機(jī)載光學(xué)告警與定向干擾一體化技術(shù)發(fā)展評析

李　超，陳　寧，陳萍萍，萬　純，王　鵬

(中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

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機(jī)載光學(xué)告警與定向干擾一體化技術(shù)發(fā)展評析

李超，陳寧，陳萍萍，萬純，王鵬

(中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

隨著紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈對飛機(jī)目標(biāo)造成的威脅日益嚴(yán)重，光學(xué)告警與定向干擾一體化技術(shù)成為各國研究的熱點(diǎn)。首先介紹了紅外告警與定向干擾的原理和流程，之后分析了國外在機(jī)載紅外告警與定向干擾設(shè)備方面的最新進(jìn)展，并展望未來的發(fā)展趨勢。

紅外制導(dǎo)；紅外對抗；紅外告警；定向干擾

0　引言

在電子技術(shù)飛速發(fā)展和戰(zhàn)場電磁信號環(huán)境復(fù)雜性高度提升的今天，在日益精密的防空系統(tǒng)下，作戰(zhàn)飛機(jī)所面臨的戰(zhàn)場環(huán)境比以往任何時(shí)候都更具有威脅性，加強(qiáng)態(tài)勢感知能力和快速反應(yīng)能力是提高作戰(zhàn)飛機(jī)生存概率的關(guān)鍵[1-2]。

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，光電制導(dǎo)導(dǎo)彈特別是紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈對于飛機(jī)的威脅日趨嚴(yán)重。目前，國外應(yīng)用紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈有70多種，工作波長可以從近紅外一直到遠(yuǎn)紅外，能探測和跟蹤飛機(jī)各部分的紅外特征。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在海灣戰(zhàn)爭中，美軍損失的19架飛機(jī)有13架是被紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈擊落的。在科索沃戰(zhàn)爭中,美國陸軍AH-64A“阿帕奇”直升機(jī)從未出現(xiàn)在戰(zhàn)場上，主要是因?yàn)樗b備的BAE系統(tǒng)公司的AN/ALQ-144(V)紅外對抗系統(tǒng)不靈敏。為了對抗光電制導(dǎo)導(dǎo)彈的攻擊，各類飛機(jī)都采用了多種光電對抗設(shè)備，主要包括雷達(dá)告警、激光告警、紅外、紫外告警、激光有源干擾、紅外有源干擾等光電裝備。因此，發(fā)展機(jī)載光學(xué)紅外告警與自適應(yīng)干擾決策技術(shù)，對來襲導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)或其他重要威脅源進(jìn)行逼近告警，就能有效提高飛機(jī)的戰(zhàn)場生存能力，對完成作戰(zhàn)任務(wù)起著至關(guān)重要的作用。

1　光學(xué)告警與定向紅外干擾工作原理

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

定向干擾的工作原理是將方向性好的高能量激光照射到導(dǎo)彈導(dǎo)引頭上，以造成毀傷、誘偏，達(dá)到導(dǎo)彈解鎖或者無法找到目標(biāo)的目的。

定向干擾系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集解算單元、決策控制單元、激光照射單元等組成。其中，采集解算單元和決策控制單元共同構(gòu)成了告警系統(tǒng)。激光照射單元包含精密轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、激光調(diào)制器等。

采集解算單元：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和分發(fā)，真假目標(biāo)識(shí)別，目標(biāo)特征提取，航跡建立。同時(shí)，它還負(fù)責(zé)將威脅目標(biāo)飛行方向、到達(dá)角方位、威脅程度進(jìn)行分級處理。

決策控制單元：是定向干擾的關(guān)鍵部件。經(jīng)過精確的解算，來襲導(dǎo)彈的各種參數(shù)傳遞到控制單元。在控制單元中，存儲(chǔ)著針對不同威脅程度相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)決策指令。它負(fù)責(zé)啟動(dòng)干擾的方式和投放的策略，以達(dá)到保護(hù)己方作戰(zhàn)平臺(tái)的目的。

