復合引信抗干擾性能比較

劉躍龍, 李心潔, 陸長平, 李煒昕

(1.上海無線電設備研究所,上海201109;2.空裝駐上海地區第一軍代室,上海201109;3.上海市目標識別與環境感知工程技術研究中心,上海201109)

0 引言

目前普遍裝備的電子戰系統、光電對抗系統、無源干擾系統,對導彈近炸引信構成了嚴重的威脅[1]。盡管無線電、激光等近炸引信從頻段、體制、工作模式、信號處理等方面采取了抗干擾措施,但在復雜的戰場干擾環境和自然干擾環境下,單一模式的近炸引信仍難以獲得足夠的有效啟動概率。采用多模復合引信抗干擾已得到各方重視。多模復合引信種類很多,比較典型的有無線電/激光復合引信、毫米波主/被動復合引信、無線電/靜電復合引信、激光/靜電復合引信、無線電/被動紅外復合引信、主動無線電/被動紅外/靜電三模復合引信等。本文給出了典型多模復合引信抗干擾性能的定性分析和比較。

1 單模近炸引信的特點

單模引信指單一體制的近炸引信,如脈沖多普勒引信。目前,比較成熟且得到廣泛應用的近炸引信主要是無線電引信和激光引信。紅外引信也有一些應用。靜電引信在目標方位識別和抗干擾方面具有獨特優勢。

無線電引信是最成熟和應用最廣泛的近炸引信,地空、艦空、空空、便攜式導彈引信等多為無線電引信。根據不同需求,可采用不同頻段和體制的無線電引信。未來戰場對無線電引信抗電磁干擾的要求越來越高,迫使引信在提高工作頻率、增大發射功率和改進信號處理等方面采取了許多措施,也取得了良好效果。與此同時,干擾技術也在迅速發展,無線電引信抗電磁干擾能力仍顯不足。由于提高了工作頻段,無線電引信抗雨雪等自然環境干擾的能力反而下降。此外,抗箔條等無源干擾能力不足,一直是無線電引信的一個弱點。

激光引信不但在空空導彈中大量應用,而且還用于地空、艦空和便攜式導彈。激光引信的一個重要特性就是具有很強的抗無線電干擾的能力,在電子對抗中優勢明顯。但激光引信抗陽光、云霧、雨雪等環境干擾能力較弱,抗箔條等無源干擾能力也不強。

紅外引信分主動紅外引信和被動紅外引信,主動紅外引信性能與激光引信相似。被動紅外引信靠探測目標的紅外輻射能量工作,紅外引信一般均指被動紅外引信。云霧、雨雪、煙塵等自然環境不影響被動紅外引信工作,箔條等無源干擾也不能干擾它,但陽光干擾對其工作有影響。在尾追攻擊時,目標的噴氣流和尾噴口輻射的紅外能量很強,易被紅外引信探測,而在迎頭攻擊時,紅外引信要適時啟動只能探測目標蒙皮比較適合尾追攻擊,而迎頭攻擊作用距離有限。此外還存在無法獲得距離信息、地面試驗不方便等缺點。

靜電引信在方位識別和抗干擾方面優勢突出,但無法獲得距離信息,作用距離散布和啟動角散布比較大,不利于引戰配合。靜電引信一般不單獨使用,適合與無線電引信或激光引信等復合使用。

2 主動無線電/激光復合引信抗干擾性能

主動無線電引信和激光引信是當今技術最成熟、應用最廣泛的兩種引信。采用主動無線電/激光復合引信是提高抗干擾能力的有效措施。

相對于單一的主動無線電引信或激光引信,主動無線電/激光復合引信充分利用主動無線電模式抗光學干擾能力和自然環境干擾能力較強,以及激光模式抗無線電干擾能力強的優勢,采用串聯工作模式,即兩種模式同時啟動時復合引信才啟動,可顯著提高引信抗單獨無線電干擾、單獨光學干擾以及陽光和云霧干擾的性能。無線電/激光復合引信還可以采用更復雜的信息融合的復合模式,可根據具體的引信參數和抗干擾要求靈活選用。

主動無線電/激光復合引信還可綜合利用主動無線電引信的頻譜識別功能、激光引信的脈寬識別和方位識別功能,對箔條干擾和雨雪干擾進行識別,提高抗箔條干擾和抗雨雪干擾的能力。

