萬(wàn) 純，汪欲飛，葉自強(qiáng)

（1.中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京210007；2.第二炮兵駐307廠(chǎng)軍事代表室，江蘇 南京210006）

0 引言

現(xiàn)階段反艦導(dǎo)彈面臨艦載雷達(dá)探測(cè)和艦空導(dǎo)彈、密集陣火炮等攔截威脅［1］。為突破防線(xiàn)，反艦導(dǎo)彈在飛行性能和彈道設(shè)計(jì)上采用了超低空、掠海飛行、機(jī)動(dòng)、變速等單項(xiàng)或綜合突防措施［2］。研究表明采用彈載主動(dòng)干擾技術(shù)、誘餌技術(shù)能有效提高反艦導(dǎo)彈突防概率［3］。針對(duì)艦載雷達(dá)、雷達(dá)制導(dǎo)體制攔截導(dǎo)彈，發(fā)展了彈載自衛(wèi)式雷達(dá)干擾技術(shù)［4］。隨著紅外末制導(dǎo)體制艦空導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展和裝備，反艦導(dǎo)彈面臨的攔截威脅程度加劇，如具有雙模（RF／IR）和主動(dòng)紅外（AIR）目標(biāo)搜索跟蹤能力的RIM-116B“拉姆”導(dǎo)彈，1999年3月在太平洋導(dǎo)彈試驗(yàn)中心靶場(chǎng)的美海軍“德凱特”試驗(yàn)艦上進(jìn)行了研制／適用性（DT／OT）試驗(yàn)，在接近實(shí)戰(zhàn)條件下進(jìn)行的10次試驗(yàn)發(fā)射中，成功地?cái)r截并摧毀了掠海飛行、俯沖攻擊和高機(jī)動(dòng)末段飛行目標(biāo)如“魚(yú)叉”、“飛魚(yú)”實(shí)彈和MQM-8超聲速靶彈［5］。此外，為提高巡航導(dǎo)彈防御能力，美國(guó)還提出應(yīng)用AIM-9X 紅外成像導(dǎo)彈、研制紅外／射頻雙模AMRAAM 導(dǎo)彈攔截巡航導(dǎo)彈方案［6］。因此，研究反艦導(dǎo)彈平臺(tái)紅外對(duì)抗措施對(duì)于提高突防能力具有重要意義。

本文通過(guò)分析典型紅外末制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈工作原理，結(jié)合反艦導(dǎo)彈平臺(tái)特點(diǎn)，提出一種基于面源紅外誘餌的彈載紅外干擾技術(shù)，分析彈載面源紅外誘餌設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用形式，為提高反艦導(dǎo)彈突防能力提供參考。

1 紅外末制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈工作方式

1.1 紅外末制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈工作流程

以美軍“拉姆”艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)流程為例，在目標(biāo)導(dǎo)彈來(lái)襲后，艦艇通過(guò)AN／SPS-49 遠(yuǎn)程對(duì)空搜索雷達(dá)、AN／SLQ-32系統(tǒng)、AN／SAR-8紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)、SPG-60雷達(dá)分系統(tǒng)等探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)；各傳感器的目標(biāo)信息（目標(biāo)的方位、距離、速度、輻射頻率功率等）進(jìn)行融合后，傳給火控計(jì)算機(jī)，進(jìn)行威脅評(píng)估、武器分配，將決策信息傳送到MK-31 發(fā)射系統(tǒng)；MK-31發(fā)射系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)來(lái)襲方向，發(fā)控裝置自動(dòng)選擇導(dǎo)彈開(kāi)啟導(dǎo)引頭，雙模（RF／IR）工作模式下搜索、跟蹤，如圖1所示。

圖1 艦空導(dǎo)彈典型雙模（RF／IR）工作模式

當(dāng)目標(biāo)信號(hào)滿(mǎn)足發(fā)射條件后發(fā)射導(dǎo)彈；導(dǎo)彈出筒后，當(dāng)紅外能量不滿(mǎn)足時(shí)，由被動(dòng)雷達(dá)尋的頭跟蹤目標(biāo)，并指引紅外導(dǎo)引頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)；如果IR 目標(biāo)滿(mǎn)足各個(gè)IR 信號(hào)處理算法（亮度、尺寸、角速度、時(shí)間增長(zhǎng)量）的IR 截獲準(zhǔn)則，導(dǎo)彈將指示一個(gè)IR 探測(cè)，并啟動(dòng)IR 交班順序來(lái)開(kāi)始IR 跟蹤和隨后的末端IR 制導(dǎo)；在末端IR 制導(dǎo)中，攔截導(dǎo)彈以極高的精度控制飛向目標(biāo)進(jìn)行攔截直至命中目標(biāo)［5］，如圖2所示。