激光照射單元：用于發(fā)射定向能，實(shí)施激光定向干擾。其主要部件包括：1個(gè)小視場跟蹤來襲導(dǎo)彈的紅外CCD，1個(gè)紅外激光干擾源，1個(gè)跟瞄子系統(tǒng)，以及相關(guān)的通信和控制電子設(shè)備。

1.2定向干擾工作流程

定向干擾具體的工作流程為：

1) 告警階段：導(dǎo)彈告警系統(tǒng)通過紅外多波段復(fù)合探測，將導(dǎo)彈蒙皮輻射和尾焰信號傳遞給數(shù)據(jù)解算單元。

2) 數(shù)字信號處理階段：對告警系統(tǒng)傳遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取威脅源，評估威脅等級，啟動(dòng)干擾裝置。

3) 干擾階段：根據(jù)數(shù)字信號處理階段傳輸?shù)耐{源，迅速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，啟動(dòng)紅外小視場跟蹤裝置，對準(zhǔn)來襲導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，由發(fā)射機(jī)將調(diào)制的相應(yīng)紅外波束照射向?qū)棇?dǎo)引頭干擾制導(dǎo)信號，同時(shí)配合使用干擾彈。

1.3定向干擾工作模式

現(xiàn)階段光電干擾的主要模式為：有源干擾和無源干擾。有源干擾系統(tǒng)又可分為開環(huán)模式和閉環(huán)模式。開環(huán)模式是指激光定向干擾頭不具備識(shí)別導(dǎo)引頭波段的能力，在該模式的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，存儲(chǔ)有固定調(diào)制方法以對付所有的來襲導(dǎo)彈。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但干擾效能較低。而閉環(huán)模式具有反饋功能，系統(tǒng)根據(jù)激光回波特性，確定導(dǎo)彈使用的傳感器類型，而后針對這類傳感器選擇最有效的干擾調(diào)制方式，對射向?qū)椀母蓴_激光進(jìn)行調(diào)制。該系統(tǒng)雖然較為復(fù)雜，但是針對性較強(qiáng)，效能較高，與干擾彈結(jié)合使用，大大提升武器平臺(tái)的生存概率。

2　國外光學(xué)告警設(shè)備的現(xiàn)狀

為了提高作戰(zhàn)平臺(tái)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的生存能力，免遭導(dǎo)彈的攻擊，必須裝備性能可靠的導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)(MAWS)[3-4]。美國等西方國家于20世紀(jì)中后期率先開展了光學(xué)探測系統(tǒng)的研發(fā)工作，并在短短幾十年中，為機(jī)載武器平臺(tái)安裝了數(shù)十種不同的告警裝備，如圖1所示。

2.1AN/AAR-44機(jī)載導(dǎo)彈告警系統(tǒng)

美國Raytheon系統(tǒng)公司和Cincinatti電子公司研制的AN/AAR-44機(jī)載導(dǎo)彈告警系統(tǒng)是被動(dòng)式工作裝備，用于對逼近的導(dǎo)彈作紅外告警。該系統(tǒng)的特點(diǎn)包括自動(dòng)告警和發(fā)出對抗指令，可以邊跟蹤、邊搜索，具有對多重導(dǎo)彈威脅的分析處理能力，能鑒別日光、丘陵和水面的反射光(以減少虛警)，配有MILSTD-1553D總線接口。它在半球空域內(nèi)連續(xù)掃描搜索，以發(fā)現(xiàn)和跟蹤敵導(dǎo)彈，并指示導(dǎo)彈方位和控制對抗型裝備實(shí)施防御。其質(zhì)量為28kg，屬于第二代產(chǎn)品，裝備于C-130飛機(jī)。

AN/AAR-44(V)是AN/AAR-44的小型化產(chǎn)品，它能在超半球空域探測敵導(dǎo)彈。能分析處理多重威脅，其側(cè)角精度足以滿足定向紅外對抗的需要，并且具有快速反應(yīng)和抑制虛警的特點(diǎn)。它可安在高性能飛機(jī)內(nèi)或吊艙里，能與定向紅外對抗系統(tǒng)組合為一體，也可安裝在AN/ALQ-48電子對抗吊艙內(nèi)。它已在C-130和C-141飛機(jī)上服役。

