空袭作战平台红外对抗技术作用机理分析*

赵向东，张志明，刘纯

(1.总装北京军事代表局驻北京地区军事代表室,北京 100854; 2.中国人民解放军95948部队,甘肃 酒泉 732750)

0 引言

对于低空突防的轰炸机、歼击机、直升机等空袭作战平台而言，采用红外寻的导引头的防空导弹是其主要威胁之一。为了有效防范此类武器的攻击，空袭作战平台普遍采用了红外对抗技术，主要包括2种方式：一种是通过改变或降低平台红外辐射强度与特性，从而降低导弹红外导引头对载机目标的探测威力[1]；另一种是采用针对性的红外干扰措施，实现对红外导引头的诱偏或干扰拖引[2]。目前，这2种红外对抗技术的实现途径有3类：载机红外隐身设计，装备红外诱饵曳光弹，装备欺骗式/压制式定向红外干扰机。这3类技术的应用对红外寻的防空导弹作战效能影响极大，有必要对其进行深入研究。

1 空袭平台红外隐身技术对红外寻的防空导弹的影响

空袭作战平台的红外隐身技术，本质上是通过降低或改变自身的红外辐射特征,实现低可探测性的目的[3]。其对红外寻的防空导弹的影响主要体现在探测距离上。

1.1 空袭平台红外隐身的作用机理

实现红外隐身有多种技术途径，最根本的是要降低自身红外辐射强度。红外辐射强度由斯蒂芬-玻尔兹曼定律决定[4]。其公式为

P=εσT4,

(1)

式中：P为物体在温度T时的全光谱辐射强度；ε为物体的发射率；T为物体绝对温度；σ为玻尔兹曼常数。

可以看出，无论是降低物体绝对温度，还是降低物体的红外频谱发射率，都能够实现降低物体红外辐射能量。

对于处于某一红外波段内的空袭平台而言，红外导引头对其最大发现距离为

R= (Iτa)1/2[π/2D0(NA)τ0]1/2D·

[1/(ωΔf)1/2(Vs/Vn)1/2],

(2)

式中：I为某一波段范围内的辐射强度；τa为大气透过率；D0为光学系统接收孔径；NA为光学系统孔径值；τ0光学系统透过率；D*为探测器探测率；ω为瞬时视场；Δf为系统带宽；Vs为信号电平;Vn为噪声电平。

目前，第3，4代作战飞机红外隐身技术主要针对式(2)中的第1项开展工作，即:降低目标红外辐射强度(热抑制技术)；改变目标表面各处的辐射率分布(红外背景融合技术)；调节红外辐射传播途径(光谱转换技术)[5]。几种典型作战飞机的红外隐身技术如表1所示。

1.2 对红外寻的防空导弹探测距离的影响

假设在同等外部环境约束条件下，空袭平台均可被防空导弹导引头观测，未采用红外对抗措施时，空袭作战平台辐射的能量为P1，发射率ε1，绝对温度为T1，最大探测距离为R1；采用红外措施后，空袭作战平台辐射的能量为P2，发射率ε2，绝对温度为T2，最大探测距离为R2，则由斯蒂芬-玻尔兹曼定律有

P2=P1(ε2/ε1)(T2/T1)4.

(3)

对防空导弹而言，对空袭平台的观测点是一致的，因而点源目标在立体角内均匀辐射能量是一样的，由式(3)有

I2=I1(ε2/ε1)(T2/T1)4. (4)

将式(4)代入式(2)，有

R2=R1(ε2/ε1)1/2(T2/T1)2.

(5)

由于ε2/ε1和T2/T1项均小于1，从式(5)可以看出：空袭平台采用红外隐身措施后，红外寻的防空导弹最大探测距离仅为原来指标值的(ε2/ε1)1/2·(T2/T1)2倍，导致防空导弹在作战中的实际杀伤区比理论杀伤区缩小，目标视线角速度变化大，拦截射击难度增大。

2 空袭作战平台红外干扰对红外寻的防空导弹的影响

2.1 红外诱饵曳光弹

(1) 红外诱饵曳光弹干扰作用机理

目前，西方国家使用的干扰弹波长都在1～3，3～5 μm 2个波段范围内。大多数红外诱饵曳光弹都是利用烟火材料燃烧形成强化学辐射源，具有黑体或近似灰体辐射特性[6]。为方便原理描述，将空袭平台、干扰弹、背景都简化为绝对黑体。普朗克公式给出了绝对黑体辐射光谱分布，可表示为

Mbλ=(C2/λ5)[1/(eC2/λT-1)]，

(6)

(7)

式中：Mbλ为绝对黑体光谱辐射通量；C1，C2为辐射常数；T为绝对温度；λ为波长；k为波长λ1的空袭平台等效黑体与波长为λ2干扰弹等效黑体的辐射比。

从式(7)可以看出，黑体在2个波段上的辐射比值与辐射能量密度有关，干扰弹绝对温度越高时干扰效率越高，在同等温度条件下，干扰弹波长的变化速度越小则干扰效率越高。当k等于或接近于0时，干扰弹辐射能量接近于无穷大，空袭平台将完全遮掩于干扰弹的辐射能量中；当k等于或接近于1时，空袭平台与干扰弹的辐射能量相当，导引头无法区分空袭平台与干扰弹，只能对准两者的等效能量中心[7]。