1.2 末制導(dǎo)紅外信息處理

艦空導(dǎo)彈末制導(dǎo)IR 處理器結(jié)構(gòu)如圖3所示。IR末制導(dǎo)信號(hào)處理主要 由 四個(gè) 部 分組成［5］。

1）匹配濾波和閾探測(cè)，采用四個(gè)定制的脈動(dòng)陣列處理器（SAP）對(duì)導(dǎo)引頭80 元探測(cè)器采集信號(hào)優(yōu)化目標(biāo)信噪比、寬帶噪聲估計(jì)、背景雜波估計(jì)和閾探測(cè)。

圖2 自主紅外目標(biāo)搜索跟蹤模式

2）前端處理，前端處理接收各種事件并完成各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將這些事件繪制到慣性空間里。各相關(guān)事件被分組為“各種對(duì)象”。這些對(duì)象代表慣性空間內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)，即可以代表各種目標(biāo)、背景、對(duì)抗或各種主導(dǎo)的RAM 導(dǎo)彈。

3）后端處理，后端處理將其從前端處理器接收到的目標(biāo)信息放入各個(gè)航跡文件中。每一個(gè)航跡文件都對(duì)時(shí)間駐留、亮度，以及亮度和軌跡的變化率進(jìn)行檢驗(yàn)，將此類(lèi)航跡分為各種目標(biāo)、背景特征、虛警、干擾或前面的RAM 導(dǎo)彈。評(píng)定該批次的所有目標(biāo)以確定最大可能性目標(biāo)并且作出一個(gè)目標(biāo)指示。此刻，生成目標(biāo)慣性位置信息并傳遞給制導(dǎo)處理器。

圖3 艦空導(dǎo)彈末制導(dǎo)IR 處理器結(jié)構(gòu)圖

4）制導(dǎo)處理，制導(dǎo)處理器對(duì)導(dǎo)引頭陀螺儀電機(jī)及進(jìn)動(dòng)進(jìn)行全部控制。它從后端處理接收該目標(biāo)的位置信息，生成各種陀螺控制信號(hào)以閉合該航跡回路，估計(jì)目標(biāo)的視線(xiàn)率并生成各種制導(dǎo)指令給控制艙段自動(dòng)駕駛儀。

2 彈載面源誘餌干擾技術(shù)原理分析

紅外末制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈通過(guò)探測(cè)目標(biāo)紅外輻射特征（彈體、尾焰羽煙），后端對(duì)目標(biāo)輻射亮度、時(shí)間駐留、亮度和軌跡的變化率進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)判定是否真實(shí)目標(biāo)。根據(jù)紅外成像導(dǎo)引頭工作原理及抗干擾技術(shù)的發(fā)展，干擾紅外成像導(dǎo)引頭相對(duì)難度很大，但是紅外成像導(dǎo)引頭系統(tǒng)有一個(gè)可利用的缺點(diǎn)，即進(jìn)行一個(gè)目標(biāo)跟蹤檢測(cè)處理過(guò)程所需的運(yùn)算量很大，隨假設(shè)的目標(biāo)數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。因此，跟蹤算法必須快速作出目標(biāo)選定，而且它只能連續(xù)跟蹤少量的潛在目標(biāo)?，F(xiàn)階段的紅外成像導(dǎo)彈為了減少運(yùn)算量，將空間具有一定面積的熱輻射區(qū)判定為目標(biāo)，又可將曳光彈和背景進(jìn)行區(qū)分。因此對(duì)于紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈，為使假目標(biāo)對(duì)成像系統(tǒng)有效，在探測(cè)器工作波段內(nèi)假目標(biāo)的紅外輻射特征（強(qiáng)度、紅外輻射面積）需在可信范圍且比目標(biāo)特征更明顯。采用這樣的干擾方式，形成多個(gè)與目標(biāo)紅外輻射特征、運(yùn)動(dòng)特征的假目標(biāo)，假目標(biāo)的特征保持穩(wěn)定（持續(xù)燃燒一段時(shí)間或是采用連續(xù)投放干擾方式），成像系統(tǒng)就會(huì)鎖住假目標(biāo)，導(dǎo)致目標(biāo)逃脫攻擊視場(chǎng)。一般情況下，干擾跟蹤器5～10幀就足以使其開(kāi)鎖，典型情況下它轉(zhuǎn)換為實(shí)際情況僅為零點(diǎn)幾秒，從而破壞紅外末制導(dǎo)目標(biāo)探測(cè)和穩(wěn)定跟蹤能力。

紅外誘餌是一種有效對(duì)抗紅外導(dǎo)彈的干擾手段，在飛機(jī)自衛(wèi)干擾中大量應(yīng)用?！袄贰睂?dǎo)彈的紅外制導(dǎo)系統(tǒng)與“尾刺”地空導(dǎo)彈類(lèi)似，因此用于飛機(jī)自衛(wèi)干擾的先進(jìn)紅外干擾技術(shù)可應(yīng)用于反艦導(dǎo)彈平臺(tái)。