AN/AAR-44A是AN/AAR-44的最新改進(jìn)型產(chǎn)品，它在持續(xù)跟蹤時(shí)仍能提供遠(yuǎn)距離告警、搜索/識(shí)別和多目標(biāo)處理功能，具有外部對抗控制能力、多光譜識(shí)別性能和紅外對抗接口。

圖1　國外典型的紅外告警系統(tǒng)

2.2機(jī)載無源告警系統(tǒng)(PAWS)

以色列Elisra電子系統(tǒng)公司的PAWS可探測導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的羽煙，并在高雜波條件下實(shí)行跟蹤，能以低虛警率識(shí)別威脅性和非威脅性導(dǎo)彈。對威脅性導(dǎo)彈，它能精確指示逼近方向，并大致估算到達(dá)時(shí)間，還可自行選擇合適的有源干擾而實(shí)施對抗防御。它可以獨(dú)立作戰(zhàn)，也可與雷達(dá)告警接收機(jī)或激光告警器協(xié)同工作。最重要的是該系統(tǒng)還具有多目標(biāo)處理能力。

2.3SAMIR導(dǎo)彈告警器

法國SAMIR簡稱DDM，它能探測導(dǎo)彈的紅外輻射并確定其方位，把有關(guān)數(shù)據(jù)傳給機(jī)載對抗設(shè)備并自主將其啟動(dòng)。該系統(tǒng)具有高探測率、低虛警率和多目標(biāo)處理能力，能在復(fù)雜干擾環(huán)境下正常工作。它采用了先進(jìn)的信號處理技術(shù)和紅外雙波段探測器陣列，有綜合制冷裝置，并已裝備“幻影2000”飛機(jī)和“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。

2.4分布孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)

分布孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)是機(jī)載紅外偵察告警系統(tǒng)的最新成果，基于紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高分辨率全空間覆蓋，其多功能包括導(dǎo)彈逼近告警、近距紅外態(tài)勢感知(SAIRST)、下視紅外目標(biāo)指示、輔助導(dǎo)航等，可與頭盔瞄準(zhǔn)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(gè)雙色紅外傳感器提供360°覆蓋。AN/AAQ-37是F-22的AN/AAR-56的衍生版本，其能力在導(dǎo)彈告警任務(wù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了大幅擴(kuò)展。

3　國外定向紅外干擾的現(xiàn)狀

為保護(hù)大型飛機(jī)和直升機(jī)免遭紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈特別是肩扛式導(dǎo)彈的威脅，美軍一直在進(jìn)行紅外對抗系統(tǒng)的研發(fā)。十余年來，英美等國家已開發(fā)了四代紅外對抗系統(tǒng)，用于保護(hù)不同的飛機(jī)，包括直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)等[5-6]。

1) 第一代光電對抗裝備。DIRCM和ATIRCM，兩者在功能上基本相似。系統(tǒng)均采用固定在飛機(jī)外部的成像探測器、提供全方位的覆蓋；成像探測器具備可以同時(shí)指示多枚導(dǎo)彈襲擊方位和辨別真假目標(biāo)的能力。

DIRCM系統(tǒng)(AN/AAQ-24)，外方代號“復(fù)仇女神”。其第一代采用弧光燈作為干擾機(jī)，第二代采用激光干擾機(jī)，以替代現(xiàn)有型號上使用的氪燈干擾機(jī)。DIRCM系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可組合成各種形式來保護(hù)約14種不同類型的飛機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)中的AN/AAR-54導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定該目標(biāo)威脅時(shí)，DIRCM就跟蹤導(dǎo)彈同時(shí)從炮塔發(fā)射裝置向目標(biāo)發(fā)射紅外對抗波束。

俄羅斯的101KS-O激光定向紅外成像干擾系統(tǒng)，采用了與AN/AAQ-24相似的轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)，但其體積和質(zhì)量較大，反應(yīng)速度較慢，存在探測死角。最致命的是該系統(tǒng)將安裝于俄羅斯最新一代戰(zhàn)斗機(jī)T-50上，這樣的系統(tǒng)對于該機(jī)型的隱身性會(huì)造成一定的影響。

