機載光學告警與定向干擾一體化技術發展評析

李　超，陳　寧，陳萍萍，萬　純，王　鵬

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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機載光學告警與定向干擾一體化技術發展評析

李超，陳寧，陳萍萍，萬純，王鵬

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

隨著紅外制導導彈對飛機目標造成的威脅日益嚴重，光學告警與定向干擾一體化技術成為各國研究的熱點。首先介紹了紅外告警與定向干擾的原理和流程，之后分析了國外在機載紅外告警與定向干擾設備方面的最新進展，并展望未來的發展趨勢。

紅外制導；紅外對抗；紅外告警；定向干擾

0　引言

在電子技術飛速發展和戰場電磁信號環境復雜性高度提升的今天，在日益精密的防空系統下，作戰飛機所面臨的戰場環境比以往任何時候都更具有威脅性，加強態勢感知能力和快速反應能力是提高作戰飛機生存概率的關鍵[1-2]。

在現代戰爭中，光電制導導彈特別是紅外制導導彈對于飛機的威脅日趨嚴重。目前，國外應用紅外制導的導彈有70多種，工作波長可以從近紅外一直到遠紅外，能探測和跟蹤飛機各部分的紅外特征。據統計，在海灣戰爭中，美軍損失的19架飛機有13架是被紅外制導導彈擊落的。在科索沃戰爭中,美國陸軍AH-64A“阿帕奇”直升機從未出現在戰場上，主要是因為它裝備的BAE系統公司的AN/ALQ-144(V)紅外對抗系統不靈敏。為了對抗光電制導導彈的攻擊，各類飛機都采用了多種光電對抗設備，主要包括雷達告警、激光告警、紅外、紫外告警、激光有源干擾、紅外有源干擾等光電裝備。因此，發展機載光學紅外告警與自適應干擾決策技術，對來襲導彈、戰斗機或其他重要威脅源進行逼近告警，就能有效提高飛機的戰場生存能力，對完成作戰任務起著至關重要的作用。

1　光學告警與定向紅外干擾工作原理

1.1系統構成

定向干擾的工作原理是將方向性好的高能量激光照射到導彈導引頭上，以造成毀傷、誘偏，達到導彈解鎖或者無法找到目標的目的。

定向干擾系統是由數據采集解算單元、決策控制單元、激光照射單元等組成。其中，采集解算單元和決策控制單元共同構成了告警系統。激光照射單元包含精密轉向機構、激光調制器等。

采集解算單元：負責數據的采集和分發，真假目標識別，目標特征提取，航跡建立。同時，它還負責將威脅目標飛行方向、到達角方位、威脅程度進行分級處理。

決策控制單元：是定向干擾的關鍵部件。經過精確的解算，來襲導彈的各種參數傳遞到控制單元。在控制單元中，存儲著針對不同威脅程度相應的戰術決策指令。它負責啟動干擾的方式和投放的策略，以達到保護己方作戰平臺的目的。

激光照射單元：用于發射定向能，實施激光定向干擾。其主要部件包括：1個小視場跟蹤來襲導彈的紅外CCD，1個紅外激光干擾源，1個跟瞄子系統，以及相關的通信和控制電子設備。

1.2定向干擾工作流程

定向干擾具體的工作流程為：

1) 告警階段：導彈告警系統通過紅外多波段復合探測，將導彈蒙皮輻射和尾焰信號傳遞給數據解算單元。

2) 數字信號處理階段：對告警系統傳遞的數據進行處理，提取威脅源，評估威脅等級，啟動干擾裝置。

3) 干擾階段：根據數字信號處理階段傳輸的威脅源，迅速轉動轉臺，啟動紅外小視場跟蹤裝置，對準來襲導彈導引頭，由發射機將調制的相應紅外波束照射向導彈導引頭干擾制導信號，同時配合使用干擾彈。