(2) 红外诱饵曳光弹对红外寻的防空导弹跟踪探测的影响

经实验室测定，红外诱饵干扰弹火焰温度在2 000～2 200 K之间，光谱辐射的最大波长在1.4～20 μm之间，其辐射强度要比目标机辐射强度大2倍以上，能够对空袭平台提供良好的红外遮蔽效果。当红外干扰弹与目标机都处于防空导弹导引头同一视场范围内时，导引头跟踪的是干扰弹与空袭平台两者的等效辐射中心[8]。由于干扰弹辐射能量大于载机辐射能量，导引头视场等效中心偏离载机越来越大，最终空袭平台脱离导引头视场，导致导引头跟踪红外干扰弹。当多枚干扰弹同时连续发射时，相当于辐射比k等于或接近于0时的情况，红外导引头将无法实现对空袭平台的探测跟踪。

2.2 定向红外干扰机

(1) 定向红外干扰机作用机理

定向红外干扰机的基本功能是将红外干扰能量集中到狭窄的光束中，当导弹逼近时，将光束射向导弹的红外导引头，采用各种干扰程序和“迷惑”调制使导引头工作混乱，无法锁定目标而脱靶[9]。

定向红外干扰机分为欺骗式定向红外干扰机和压制式定向红外干扰机[10]，通常采用频率调制和能量调制2种方式。这种经调制后的波束在本质上与红外干扰弹干扰作用机理相类似。由于干扰机在空袭平台上，黑体辐射温度相当，因此根据普朗克公式，对式(7)进行简化有

(8)

式中:N=[(eC2/λ2T2-1)/(eC2/λ1T1-1)]；Mbλ1为空袭平台的黑体光谱辐射通量；Mbλ2为干扰等效黑体光谱辐射通量。

1) 频率调制作用机理

若T1=T2，则N=[(eC2/λ2T2-1)/(eC2/λ1T1-1)]为一常数，从式(8)中可以看出：当干扰机调制光λ2辐射波束，使得k小于1时，由于Mbλ2大于Mbλ1，使得叠加辐射源等效能量中心向干扰机等效能量点偏移，实现拉偏拖引；随着导弹的逼近，干扰机对准导弹时与空袭平台的角度也在变大，拉偏拖引距离也越来越大。干扰机的这种欺骗对装有触发引信的导弹干扰效果最好，对装有近炸引信的导弹只要拉偏拖引的距离大于导弹战斗部杀伤区，也是非常有效的手段。

2) 能量调制作用机理

在实现频率调制的同时，若N不为常数，即T1≠T2。若定向能量累积使得T2→∞，则N=0，则辐射比k等于或接近于0时，相当于多枚干扰弹齐射的效果；若定向能量累积使得λ2T2与λ1T1相当，则能够有效提高频率调制的干扰效率；若能量累积使得T2>T1，则(eC2/λ2T2-1)<(eC2/λ1T1-1)，因而辐射比k也相应减小了N倍，这就意味着干扰辐射能量增加了N倍，干扰机干扰效率提高了N倍[11]。其拖引干扰原理及效果与欺骗式干扰类似。

(2) 定向红外干扰机对红外寻的防空导弹探测跟踪的影响

(9)

式中：H为导引头时间常数；K2为力矩器放大倍数。

在干扰机对导引头进行干扰时，导引头对准的是干扰源与空袭平台辐射源二者等效能量中心，即弹目视线角q将偏移Δq，则式(9)可变换为

(10)

与红外诱饵曳光弹干扰相比，定向红外干扰机克服了作用时间短、光谱波长和遮蔽能量变化大等缺点，能够实现辐射能量在1～3，3～5,8～14 μm 3个大气窗口波段内选择性调制，干扰持续时间可控，能量作用方式可控，严重降低红外寻的防空导弹跟踪制导品质。

3 仿真结果分析

3.1 空袭平台红外隐身对红外寻的防空导弹探测距离的影响分析

根据第2节的理论分析，作出红外寻的防空导弹探测距离变化曲线，如图1所示。

图1 隐身前后最大探测距离曲线Fig.1 Curves of maximum detection range before and after stealth

可以看出，空袭作战平台实施红外隐身后，红外寻的导弹的最大探测距离缩小43%以上，将导致防空导弹杀伤区减小，实施抗击作战的反应时间不足，射击次数减少，拦截难度大大增加。

3.2 空袭平台定向红外干扰机对红外寻的防空导弹探测跟踪的影响分析

图2 视场角偏移Δq增大诱偏距离的曲线Fig.2 Diagram of increasing distance by shifted viewing angles Δq

图3 干扰造成的视线角速度偏移量影响进动角度的曲线Fig.3 Curve of precession angle influenced by the shifting velocity

4 结束语

空袭作战平台与防空导弹武器是矛与盾的关系。相比世界主要军事强国在各类战机的红外隐身和红外干扰技术取得的进步，国内的红外寻的防空导弹发展相对滞后。但便携式导弹等红外寻的防空兵器依然是防空火力群梯次配置的重要组成部分，在当前和将来的反空袭对抗中发挥着不可或缺的作用。因此，对红外对抗技术的作用机理以及作战影响的分析是非常重要的，它是后续开展针对性作战对抗研究和新型防空导弹武器研发的基础，需要予以足够关注。

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