面源紅外誘餌是一種新型紅外干擾技術(shù)，不同于傳統(tǒng)點(diǎn)源紅外誘餌，其采用一種新型材料即表面多孔自燃材料作為干擾源。這種去合金化材料的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)具有大量高活性金屬，當(dāng)暴露于空氣中時(shí)自發(fā)氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，向外紅外輻射。通過(guò)控制自燃材料輻射溫度，逼真模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)羽煙輻射強(qiáng)度、輻射光譜，大量自燃箔片燃燒時(shí)能夠形成較大面積的紅外輻射云團(tuán)［7］，可較好地改善Mg／PTFE 型點(diǎn)源紅外誘餌在輻射光譜、輻射強(qiáng)度、空間形狀與被保護(hù)目標(biāo)存在的明顯差異，抑制基于目標(biāo)紅外輻射特征變化的紅外導(dǎo)彈抗干擾性能（如輻射強(qiáng)度、光譜、空間面積分布等差異），有效對(duì)抗先進(jìn)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。

面源紅外誘餌作為美國(guó)空軍先進(jìn)戰(zhàn)略／戰(zhàn)術(shù)一次性消耗物（ASTE）、陸軍先進(jìn)紅外彈藥計(jì)劃（AIRC-MM）的核心得到重點(diǎn)發(fā)展，主要的面源紅外誘餌型號(hào)產(chǎn)品 包 括：M-211、MJU-49／B、MJU-50／B、MJU-51／B、MJU-52／B（BOL-IR）、MJU-64／B 等。面源紅外誘餌經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)測(cè)試和干擾效能評(píng)估驗(yàn)證后，被選作美軍保護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)的先進(jìn)解決方案。圖4為MJU-52／B（BOL-IR）面源紅外誘餌成功誘騙紅外成像導(dǎo)引頭演示驗(yàn)證試驗(yàn)的紅外熱像圖［7］，紅外成像導(dǎo)引頭首先開(kāi)始跟蹤鎖定飛機(jī)目標(biāo)，當(dāng)飛機(jī)投放面源紅外誘餌后，紅外成像導(dǎo)引頭被面源紅外誘餌吸引、解鎖誘騙。

圖4 美MJU-52／B面源紅外誘餌誘騙紅外成像導(dǎo)引頭試驗(yàn)圖

3 彈載面源紅外誘餌關(guān)鍵技術(shù)

目前紅外成像導(dǎo)引頭典型的目標(biāo)跟蹤、識(shí)別、抗干擾檢測(cè)、鑒別措施包括目標(biāo)與干擾物的輻射光譜、輻射能量、運(yùn)動(dòng)軌跡以及紅外輻射面積特征。為有效干擾末制導(dǎo)紅外成像導(dǎo)彈，降低攔截概率，彈載紅外誘餌需要在輻射光譜、紅外輻射能量、紅外面積、運(yùn)動(dòng)軌跡等特征與目標(biāo)相似，主要關(guān)鍵技術(shù)有頻譜特性模擬、輻射性能調(diào)整、面源特征、運(yùn)動(dòng)軌跡等。

3.1 頻譜特性模擬技術(shù)

頻譜特性的匹配要求對(duì)紅外誘餌的性能有著嚴(yán)重的影響，頻譜匹配通常要求在紅外導(dǎo)彈所用的特定波段上，紅外誘餌的相對(duì)電平必須處在目標(biāo)特性的正常范圍之內(nèi)，這可以通過(guò)較仔細(xì)地控制紅外誘餌溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了控制誘餌的燃燒溫度在目標(biāo)的溫度范圍內(nèi)，紅外誘餌需要采用和傳統(tǒng)煙火型誘餌不同的工藝和配方。理想的頻譜匹配實(shí)現(xiàn)方法是采用燃燒溫度在目標(biāo)輻射溫度范圍內(nèi)的面源自燃材料作為干擾源。

3.2 輻射性能模擬技術(shù)

為了有效模擬目標(biāo)的紅外輻射特征，要求面源紅外干擾彈紅外輻射特征變化在導(dǎo)引頭工作波段內(nèi)具有可信的目標(biāo)紅外輻射強(qiáng)度，同時(shí)保持誘餌形成輻射特征的多樣性，一般輻射強(qiáng)度特征為目標(biāo)的1～4倍，同時(shí)盡可能保持有效的持續(xù)時(shí)間。

3.3 面源特征模擬技術(shù)

