機(jī)載紅外誘餌技術(shù)的發(fā)展＊

趙非玉 馬春孝 盧 山 蔣 沖

（東北電子技術(shù)研究所 錦州 121000）

1 引言

幾十年來，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈一直是軍用飛機(jī)的最大威脅，因此，如何保護(hù)飛機(jī)免遭紅外導(dǎo)彈攻擊，始終是各國軍方面臨的重大課題。目前，利用紅外誘餌產(chǎn)生假目標(biāo)將來襲導(dǎo)彈誘離飛機(jī)，仍是目前，應(yīng)用廣泛、效費(fèi)比最高的對抗手段［1］。隨著復(fù)合制導(dǎo)、成像制導(dǎo)技術(shù)的日益進(jìn)步，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾能力得到不斷提高，紅外誘餌技術(shù)也在隨之改進(jìn)和創(chuàng)新，各種新型紅外誘餌相繼誕生。經(jīng)過多年發(fā)展，機(jī)載紅外誘餌技術(shù)取得了多項(xiàng)重大突破，紅外誘餌產(chǎn)品經(jīng)過改進(jìn)、改型、升級、換代已達(dá)到較高的水平，大量列裝，已成為一種有效的機(jī)載自衛(wèi)裝備［2～10］。

2 新體制紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾技術(shù)

2.1 上升速率判別

當(dāng)紅外誘餌作為反應(yīng)式紅外對抗措施來投放時(shí)，誘餌與平臺間的空間分離速度很快，這就要求誘餌在離開導(dǎo)引頭視場前迅速達(dá)到輻射強(qiáng)度峰值。目前快速點(diǎn)火技術(shù)可使誘餌迅速達(dá)到輻射峰值，其輻射強(qiáng)度的變化約大于藥柱本體部分一個(gè)數(shù)量級。點(diǎn)火完成后，誘餌輻射強(qiáng)度的快速上升及隨后的陡降都為導(dǎo)引頭的識別提供了可能。為了克服這種識別的方法，誘餌采用向上或向前投放，以便延長誘餌在導(dǎo)引頭視場內(nèi)的滯留時(shí)間。

2.2 軌跡鑒別

紅外導(dǎo)引頭對運(yùn)動點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí)，識別目標(biāo)和誘餌的運(yùn)動特性是紅外空空導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)抗干擾的一種重要方法。傳統(tǒng)紅外誘餌由于沒有相應(yīng)的氣動措施，當(dāng)其從目標(biāo)發(fā)射后會由于阻力和重力的作用迅速與飛機(jī)分離，并可能由于翻滾而具有較快的氣動減速，很快滯后于目標(biāo)，真正的目標(biāo)則繼續(xù)水平直線飛行或進(jìn)行規(guī)避機(jī)動。因此導(dǎo)彈可以通過對目標(biāo)運(yùn)動特性的判斷來識別出真目標(biāo)，從而使誘餌失效。

2.3 光潛鑒別

傳統(tǒng)紅外誘餌與典型目標(biāo)的輻射波段分布特性明顯不同，誘餌輻射能量在大氣窗口波段內(nèi)，近紅外區(qū)比中紅外區(qū)的能量大兩倍以上；目標(biāo)的輻射特性基本集中在中紅外波段及遠(yuǎn)紅外波段。雙色成像導(dǎo)引頭的跟蹤模塊包含單色成像探測系統(tǒng)的目標(biāo)形狀、運(yùn)動等目標(biāo)特征提取功能，同時(shí)增加光譜特征作為對抗誘餌等干擾的有效參數(shù)，光譜特征在抗干擾決策時(shí)選取較大的權(quán)重。系統(tǒng)波段的選擇要依據(jù)目標(biāo)特性和系統(tǒng)的探測能力，通常針對空中日標(biāo)的空空導(dǎo)彈則多采用短波、中波兩個(gè)波段。在對抗誘餌干擾時(shí)，利用目標(biāo)與誘餌干擾光譜特性的差異來提取真實(shí)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)抗干擾的目的。

3 紅外誘餌技術(shù)的發(fā)展

3.1 傳統(tǒng)紅外誘餌技術(shù)

傳統(tǒng)紅外誘餌的主要成分是能產(chǎn)生紅外能量的煙火劑，以鎂為燃料，聚四氟乙烯為氧化劑，氟橡膠作粘合劑，也可添加少量其它材料增加性能。這種類型的誘餌稱為鎂／聚四氟乙烯／氟橡膠誘餌（MTV）。紅外誘餌的性能通常包括上升時(shí)間、峰值強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。傳統(tǒng)紅外誘餌已經(jīng)發(fā)展成多種型號產(chǎn)品以適應(yīng)各類投放器，用來對抗紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，這些誘餌對抗大多數(shù)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈仍然非常有效，并且事實(shí)上對抗第一代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈100%有效。

