雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)在空空導(dǎo)彈上的應(yīng)用展望

劉珂 李麗娟 郭玲紅

摘 要：????? 本文介紹了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外制導(dǎo)武器雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭的應(yīng)用情況， 分析了雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)在空空導(dǎo)彈上的應(yīng)用前景， 提出了下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭的技術(shù)方案。 本文認(rèn)為雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)對(duì)于提高空空導(dǎo)彈的反隱身和抗干擾性能具有重大意義。

關(guān)鍵詞：???? 紅外/雷達(dá)復(fù)合; 雙模導(dǎo)引頭; 空空導(dǎo)彈; 多模復(fù)合制導(dǎo)

中圖分類(lèi)號(hào)：??? TJ765? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：??? A 文章編號(hào)：??? ?1673-5048（2018）01-0015-05

0 引? 言

未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的主力戰(zhàn)斗機(jī)如美國(guó)的F-22， F-35均有較好的隱身能力和綜合電子干擾能力。 特別是目前干擾技術(shù)發(fā)展較快， 且普遍裝備于第三代和第四代戰(zhàn)斗機(jī)上。 隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破， 如數(shù)字射頻存儲(chǔ)（DRFM）干擾技術(shù)以及干擾發(fā)射裝置的小型化， 新型的機(jī)載電子干擾設(shè)備對(duì)當(dāng)前作為空戰(zhàn)主力裝備的雷達(dá)型空空導(dǎo)彈威脅迅速增大[1]。 因此， 下一代空空導(dǎo)彈對(duì)導(dǎo)引頭提出了更高的要求， 主要包括： 必須具有優(yōu)良的反隱身能力和目標(biāo)綜合探測(cè)性能; 必須具有更強(qiáng)的抗干擾能力， 以有效對(duì)抗各種新型和復(fù)合干擾。

由于雷達(dá)制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)在工作體制上有著良好的互補(bǔ)性（通常雷達(dá)為主動(dòng)/半主動(dòng)體制， 紅外為被動(dòng)體制）， 在工作波段上有著較廣的分布性（不易被敵方在工作波段上同時(shí)干擾）， 因此雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭是國(guó)內(nèi)外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)優(yōu)先發(fā)展的主要方式[2]。

目前雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭已在空面導(dǎo)彈、 面空導(dǎo)彈、 反導(dǎo)攔截彈等武器領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用， 國(guó)內(nèi)外都有相應(yīng)的型號(hào)裝備。 在空空導(dǎo)彈領(lǐng)域， 雖然也開(kāi)展了大量的研究工作， 但是受到導(dǎo)彈體積重量小、 目標(biāo)場(chǎng)景復(fù)雜、 作戰(zhàn)任務(wù)多樣等多種因素的制約， 迄今為止國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有實(shí)際裝備列裝。

1 國(guó)內(nèi)外制導(dǎo)武器雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭發(fā)展?fàn)顩r

多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代中期， 目前正處于迅速發(fā)展中， 并開(kāi)始廣泛應(yīng)用于各種武器系統(tǒng)中。 國(guó)內(nèi)外采用雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭的制導(dǎo)武器種類(lèi)繁多。 按照參與復(fù)合的導(dǎo)引頭工作體制劃分， 主要有如下類(lèi)型。

1.1 被動(dòng)雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

美國(guó)RIM-ll6“拉姆”導(dǎo)彈（見(jiàn)圖1）的雙模導(dǎo)引頭采用被動(dòng)雷達(dá)/紅外（成像）分口徑復(fù)合方式， 紅外導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前端， 直徑70 mm（導(dǎo)彈彈徑127 mm）， 兩根桿裝被動(dòng)雷達(dá)天線位于彈體前端兩側(cè)。 早期的Block 0型由于采用的是多元非成像的“毒刺”導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭， 迎頭作用距離較近， 只能用于末段制導(dǎo)， 初、 中段依靠被動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)， 這就使得其只能對(duì)付主動(dòng)雷達(dá)尋的反艦導(dǎo)彈; Block Ⅰ型采用了機(jī)電掃描的紅外成像導(dǎo)引頭，其視場(chǎng)和靈

敏度均大于早期型號(hào)， 可以實(shí)現(xiàn)全程制導(dǎo)[3]。

德國(guó)BGT公司已研制出的雙模制導(dǎo)導(dǎo)彈ARMIGER（如圖2所示）采用寬帶被動(dòng)雷達(dá)/紅外成像分口徑復(fù)合方式， 紅外成像導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前側(cè)下方。 導(dǎo)彈彈徑200 mm。 作戰(zhàn)使用時(shí)， ARMIGER側(cè)掛在飛機(jī)上， 使雷達(dá)導(dǎo)引頭能更好地探測(cè)目標(biāo); 發(fā)射后， 在

