彈載面源紅外誘餌技術分析

萬 純，汪欲飛，葉自強

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

0 引言

現階段反艦導彈面臨艦載雷達探測和艦空導彈、密集陣火炮等攔截威脅［1］。為突破防線，反艦導彈在飛行性能和彈道設計上采用了超低空、掠海飛行、機動、變速等單項或綜合突防措施［2］。研究表明采用彈載主動干擾技術、誘餌技術能有效提高反艦導彈突防概率［3］。針對艦載雷達、雷達制導體制攔截導彈，發展了彈載自衛式雷達干擾技術［4］。隨著紅外末制導體制艦空導彈技術的發展和裝備，反艦導彈面臨的攔截威脅程度加劇，如具有雙模（RF／IR）和主動紅外（AIR）目標搜索跟蹤能力的RIM-116B“拉姆”導彈，1999年3月在太平洋導彈試驗中心靶場的美海軍“德凱特”試驗艦上進行了研制／適用性（DT／OT）試驗，在接近實戰條件下進行的10次試驗發射中，成功地攔截并摧毀了掠海飛行、俯沖攻擊和高機動末段飛行目標如“魚叉”、“飛魚”實彈和MQM-8超聲速靶彈［5］。此外，為提高巡航導彈防御能力，美國還提出應用AIM-9X 紅外成像導彈、研制紅外／射頻雙模AMRAAM 導彈攔截巡航導彈方案［6］。因此，研究反艦導彈平臺紅外對抗措施對于提高突防能力具有重要意義。

本文通過分析典型紅外末制導艦空導彈工作原理，結合反艦導彈平臺特點，提出一種基于面源紅外誘餌的彈載紅外干擾技術，分析彈載面源紅外誘餌設計關鍵技術及應用形式，為提高反艦導彈突防能力提供參考。

1 紅外末制導艦空導彈工作方式

1.1 紅外末制導艦空導彈工作流程

以美軍“拉姆”艦空導彈武器系統作戰流程為例，在目標導彈來襲后，艦艇通過AN／SPS-49 遠程對空搜索雷達、AN／SLQ-32系統、AN／SAR-8紅外搜索與跟蹤系統、SPG-60雷達分系統等探測系統探測目標；各傳感器的目標信息（目標的方位、距離、速度、輻射頻率功率等）進行融合后，傳給火控計算機，進行威脅評估、武器分配，將決策信息傳送到MK-31 發射系統；MK-31發射系統對準目標來襲方向，發控裝置自動選擇導彈開啟導引頭，雙模（RF／IR）工作模式下搜索、跟蹤，如圖1所示。

圖1 艦空導彈典型雙模（RF／IR）工作模式

當目標信號滿足發射條件后發射導彈；導彈出筒后，當紅外能量不滿足時，由被動雷達尋的頭跟蹤目標，并指引紅外導引頭對準目標；如果IR 目標滿足各個IR 信號處理算法（亮度、尺寸、角速度、時間增長量）的IR 截獲準則，導彈將指示一個IR 探測，并啟動IR 交班順序來開始IR 跟蹤和隨后的末端IR 制導；在末端IR 制導中，攔截導彈以極高的精度控制飛向目標進行攔截直至命中目標［5］，如圖2所示。

1.2 末制導紅外信息處理

艦空導彈末制導IR 處理器結構如圖3所示。IR末制導信號處理主要 由 四個 部 分組成［5］。

1）匹配濾波和閾探測，采用四個定制的脈動陣列處理器（SAP）對導引頭80 元探測器采集信號優化目標信噪比、寬帶噪聲估計、背景雜波估計和閾探測。

圖2 自主紅外目標搜索跟蹤模式

2）前端處理，前端處理接收各種事件并完成各種坐標轉換將這些事件繪制到慣性空間里。各相關事件被分組為“各種對象”。這些對象代表慣性空間內的各種結構，即可以代表各種目標、背景、對抗或各種主導的RAM 導彈。

3）后端處理，后端處理將其從前端處理器接收到的目標信息放入各個航跡文件中。每一個航跡文件都對時間駐留、亮度，以及亮度和軌跡的變化率進行檢驗，將此類航跡分為各種目標、背景特征、虛警、干擾或前面的RAM 導彈。評定該批次的所有目標以確定最大可能性目標并且作出一個目標指示。此刻，生成目標慣性位置信息并傳遞給制導處理器。

圖3 艦空導彈末制導IR 處理器結構圖

4）制導處理，制導處理器對導引頭陀螺儀電機及進動進行全部控制。它從后端處理接收該目標的位置信息，生成各種陀螺控制信號以閉合該航跡回路，估計目標的視線率并生成各種制導指令給控制艙段自動駕駛儀。