3.2 新型紅外誘餌技術(shù)

由于先進(jìn)的紅外導(dǎo)引頭采用了一些識別誘餌和目標(biāo)的技術(shù)，傳統(tǒng)點(diǎn)源MTV紅外誘餌與目標(biāo)在頻譜特性、信號時(shí)域變化和氣動運(yùn)動特性等方面存在顯著差異，因此MTV誘餌的對抗效果下降了。為了有效地對抗這些先進(jìn)的導(dǎo)引頭，必須改進(jìn)目前的誘餌彈或采用新的方法。改進(jìn)方向就是彌補(bǔ)紅外誘餌與目標(biāo)在上述三方面的差異，使其更逼真地模仿目標(biāo)，從而使導(dǎo)引頭的識別算法失效［2］。

為了干擾各種新體制紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，國外研究和發(fā)展了多種體制新型紅外誘餌，主要有：多元、運(yùn)動型、面源、多光譜及多種體制復(fù)合紅外誘餌。這些新型紅外誘餌可以對新體制紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行有效的干擾。下面介紹幾種新型紅外誘餌。

3.2.1 多元紅外誘餌

多元紅外誘餌仍屬于MTV誘餌范疇，通過重新設(shè)計(jì)彈體結(jié)構(gòu)，控制上升時(shí)間、藥柱分離速度和調(diào)整發(fā)射時(shí)序，能很好地模擬目標(biāo)的光譜輻射分布特征，同時(shí)多個(gè)輻射源在空中分布，可以對抗采用多元掃描技術(shù)的第三代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。具有代表性產(chǎn)品有以色列IMI公司生產(chǎn)的MULTI－BLU紅外誘餌，該彈含有三個(gè)獨(dú)立的誘餌，在投放時(shí)可以按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行投放，提供三倍保護(hù)效能。

3.2.2 運(yùn)動型紅外誘餌

紅外導(dǎo)引頭引入軌跡識別目標(biāo)算法以后，導(dǎo)致紅外誘餌有了重大發(fā)展。為了對抗軌跡識別技術(shù)，一系列誘餌設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過改善誘餌彈結(jié)構(gòu)、加裝火箭發(fā)動機(jī)和采用拖曳方式，使其在發(fā)射后能在一定程度上克服阻力的作用，不至于與飛機(jī)很快分離，而是可以跟隨載機(jī)繼續(xù)飛行，從而在一定程度上增強(qiáng)對導(dǎo)引頭的干擾效果。運(yùn)動型紅外誘餌主要包括空氣動力學(xué)誘餌、自推進(jìn)誘餌［3］和拖曳誘餌。

1）空氣動力學(xué)誘餌

空氣動力學(xué)誘餌（Aerodynamic）可以戰(zhàn)勝具有軌跡識別或分離速率拒絕特性的導(dǎo)彈，誘餌前端具有流線型風(fēng)帽，確保發(fā)射后與載機(jī)慢速分離，通常該型誘餌使用在直升機(jī)或低速運(yùn)輸機(jī)上，主要由于載機(jī)速度低，可以增強(qiáng)空氣動力學(xué)誘餌對抗效能。具有代表性產(chǎn)品有Chemring公司生產(chǎn)的DSTL－22紅外誘餌，尺寸為25mm×25mm×206mm，可與AN／ALE－40、45和47系列投放器配套使用，發(fā)射初速35～55m／s，反作用力最大2kN。

2）自推進(jìn)誘餌

自推進(jìn)誘餌（Kinematic）主要應(yīng)用在高速飛行的戰(zhàn)斗機(jī)上，采用復(fù)合材料裝藥，這種煙火材料既產(chǎn)生誘使敵方導(dǎo)彈遠(yuǎn)離飛機(jī)的紅外能量，同時(shí)也起推進(jìn)劑的作用，能產(chǎn)生足夠的推力，使誘餌跟隨載機(jī)飛行而不會迅速下落。其作用過程是：剛發(fā)射時(shí)，誘餌貼近載機(jī)飛行，其運(yùn)動軌跡和紅外輻射特征與載機(jī)相似，隨著時(shí)間推移，受重力作用，逐漸與載機(jī)分離，引開來襲導(dǎo)彈。具有代表性產(chǎn)品有Chemring公司生產(chǎn)的K7紅外誘餌，尺寸為25mm×52mm×206mm，可與AN／ALE－40、45和47系列投放器配套使用，發(fā)射初速26～54m／s，反作用力最大4.5kN，該彈發(fā)射后具有優(yōu)化的彈道軌跡，可以戰(zhàn)勝具有速率拒絕特性的導(dǎo)彈。其它典型自推進(jìn)誘餌產(chǎn)品還有Esterline防御公司生產(chǎn)的MJU－47／B和ARM－024誘餌。

