機載紅外誘餌技術及干擾策略研究

李石川，王 剛，陳元泰，馬 榜，倪凱捷，王 鵬

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

0 引言

自1956年，首枚紅外制導導彈——響尾蛇空空導彈服役以來，紅外制導導彈一直是各型飛機的最大威脅[1]。保護飛機免遭紅外導彈攻擊，始終是各國面臨的重大課題。針對紅外導彈的威脅,為提高飛機的生存力,國內外專家高度重視紅外對抗措施的研究。目前，機載紅外誘餌系統(tǒng)是效費比最高、應用最廣泛的對抗手段[2-3]。近年來，諸多新型紅外誘餌技術應運而生，如光譜匹配技術、軌跡優(yōu)化技術和面源干擾技術等，總的來說包括兩條主要思路：其一是使誘餌在盡可能多的特征上與載機平臺保持一致，實現“示假”；其二是產生大量、大面積的強輻射信號，掩蓋或改變真實平臺的信號特征，實現“隱真”。為了對抗更為先進的紅外導引頭，機載紅外干擾技術正在向著多種體制復合、智能化和戰(zhàn)術化的方向發(fā)展。

1 機載紅外誘餌技術

1.1 點源紅外誘餌

點源型紅外誘餌就是傳統(tǒng)的曳光彈，主要組分是鎂粉、聚四氟乙烯樹脂和氟橡膠(MTV)，燃燒時生成大量氟化鎂和碳顆粒，燃燒火焰溫度高達2000℃～3000℃，紅外輻射強度遠大于飛機目標的輻射強度，理論和實踐均證明其是對抗第一、二代紅外導引頭的有效干擾技術[3]。MTV紅外誘餌目前仍然被各國軍方廣泛采用，如戰(zhàn)術飛機裝備的M206、MJU-7A/B、FG-6，海軍飛機裝備的MJU-10A/B、FG-9，轉動翼飛機裝備的M206、FG-3、DSTL-46等，以色列還在傳統(tǒng)MTV點源誘餌的基礎上研制了MULTI-BLU多點誘餌，增加了導引頭信號處理的難度，增強了干擾效果，如圖1所示。

1.2 光譜匹配型誘餌

第三、四代紅外導引頭采用多光譜識別技術提高紅外導彈的抗干擾能力。光譜匹配型誘餌就是針對這種趨勢而發(fā)展起來的。

不同的飛機平臺具有不同的紅外輻射特征，戰(zhàn)術飛機的尾向和側向紅外輻射主要來自于尾噴管和熱羽煙，峰值波長集中在3～4 μm；旋翼飛機的輻射特征峰值則更接近長波。傳統(tǒng)MTV誘餌燃燒溫度過高，峰值波長集中在1～2 μm。雙色或三色導引頭可以根據飛機目標和誘餌分別在不同波段的輻射強度之比來剔除誘餌信號[4]。紅外誘餌的燃燒光譜調節(jié)主要通過誘餌劑的配方調整實現，例如選擇在特定波段能夠受激發(fā)光的材料，或者減弱誘餌劑燃燒時的能量積累和二次燃燒特性，降低火焰溫度，使其輻射曲線更貼近平臺的輻射特征。

光譜匹配誘餌的代表有合金表面公司為F-15/F-16戰(zhàn)術飛機設計的MJU-51A/B高光譜自燃誘餌，為C-130和OA-10等低特征飛機設計的MJU-50B低光譜自燃誘餌；英國Wallop公司針對不同的飛機平臺和使用環(huán)境研發(fā)的適用于旋翼飛機的DSTL-02(空軍)、HS2S(海軍)和適用于固定翼飛機的DSTL-24(空軍)和HS6S(海軍)等光譜匹配型紅外誘餌。

