國外機載面源紅外誘餌技術發(fā)展分析

王　鵬，黃　烽，王　剛，萬　純，李　超

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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·工程應用·

國外機載面源紅外誘餌技術發(fā)展分析

王鵬，黃烽，王剛，萬純，李超

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

機載紅外面源誘餌彈在現(xiàn)代空戰(zhàn)中具有重要作用。簡要分析了機載面源紅外誘餌彈對紅外成像制導導彈的干擾機理、作用特點以及主要技術指標要求。介紹了幾種型號的國外先進機載紅外面源誘餌彈，包括其載荷、尺寸、使用平臺等，對機載紅外面源紅外誘餌彈的技術發(fā)展趨勢進行了展望。

機載；面源誘餌彈；干擾

0　引言

隨著科技的發(fā)展，制導技術不斷取得突破，新的制導方式層出不窮。其中，紅外成像制導作為一種自主式、智能化的精確制導技術，目前已廣泛用于多種精確制導彈藥中。紅外成像導引系統(tǒng)的研究始于20世紀70年代，且至少發(fā)展了3代，目前正在向第4代發(fā)展，即超大規(guī)模凝視焦平面系統(tǒng)[1]。紅外制導武器的發(fā)展使得軍用飛機面臨越來越嚴重的威脅，各國軍方也在不斷采取措施，增強軍用飛機在紅外導彈攻擊下的生存能力。經(jīng)過多年發(fā)展，機載紅外誘餌技術不斷取得突破，其中，面源紅外誘餌技術得到了廣泛的認可和應用。面源紅外誘餌彈系統(tǒng)是一種有源式紅外干擾器材，通過從載機上施放，產(chǎn)生欺騙式假目標[2]。本文對紅外面源誘餌的作用機理進行了分析介紹，列舉了目前國外多種型號的面源誘鉺彈產(chǎn)品，并討論了面源誘餌彈的發(fā)展趨勢。

1　機載面源誘餌彈干擾機理

1.1干擾機理

紅外成像制導系統(tǒng)不僅利用目標的輻射強度大小，還利用目標紅外輻射分布信息(圖像信息)進行跟蹤，因此其具有較高的跟蹤精度和較強的抗干擾能力。雖然一般的紅外成像導引頭均有目標識別能力, 但由于各種限制, 識別能力有限, 在目標與干擾物的圖像重疊或部分重疊時, 不可能根據(jù)圖像灰度差辨認出目標和干擾物, 從而摒棄干擾物而只對目標跟蹤。機載面源紅外干擾作用時產(chǎn)生一定的紅外輻射強度，同時破壞載機目標紅外圖像的空間分布并持續(xù)一段時間。因此，對抗紅外成像導引頭, 面源型紅外誘餌具有很好的效果。

面源型紅外誘餌在導彈導引頭視場中出現(xiàn)后,其真目標和誘餌云共同形成目標信息,導引頭視場中形成等效輻射中心,導引頭鎖定的是等效輻射中心,但由于面源型紅外誘餌形成的熱圖像比被保護目標紅外輻射強度大若干倍,因此隨著紅外誘餌云與目標在空間逐漸分離，導彈逐漸被引向誘餌,最后使真目標逸出導引頭視場，達到保護目標的目的[3]。面源型紅外誘餌彈在干擾紅外成像制導導彈時，還能在空間布設紅外輻射場破壞目標紅外特征。即將干擾彈通過發(fā)射器從可進入導引頭視場的方向發(fā)射出去，干擾彈裝有許多燃燒單元或爆炸后能形成許多燃燒元。

燃燒過程中，在保護目標方向上，可以形成紅外光譜特征和空間熱紅外圖像相似于被保護目標的一定大小的紅外輻射場，由于與被保護目標同處于來襲導彈的視場內，且燃燒時間長于來襲導彈的制導時間，故可達到掩蓋或欺騙的目的，使導引頭丟失所要跟蹤的真實目標。 圖 1是面源干擾彈干擾示意圖。