紅外成像導(dǎo)引頭采用線(xiàn)掃描或凝視成像探測(cè)器，基于視場(chǎng)內(nèi)的紅外圖像特征進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)和穩(wěn)定跟蹤。形成紅外圖像特征與目標(biāo)紅外圖像特征相似的干擾源，將明顯增加紅外導(dǎo)引頭的算法處理難度和降低識(shí)別概率，提高對(duì)紅外成像導(dǎo)引頭的干擾效果。

3.4 運(yùn)動(dòng)特征模擬技術(shù)

紅外成像導(dǎo)引頭具有運(yùn)動(dòng)軌跡識(shí)別或速率鑒別能力。針對(duì)紅外導(dǎo)引頭的運(yùn)動(dòng)特性鑒別干擾手段，可采用拖曳式誘餌、動(dòng)力伴飛誘餌等形式模擬目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，也可以對(duì)投擲式誘餌采用連續(xù)投放、多方位齊射等干擾方式。

4 面源型紅外誘餌應(yīng)用分析

4.1 應(yīng)用方式

彈載面源型紅外誘餌按照應(yīng)用方式可分為投擲式誘餌、拖曳式誘餌、伴飛式誘餌等，這些應(yīng)用方式可以單獨(dú)使用或組合使用。

1）投擲式面源誘餌

與傳統(tǒng)機(jī)載誘餌使用方法類(lèi)似，投擲式面源型誘餌彈設(shè)計(jì)利用發(fā)射器進(jìn)行投放。發(fā)射器可裝載數(shù)發(fā)誘餌彈，使用前將面源型誘餌安裝到誘餌投放器內(nèi)，反艦導(dǎo)彈在接近艦船一定距離時(shí)，主動(dòng)按照事先設(shè)定程序先發(fā)制人投放面源紅外誘餌。根據(jù)研究，在紅外導(dǎo)彈鎖定目標(biāo)前的獲取信息階段，大多數(shù)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭都容易受到干擾，即使采取了紅外抗干擾（IRCCM）措施的導(dǎo)彈也難逃脫靶的命運(yùn)。其原因是IRCCM 技術(shù)在鎖定跟蹤和設(shè)立門(mén)限之前，通常是不工作的。因此先發(fā)制人式紅外干擾技術(shù)是防止飛行中已發(fā)射導(dǎo)彈攻擊最有效的措施之一。

2）拖曳式面源誘餌

拖曳式面源紅外誘餌采用逼真模擬目標(biāo)紅外光譜分布的面源型自燃材料作為紅外干擾源；采取拖曳式誘餌平臺(tái)，產(chǎn)生與目標(biāo)相同的運(yùn)動(dòng)軌跡；通過(guò)控制投放自燃材料的速率，靈活地控制誘餌的輻射強(qiáng)度變化；在導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在于紅外導(dǎo)引頭的視場(chǎng)內(nèi)，持久、穩(wěn)定、逼真地模擬目標(biāo)的紅外光譜分布、面源、運(yùn)動(dòng)、時(shí)域等特性，抑制紅外導(dǎo)彈目標(biāo)識(shí)別、抗干擾技術(shù)。

3）伴飛式面源誘餌

研究表明［8-10］采用伴飛誘餌等形式能顯著提高反艦導(dǎo)彈突防概率。紅外伴飛面源誘餌采用伴飛與面源誘餌復(fù)合的技術(shù)體制，在光譜和強(qiáng)度上能夠形成與目標(biāo)紅外特征相似的紅外輻射，并且在飛行速度和運(yùn)動(dòng)軌跡方面與目標(biāo)相當(dāng)，可以擊敗具有目標(biāo)光譜鑒別和運(yùn)動(dòng)識(shí)別能力的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。

4.2 使用策略分析

由于反艦導(dǎo)彈空間體積受限，很難安裝告警裝置，可行的干擾方式為“先發(fā)制人”干擾方式。反艦導(dǎo)彈通過(guò)雷達(dá)隱身、干擾等方式突防進(jìn)入艦船內(nèi)層防御區(qū)域后，按設(shè)定干擾策略連續(xù)釋放上述多種面源紅外誘餌，形成多個(gè)逼真的假目標(biāo)，誘騙、迷惑紅外攔截導(dǎo)彈，增大反艦導(dǎo)彈突防概率，如圖5所示。

圖5 面源誘餌彈掩護(hù)反艦導(dǎo)彈突防示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

面源誘餌技術(shù)改進(jìn)了傳統(tǒng)點(diǎn)源誘餌在紅外光譜、輻射強(qiáng)度、空間分布等方面與目標(biāo)存在明顯差異、易被識(shí)別的缺點(diǎn)，其對(duì)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的良好干擾效果已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和廣泛認(rèn)可。此外面源誘餌采用大容量自燃燒金屬箔條，可在空中形成具有較強(qiáng)雷達(dá)反射特征的箔條云團(tuán)，在對(duì)抗RF／IR 雙模制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈方面具有優(yōu)勢(shì)?！?/p>

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