1.3 軌跡優(yōu)化型誘餌

第三代紅外導引頭引入軌跡識別算法提高了紅外導彈的抗干擾能力。

為了對抗軌跡識別技術，研究人員通過改善誘餌彈氣動布局、加裝自推進系統(tǒng)或采用載機拖曳的方式，使誘餌在發(fā)射后在一定程度上克服空氣阻力和重力的作用，能夠在較長時間內與載機保持相似的運動狀態(tài)，誘餌與目標信號同時處于導引頭波門內，無明顯位置差異，導引頭無法依據軌跡或位置信息濾除誘餌信號，迫使其跟蹤多個信號源的質心。軌跡優(yōu)化誘餌發(fā)射時，載機相應迅速做出大角度機動，則能以假亂真迷惑導引頭，從而擺脫導彈的追蹤。

1.3.1氣動改型誘餌

如圖2所示的氣動改型誘餌主要用于對抗具有分離速率檢測的紅外制導導彈，通過在誘餌前端加裝流線型金屬風帽，改善氣動外形，使其在射出后能在一定程度上克服阻力的作用，并在相對較長的時間內穩(wěn)定飛行，減少翻滾，從而確保發(fā)射后與載機慢速分離。由于隨著飛機飛行速率的提升，氣動阻力會迅速增大，高速條件下，簡易的風帽改性對阻力的影響微乎其微；另外，在高速戰(zhàn)機上適配前向釋放器，會產生大量的問題，如釋放器釋放誘餌后，彈殼的空腔在高速氣流中的共振問題。因此這種氣動型誘餌主要應用于運動速度相對較低的直升機和運輸機平臺上。

氣動型誘餌的代表性產品有Chemring公司研發(fā)的DSTL-22紅外誘餌，外形尺寸為24.64 mm × 24.64 mm× 206 mm，質量205 g，其中有效載荷約105g，可與AN/ALE-40、45和47等系列的美軍標準投放器配套使用。以色列軍事研究院研發(fā)的FG-8和美軍裝備的M212也屬于氣動改型誘餌。

1.3.2推進型誘餌

推進型誘餌是針對氣動改性誘餌無法應用于高速戰(zhàn)機的缺陷而設計的軌跡優(yōu)化型紅外誘餌。通過加裝微型發(fā)動機和彈翼，實現推進型誘餌在高速條件下的無控穩(wěn)定飛行，使其運動速度和軌跡特征盡可能與戰(zhàn)機平臺保持相似；其內部添加的紅外、推進復合燃燒劑在保證推進比沖的同時，控制配方組分使其具有與戰(zhàn)機平臺相似的紅外輻射光譜和輻射強度，增強其對紅外導引頭的迷惑效能。

典型的推進型紅外誘餌是Chemring公司研發(fā)的K-7，如圖3所示。該彈尺寸為51.82mm ×24.64mm × 206 mm，質量540g，發(fā)射質量460g，可ALE-40、45和47等系列的美軍標準投放器配套使用，發(fā)射時紅外輻射強度高于2.0 kW/sr，紅外推進劑燃燒時間超過1.5s，形成有效干擾的時間小于0.1s。

1.3.3拖曳型誘餌

拖曳型誘餌投放器通常安裝于載機掛架后方，載機感知到攻擊威脅后，投放器釋放拖曳誘餌彈，誘餌彈與載機通過彈頭部位的高強度復合繩和1553B數據總線實現物理和通信連接，彈內裝有合金表面公司生產的自燃箔片材料和步進馬達，馬達工作即可將自燃材料按一定的速率推出彈體，與空氣接觸后發(fā)生自燃并釋放紅外干擾信號，其紅外特征可由推出速率調節(jié)。

誘餌彈釋放初期，誘餌彈與載機相距較近，其釋放的干擾信號與載機融為一體，隨后通過彈體與投放器間的連接線控制誘餌彈與載機平臺距離增大，同時控制步進馬達調節(jié)自燃材料推出速率，有效控制其紅外干擾信號強度，這一方式可以有效迷惑具有上升時間識別的紅外導引頭。最終誘餌彈將在載機后方數十米至百米的位置伴隨飛行，并持續(xù)釋放強于載機的紅外干擾信號，誘餌彈的干擾信號與載機運動速度和軌跡保持一致。配合載機機動調節(jié)輻射強度，可有效迷惑具有軌跡識別和目標軌跡預測等抗干擾能力的紅外導引頭，將紅外導彈引向誘餌，保護載機平臺免受攻擊。