圖1　面源干擾彈干擾示意圖

根據(jù)面源型紅外誘餌彈使用平臺的不同，干擾分為“迷?！焙汀皵_亂”兩種方式[4]。其中“擾亂”式干擾用來保護機動性很強的空中快速目標。當有來襲導彈時，飛機同時投放出多發(fā)具有一定輻射強度、運動軌跡和輻射面積的紅外干擾彈，這樣，就會在紅外成制導視場中同時出現(xiàn)多個紅外輻射源，在一定距離上與被保護平臺交融在一起，形成與被保護目標相似的空間熱紅外圖像，從而對紅外成像制導系統(tǒng)起到擾亂作用，達到干擾目的。機載面源紅外誘餌彈在投放時既要有一定的初速度，使其點燃不危及載體平臺的安全，又不能與載體分離太快，以便與載體同時進入引頭視場內，因此其投放時機和方式是影響干擾效果的重要因素[5]。

1)對紅外成像制導系統(tǒng)識別能力的干擾。

面源紅外干擾源在目標附近產(chǎn)生一定面積的紅外輻射，這樣干擾源的紅外輻射和目標的紅外輻射就會融合在一起，目標的紅外輻射特征會有大的變化，常用的灰度、面積、長寬比和不變矩特征均有較大差異。只要干擾輻射和目標輻射融合在一起，紅外成像制導系統(tǒng)就將無法識別出目標。

2)對紅外成像制導系統(tǒng)典型跟蹤模式的干擾。

紅外成像制導系統(tǒng)通常采用相關跟蹤、形心跟蹤和特征跟蹤模式。投放紅外干擾源后，對于相關跟蹤，由于干擾輻射破壞了目標紅外輻射分布，相關跟蹤所用的匹配模板與匹配圖像有較大差異，匹配點會發(fā)生偏移，從而干擾了相關跟蹤，其干擾效果與相關算法、相關區(qū)的大小、干擾物與目標間的相對運動速度等參數(shù)有關；形心跟蹤和特征跟蹤模式通常采用波門進行跟蹤，投放干擾后，波門內紅外輻射分布發(fā)生變化，相應的目標形心位置和紅外特征也會發(fā)生變化，從而無法正確跟蹤目標或轉入預測跟蹤，達到有效干擾的目的。

1.2作用特點

1)光譜特性逼真。面源型紅外誘餌材料輻射時能產(chǎn)生與目標相似的光譜輻射分布特征。

2)輻射能量和輻射面積大。在紅外成像制導全波段內，面源干擾彈作用時的輻射強度遠大于目標，且在空間中分散產(chǎn)生較大的輻射面積。

3)輻射頻段寬。面源型干擾的作用波段可覆蓋紅外輻射的3～5μm和8～14μm的2個主要大窗口。

4)形成速度快，作用時間長。面源干擾彈形成有效輻射強度的時間很短，零點幾秒內就能對紅外成像制導導彈形成干擾，作用時間長于紅外制導時間，可保護目標脫離導引頭視場。

1.3主要技術指標

1)光譜特征

面源干擾彈輻射紅外光譜要與載機相似，從而與導引頭探測器的工作波長匹配。

2)輻射對比度

紅外成像導引頭通過測量載機與紅外干擾的輻射對比度對這兩者進行區(qū)分。通過減少面源干擾彈與載機之間的紅外輻射對比度，可以對被動式紅外成像導引頭進行有效干擾，使得導引頭難以分辨載機與面源干擾彈。

3)作用時間

為了有效實施干擾，面源干擾彈作用時必須與載機同時出現(xiàn)在導引頭視場內，并保持足夠長時間，以保證載機順利脫離導引頭視場而不被重新捕獲。

4)輻射面積

面源誘餌彈作用時，面積要足夠大，且與載機圖像部分融合，從而導致紅外成像制導系統(tǒng)波門擴大，使其質心坐標與真實質心產(chǎn)生較大偏移，或者載機紅外輻射分布被嚴重破壞，制導系統(tǒng)無法識別目標而無法跟蹤，或只能預測跟蹤。

2　國外機載面源誘餌

2.1機載面源誘餌概況

誘餌技術的核心是誘餌材料的制備。目前機載面源誘餌使用的主要有自燃液體材料和自燃箔片兩種。

1)自燃液體材料誘餌

自燃液體紅外誘餌(liquid pyrophoric)采用羥基鋁作為誘餌材料，一旦暴露在空氣中就會產(chǎn)生一種可控的雙波段紅外信號。這種新型誘餌彈發(fā)射后，推動裝置將彈體從投放器中推出，彈殼及固定電纜留在發(fā)射器內。彈體脫離發(fā)射器時，推動摩擦導線點燃氣體發(fā)生器，打碎隔板，推動活塞，使羥基鋁從噴嘴噴出，噴出的材料在氣流中瞬間點燃并產(chǎn)生紅外輻射?；鹧婵砷L達幾米，與噴氣式飛機羽煙的實際尺寸更接近。具有代表性的產(chǎn)品有加拿大防御公司生產(chǎn)的MJU-5188和MJU-5130B紅外誘餌，前者為戰(zhàn)斗機研制，后者為運輸機研制，均為Φ36mm×158mm，燃燒時間為1.5s。MJU-5130B誘餌如圖2所示。

