先進的機載紅外誘餌對抗技術(shù)措施發(fā)展研究

陳 寧，王 剛，王 鵬，陳元泰，劉玥晗

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

·工程應(yīng)用·

先進的機載紅外誘餌對抗技術(shù)措施發(fā)展研究

陳 寧，王 剛，王 鵬，陳元泰，劉玥晗

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

介紹當(dāng)前機載紅外誘餌的技術(shù)原理和性能特征，針對先進紅外制導(dǎo)武器常用的抗干擾技術(shù)，分析了現(xiàn)有紅外誘餌存在的不足和局限性，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了國外正在發(fā)展的多種先進的機載紅外誘餌對抗技術(shù)措施，為未來機載紅外對抗發(fā)展研究提供參考。

機載自衛(wèi)；紅外誘餌；發(fā)展

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，1973-2001年有49%的飛機損失來自紅外導(dǎo)彈，其中1984-2001年90%的飛機損失來自紅外導(dǎo)彈。針對飛機面臨的紅外導(dǎo)彈威脅，世界各軍事強國競相發(fā)展各種機載紅外誘餌措施。最初的機載紅外誘餌大都是點源高能紅外誘餌，對單波段的紅外點源導(dǎo)彈具有良好的干擾效果，已大量裝備。隨著紅外制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，飛機面臨的紅外威脅程度加劇，紅外導(dǎo)彈已具有識別真假目標(biāo)的本領(lǐng)，傳統(tǒng)點源紅外誘餌的干擾效能急劇下降，基于此，各軍事強國開展了新一代機載紅外誘餌的研究，發(fā)展了多樣化的紅外誘餌。按投放后所形成干擾源空間特性的不同分為點源、面源、多點源、點源面源復(fù)合等；按投放后所形成干擾源光譜分布特性的不同分為光譜平衡型和非光譜平衡型；按投放后所形成干擾源運動特征的不同分為伴飛式和非伴飛式；按誘餌投放方式的不同分為火工投放式和機電投放式。國外通過多樣化手段的組合使用，可針對不同體制和工作模式的來襲紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈進行有效干擾，大大提高了載機的戰(zhàn)場自衛(wèi)生存能力。

1 當(dāng)前機載紅外誘餌技術(shù)簡介

當(dāng)前的機載紅外誘餌主要包括采用MTV型煙火材料的點源紅外誘餌和采用固體或液體自燃材料的面源紅外誘餌，2類誘餌的技術(shù)簡介如下。

1)點源紅外誘餌

點源紅外誘餌采用MTV(鎂、特氟龍、維通)型煙火材料作為干擾載荷，燃燒溫度2000～3000K，釋放強烈的紅外輻射，對導(dǎo)引頭形成質(zhì)心干擾；根據(jù)載機安裝的投放裝置不同，誘餌形狀和尺寸各異，大量用于各種飛機平臺。該類型誘餌對大多數(shù)紅外導(dǎo)彈仍然有效，尤其是對第一代紅外導(dǎo)彈具有100%的干擾成功率。針對不同的紅外導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，為了獲得最佳的干擾效能，誘餌需要按照一定的時間順序進行投放(即采取投彈策略)。由于載機自身紅外特性以及面臨的威脅不同(包括導(dǎo)引頭體制、威脅方位、威脅距離等)，因此不同的載機以及同一載機面臨的威脅不同時，其投彈策略也不同。確定投彈策略的最佳依據(jù)是通過實彈打靶測試不同策略時的干擾效果，從而最終確定最佳的投彈策略。由于實彈打靶代價高，因此主要是通過內(nèi)場仿真與外場實彈打靶相結(jié)合的方式來確定最佳投彈策略。一般情況下，一型飛機會設(shè)置多種投彈策略，針對不同的威脅自動選擇最佳的投彈策略。