拖曳型誘餌對于點源和小目標成像階段的紅外導引頭具有極大的迷惑性。雖然成像導引階段導引頭可以通過目標輪廓區(qū)分出誘餌與載機，但是由于空戰(zhàn)對抗具有高機動性和瞬時特征，若紅外導彈在小目標階段成功被拖曳誘餌誘騙，導彈飛近目標即使發(fā)現輪廓特征不匹配，載機已不在導引頭的波門范圍內時，導彈也無力再擴大波門重新鎖定繼續(xù)追蹤載機了。

拖曳型誘餌的強干擾效能引起了各國軍方的重視。早在1995年，美國Raytheon公司就獲得了美國海軍用于研制適配于F-14 和 F/A-18戰(zhàn)機的AN/ALE-50(V)拖曳型誘餌的定購合同，后來又將之改型并加裝到B-1B轟炸機，F-15和F-16戰(zhàn)機上。AN/ALE-50(V)拖曳誘餌的釋放狀態(tài)如圖4所示。

1.4 面源紅外誘餌

單純的點源紅外誘餌極易被先進成像導引頭識別并濾除，面源紅外誘餌就是針對成像導引頭的這一特點提出的新型紅外干擾技術。其工作時在導引頭視場中產生大面積的紅外輻射云團，既能夠在一定程度上掩蓋平臺的輻射特征，而且其輻射光譜更貼近真實的目標紅外信號，對紅外導引頭的迷惑性更強。

1.4.1自燃箔片型面源紅外誘餌

自燃箔片紅外誘餌技術是美國合金表面公司開發(fā)的一種利用大比表面活性金屬箔片在空氣中快速氧化放熱，產生特定波段紅外輻射的新技術。其有效干擾載荷稱為“表面多孔合金材料”(SMD)，材料本身具有極大比表面積，生產和運輸過程均需嚴格隔絕空氣，使用時拋灑到空中，多孔金屬箔片與空氣中的氧氣迅速發(fā)生氧化還原反應，在1s內溫度迅速升高至700℃～800℃，釋放出與飛機羽煙相似的紅外輻射。

多孔金屬箔片由不同的合金及金屬氧化物加工復合而成，通過改變其組份可以方便的實現反應溫度、反應速度和輻射光譜的調節(jié)，同時結合其大輻射面積和長留空時間的特征，可以很好地改善點源誘餌在輻射特征和空間形狀上與載機存在的明顯差異，有效對抗紅外成像制導導彈[5]。

合金表面公司結合空戰(zhàn)戰(zhàn)術應用策略，采用不同的釋放方式將自燃箔片技術拓展到了各型飛機平臺上。M211是合金表面公司為美軍一體化紅外對抗計劃(SIIRCM)開發(fā)的用于保護直升機免受便攜式紅外導彈和機載空空導彈威脅的面源紅外誘餌，適配于美軍ALE-40、45和47等標準投放器，工作時由BBU-35B或M796脈沖拋射管將自燃箔片材料拋出彈殼，形成大面積紅外輻射云團，掩蓋平臺紅外特征，誘使導彈跟蹤誘餌云團。拋射形式的誘餌彈另有適配于AV-8B，F/A-18和P-3等艦載飛機的MJU-49B，適配于C-130，OA-10和F-16等飛機的MJU-64/B和MJU-66/B等[6]。

MJU-52/B或稱為BOL-IR誘餌是在美國海軍支持下，瑞典薩伯公司和合金表面公司專為高速噴氣式戰(zhàn)機聯(lián)合設計研制的戰(zhàn)術紅外誘餌。

BOL-IR誘餌并未采用傳統(tǒng)的火工燃氣拋射，而是在飛機的導彈掛架內部安裝了特殊的機械釋放裝置，通過步進電機控制將如圖5所示尺寸為58 mm×53 mm×4.9 mm裝有自燃材料的藥包推出，步進電機的頻率可由控制計算機根據作戰(zhàn)策略進行智能調節(jié)，藥包推出后，自燃箔片的密封包裝被破壞，自燃材料與空氣接觸自燃，同時在發(fā)射裝置和機翼共同產生的尾流渦流作用下分散，形成大面積紅外干擾信號，可有效增強載機平臺的紅外干擾自衛(wèi)能力[7]。