圖2　MJU-5130B自燃液體紅外誘餌

2)自燃箔片紅外誘餌[6]

自燃箔片是由美國合金表面公司(ASC)研發(fā)的一種表面多孔合金材料(SMD)，當暴露在空氣中后，在1s內溫度能達到800℃以上。這種自燃材料通過氧化而不是通過燃燒產(chǎn)生紅外輻射。由于合金材料氧化時能夠逼真模擬載機的羽煙溫度和輻射光譜，可以很好地改善點源MTV誘餌在輻射光譜、輻射強度、空間形狀與載機存在的明顯差異，有效對抗紅外成像制導導彈。

目前國外利用自燃箔片作為載荷的機載面源型誘餌已發(fā)展了多種型號，應用于不同的作戰(zhàn)平臺上[7]。

MJU-49/B利用合金表面公司研制的自燃箔片材料作為載荷，主要用于美國海軍保護直升機和噴氣機，對抗紅外空空導彈。其尺寸為Φ36mm×146mm，質量為0.34kg，過載4.2g，投放平臺為ALE-39及Ф36適用型。如圖3所示。

圖3　MJU-49/B誘餌彈

MJU-50/B是美國空軍先進戰(zhàn)略戰(zhàn)術消耗物(ASTE)計劃中的一種，如圖4所示。由合金表面公司研制，用于對抗先進的地空、空空紅外制導導彈。MJU-50/B可以保護低信號特征的戰(zhàn)斗機、運輸機和直升機，且在白天或夜晚條件下肉眼不可視。其尺寸為25mm×25mm×203mm，質量為0.275kg，過載4.2g，可在ALE-4X等投放器使用。

圖4　MJU-50/B誘餌彈

MJU-52/B(BOL-IR)由瑞典薩伯公司和合金表面公司聯(lián)合研制，裝備于F-15、F-18等多款戰(zhàn)斗機型。約60片發(fā)火片密封于58mm×53mm×4.9mm大小的磁盤狀盒子里，如圖 5所示，每盒約54g，過載4.2g，由BOL投放系統(tǒng)釋放，一個投放系統(tǒng)最多可裝填160盒。進入作戰(zhàn)區(qū)域時，提前釋放，通過間隔式投放形成持續(xù)的干擾作用。最初，美國海軍擔心氧化材料僅由一層薄且易碎的塑料包敷，有可能發(fā)生安全問題，比如該彈一旦不慎落在飛機燃料艙上可能會點燃飛機燃油，導致?lián)p壞飛機或造成人員傷亡。不過這些擔心已被證明是多余的，該紅外誘餌彈的燃燒溫度遠低于飛機燃油的起燃溫度。至今，已向美國海軍交付了約4000枚這種新型紅外誘餌彈，其測試和評估結果得到了普遍肯定。

圖5　MJU-52/B投放包

“彗星”-COMET是美國雷聲公司和合金表面公司聯(lián)合為攻擊機、大型運輸機等研制的先進紅外對抗裝備，如圖6所示。吊艙內裝填有自燃箔片，為了加強其欺騙能力，在威脅武器發(fā)射之前的截獲階段COMET就開始實施誘騙。為A-10、 C-130和指定的戰(zhàn)術空軍作戰(zhàn)飛機研制的COMET旨在提供具有先發(fā)制人特點、持續(xù)時間長的投放能力，因此無需導彈告警器。它能施放一種特殊材料，施放時間可長達30min。