典型的點源紅外誘餌及其使用場景如圖1所示。

2)面源紅外誘餌

面源紅外誘餌的干擾載荷包括固體材料和液體材料兩類，其中固體材料包括自燃式箔片材料和點燃式箔片材料，自燃式箔片材料是一種表面多孔合金材料，在空氣中暴露時可在1s內(nèi)溫度達到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。由于合金材料燃燒時能夠逼真模擬載機發(fā)動機的羽流溫度和輻射光譜特征，可以很好地改善傳統(tǒng)點源紅外誘餌在輻射光譜、輻射強度、空間形狀與載機存在的明顯差異，因此能夠有效對抗紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈。根據(jù)載機安裝的投放裝置不同，誘餌形狀和尺寸各異，型號多達十余種，主要為MJU系列，廣泛用于戰(zhàn)斗機、運輸機、直升機、轟炸機等平臺。該類材料主要優(yōu)點是它本身是隱蔽的，即作用時不是一個火球，在夜晚僅僅呈現(xiàn)出微弱的玫瑰紅亮光，白天對肉眼不可見。因此對導(dǎo)彈操作手來說，他無法判斷導(dǎo)彈發(fā)射后是跟蹤紅外材料還是跟蹤飛機，容易造成誤判。由于該類材料的紅外輸出能量較低，因此它通常采用先發(fā)制人式(被來襲導(dǎo)彈鎖定前)的干擾模式，對于一些低特征或采用紅外抑制措施的載機平臺如直升機、運輸機、隱身戰(zhàn)斗機、隱身轟炸機等，也采用反應(yīng)式(被來襲導(dǎo)彈鎖定后)的干擾模式。典型的采用自燃式箔片材料的面源紅外誘餌及其使用場景如圖2所示。

采用點燃式箔片材料的面源紅外誘餌，它是采用與傳統(tǒng)點源紅外誘餌干擾載荷類似的MTV型煙火材料涂覆在箔片上，再在其上覆上一層點火藥，通過誘餌發(fā)射時形成的火焰預(yù)先在彈筒內(nèi)將箔片引燃，出筒后受氣流作用分散形成大面積紅外云團，其燃燒溫度為2000～3000K，與載機輻射光譜差異明顯，難以有效對抗雙色或多色光學(xué)導(dǎo)引頭。采用液體材料的面源紅外誘餌，其主要載荷是羥基鋁，該材料從彈筒噴出后，在空氣中瞬間點燃并產(chǎn)生雙波段紅外輻射，火焰長達幾米，與噴氣式飛機羽煙的實際尺寸接近。代表性產(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Φ36 mm×158mm，燃燒時間為1.5s。

2 先進的紅外導(dǎo)彈抗干擾技術(shù)分析

導(dǎo)彈制造商通常采用多種方法和技術(shù)措施來消除誘餌的影響，這些已經(jīng)足夠?qū)拐T鉺。為了抑制誘餌的干擾作用，導(dǎo)彈采用了數(shù)字化和多樣化(從制冷導(dǎo)引頭到非常復(fù)雜的電路)的抗干擾措施，主要包括上升速率觸發(fā)、軌跡感知、光譜辨別等。

2.1 上升速率觸發(fā)

新一代導(dǎo)彈可通過上升速率觸發(fā)器來識別誘餌。在識別階段，能量快速上升正常必須保持誘餌在導(dǎo)彈視場內(nèi)。導(dǎo)彈將感覺到的快速上升速率的誘餌能量與其可接受的能量上升速率(是可預(yù)期的，與發(fā)動機動力調(diào)整帶來的變化有關(guān))進行比較，如果其超過了可接受的能量上升速率，那么導(dǎo)彈將啟用抗干擾措施，典型措施是閉上“眼睛”進入記憶跟蹤狀態(tài)，當(dāng)退出跟蹤記憶狀態(tài)時，誘餌已經(jīng)在導(dǎo)引頭視場之外，但飛機仍然停留在導(dǎo)引頭視場中。典型的載機能量特征、誘餌能量特征比較示意圖如圖3所示。誘餌的能量上升速率明顯大于載機動力調(diào)整時預(yù)期的能量上升速率，因而容易被導(dǎo)彈濾除掉。

2.2 軌跡感知

新一代導(dǎo)彈可通過軌跡感知來識別誘餌。主要通過在導(dǎo)引頭視場部分設(shè)置衰減濾波器進行軌跡判斷，即當(dāng)目標(biāo)處于導(dǎo)引頭視場中心時，誘餌的位置通常在目標(biāo)的后下方；或者通過感覺誘餌在速度項上存在向后的矢量來進行軌跡判斷。出于安全考慮，要保證誘餌與載機的安全分離，誘餌從載機發(fā)射后通常會向后和向下運動，這一實際現(xiàn)象被用于導(dǎo)彈的抗干擾識別。誘餌在重力作用下逐漸向下分離，并且由于缺乏一定的質(zhì)量和速度而向后運動。在導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭視場內(nèi)設(shè)置一個拒絕象限區(qū)域，降低對該區(qū)域內(nèi)目標(biāo)紅外輻射源的可接受性，因而可將潛在的誘餌濾除；也可通過關(guān)注誘餌與載機在不同方位的分離速度將誘餌濾除。典型的導(dǎo)彈軌跡感知抗干擾原理示意圖如圖4所示。誘餌處于被導(dǎo)引頭拒絕的區(qū)域，因而容易被導(dǎo)彈識別出來而加以濾除。