而ATIRCM是美國桑德斯公司(現(xiàn)在的BAE系統(tǒng)公司)為美國陸軍研制的項(xiàng)目，計(jì)劃用于裝備各種旋翼飛機(jī)(1000架)，以及未來海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的固定翼飛機(jī)。 ATIRCM是集導(dǎo)彈探測、告警、跟蹤和干擾于一體的綜合系統(tǒng)，質(zhì)量小于46kg，主要有四個(gè)組成部分：通用導(dǎo)彈告警系統(tǒng)、多光譜紅外干擾機(jī)、1個(gè)電子控制單元及1個(gè)對抗投放器。ATIRCM干擾頭有三個(gè)光學(xué)窗口，分別應(yīng)對波段1、2和4的威脅。

2) 第二代定向紅外對抗系統(tǒng)。主要技術(shù)特點(diǎn)是：系統(tǒng)普遍使用紅外凝視告警器代替紫外告警器，采用全固態(tài)固體激光作為干擾源，發(fā)射磚塔進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)精度大為提高，快速響應(yīng)能力增強(qiáng)。 大型飛機(jī)紅外對抗系統(tǒng)LAIRCM在AN/AAQ-24(V)系統(tǒng)基礎(chǔ)上改進(jìn)形成，主要改進(jìn)了兩方面，一是采用MIMS雙色紅外導(dǎo)彈告警傳感器，雙色紅外機(jī)制可以從光譜上區(qū)別目標(biāo)與雜波紅外特征，提高了在高雜波背景下探測威脅能力；二是采用一種用于紅外對抗的小型模塊化空氣冷卻全波段激光器——“蝰蛇”，激光光源提供了系統(tǒng)干擾或者摧毀來襲導(dǎo)彈傳感器的能力，先進(jìn)的冷卻技術(shù)和小型化、模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的體積小、質(zhì)量輕、功耗低。TADIRCM系統(tǒng)是由美國海軍實(shí)驗(yàn)室和桑德斯公司為美國海軍共同研發(fā)的項(xiàng)目，計(jì)劃用于裝備戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)上。該系統(tǒng)是在ATIRCM項(xiàng)目基礎(chǔ)上研制的，與ATIRCM的通用性為60%。不過，與ATIRCM和“自由女神”系統(tǒng)比較，TADIRCM有一個(gè)改變：其采用雙色紅外凝視傳感器。這種傳感器的探測距離更遠(yuǎn)，對雜波的抑制能力更強(qiáng)，且可以在不同波長范圍工作。

3) 第三代紅外定向?qū)瓜到y(tǒng)。主要技術(shù)特點(diǎn)是普遍采用雙色紅外告警器，提高導(dǎo)彈探測概率，降低虛警率。采用光纖激光器作為干擾源，提高干擾功率和電光轉(zhuǎn)換概率；跟瞄發(fā)射轉(zhuǎn)塔進(jìn)一步小型化，多采用反射鏡穩(wěn)定方式，響應(yīng)速度大為提高。此外，還有一個(gè)重要特點(diǎn)是輕型、低成本，適應(yīng)于直升機(jī)機(jī)載平臺(tái)。以色列的Elbit公司的ELOP子公司研發(fā)的紅外定向?qū)瓜到y(tǒng)-多光譜紅外對抗設(shè)備(MUSIC)是這一代的典型代表。

4) 第四代紅外對抗系統(tǒng)。以通用紅外對抗系統(tǒng)CIRCM為代表，其目標(biāo)為高可靠性、小型化和低成本。主要技術(shù)特點(diǎn)是采用更高效率的多波段激光器作為干擾源，比OPO固體激光器體積更小、質(zhì)量更輕、可靠性更高；采用模塊化開放式系統(tǒng)架構(gòu)(MOSA)和非專有接口，支持組件互換和技術(shù)植入；采用商用貨架產(chǎn)品，降低系統(tǒng)成本。英國BAE系統(tǒng)公司、美國ITT公司、美國諾格公司電子系統(tǒng)分部和雷神導(dǎo)彈系統(tǒng)等公司均參與了美國空軍系統(tǒng)驗(yàn)證，并進(jìn)行CIRCM系統(tǒng)關(guān)鍵部件的研發(fā)。