1.3定向干擾工作模式

現階段光電干擾的主要模式為：有源干擾和無源干擾。有源干擾系統又可分為開環模式和閉環模式。開環模式是指激光定向干擾頭不具備識別導引頭波段的能力，在該模式的系統數據庫中，存儲有固定調制方法以對付所有的來襲導彈。該系統的優點是結構簡單，但干擾效能較低。而閉環模式具有反饋功能，系統根據激光回波特性，確定導彈使用的傳感器類型，而后針對這類傳感器選擇最有效的干擾調制方式，對射向導彈的干擾激光進行調制。該系統雖然較為復雜，但是針對性較強，效能較高，與干擾彈結合使用，大大提升武器平臺的生存概率。

2　國外光學告警設備的現狀

為了提高作戰平臺在現代戰爭中的生存能力，免遭導彈的攻擊，必須裝備性能可靠的導彈逼近告警系統(MAWS)[3-4]。美國等西方國家于20世紀中后期率先開展了光學探測系統的研發工作，并在短短幾十年中，為機載武器平臺安裝了數十種不同的告警裝備，如圖1所示。

2.1AN/AAR-44機載導彈告警系統

美國Raytheon系統公司和Cincinatti電子公司研制的AN/AAR-44機載導彈告警系統是被動式工作裝備，用于對逼近的導彈作紅外告警。該系統的特點包括自動告警和發出對抗指令，可以邊跟蹤、邊搜索，具有對多重導彈威脅的分析處理能力，能鑒別日光、丘陵和水面的反射光(以減少虛警)，配有MILSTD-1553D總線接口。它在半球空域內連續掃描搜索，以發現和跟蹤敵導彈，并指示導彈方位和控制對抗型裝備實施防御。其質量為28kg，屬于第二代產品，裝備于C-130飛機。

AN/AAR-44(V)是AN/AAR-44的小型化產品，它能在超半球空域探測敵導彈。能分析處理多重威脅，其側角精度足以滿足定向紅外對抗的需要，并且具有快速反應和抑制虛警的特點。它可安在高性能飛機內或吊艙里，能與定向紅外對抗系統組合為一體，也可安裝在AN/ALQ-48電子對抗吊艙內。它已在C-130和C-141飛機上服役。

AN/AAR-44A是AN/AAR-44的最新改進型產品，它在持續跟蹤時仍能提供遠距離告警、搜索/識別和多目標處理功能，具有外部對抗控制能力、多光譜識別性能和紅外對抗接口。

圖1　國外典型的紅外告警系統

2.2機載無源告警系統(PAWS)

以色列Elisra電子系統公司的PAWS可探測導彈發動機的羽煙，并在高雜波條件下實行跟蹤，能以低虛警率識別威脅性和非威脅性導彈。對威脅性導彈，它能精確指示逼近方向，并大致估算到達時間，還可自行選擇合適的有源干擾而實施對抗防御。它可以獨立作戰，也可與雷達告警接收機或激光告警器協同工作。最重要的是該系統還具有多目標處理能力。

2.3SAMIR導彈告警器

法國SAMIR簡稱DDM，它能探測導彈的紅外輻射并確定其方位，把有關數據傳給機載對抗設備并自主將其啟動。該系統具有高探測率、低虛警率和多目標處理能力，能在復雜干擾環境下正常工作。它采用了先進的信號處理技術和紅外雙波段探測器陣列，有綜合制冷裝置，并已裝備“幻影2000”飛機和“陣風”戰斗機。

2.4分布孔徑紅外系統(DAIRS)

分布孔徑紅外系統(DAIRS)是機載紅外偵察告警系統的最新成果，基于紅外搜索與跟蹤系統，可實現連續的高分辨率全空間覆蓋，其多功能包括導彈逼近告警、近距紅外態勢感知(SAIRST)、下視紅外目標指示、輔助導航等，可與頭盔瞄準系統耦合使飛行員能下視、側視或后視。F-35 裝備了AN/AAQ-37紅外分布孔徑系統，由6個雙色紅外傳感器提供360°覆蓋。AN/AAQ-37是F-22的AN/AAR-56的衍生版本，其能力在導彈告警任務基礎上進行了大幅擴展。