2.3 光譜鑒別

新一代導(dǎo)彈可通過探測目標(biāo)在整個波段范圍內(nèi)的能量水平是否相似來識別誘餌。雙色導(dǎo)引頭能夠通過同時比較2個不同紅外波段的能量水平，對誘餌和飛機發(fā)動機羽流進行光譜鑒別。典型的MTV基誘餌燃燒溫度在2000℃，而飛機發(fā)動機尾噴溫度在600～800℃范圍。導(dǎo)引頭比較這2個波段的能量，并且觀察在這2個測量波段內(nèi)的能量相似水平。如果不能匹配某一標(biāo)準(zhǔn)，那么誘餌將作為非目標(biāo)而濾除。典型的飛機發(fā)動機尾噴溫度與誘餌溫度比較示意圖如圖5所示。誘餌的燃燒溫度與載機發(fā)動機尾噴溫度差異較大，二者所對應(yīng)的紅外輻射峰值波長不同，如果采用中短波雙色或中中波雙色探測器進行探測，則2個波段的能量差異非常大，因此容易被導(dǎo)彈識別出來而加以濾除。

圖5 典型飛機發(fā)動機尾噴溫度與誘餌溫度比較示意圖

3 發(fā)展中的先進機載紅外對抗技術(shù)

正在發(fā)展以及未來將要發(fā)展的機載紅外對抗技術(shù)措施主要包括燃燒曲線修形、空氣動力學(xué)誘餌、多光譜誘餌、自燃式誘餌、多點源誘餌、推進式誘餌、智能投放器，這些技術(shù)措施能夠顯著提升誘餌對抗導(dǎo)彈的成功概率。

3.1 誘餌燃燒曲線修形

通過燃燒曲線可控制誘餌燃燒過程的能量，不同燃速誘餌藥劑的燃燒曲線圖如圖6所示?？梢钥闯?，盡管燃燒曲線不同，但誘餌產(chǎn)生的整個能量(曲線下方)是相同的。速燃藥劑曲線表示快速起燃有一個短燃燒過程，針對快速噴氣式飛機，由于載機速度的原因，誘餌與載機快速分離，因此，要求誘餌在飛出導(dǎo)彈視場前要盡可能快地達到特定的能量水平。另外2條曲線表示改變后的情況，從誘餌制造商的角度，為了制造一個非常有效的誘餌，需要知道峰值能量、上生時間、持續(xù)時間等具體需求。

3.2 空氣動力學(xué)誘餌

空氣動力學(xué)誘餌設(shè)計用于對抗具有軌跡敏感特征或分離速度觸發(fā)能力的導(dǎo)彈。誘餌沿載機向前發(fā)射，通過空氣動力學(xué)鼻錐確保發(fā)射后與載機相對較慢地分離，因此該類誘餌能夠抑制導(dǎo)彈追尋相對飛機具有向后分離速度的目標(biāo)的抗干擾措施。一般情況下，該類型誘餌的干擾效果隨載機速度的增加而降低，因此其適用對象僅為直升機或低速運輸機。而且，在快速噴氣式飛機上前向安裝發(fā)射器將造成各種各樣的問題，其中極為重要的是誘餌發(fā)射后伴隨的快速氣流進入發(fā)射器空彈倉會形成強烈的振動效應(yīng)。

典型的空氣動力學(xué)誘餌及其發(fā)射場景如圖7所示。

3.3 多光譜誘餌

多光譜誘餌設(shè)計用于對抗雙色導(dǎo)彈，其主要方法是應(yīng)用一種比傳統(tǒng)MTV誘餌較冷的燃燒材料作為載荷材料。典型的MTV誘餌和飛機的輻射強度-波長曲線圖如圖8所示。從中可以看出，MTV誘餌的主要輻射能量集中在低紅外波段，這是由于其燃燒溫度約為2000℃，而飛機發(fā)動機的燃燒溫度約為700℃，主要輻射能量集中在高紅外波段。導(dǎo)彈通過同時測量高、低2個波段的輻射能量并與標(biāo)準(zhǔn)的輻射能量進行比較，可進行真假目標(biāo)識別。為了對抗該類型導(dǎo)彈，誘餌需要在高紅外波段比低紅外波段具有更高的能量，因而必須應(yīng)用較冷的燃燒材料。

3.4 消耗式面源誘餌(CAD)