3）拖曳誘餌

拖曳紅外誘餌特點(diǎn)：1）開始點(diǎn)燃時(shí)距離載機(jī)很近，輻射強(qiáng)度緩慢增加直到超過平臺輻射強(qiáng)度，因此拖曳紅外誘餌可以戰(zhàn)勝上升時(shí)間識別；2）由于拖曳誘餌與載機(jī)連接，飛行速度與載機(jī)平臺一致，因此導(dǎo)引頭軌跡識別將不能工作。具有代表性產(chǎn)品有美國雷聲公司和合金表面公司聯(lián)合研制的 ALE－50（V）拖曳誘餌，ALE－50（V）拖曳誘餌具有被保護(hù)目標(biāo)的運(yùn)動特征。具有拖纜實(shí)時(shí)投放的能力，適應(yīng)能力較強(qiáng)。其有效載荷為1.5mm厚的自燃箔片，與投放器和步進(jìn)馬達(dá)共同組成誘餌。發(fā)射時(shí)，步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動，將自燃箔片推出，在空中與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，其溫度可達(dá)800℃以上，沒有可見光輻射。拖曳誘餌通過1553B數(shù)據(jù)總線實(shí)時(shí)提供高度和運(yùn)動參數(shù)，誘餌的紅外信號特征可調(diào)，推出速度可調(diào)。根據(jù)被保護(hù)平臺的紅外信號特征，其干擾時(shí)間最長可達(dá)lmin。

3.2.3 面源紅外誘餌

1）自燃箔片紅外誘餌

自燃箔片紅外誘餌［4］采用的干擾源是一種新材料—表面多孔合金材料（SMD），當(dāng)暴露在空氣中后，能在1s內(nèi)溫度達(dá)到800℃以上。在放熱反應(yīng)中，加入金屬（如B、A1、Zr、Ti）或加入金屬氧化物（即Si02、Al203）能升高或降低熱效應(yīng)，這種自燃材料通過氧化而不是通過燃燒產(chǎn)生紅外輻射。由于合金材料燃燒時(shí)能夠逼真模擬載機(jī)的羽煙溫度和輻射光譜，可以很好地改善點(diǎn)源MTV誘餌在輻射光譜、輻射強(qiáng)度、空間形狀與載機(jī)存在的明顯差異，有效對抗紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈。具有代表性產(chǎn)品有合金表面公司生產(chǎn)的MJU－50／B和 MJU－51／B紅外誘餌。MJU－50／B是為運(yùn)輸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)應(yīng)用而研制的。它采用SMD材料，在發(fā)射甚至點(diǎn)火前完全密封，當(dāng)箔片從彈筒中彈出后與空氣接觸迅速氧化并輻射熱量。在有效持續(xù)時(shí)間上，MJU－50／B與標(biāo)準(zhǔn)MTV誘餌相差無幾，但不會產(chǎn)生可見光。該彈尺寸為25mm×25mm×206mm，可與美國空軍的標(biāo)準(zhǔn)投放系統(tǒng)配用。MJU－51／B是專為戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)用而研制的，也采用SMD材料，產(chǎn)生的紅外輻射特征可很好地覆蓋載機(jī)發(fā)動機(jī)紅外頻譜區(qū)，其尺寸為25mm×52mm×206mm。

2）自燃液體紅外誘餌

自燃液體紅外誘餌（Liquid pyrophoric）采用羥基鋁作為誘餌材料，一旦暴露在空氣中就會產(chǎn)生一種可控的雙波段紅外信號。這種新型誘餌彈發(fā)射后，推動裝置將彈體從投放器中推出，彈殼及固定電纜留在發(fā)射器內(nèi)。彈體脫離發(fā)射器時(shí)，推動磨擦導(dǎo)線點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生器，打碎隔板，推動活塞，使羥基鋁從噴嘴噴出，噴出的材料在氣流中瞬間點(diǎn)燃并產(chǎn)生紅外輻射。火焰可長達(dá)幾米，與噴氣式飛機(jī)羽煙的實(shí)際尺寸更接近。具有代表性產(chǎn)品有加拿大防御公司生產(chǎn)的MJU－5188和MJU－5130紅外誘餌，前者為戰(zhàn)斗機(jī)研制，后者為運(yùn)輸機(jī)研制，均為Φ36mm×158mm，燃燒時(shí)間為1.5s。