圖6　COMET吊艙

表1列舉了一些其他使用SMD的面源誘餌彈型號的情況。

表1　一些其他SMD面源誘餌彈型號情況

2.2機載面源誘餌發(fā)展趨勢

為了有效對抗先進的紅外導彈，要求紅外誘餌彈能更逼真地模擬目標[8]。通過對紅外誘餌發(fā)展現(xiàn)狀的分析，其技術發(fā)展勢可歸納如下。

1)采用新材料

通過改進誘餌材料或開發(fā)新材料，使誘餌彈頻譜特性更加接近載機。利用復合燃燒劑實現(xiàn)兩個或以上燃燒溫度，這種冷熱式誘餌彈能更加有效地干擾紅外制導導彈。如英國的防柵系統(tǒng)盾牌反導系統(tǒng)可覆蓋3 ～ 5μm 和 8～14μm 兩個波段，模擬目標輪廓圖像，從而有效干擾紅外成像制導導彈。德國研制了一種在箔條上涂覆燃燒劑的誘餌材料，通過在空中引爆產(chǎn)生閃爍熱云，對紅外成像導彈實施誘騙。

2)覆蓋寬頻譜

隨著制導系統(tǒng)的發(fā)展，要求面源型紅外誘餌的覆蓋波段越來越寬。由近紅外區(qū)的 1～3μm、中紅外區(qū)的3～5μm 向遠紅外區(qū)的8～14μm發(fā)展,從而實現(xiàn)全波段覆蓋?？赏瑫r采用兩種或以上類型的面源誘餌材料進行作用，以達到更好的效果。例如，英國“雞尾”多光譜誘餌，復合了可見光、SMD和氣動多光譜三種誘餌材料。該復合誘餌作用時產(chǎn)生大面積熱源對紅外成像制導導彈進行干擾。

3)控制燃燒過程

控制紅外誘餌彈的點燃和初始燃燒過程以干擾紅外尋的器對上升時間的判斷。紅外干擾波段必須與被干擾導彈的工作波段一致或接近，紅外誘餌彈的輻射能量必須大于被保護目標(軍用飛機、艦船裝甲車輛)的紅外輻射能量。必須保證把紅外誘餌彈投射到尋的器跟蹤視場內，而且在視場內持續(xù)燃燒的時間必須大于被保護目標離開導引頭視場所需要的時間。

4)一體化

為了達到綜合一體化的對抗效果，將面源紅外誘餌與其他對抗手段如射頻無源誘餌等相結合，構成復合對抗系統(tǒng)。

3　結束語

綜上所述，機載面源誘餌彈能夠有效對抗紅外成像制導導彈，國外發(fā)展了多種型號的面源紅外誘餌彈應用于不同的機載平臺。為了更加逼真地模擬目標特性，紅外誘餌技術的發(fā)展及戰(zhàn)術使用將由單一體制向多種體制復合方向發(fā)展。同時，隨著寬頻譜、新材料、復合光電對抗技術的進步,面源型紅外誘餌彈也將更趨完善，但其研制工作也將變得更加復雜?！?/p>

[1]田振華.紅外制導空空導彈先進技術綜述[J].航空兵器，2003(5)：11-16.

[2]吳濤,陳磊.成像式紅外誘餌彈技術的發(fā)展[J].艦船電子工程，2010,30(5):31-34.

[3]張宏宇,林濤，等.面源紅外干擾彈對紅外成像制導系統(tǒng)干擾研究[J].光電技術應用，2008，23(3)：25-28.

[4]呂相銀，黃超超，等.面源新紅外誘餌對紅外成像制導干擾的評析[J].電子技術對抗，2004，19(5)：41-45.

[5]陳寧，萬純，等.紅外面源誘餌干擾有效性分析[J].航天電子對抗，2012，28(6)：38-41.

[6]陳蘋蘋.先進的紅外干擾技術——特種材料誘餌[J].航天電子對抗，2001(6)：32-33.

[7]淦元柳，王曉飛,等.國外面源型紅外誘餌技術的裝備與發(fā)展[J].艦船電子工程，2009，29(9)：24-27.

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Technology development of foreign airborne surface-type infrared decoy

Wang Peng, Huang Feng, Wang Gang, Wan Chun, Li Chao

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

Airborne surface-type infrared decoy plays an important role in the modern air combat. Its interference mechanism to infrared imaging guided missile, function characteristic and main technical index requirements are analyzed. Several types of foreign advanced airborne surface-type infrared decoys are introduced, including load, size, platform, etc. And the trend of its technology development is prospected.

airborne; surface-type decoy; interference

2015-06-30；2016-03-02修回。

王鵬(1989-)，男，工程師，碩士，主要研究方向為光電對抗。

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