3 毫米波主/被動復合引信抗干擾性能

毫米波主被動復合引信由主動毫米波模式和基于全功率輻射計的毫米波被動模式復合組成。

主動毫米波模式原理成熟,且本身已擁有較強的抗干擾能力。

基于全功率輻射計的毫米波被動模式通過接收目標反射或輻射的毫米波能量,與接收的天空或地面輻射的毫米波能量進行比較,當滿足一定的能量差和能量變化率時,就能判斷目標的存在并產生啟動信號[2]。

對于較大的目標,若導彈處于目標上方或下方,毫米波被動模式的作用距離可達20 m以上,若設計精良,其作用距離甚至可達30 m以上。若導彈處于目標側方,不同方位條件下目標相對背景的對比溫度會有不同程度的下降,作用距離會有所降低。毫米波被動模式還適合對付隱身目標,對于采用幾何隱身的目標,對毫米波被動模式來說隱身與非隱身是一樣的;對于采用吸波材料隱身的目標,毫米波被動模式可以直接接收目標輻射能量進行工作。毫米波被動模式還可用于攻擊艦艇和大型地面雷達。對于幾何尺寸很小的目標如巡航導彈等,毫米波被動模式的作用距離有限,只能用于制導精度高的導彈。

毫米波被動模式一般采用比毫米波主動模式更高的頻率,具有頻段高和無源偵察等抗電磁干擾優勢。對光學干擾不敏感,在云霧雨雪等自然環境中工作不受影響。因此,毫米波被動模式具有非常好的抗干擾能力。毫米波主/被動復合引信攻擊尺寸較大的目標,如一般飛機、隱身飛機、艦艇和大型地面雷達時可采用串聯工作模式,即兩種模式同時啟動時復合引信才啟動。若目標為巡航導彈等小尺寸目標,在制導精度高時可采用串聯工作模式,在制導精度不高、作用距離要求較大時,可采用毫米波主動模式工作而被動模式不工作的復合模式。

4 主動無線電/靜電復合引信抗干擾性能

飛機、導彈等軍事目標在高速運動過程中,都會因為與大氣粒子摩擦、燃燒排放等離子氣體、Lenard效應等許多原因而帶上靜電。靜電探測就是通過檢測帶靜電目標靜電場中的特性而獲得所需信息的探測方法[3]。采用陣列探測技術可以獲取飛機等目標的方位信息。靜電引信因其獨特的探測原理,具有隱蔽性好、抗電磁干擾能力強、對大多數環境干擾不敏感、反隱身效果好等特點。

無線電與靜電陣列復合探測技術同時具有無線電探測技術和靜電探測技術的優點,在獲得目標啟動角信息的同時可獲得目標的脫靶方位信息,實現定向起爆性能,且具有優良的抗干擾性能[4]。主動無線電與靜電復合引信可用于多種導彈引信。

靜電引信對一般無線電干擾、光學干擾、箔條干擾等不敏感,除帶電云外,對霧、雨、雪、煙、塵、陽光等自然環境干擾也不敏感。若與無線電引信采用串聯工作模式工作,只有當無線電模式產生啟動信號,同時靜電模式探測到靜電場并給出方位信息時,復合引信才啟動,可有效提高引信抗人為干擾和多種自然環境干擾的性能。

5 激光/靜電復合引信抗干擾性能

在激光/靜電復合引信中,激光模式與靜電模式一般采用串聯工作模式工作。只有定角啟動精度高的激光模式給出啟動信號,同時靜電模式探測到靜電場并給出方位信息時,復合引信才啟動。

若無干擾,彈目交會時復合引信可獲得定角啟動信息和方位信息。

若有無線電干擾,對兩種引信均無影響,彈目交會時可獲得定角啟動信息和方位信息。

若有人為主動光學干擾或陽光干擾,即使激光模式受干擾啟動,但靜電模式無信號輸出,復合引信不會啟動,因而不會虛警。若在接近目標過程中遇到曳光彈干擾,即使激光模式受干擾啟動,但靜電模式無信號輸出,復合引信不會啟動,也不會虛警。