1.4.2液體面源誘餌

液體面源誘餌自燃材料為羥基鋁，是一種常溫下呈液態(tài)的強還原性物質，一旦與空氣接觸就會劇烈氧化燃燒，產生大面積紅外輻射云團，起到紅外誘餌的作用。在未擊發(fā)狀態(tài)時，液體羥基鋁密封存儲于特殊材料制成的誘餌彈殼內，誘餌彈發(fā)射時，火工品作用，將液體儲罐推出彈殼，并打碎儲罐，使羥基鋁在特定方向上噴出，噴出的液體在空氣流中迅速燃燒，火焰可長達數米，與噴氣式飛機的尾噴焰的實際尺寸相近，具有極大的迷惑性。代表性產品為加拿大防御公司為戰(zhàn)斗機研制的MJU-5188誘餌彈和為低特性運輸機研制的MJU-5130B誘餌彈，尺寸均為Φ36mm×158mm，單發(fā)液體面源誘餌作用時間[1]為1.5s。

2 紅外誘餌使用策略研究

2.1 紅外制導與誘餌干擾特征

紅外制導屬于被動尋的制導系統(tǒng)，具有隱蔽性好、角分辨率高、抗干擾性能好等諸多優(yōu)點。紅外制導導彈發(fā)射后，導引頭持續(xù)接收來自目標和背景的紅外輻射信號，經光學調制和信息處理，得出目標的位置參數信號，并依據所得的目標位置信息，控制導彈持續(xù)跟蹤和飛向目標。紅外制導技術歷經多年發(fā)展，從早期的幾乎不具備抗干擾能力的第一、二代紅外點源制導技術，至今已發(fā)展出具有多元、多光譜探測器，以十字交叉/玫瑰花掃描等調制體制，具備全向攻擊能力的第三代紅外制導技術；以及采用線列陣或多元凝視焦平面成像探測器，通過多種算法提取目標特征和方位，利用能量、形狀、軌跡、光譜等多種特征來區(qū)分目標和干擾，具備強抗干擾能力的第四代成像型制導技術。

干擾紅外制導系統(tǒng)的誘餌技術則是利用紅外導引頭對視場中紅外輻射信號敏感的特征，在感知來襲威脅特征和精確評估平臺自身紅外目標特性的基礎上，通過釋放虛假或壓制性輻射信號，使紅外導引系統(tǒng)無法正確導引，從而降低其命中概率。通常，紅外誘餌裝備釋放后，在特定的空域中產生一個或多個與平臺輻射頻譜、運動特征和形態(tài)特征均相似的紅外假目標，迷惑導引頭，使導引頭無法正確識別出真實目標信號；或者在平臺附近形成高強度、大面積的紅外輻射源，壓制導引頭，使導引頭無法快速有效的截獲真實目標的輻射信號。為擺脫導彈的追蹤，紅外誘餌裝備釋放時，載機平臺迅速機動，從而盡快脫離導引頭視場空域。

2.2 投擲式紅外誘餌組合投放策略

由于投擲式紅外誘餌的釋放延遲和輻射源作用時間均較短，其使用策略主要是響應式投放，即在載機平臺的紅外告警系統(tǒng)提示導彈逼近后，由飛行員手動或計算機自動根據固有程序投放干擾誘餌，并配合不同的載機機動躲避來襲導彈的攻擊。投擲式紅外誘餌的投放策略不僅與干擾彈的釋放延遲、持續(xù)時間、輻射強度、運動軌跡等參數有關，而且與載機和來襲導彈的相對飛行速度、載機機動能力及來襲導彈的制導體制等均密切相關。傳統(tǒng)的投擲式誘餌使用策略主要包括干擾彈的投放時機、投放間隔、投放組數以及投放數量等。

