成像制導可連續(xù)累計目標輻射能量，具有分辨率高、靈敏度高的特點，以及在復雜背景條件下識別、捕獲和跟蹤目標的能力，抗干擾性能高。紅外成像分為光機掃描和凝視焦平面成像兩種，與光機掃描型相比，凝視成像能采用瞬時觀測景物的電掃取代復雜的光機掃描機構(gòu)，簡化了數(shù)字處理電路，可充分發(fā)揮探測器的快速處理能力，熱靈敏度、空間分辨率更高，是目前重點發(fā)展的方向。但由于凝視焦平面探測器須在低溫下工作，相應的制冷設備的體積較大、制冷時間較長，一定程度制約了其在便攜式防空導彈上的快速應用。

b）復合制導

隨著紅外定向干擾技術(shù)的進一步發(fā)展，即使是凝視成像導引頭也會出現(xiàn)被紅外激光致盲或探測器電路毀傷的后果，作戰(zhàn)效能會迅速下降。因此，另一對抗紅外干擾的途徑是采用非紅外制導體制作為輔助手段，即采用多種復合制導方法。當目標開始釋放干擾后，導彈從紅外制導轉(zhuǎn)入非紅外制導方式，原有的各類干擾措施均失效。

考慮便攜式防空導彈的重量和體積的特殊要求，激光／紅外復合制導技術(shù)在本類導彈上具有較高的應用價值?，F(xiàn)有的各類機載光電干擾裝備均針對紅外制導導彈設計，無有效反制激光制導體制導彈的能力。同時激光制導技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，已具備在便攜式防空導彈上的工程化應用能力。激光駕束制導、激光半主動制導的彈上制導設備簡單特點，成本也相對較低，可延續(xù)便攜式防空導彈高效費比的特點，而制導交班則成為復合制導的關(guān)鍵技術(shù)。

4 結(jié)束語

本文對國外針對便攜式防空導彈的光電干擾設備的發(fā)展進行了綜述。早期對付調(diào)制盤式紅外導引頭的紅外干擾機，逐漸發(fā)展為可同時對付點源、凝視成像導引頭的定向干擾，誘餌彈也由早期的單元誘餌彈逐漸系列化發(fā)展，發(fā)展成多元、面源和其他形式。光電對抗的手段日新月異，為便攜式防空導彈的發(fā)展帶來了極大的挑戰(zhàn)，對此需采取相應的對抗措施。未來在對抗干擾算法進行升級的同時，可采用多光譜成像制導、紅外／激光復合制導等方式提高便攜式防空導彈的抗干擾性能，在未來復雜戰(zhàn)場環(huán)境中保持較高的作戰(zhàn)效能。

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