初制導(dǎo)階段， 彈體滾轉(zhuǎn)到合適姿態(tài)， 使紅外成像導(dǎo)引頭能夠探測(cè)目標(biāo)[4]。

1.2 主動(dòng)雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

中國(guó)臺(tái)灣的“雄風(fēng)”-2反艦導(dǎo)彈（如圖3所示）采用主動(dòng)雷達(dá)/紅外成像分口徑復(fù)合方式。 紅外成像導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前上方， 直徑70 mm。 導(dǎo)彈彈徑340 mm。 據(jù)報(bào)道， “雄風(fēng)”-2的導(dǎo)引頭屬于轉(zhuǎn)換式雙模導(dǎo)引頭。 當(dāng)紅外導(dǎo)引頭在探測(cè)距離之內(nèi)時(shí)， 該導(dǎo)引頭通過(guò)雷達(dá)末制導(dǎo)的裝置所發(fā)出的開(kāi)鎖指令開(kāi)機(jī)， 此時(shí)紅外成像探測(cè)器與末制導(dǎo)雷達(dá)一起工作。 導(dǎo)彈跟蹤到目標(biāo)之后， 當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)未受到任何干擾時(shí)， 導(dǎo)彈將會(huì)一直由末制導(dǎo)雷達(dá)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)引， 而紅外成像探測(cè)器雖然也跟蹤目標(biāo)， 但紅外成像導(dǎo)引頭并不制導(dǎo); 當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)導(dǎo)引頭被干擾后， 其接收機(jī)接近飽和或是導(dǎo)彈跟蹤不穩(wěn)定時(shí)， 干擾鑒別電路將關(guān)閉雷達(dá)導(dǎo)引頭。 此時(shí)， 導(dǎo)彈由紅外成像導(dǎo)引頭進(jìn)行導(dǎo)引[5]。

美國(guó)海軍的“標(biāo)準(zhǔn)”-2 Block Ⅳ導(dǎo)彈（如圖4所示）采用了半主動(dòng)雷達(dá)/紅外成像雙模導(dǎo)引頭。 該導(dǎo)彈的彈徑為340 mm， 采用分口徑復(fù)合方式， 在雷達(dá)導(dǎo)引頭的側(cè)面安裝了一個(gè)小型的紅外導(dǎo)引頭， 沒(méi)有正式列裝[6]。

以色列Stunner導(dǎo)彈（如圖5所示）用于攔截彈道導(dǎo)彈。 其雙模導(dǎo)引頭由美國(guó)雷神與以色列拉斐爾公司聯(lián)合研制， 采用了雙波段紅外探測(cè)器和毫米波有源共形相控陣天線[7]。 導(dǎo)引頭采用了“海豚鼻”的不對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)， 屬于分口徑復(fù)合方式。 紅外導(dǎo)引頭位于彈體最前端， 斜著側(cè)向一邊， 而共形雷達(dá)天線則位于彈體的另一側(cè)。 據(jù)報(bào)道， 雷神公司有意在該導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上， 研發(fā)一種新型的雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈。

美國(guó)的AIM-7R 型導(dǎo)彈（見(jiàn)圖6）是半主動(dòng)雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈， 于1988年開(kāi)始研制， 1993年進(jìn)行飛行試驗(yàn)。 但由于預(yù)算原因， 該項(xiàng)目于 1997 年被取消。 研制該導(dǎo)彈的目的是改進(jìn)“麻雀”導(dǎo)彈對(duì)付先進(jìn)電子干擾的能力。 其采用了雙模導(dǎo)引頭， 即在 AIM-7P BlockⅡ型導(dǎo)彈的制導(dǎo)與控制艙中加裝縮小尺寸的AIM-9紅外導(dǎo)引頭。 派生型有艦空導(dǎo)彈RIM-7R[6]。歐洲泰利斯公司曾展出一種空空導(dǎo)彈用主動(dòng)雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭原理樣機(jī)（如圖7所示）， 采用共口徑復(fù)合的方式。 其最大特點(diǎn)是雷達(dá)系統(tǒng)采用了卡塞格倫天線， 而紅外窗口偏置于拋物面天線的一側(cè)， 很可能采用了透射式的紅外光學(xué)系統(tǒng)。

2 關(guān)于下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭方案的思考

對(duì)于空空導(dǎo)彈的末制導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 主動(dòng)毫米波制導(dǎo)、 紅外成像制導(dǎo)分別是雷達(dá)、 紅外精確制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展方向。 毫米波制導(dǎo)與微波制導(dǎo)相比制導(dǎo)精度高、 抗干擾能力強(qiáng)， 體積小、 重量輕; 紅外成像制導(dǎo)則是當(dāng)今世界提高紅外制導(dǎo)系統(tǒng)抗干擾能力和命中精度最有效的手段之一。 雙模導(dǎo)引頭的制導(dǎo)模式能在充分發(fā)揮毫米波制導(dǎo)與紅外成像制導(dǎo)自身先進(jìn)性的基礎(chǔ)上， 利用雷達(dá)制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)的互補(bǔ)性進(jìn)一步提高空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的制導(dǎo)效能， 具有以下優(yōu)勢(shì)： 全天時(shí)、 全天候工作能力; 抗多種電子干擾、 光電干擾和反隱身目標(biāo)能力; 復(fù)雜環(huán)境下識(shí)別目標(biāo)能力[8]。