2 彈載面源誘餌干擾技術原理分析

紅外末制導艦空導彈通過探測目標紅外輻射特征（彈體、尾焰羽煙），后端對目標輻射亮度、時間駐留、亮度和軌跡的變化率進行檢驗來判定是否真實目標。根據紅外成像導引頭工作原理及抗干擾技術的發展，干擾紅外成像導引頭相對難度很大，但是紅外成像導引頭系統有一個可利用的缺點，即進行一個目標跟蹤檢測處理過程所需的運算量很大，隨假設的目標數呈指數增長。因此，跟蹤算法必須快速作出目標選定，而且它只能連續跟蹤少量的潛在目標?，F階段的紅外成像導彈為了減少運算量，將空間具有一定面積的熱輻射區判定為目標，又可將曳光彈和背景進行區分。因此對于紅外成像制導導彈，為使假目標對成像系統有效，在探測器工作波段內假目標的紅外輻射特征（強度、紅外輻射面積）需在可信范圍且比目標特征更明顯。采用這樣的干擾方式，形成多個與目標紅外輻射特征、運動特征的假目標，假目標的特征保持穩定（持續燃燒一段時間或是采用連續投放干擾方式），成像系統就會鎖住假目標，導致目標逃脫攻擊視場。一般情況下，干擾跟蹤器5～10幀就足以使其開鎖，典型情況下它轉換為實際情況僅為零點幾秒，從而破壞紅外末制導目標探測和穩定跟蹤能力。

紅外誘餌是一種有效對抗紅外導彈的干擾手段，在飛機自衛干擾中大量應用。“拉姆”導彈的紅外制導系統與“尾刺”地空導彈類似，因此用于飛機自衛干擾的先進紅外干擾技術可應用于反艦導彈平臺。

面源紅外誘餌是一種新型紅外干擾技術，不同于傳統點源紅外誘餌，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構內具有大量高活性金屬，當暴露于空氣中時自發氧化反應產生熱量，向外紅外輻射。通過控制自燃材料輻射溫度，逼真模擬航空發動機羽煙輻射強度、輻射光譜，大量自燃箔片燃燒時能夠形成較大面積的紅外輻射云團［7］，可較好地改善Mg／PTFE 型點源紅外誘餌在輻射光譜、輻射強度、空間形狀與被保護目標存在的明顯差異，抑制基于目標紅外輻射特征變化的紅外導彈抗干擾性能（如輻射強度、光譜、空間面積分布等差異），有效對抗先進紅外制導導彈。

面源紅外誘餌作為美國空軍先進戰略／戰術一次性消耗物（ASTE）、陸軍先進紅外彈藥計劃（AIRC-MM）的核心得到重點發展，主要的面源紅外誘餌型號產品 包 括：M-211、MJU-49／B、MJU-50／B、MJU-51／B、MJU-52／B（BOL-IR）、MJU-64／B 等。面源紅外誘餌經過大量試驗測試和干擾效能評估驗證后，被選作美軍保護戰斗機、運輸機、直升機的先進解決方案。圖4為MJU-52／B（BOL-IR）面源紅外誘餌成功誘騙紅外成像導引頭演示驗證試驗的紅外熱像圖［7］，紅外成像導引頭首先開始跟蹤鎖定飛機目標，當飛機投放面源紅外誘餌后，紅外成像導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引頭試驗圖

3 彈載面源紅外誘餌關鍵技術

目前紅外成像導引頭典型的目標跟蹤、識別、抗干擾檢測、鑒別措施包括目標與干擾物的輻射光譜、輻射能量、運動軌跡以及紅外輻射面積特征。為有效干擾末制導紅外成像導彈，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、運動軌跡等特征與目標相似，主要關鍵技術有頻譜特性模擬、輻射性能調整、面源特征、運動軌跡等。

3.1 頻譜特性模擬技術

頻譜特性的匹配要求對紅外誘餌的性能有著嚴重的影響，頻譜匹配通常要求在紅外導彈所用的特定波段上，紅外誘餌的相對電平必須處在目標特性的正常范圍之內，這可以通過較仔細地控制紅外誘餌溫度來實現。為了控制誘餌的燃燒溫度在目標的溫度范圍內，紅外誘餌需要采用和傳統煙火型誘餌不同的工藝和配方。理想的頻譜匹配實現方法是采用燃燒溫度在目標輻射溫度范圍內的面源自燃材料作為干擾源。

3.2 輻射性能模擬技術

為了有效模擬目標的紅外輻射特征，要求面源紅外干擾彈紅外輻射特征變化在導引頭工作波段內具有可信的目標紅外輻射強度，同時保持誘餌形成輻射特征的多樣性，一般輻射強度特征為目標的1～4倍，同時盡可能保持有效的持續時間。