消耗式面源誘餌(CAD)主要設(shè)計用于商用或特殊用途的飛機，其誘餌材料除具有與其他自燃材料類似的隱蔽性能外，還具有一旦燃燒即完全消耗盡的特點。國外簡稱為CIV-IR。

3.5 多彈丸誘餌

多彈丸誘餌的功能主要是在發(fā)射后可形成多個干擾源。針對不同類型的誘餌，多彈丸誘餌可采用不同的裝載形式。圖9(a)展示了一種將2種不同類型的誘餌裝載成一個模塊化干擾物組件，該組件可快速地安裝在具有數(shù)字化控制功能的投放器中，不同數(shù)量和類型的誘餌裝載在一起用以對抗不同的威脅。圖9(b)展示了類似的思想，它是通過將2個誘餌載荷安裝在單個誘餌筒中來實現(xiàn)多彈丸功能，可采用任何類型的誘餌(如MTV型和光譜型、光譜型和空氣動力學(xué)型)進行結(jié)合。

3.6 推進式誘餌

推進式誘餌是一種自帶動力發(fā)射后可自主向前飛行的誘餌。由于空氣動力學(xué)誘餌主要用于直升機和低速飛機，對于快速噴氣式飛機，推進式誘餌需要獲得更大的前向速度。如K7推進式誘餌(如圖10(a)所示)，通過安裝在標(biāo)準(zhǔn)的2″×1″誘餌殼體內(nèi)與現(xiàn)有投放系統(tǒng)匹配。一旦發(fā)射后，其尾翼展開，誘餌自投放點向前推進足夠的時間來誘導(dǎo)來襲導(dǎo)彈。推進式誘餌在F-16飛機上發(fā)射時的紅外熱像圖如圖10(b)所示。

3.7 智能投放器

智能投放器具備誘餌種類識別及工作過程監(jiān)視記錄的能力。隨著更多種類的誘餌的出現(xiàn)，為了對抗所有不同的威脅需攜帶“雞尾酒”式誘餌(多種誘餌搭配使用)，因此要求投放器要變得智能化。當(dāng)前投放器不能識別哪種誘餌安裝在哪一個位置，因此，為了能夠按照正確的程序投放“雞尾酒”式誘餌，誘餌必須以正確的點火順序裝填在投放器中。為了防止錯誤的裝載模式，未來投放器必須能夠識別所裝載的誘餌的種類。作為誘餌制造商，在誘餌中置入一個電子芯片，以便能與改進后的投放器互相通信并提供誘餌的類型、沒有飛行的時間、生產(chǎn)日期、剩余壽命等數(shù)據(jù)，這對勤務(wù)維護處理是非常有幫助的。不同種類的誘餌在投放器中的典型裝載狀態(tài)如圖11所示。

4 結(jié)束語

隨著多種抗干擾措施的應(yīng)用，未來紅外制導(dǎo)武器將越來越智能化，當(dāng)前的MTV誘餌已不能對抗所有的威脅，發(fā)展先進的機載紅外誘餌對抗措施十分必要。針對不同的威脅場景需要采用“雞尾酒”式誘餌應(yīng)對，為了適應(yīng)不同類型的誘餌投放需求，投放器必須向智能化方向發(fā)展，這樣才能按照正確的順序?qū)⒉煌N類的誘餌投放出去以實施對抗，即使在某個特定的誘餌投放失敗時，也能準(zhǔn)確地繼續(xù)執(zhí)行投放指令。紅外制導(dǎo)武器威脅與紅外對抗措施這一對“貓和老鼠”的游戲?qū)⒊掷m(xù)向前發(fā)展?！?/p>

[1] Scobie KC. Defeating the threat[R]. Salisbury England：Chemring Group PLC, 2007.

[2] Scobie KC. US Countermeasures[R]. Salisbury England：Chemring Group PLC, 2007.

[3] Goddard P. Advanced infrared countermeasures solutions[R].Adelaide, Australia：Chemring Countermeasures Ltd, 2008.

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Researchonthedevelopmentofadvancedairborneinfrareddecoycountermeasures

Chen Ning, Wang Gang, Wang Peng, Chen Yuantai, Liu Yuehan

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

The technical principles and characteristics of current airborne IR decoy are introduced. The limitations and imperfections of existing IR decoy are pointed out in consideration of the application of anti-jamming technology to advanced IR guided weapon. Based on the analysis of abroad multiple advanced IR decoy countermeasures，the reference for the research of further development of IR decoy countermeasures is provided.

airborne self-defense； IR decoy； development

2017-06-25；2017-08-28修回。

陳寧(1979-)，男，研究員，從事光電對抗技術(shù)研究。

TN972；TN976

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