若遇上云、霧、雨、雪,激光模式可能受干擾啟動,但靜電模式無信號輸出,復合引信不會啟動,因而不會虛警。但此時若靜電模式探測到目標靜電場,而激光引信波束尚未照射到目標但因干擾而啟動,則復合引信會提前于最佳啟動時機啟動,可能造成引戰配合效率下降。

若在解封后遇到帶電之云,激光引信與靜電引信有可能虛警。

綜上所述,除了在解封后遇帶電云外,激光/靜電復合引信不會虛警,但在某些干擾條件下可能提前于最佳啟動時機啟動,造成引戰配合效率下降。

6 主動無線電/被動紅外復合引信抗干擾性能

主動無線電模式對紅外干擾、陽光等自然環境干擾不敏感,作用距離能保證,截止特性好,引信啟動角精確,引戰配合好。被動紅外模式抗無線電干擾、抗箔條和角反射器等無源干擾的能力強,但常用的短波和中波段紅外引信不適合迎頭攻擊。主動無線電模式與被動紅外模式復合可采用如下方式進行：當迎頭攻擊時,無線電模式工作而紅外模式不工作,復合引信性能只取決于主動無線電模式的性能;尾后攻擊時,主動無線電模式與被動紅外模式采用串聯工作模式。

以上復合方式紅外模式僅作為輔助模式,即僅在尾后攻擊時,彌補主動無線電模式抗箔條干擾和雨雪干擾的能力。

長波紅外引信利用目標蒙皮的氣動熱啟動,可用于迎頭和尾后全向探測目標,但作用距離有限,引信成本較高,抗陽光和紅外干擾能力有限。如果長波紅外模式能滿足引信作用距離要求,長波紅外模式與主動無線電模式可采用串聯工作模式復合,可以全方位探測目標。

7 主動無線電/被動紅外/靜電三模復合引信抗干擾性能

前面5種復合引信已具有相當好的抗干擾能力,如果采用主動無線電/被動紅外/靜電三模復合引信,則在更復雜嚴苛的干擾環境下仍能有效工作。

主動無線電模式對光學干擾、陽光、云霧等自然環境干擾不敏感,作用距離能保證,截止特性好,引信啟動角精確,引戰配合好,能夠彌補被動紅外模式的不足。此外對帶靜電的云層也不敏感,能彌補靜電模式不足。

被動紅外模式抗無線電干擾、雨雪干擾、箔條和角反射器等無源干擾的能力強,能夠彌補主動無線電模式的不足。且對帶靜電的云層也不敏感,能彌補靜電模式的不足。

靜電模式則對無線電、光學、箔條等人為干擾不敏感,也不受霧、雨、雪、煙、塵、陽光等自然環境的干擾,能夠彌補主動無線電模式和被動紅外模式的不足。

三種模式互補,每種模式能彌補另外兩種模式,因而具有極強的抗干擾能力。若采用短波和中波段紅外模式,則采取迎頭攻擊時由無線電模式和靜電模式串聯工作而紅外模式不工作;尾后攻擊則采取三種模式串聯工作。若采用長波紅外模式,可直接采用三種模式串聯工作。

8 六種典型的復合引信抗干擾性能對比

單模引信有多種,每種引信又有多種形式,而復合引信的組合就更多。如果進行各種引信抗干擾性能的定量對比,工作量較大也很困難,只能進行定性的分析比較。表1對6種典型的復合引信抗干擾性能(選擇了6種常見干擾模式)進行了宏觀和定性的對比。定性對比具有相對性,例如主動無線電引信具有一定的抗無線電干擾的能力,但總體效果不如激光引信;激光引信雖采取了多種措施對抗煙霧干擾,但抗煙霧干擾的性能總體上弱于無線電引信。表1中性能分“好”“較好”“一般”“不好”四檔進行對比。

表1 6種復合引信抗干擾性能對比表

由表1可知,復合引信具有良好的抗多種干擾的能力,主動無線電/被動紅外/靜電三模復合引信具有較好的抗干擾能力。

9 結論

無線電、激光、被動紅外和靜電等單模引信要么在作用距離或啟動特性方面存在缺陷,要么抗人為干擾或環境干擾方面存在不足,難以在未來復雜的自然環境和人為干擾環境下滿足作戰性能要求。采用雙模甚至三模復合引信能有效提高引信抗多種干擾的性能,可作為引信抗干擾的一條有效途徑。