3.3 面源特征模擬技術

紅外成像導引頭采用線掃描或凝視成像探測器，基于視場內的紅外圖像特征進行目標探測和穩定跟蹤。形成紅外圖像特征與目標紅外圖像特征相似的干擾源，將明顯增加紅外導引頭的算法處理難度和降低識別概率，提高對紅外成像導引頭的干擾效果。

3.4 運動特征模擬技術

紅外成像導引頭具有運動軌跡識別或速率鑒別能力。針對紅外導引頭的運動特性鑒別干擾手段，可采用拖曳式誘餌、動力伴飛誘餌等形式模擬目標的運動特征，也可以對投擲式誘餌采用連續投放、多方位齊射等干擾方式。

4 面源型紅外誘餌應用分析

4.1 應用方式

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

1）投擲式面源誘餌

與傳統機載誘餌使用方法類似，投擲式面源型誘餌彈設計利用發射器進行投放。發射器可裝載數發誘餌彈，使用前將面源型誘餌安裝到誘餌投放器內，反艦導彈在接近艦船一定距離時，主動按照事先設定程序先發制人投放面源紅外誘餌。根據研究，在紅外導彈鎖定目標前的獲取信息階段，大多數導彈導引頭都容易受到干擾，即使采取了紅外抗干擾（IRCCM）措施的導彈也難逃脫靶的命運。其原因是IRCCM 技術在鎖定跟蹤和設立門限之前，通常是不工作的。因此先發制人式紅外干擾技術是防止飛行中已發射導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，產生與目標相同的運動軌跡；通過控制投放自燃材料的速率，靈活地控制誘餌的輻射強度變化；在導彈攻擊目標的長時間內存在于紅外導引頭的視場內，持久、穩定、逼真地模擬目標的紅外光譜分布、面源、運動、時域等特性，抑制紅外導彈目標識別、抗干擾技術。

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彈突防概率。紅外伴飛面源誘餌采用伴飛與面源誘餌復合的技術體制，在光譜和強度上能夠形成與目標紅外特征相似的紅外輻射，并且在飛行速度和運動軌跡方面與目標相當，可以擊敗具有目標光譜鑒別和運動識別能力的紅外制導導彈。

4.2 使用策略分析

由于反艦導彈空間體積受限，很難安裝告警裝置，可行的干擾方式為“先發制人”干擾方式。反艦導彈通過雷達隱身、干擾等方式突防進入艦船內層防御區域后，按設定干擾策略連續釋放上述多種面源紅外誘餌，形成多個逼真的假目標，誘騙、迷惑紅外攔截導彈，增大反艦導彈突防概率，如圖5所示。

圖5 面源誘餌彈掩護反艦導彈突防示意圖

5 結束語

面源誘餌技術改進了傳統點源誘餌在紅外光譜、輻射強度、空間分布等方面與目標存在明顯差異、易被識別的缺點，其對紅外制導導彈的良好干擾效果已經得到實驗驗證和廣泛認可。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雷達反射特征的箔條云團，在對抗RF／IR 雙模制導反艦導彈方面具有優勢?！?/p>

［1］方有培，汪立萍，趙霜.反艦導彈突防技術研究［J］.航天電子對抗，2004（6）：40-44.

［2］關世義，張克，等.反艦導彈突防原理與突防技術探討［J］.戰術導彈技術，2010（4）：1-6.

［3］王光輝，彭軍，李瑛.反艦導彈的自衛式突防［J］.飛航導彈，2006（1）：20-22.

［4］楊會軍，王根弟，等.彈載自衛式單脈沖雷達干擾技術［J］.航天電子對抗，2011，27（1）：6-9.

［5］Walter RF.Free gyro imaging IR sensor in rolling airframe missile application［R］.ADA390349，1999.

［6］AIM9X 的目標是攔截巡航導彈［J］.劉英姿，譯.飛航導彈，1997（10）：23-27.

［7］Walmsley RH.MANPADS protection for civil aircraft using an expendable decoy［J］.Proc.SPIE.，2009，7483：1-9.

［8］王斯福，劉永才，關世義.伴飛誘餌支援條件下無人飛行器協同作戰效能研究［J］.宇航 學報，2007，28（2）：498-502.

［9］汪浩，胥輝旗，馬良.基于飽和攻擊的伴飛誘餌與反艦導彈協同突防能力研究［J］.彈箭與制導學報，2010，30（5）：29-31.

［10］汪浩，曾家有，羅木生.伴飛誘餌支援對反艦導彈突防艦空導彈 的 影 響［J］.火 力 與 指 揮 控 制，2011，36（5）：68-71.