如前所述， 雷達(dá)/紅外雙模成像導(dǎo)引頭可以分為共口徑復(fù)合與分口徑復(fù)合兩大類(lèi)。

共口徑復(fù)合位標(biāo)器的優(yōu)點(diǎn)是體積小、 重量輕、 氣動(dòng)阻力小， 只使用一套伺服機(jī)構(gòu)， 并且紅外光軸與雷達(dá)電軸重合， 兩個(gè)傳感器坐標(biāo)一致， 避免基準(zhǔn)校準(zhǔn)誤差， 提高了跟蹤精度。 缺點(diǎn)是雙模頭罩材料在設(shè)計(jì)上必須兼顧光學(xué)性能和電學(xué)性能要求， 設(shè)計(jì)制造比較困難， 而且雷達(dá)天線與紅外光學(xué)系統(tǒng)相互遮擋， 影響各自的探測(cè)能力。

分口徑復(fù)合位標(biāo)器的優(yōu)點(diǎn)是由于光學(xué)系統(tǒng)和天線安裝位置不同， 可以避免雙模頭罩相互遮擋的問(wèn)題， 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上比較簡(jiǎn)單; 缺點(diǎn)是加大了系統(tǒng)的體積和重量， 而且氣動(dòng)外形往往不對(duì)稱(chēng)， 阻力大且彈體控制復(fù)雜; 同時(shí)， 兩套系統(tǒng)之間的空間校準(zhǔn)也將引入新的誤差， 不利于對(duì)目標(biāo)的精確探測(cè)和跟蹤[9]。

國(guó)內(nèi)相關(guān)單位對(duì)于雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)的研究工作已開(kāi)展多年， 積累了許多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)， 對(duì)于下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭的方案有更深入的認(rèn)識(shí)。 雙模導(dǎo)引頭絕不是簡(jiǎn)單地將雷達(dá)導(dǎo)引頭和紅外導(dǎo)引頭集成在一起。 共口徑和分口徑復(fù)合位標(biāo)器方案各有利弊， 需要根據(jù)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)需求來(lái)決定雙模導(dǎo)引頭的構(gòu)成方案。

2.1 以抗干擾為作戰(zhàn)需求的空空導(dǎo)彈雙模導(dǎo)引頭構(gòu)成方案

如果下一代空空導(dǎo)彈強(qiáng)調(diào)以雷達(dá)制導(dǎo)方式為主， 紅外制導(dǎo)方式只用于解決彈目距離較近時(shí)（<10 km）的抗角度欺騙干擾和目標(biāo)要害點(diǎn)識(shí)別等雷達(dá)制導(dǎo)不易解決的問(wèn)題， 那么采用雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)方案最為合適。

方案一， 建議選用類(lèi)似于以色列的Stunner雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭。 其優(yōu)點(diǎn)是不存在多模頭罩問(wèn)題， 而且偏置于前端的紅外導(dǎo)引頭既減少了對(duì)雷達(dá)天線前向的遮擋， 又可以有較大的前半球跟蹤場(chǎng)， 利于彈目交匯狀態(tài)下的彈體控制。 缺點(diǎn)是位于前端的紅外導(dǎo)引頭容易受氣動(dòng)加熱的影響， 導(dǎo)彈飛行速度不能太快， 而且不對(duì)稱(chēng)的氣動(dòng)布局給導(dǎo)彈飛控帶來(lái)挑戰(zhàn)。