3　國外定向紅外干擾的現狀

為保護大型飛機和直升機免遭紅外制導導彈特別是肩扛式導彈的威脅，美軍一直在進行紅外對抗系統的研發。十余年來，英美等國家已開發了四代紅外對抗系統，用于保護不同的飛機，包括直升機、運輸機和戰術飛機等[5-6]。

1) 第一代光電對抗裝備。DIRCM和ATIRCM，兩者在功能上基本相似。系統均采用固定在飛機外部的成像探測器、提供全方位的覆蓋；成像探測器具備可以同時指示多枚導彈襲擊方位和辨別真假目標的能力。

DIRCM系統(AN/AAQ-24)，外方代號“復仇女神”。其第一代采用弧光燈作為干擾機，第二代采用激光干擾機，以替代現有型號上使用的氪燈干擾機。DIRCM系統采用模塊化結構，可組合成各種形式來保護約14種不同類型的飛機。當系統中的AN/AAR-54導彈逼近告警系統發現目標并確定該目標威脅時，DIRCM就跟蹤導彈同時從炮塔發射裝置向目標發射紅外對抗波束。

俄羅斯的101KS-O激光定向紅外成像干擾系統，采用了與AN/AAQ-24相似的轉塔式結構，但其體積和質量較大，反應速度較慢，存在探測死角。最致命的是該系統將安裝于俄羅斯最新一代戰斗機T-50上，這樣的系統對于該機型的隱身性會造成一定的影響。

而ATIRCM是美國桑德斯公司(現在的BAE系統公司)為美國陸軍研制的項目，計劃用于裝備各種旋翼飛機(1000架)，以及未來海軍陸戰隊的固定翼飛機。 ATIRCM是集導彈探測、告警、跟蹤和干擾于一體的綜合系統，質量小于46kg，主要有四個組成部分：通用導彈告警系統、多光譜紅外干擾機、1個電子控制單元及1個對抗投放器。ATIRCM干擾頭有三個光學窗口，分別應對波段1、2和4的威脅。

2) 第二代定向紅外對抗系統。主要技術特點是：系統普遍使用紅外凝視告警器代替紫外告警器，采用全固態固體激光作為干擾源，發射磚塔進一步優化，系統精度大為提高，快速響應能力增強。 大型飛機紅外對抗系統LAIRCM在AN/AAQ-24(V)系統基礎上改進形成，主要改進了兩方面，一是采用MIMS雙色紅外導彈告警傳感器，雙色紅外機制可以從光譜上區別目標與雜波紅外特征，提高了在高雜波背景下探測威脅能力；二是采用一種用于紅外對抗的小型模塊化空氣冷卻全波段激光器——“蝰蛇”，激光光源提供了系統干擾或者摧毀來襲導彈傳感器的能力，先進的冷卻技術和小型化、模塊化設計使得系統的體積小、質量輕、功耗低。TADIRCM系統是由美國海軍實驗室和桑德斯公司為美國海軍共同研發的項目，計劃用于裝備戰術飛機上。該系統是在ATIRCM項目基礎上研制的，與ATIRCM的通用性為60%。不過，與ATIRCM和“自由女神”系統比較，TADIRCM有一個改變：其采用雙色紅外凝視傳感器。這種傳感器的探測距離更遠，對雜波的抑制能力更強，且可以在不同波長范圍工作。