4　發(fā)展趨勢

光學(xué)告警與定向干擾系統(tǒng)今后的發(fā)展目標(biāo)是進(jìn)一步提高系統(tǒng)的干擾能力和精度，關(guān)鍵是要解決以下幾個(gè)主要問題：

1) 提高告警系統(tǒng)對來襲導(dǎo)彈的感知能力。目前使用的光學(xué)告警系統(tǒng)都有各自的缺陷。最先研發(fā)的紫外導(dǎo)彈告警系統(tǒng)的探測距離容易受到大氣環(huán)境的影響，且在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)條件下無法探測；而紅外告警系統(tǒng)的探測距離雖比紫外型探測器遠(yuǎn)，但必須對付地面強(qiáng)雜波背景的影響。最佳方案是將紅外傳感器的遠(yuǎn)距探測能力與紫外傳感器的雜波抑制能力相結(jié)合，而雙色或者多色紅外傳感器正好可以融合這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

2) 開發(fā)高效、小型化的干擾源。開發(fā)多波段固態(tài)激光干擾源，結(jié)合激光回波技術(shù)，分析導(dǎo)引頭的類型有的放矢，是未來發(fā)展的必然趨勢。另外，中紅外光纖激光器的開發(fā)，為中紅外高效率干擾源的開發(fā)開辟了新的方向。

3) 設(shè)計(jì)研發(fā)高精度跟瞄發(fā)射轉(zhuǎn)塔。優(yōu)化跟瞄光機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，提高轉(zhuǎn)塔的精度和機(jī)動(dòng)性能，滿足大機(jī)動(dòng)和大過載條件下的快速響應(yīng)和精確定位要求。

4) 系統(tǒng)模塊化。提高系統(tǒng)兼容性和可擴(kuò)展能力。采用可互換組件，降低系統(tǒng)成本。

5　結(jié)束語

針對飛機(jī)平臺(tái)面臨的精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的威脅，國外各軍事強(qiáng)國均開展并裝備了大量光學(xué)告警與定向干擾一體化裝備。詳細(xì)分析該系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及功能組成對全面開展相關(guān)領(lǐng)域的研究具有現(xiàn)實(shí)意義?！?/p>

[1]付偉.定向紅外對抗技術(shù)及其現(xiàn)狀[J].激光與紅外,2001,31(5):259-261.

[2]張潔.機(jī)載導(dǎo)彈逼近告警技術(shù)發(fā)展分析[J].艦船電子工程,2014,34(11):19-23.

[3]易明,王曉,王龍.美軍光電對抗技術(shù)、裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢初探[J].紅外與激光工程,2006，35(5):601-607.

[4]淦元柳,徐世錄.美國的直升機(jī)載紅外干擾系統(tǒng)[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2006(4):89-94.

[5]何立萍,韋萍蘭.紅外對抗技術(shù)和裝備的發(fā)展[J].紅外技術(shù),2006,28(1):47-49.

[6]韓超.紅外對抗技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向與分析[J].艦船電子工程,2009,29(6):43-36.

The review of airborne optical warning and directional countermeasure integrated technology

Li Chao,Chen Ning,Chen Pingping,Wan Chun,Wang Peng

(No.8511 Research Institute of CASIC,Nanjing 210007,Jiangsu,China)

With the development of infrared homing missile, the threat of damage to the aircraft target is more and more serious. Optical warning and directional countermeasure integrated technology becomes the focus of national research.Infrared warning and directional countermeasure are summarized firstly,and then the latest progress is analyzed in this field overseas. Finally, the development tendency in the future is looked forward.

infrared homing; infrared countermeasure; infrared warning; directional inference

2016-02-26；2016-06-20修回。

李超(1984-)，男，工程師，博士，主要研究方向?yàn)殡娮訉埂?/p>

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