方案二， 建議采用基于側(cè)置可彈出式微型紅外探測(cè)系統(tǒng)的雷達(dá)/紅外雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭， 具體見(jiàn)圖8。 采用側(cè)置可彈出式微型紅外探測(cè)系統(tǒng); 紅外導(dǎo)引系統(tǒng)不工作時(shí)將紅外探測(cè)系統(tǒng)收納于彈體內(nèi)， 工作時(shí)將其展開(kāi)于彈體外; 紅外探測(cè)系統(tǒng)采用潛望式光學(xué)系統(tǒng)， 將紅外探測(cè)器組件垂直安裝于彈體內(nèi)， 利用斜置安裝于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的平面反射鏡實(shí)現(xiàn)垂直于彈軸方向的光路折轉(zhuǎn)向彈體前方。 其優(yōu)點(diǎn)是作為導(dǎo)彈主作戰(zhàn)模式的主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)性能不受復(fù)合系統(tǒng)的影響; 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)單獨(dú)組成一個(gè)艙段位于導(dǎo)彈彈體內(nèi)， 不會(huì)影響作為導(dǎo)彈主工作模式的雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)的性能， 可以充分發(fā)揮雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)對(duì)空中目標(biāo)作用距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì); 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)工作前不伸出彈體外部， 不會(huì)增加導(dǎo)彈飛行阻力; 由于只在彈道末端使用， 因此對(duì)于導(dǎo)彈的射程影響較小; 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)不工作時(shí)收納于彈體內(nèi)， 并有隔熱層保護(hù)， 不會(huì)被導(dǎo)彈高速飛行段的氣動(dòng)熱傳導(dǎo)加熱， 影響紅外探測(cè)系統(tǒng)的后續(xù)工作; 基于反射鏡的潛望式光學(xué)系統(tǒng)可以使得紅外導(dǎo)引系統(tǒng)工作時(shí)伸出彈體外部的尺寸最小， 而且紅外探測(cè)器組件始終位于彈體內(nèi)部， 受到隔熱層保護(hù)， 工作溫度穩(wěn)定， 有利于紅外導(dǎo)引系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤。

配備這種狀態(tài)雙模導(dǎo)引頭的下一代空空導(dǎo)彈最大的缺點(diǎn)是遠(yuǎn)距離探測(cè)只能依賴(lài)?yán)走_(dá)系統(tǒng)， 反隱身飛機(jī)和抗遠(yuǎn)距電子干擾的能力不強(qiáng)。

2.2 以反隱身為作戰(zhàn)需求的空空導(dǎo)彈雙模導(dǎo)引頭構(gòu)成方案

如果下一代空空導(dǎo)彈以復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的反隱身為主要作戰(zhàn)任務(wù)， 那么雙模導(dǎo)引頭就必須具備雙模信息融合探測(cè)、 識(shí)別能力， 兩套探測(cè)系統(tǒng)的作用距離都不能太近。 這就要求紅外和雷達(dá)的探測(cè)口徑都不能太小。 那么采用雙模共口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)方案最為合適。

綜合前述的復(fù)合方案， 建議選用毫米波縫陣天線-卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)共口徑復(fù)合方式， 如圖9所示。 毫米波天線采用平板縫陣天線， 在縫陣天線的中心開(kāi)孔作為紅外光學(xué)系統(tǒng)光路。 毫米波天線前放置有紅外主反射面和次反射面， 紅外主反射面能夠透過(guò)毫米波， 反射紅外。 紅外能量通過(guò)主反射面和次反射面進(jìn)入位于天線中心放置的紅外探測(cè)器中。

此方案的最大優(yōu)點(diǎn)是各分系統(tǒng)技術(shù)成熟， 紅外口徑和雷達(dá)口徑都能達(dá)到較高的水準(zhǔn)， 有利于實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的作用距離。 紅外和雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的處理結(jié)果可以經(jīng)過(guò)雙模特征層融合處理， 將同時(shí)具備雷達(dá)與紅外特征的目標(biāo)作為候選目標(biāo)， 可用于識(shí)別的特征較多， 因此可以通過(guò)降低單模截獲信噪比的方式來(lái)提高各自系統(tǒng)的作用距離。 缺點(diǎn)是需要雙模頭罩; 球形頭罩易于滿(mǎn)足光學(xué)和電學(xué)性能， 但是氣動(dòng)阻力大; 保形頭罩雖然能夠有效降低氣動(dòng)阻力， 但是其電學(xué)性能不易保證。 此外， 透射雷達(dá)波能量的主反射鏡會(huì)對(duì)天線的幅相一致性產(chǎn)生不利影響， 需要采用專(zhuān)門(mén)的電學(xué)性能校正措施， 減小雷達(dá)信號(hào)的衰減程度。

3 結(jié)? 論

本文對(duì)雷達(dá)/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)在空空導(dǎo)彈上的應(yīng)用做了初步分析。 雙模導(dǎo)引頭可以有效增加探測(cè)系統(tǒng)的信息量， 有助于解決復(fù)雜場(chǎng)景下的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和復(fù)合對(duì)抗的難題。 從空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)需求來(lái)看， 雷達(dá)型空空導(dǎo)彈作為主戰(zhàn)模式的地位是非常穩(wěn)固的， 但是在抗有源拖曳誘餌類(lèi)的角度欺騙干擾及電子寬譜壓制方面具有體制上的缺陷， 而這種缺陷是可以通過(guò)加裝紅外制導(dǎo)體制形成雙模探測(cè)識(shí)別較完美地解決。 前文提及的雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)成熟度要優(yōu)于雙模共口徑復(fù)合導(dǎo)引頭， 近期有望在雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈研究方面得到應(yīng)用。

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