3) 第三代紅外定向對抗系統。主要技術特點是普遍采用雙色紅外告警器，提高導彈探測概率，降低虛警率。采用光纖激光器作為干擾源，提高干擾功率和電光轉換概率；跟瞄發射轉塔進一步小型化，多采用反射鏡穩定方式，響應速度大為提高。此外，還有一個重要特點是輕型、低成本，適應于直升機機載平臺。以色列的Elbit公司的ELOP子公司研發的紅外定向對抗系統-多光譜紅外對抗設備(MUSIC)是這一代的典型代表。

4) 第四代紅外對抗系統。以通用紅外對抗系統CIRCM為代表，其目標為高可靠性、小型化和低成本。主要技術特點是采用更高效率的多波段激光器作為干擾源，比OPO固體激光器體積更小、質量更輕、可靠性更高；采用模塊化開放式系統架構(MOSA)和非專有接口，支持組件互換和技術植入；采用商用貨架產品，降低系統成本。英國BAE系統公司、美國ITT公司、美國諾格公司電子系統分部和雷神導彈系統等公司均參與了美國空軍系統驗證，并進行CIRCM系統關鍵部件的研發。

4　發展趨勢

光學告警與定向干擾系統今后的發展目標是進一步提高系統的干擾能力和精度，關鍵是要解決以下幾個主要問題：

1) 提高告警系統對來襲導彈的感知能力。目前使用的光學告警系統都有各自的缺陷。最先研發的紫外導彈告警系統的探測距離容易受到大氣環境的影響，且在發動機關機條件下無法探測；而紅外告警系統的探測距離雖比紫外型探測器遠，但必須對付地面強雜波背景的影響。最佳方案是將紅外傳感器的遠距探測能力與紫外傳感器的雜波抑制能力相結合，而雙色或者多色紅外傳感器正好可以融合這兩個優點。

2) 開發高效、小型化的干擾源。開發多波段固態激光干擾源，結合激光回波技術，分析導引頭的類型有的放矢，是未來發展的必然趨勢。另外，中紅外光纖激光器的開發，為中紅外高效率干擾源的開發開辟了新的方向。

3) 設計研發高精度跟瞄發射轉塔。優化跟瞄光機結構，進行小型化設計，提高轉塔的精度和機動性能，滿足大機動和大過載條件下的快速響應和精確定位要求。

4) 系統模塊化。提高系統兼容性和可擴展能力。采用可互換組件，降低系統成本。

5　結束語

針對飛機平臺面臨的精確制導導彈的威脅，國外各軍事強國均開展并裝備了大量光學告警與定向干擾一體化裝備。詳細分析該系統的發展現狀及功能組成對全面開展相關領域的研究具有現實意義。■

[1]付偉.定向紅外對抗技術及其現狀[J].激光與紅外,2001,31(5):259-261.

[2]張潔.機載導彈逼近告警技術發展分析[J].艦船電子工程,2014,34(11):19-23.

[3]易明,王曉,王龍.美軍光電對抗技術、裝備現狀與發展趨勢初探[J].紅外與激光工程,2006，35(5):601-607.

[4]淦元柳,徐世錄.美國的直升機載紅外干擾系統[J].戰術導彈技術,2006(4):89-94.

[5]何立萍,韋萍蘭.紅外對抗技術和裝備的發展[J].紅外技術,2006,28(1):47-49.

[6]韓超.紅外對抗技術的發展動向與分析[J].艦船電子工程,2009,29(6):43-36.

The review of airborne optical warning and directional countermeasure integrated technology

Li Chao,Chen Ning,Chen Pingping,Wan Chun,Wang Peng

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

With the development of infrared homing missile, the threat of damage to the aircraft target is more and more serious. Optical warning and directional countermeasure integrated technology becomes the focus of national research.Infrared warning and directional countermeasure are summarized firstly,and then the latest progress is analyzed in this field overseas. Finally, the development tendency in the future is looked forward.

infrared homing; infrared countermeasure; infrared warning; directional inference

2016-02-26；2016-06-20修回。

李超(1984-)，男，工程師，博士，主要研究方向為電子對抗。

TN972+.31

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