隨著紅外導引頭抗干擾能力的提升和凝視成像導引技術的應用，單純采用點源誘餌的干擾策略逐漸失效。結合面源誘餌“隱真”特性和光譜匹配、軌跡優(yōu)化誘餌“示假”特性的組合式投放已成為對抗先進紅外成像導引頭的主要策略之一。當載機感知到紅外威脅時，首先釋放面源誘餌掩蓋自身的紅外特征，使來襲導引頭無法持續(xù)鎖定和跟蹤真實目標；同時，在平臺機動的向相反方向發(fā)射光譜特征與載機相似的氣動假目標誘餌，使導引頭錯誤的截獲假目標信號，并導引飛向假目標?！半[真”誘餌與“示假”誘餌的組合使用不僅能提升對先進紅外成像制導導彈的干擾效能，而且能減少干擾資源的消耗，延長載機的任務時間，是機載誘餌對抗策略的重要發(fā)展方向之一。

2.3 拖曳式紅外誘餌使用策略

拖曳式紅外誘餌的運動特征與載機保持高度一致，其在投放后仍然與載機牽連在一起運動，并采用特殊的結構和輻射特性優(yōu)化，可與載機保持完全相似的輻射特性，拖曳式紅外誘餌裝備的釋放延遲和輻射源持續(xù)時間均較長，其使用方式主要是預知式投放，即在載機進入高危險任務區(qū)域后，提前釋放誘餌輻射源，并根據來襲目標的方位、速度、導引體制等特征，控制拖曳誘餌產生不同強度的輻射特征，迷惑導引頭。

對抗傳統(tǒng)的采用能量質心跟蹤原理的導引頭，只需控制拖曳誘餌保持最大輻射強度，同時載機以最大過載規(guī)避；對抗光譜識別型點源導引頭，需控制拖曳誘餌與載機輻射強度相似，同時載機采取隱身措施，減弱載機的信號強度，并以最大過載機動規(guī)避；對抗成像型紅外導引頭時，在對抗初期點成像階段，應控制誘餌產生最強輻射，當進入亞成像階段時，則控制誘餌與載機輻射強度保持相似，同時載機采取隱身措施，并以最大過載機動規(guī)避[8]。

3 結束語

紅外誘餌技術將隨著紅外制導體制和技術的發(fā)展不斷改進和升級，紅外誘餌的使用策略也將隨著誘餌裝備、載機平臺機動、威脅感知和戰(zhàn)場 態(tài)勢評估等能力的提升而不斷改進和提高。隨著告警裝備對來襲威脅的類型、方位、距離等特征的甄別能力提升，載機平臺對自身在不同戰(zhàn)場環(huán)境和來襲目標方向的紅外輻射特征評估更加精準，未來機載紅外誘餌將在組成、結構及使用策略方面變得更加具有針對性。不同載機平臺在不同作戰(zhàn)環(huán)境下的紅外對抗形式和對抗策略的特異性將更加凸顯，單種裝備和幾條固定策略“包打天下”的時代將成為過去。■

參考文獻：

[1] 王鵬, 黃烽, 王剛,等. 國外機載面源紅外誘餌技術發(fā)展分析[J]. 航天電子對抗, 2016, 32(3): 49-52.

[2] 淦元柳, 蔣沖, 劉玉杰,等. 國外機載紅外誘餌技術的發(fā)展[J]. 光電技術應用, 2013, 28(6): 13-17.

[3] 趙非玉, 馬春孝, 盧山,等. 機載紅外誘餌技術的發(fā)展[J]. 艦船電子工程, 2012(3): 20-22.

[4] 陳春生, 代夢艷, 黃偉,等. 紅外雙色誘餌劑性能測試研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2017, 37(5): 1368-1373.

[5] 淦元柳, 王曉飛, 郭寶錄. 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(9): 23-27.

[6] 李韜銳, 童中翔, 黃鶴松. 空戰(zhàn)對抗中面源紅外誘餌干擾效能仿真[J]. 紅外與激光工程, 2017(9): 81-88.

[7] 馬榜, 萬純, 周建波. 面源紅外誘餌對多元紅外導引頭的干擾效能分析[J]. 航天電子對抗, 2016, 32(5): 12-17.

[8] 王超哲, 童中翔, 李琳. 拖曳式紅外誘餌干擾仿真與使用方法[J]. 紅外與激光工程, 2012, 41(2): 446-451.