3.2.4 光譜均衡紅外誘餌［5］

當(dāng)今紅外誘餌技術(shù)研究熱點(diǎn)是專注于光譜適應(yīng)（Spec－trally adapted）研究。噴氣式飛機(jī)紅外輻射主要取決于熱羽煙選擇性輻射，熱羽煙在4～5μm波段具有較強(qiáng)的紅外輻射，在2～3μm波段紅外輻射較弱；而傳統(tǒng) MTV紅外誘餌恰恰相反，因此紅外導(dǎo)引頭利用飛機(jī)目標(biāo)和紅外誘餌在光譜分布的差異，根據(jù)飛機(jī)目標(biāo)和紅外誘餌的各波段輻射強(qiáng)度積分之比相差較大來提取真實(shí)飛機(jī)目標(biāo)的信號，剔除紅外誘餌。通常有兩種方法進(jìn)行紅外誘餌輻射光譜范圍調(diào)整，第一，通過配方調(diào)整，選取在4～5μm波段具有較強(qiáng)輻射的材料；第二，降低誘餌燃燒溫度。具有代表性產(chǎn)品有英國Wallop公司研制生產(chǎn)的DSTL 24紅外誘餌，該彈尺寸為25mm×52mm×206mm，4～5μm 波段輻射強(qiáng)度大于3.0kW／sr，能有效地干擾雙波段紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，可裝備在AN／ALE－40、45和47系列投放器上使用。其它光譜均衡紅外誘餌產(chǎn)品還有M212和MJU－59／B紅外誘餌。

3.2.5 復(fù)合紅外誘餌

復(fù)合紅外誘餌通常為兩種體制復(fù)合，典型復(fù)合誘餌有點(diǎn)源／面源復(fù)合誘餌和伴飛／面源復(fù)合誘餌。

1）點(diǎn)面源復(fù)合紅外誘餌

點(diǎn)面源復(fù)合紅外誘餌是一項(xiàng)新的欺騙式復(fù)合紅外干擾技術(shù)，具有兩種干擾載荷，當(dāng)載機(jī)使用紅外誘餌來進(jìn)行自衛(wèi)干擾時(shí)，在作戰(zhàn)時(shí)無法判斷敵方導(dǎo)彈制導(dǎo)方式的前提下，采用“cocktail”模式進(jìn)行投放，MTV誘餌可以干擾第一、二代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈及帶有一定抗干擾措施的第三代導(dǎo)彈，而SMD可以干擾紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈，能夠大大提高載機(jī)的自衛(wèi)能力和生存概率。點(diǎn)面源復(fù)合紅外誘餌具有代表性產(chǎn)品為MJU－48／B，采用了兩種載荷，除了傳統(tǒng)的MTV誘餌外，還使用了合金表面公司的SMD材料，該彈尺寸為25mm×52mm×206mm，使用ALE－47投放器投放，適用于美國各種戰(zhàn)斗機(jī)。

2）紅外伴飛面源誘餌

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)度上能夠形成與飛機(jī)紅外特征相似的紅外輻射，并且在飛行速度和運(yùn)動軌跡方面與載機(jī)相當(dāng)，可以擊敗具有目標(biāo)光譜鑒別和運(yùn)動識別能力的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。紅外伴飛面源誘餌具有代表性產(chǎn)品為Kilgore公司研制生產(chǎn)的MJU－39／40B，由推進(jìn)／紅外復(fù)合裝藥和SMD兩種載荷組成，尺寸為52mm×65mm×260mm，該彈專為F－22飛機(jī)研制，由AN／ALE－52投放器投放。

3.2.6 其它紅外誘餌技術(shù)

其它紅外誘餌技術(shù)包括紅外強(qiáng)光誘餌技術(shù)、紅外氣囊誘餌技術(shù)、噴霧延燃誘餌技術(shù)等，在此不再贅述。

目前歐美等國空軍裝備的機(jī)載紅外誘餌情況見表1。

表1 歐美等國裝備的機(jī)載紅外誘餌

4 結(jié)語

綜上所述，未來紅外誘餌的技術(shù)和手段將隨著紅外制導(dǎo)體制和技術(shù)的發(fā)展不斷改進(jìn)和提高，由于導(dǎo)彈制導(dǎo)體制不斷向復(fù)合制導(dǎo)方式發(fā)展，因此紅外誘餌技術(shù)的發(fā)展及戰(zhàn)術(shù)使用趨勢是從單一體制→“cocktail”→多種體制復(fù)合的發(fā)展及使用模式。未來紅外誘餌將在組分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面變得更加復(fù)雜，但是層出不窮新型紅外誘餌還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)紅外誘餌，而僅僅作為紅外誘餌對抗技術(shù)的補(bǔ)充。

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