弹载面源红外诱饵技术分析

万 纯，汪欲飞，叶自强

（1.中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京210007；2.第二炮兵驻307厂军事代表室，江苏 南京210006）

0 引言

现阶段反舰导弹面临舰载雷达探测和舰空导弹、密集阵火炮等拦截威胁［1］。为突破防线，反舰导弹在飞行性能和弹道设计上采用了超低空、掠海飞行、机动、变速等单项或综合突防措施［2］。研究表明采用弹载主动干扰技术、诱饵技术能有效提高反舰导弹突防概率［3］。针对舰载雷达、雷达制导体制拦截导弹，发展了弹载自卫式雷达干扰技术［4］。随着红外末制导体制舰空导弹技术的发展和装备，反舰导弹面临的拦截威胁程度加剧，如具有双模（RF／IR）和主动红外（AIR）目标搜索跟踪能力的RIM-116B“拉姆”导弹，1999年3月在太平洋导弹试验中心靶场的美海军“德凯特”试验舰上进行了研制／适用性（DT／OT）试验，在接近实战条件下进行的10次试验发射中，成功地拦截并摧毁了掠海飞行、俯冲攻击和高机动末段飞行目标如“鱼叉”、“飞鱼”实弹和MQM-8超声速靶弹［5］。此外，为提高巡航导弹防御能力，美国还提出应用AIM-9X 红外成像导弹、研制红外／射频双模AMRAAM 导弹拦截巡航导弹方案［6］。因此，研究反舰导弹平台红外对抗措施对于提高突防能力具有重要意义。

本文通过分析典型红外末制导舰空导弹工作原理，结合反舰导弹平台特点，提出一种基于面源红外诱饵的弹载红外干扰技术，分析弹载面源红外诱饵设计关键技术及应用形式，为提高反舰导弹突防能力提供参考。

1 红外末制导舰空导弹工作方式

1.1 红外末制导舰空导弹工作流程

以美军“拉姆”舰空导弹武器系统作战流程为例，在目标导弹来袭后，舰艇通过AN／SPS-49 远程对空搜索雷达、AN／SLQ-32系统、AN／SAR-8红外搜索与跟踪系统、SPG-60雷达分系统等探测系统探测目标；各传感器的目标信息（目标的方位、距离、速度、辐射频率功率等）进行融合后，传给火控计算机，进行威胁评估、武器分配，将决策信息传送到MK-31 发射系统；MK-31发射系统对准目标来袭方向，发控装置自动选择导弹开启导引头，双模（RF／IR）工作模式下搜索、跟踪，如图1所示。

图1 舰空导弹典型双模（RF／IR）工作模式

当目标信号满足发射条件后发射导弹；导弹出筒后，当红外能量不满足时，由被动雷达寻的头跟踪目标，并指引红外导引头对准目标；如果IR 目标满足各个IR 信号处理算法（亮度、尺寸、角速度、时间增长量）的IR 截获准则，导弹将指示一个IR 探测，并启动IR 交班顺序来开始IR 跟踪和随后的末端IR 制导；在末端IR 制导中，拦截导弹以极高的精度控制飞向目标进行拦截直至命中目标［5］，如图2所示。

1.2 末制导红外信息处理

舰空导弹末制导IR 处理器结构如图3所示。IR末制导信号处理主要 由 四个 部 分组成［5］。

1）匹配滤波和阈探测，采用四个定制的脉动阵列处理器（SAP）对导引头80 元探测器采集信号优化目标信噪比、宽带噪声估计、背景杂波估计和阈探测。

图2 自主红外目标搜索跟踪模式

2）前端处理，前端处理接收各种事件并完成各种坐标转换将这些事件绘制到惯性空间里。各相关事件被分组为“各种对象”。这些对象代表惯性空间内的各种结构，即可以代表各种目标、背景、对抗或各种主导的RAM 导弹。

3）后端处理，后端处理将其从前端处理器接收到的目标信息放入各个航迹文件中。每一个航迹文件都对时间驻留、亮度，以及亮度和轨迹的变化率进行检验，将此类航迹分为各种目标、背景特征、虚警、干扰或前面的RAM 导弹。评定该批次的所有目标以确定最大可能性目标并且作出一个目标指示。此刻，生成目标惯性位置信息并传递给制导处理器。

图3 舰空导弹末制导IR 处理器结构图

4）制导处理，制导处理器对导引头陀螺仪电机及进动进行全部控制。它从后端处理接收该目标的位置信息，生成各种陀螺控制信号以闭合该航迹回路，估计目标的视线率并生成各种制导指令给控制舱段自动驾驶仪。

2 弹载面源诱饵干扰技术原理分析

红外末制导舰空导弹通过探测目标红外辐射特征（弹体、尾焰羽烟），后端对目标辐射亮度、时间驻留、亮度和轨迹的变化率进行检验来判定是否真实目标。根据红外成像导引头工作原理及抗干扰技术的发展，干扰红外成像导引头相对难度很大，但是红外成像导引头系统有一个可利用的缺点，即进行一个目标跟踪检测处理过程所需的运算量很大，随假设的目标数呈指数增长。因此，跟踪算法必须快速作出目标选定，而且它只能连续跟踪少量的潜在目标。现阶段的红外成像导弹为了减少运算量，将空间具有一定面积的热辐射区判定为目标，又可将曳光弹和背景进行区分。因此对于红外成像制导导弹，为使假目标对成像系统有效，在探测器工作波段内假目标的红外辐射特征（强度、红外辐射面积）需在可信范围且比目标特征更明显。采用这样的干扰方式，形成多个与目标红外辐射特征、运动特征的假目标，假目标的特征保持稳定（持续燃烧一段时间或是采用连续投放干扰方式），成像系统就会锁住假目标，导致目标逃脱攻击视场。一般情况下，干扰跟踪器5～10帧就足以使其开锁，典型情况下它转换为实际情况仅为零点几秒，从而破坏红外末制导目标探测和稳定跟踪能力。

红外诱饵是一种有效对抗红外导弹的干扰手段，在飞机自卫干扰中大量应用。“拉姆”导弹的红外制导系统与“尾刺”地空导弹类似，因此用于飞机自卫干扰的先进红外干扰技术可应用于反舰导弹平台。

面源红外诱饵是一种新型红外干扰技术，不同于传统点源红外诱饵，其采用一种新型材料即表面多孔自燃材料作为干扰源。这种去合金化材料的多孔结构内具有大量高活性金属，当暴露于空气中时自发氧化反应产生热量，向外红外辐射。通过控制自燃材料辐射温度，逼真模拟航空发动机羽烟辐射强度、辐射光谱，大量自燃箔片燃烧时能够形成较大面积的红外辐射云团［7］，可较好地改善Mg／PTFE 型点源红外诱饵在辐射光谱、辐射强度、空间形状与被保护目标存在的明显差异，抑制基于目标红外辐射特征变化的红外导弹抗干扰性能（如辐射强度、光谱、空间面积分布等差异），有效对抗先进红外制导导弹。

面源红外诱饵作为美国空军先进战略／战术一次性消耗物（ASTE）、陆军先进红外弹药计划（AIRC-MM）的核心得到重点发展，主要的面源红外诱饵型号产品 包 括：M-211、MJU-49／B、MJU-50／B、MJU-51／B、MJU-52／B（BOL-IR）、MJU-64／B 等。面源红外诱饵经过大量试验测试和干扰效能评估验证后，被选作美军保护战斗机、运输机、直升机的先进解决方案。图4为MJU-52／B（BOL-IR）面源红外诱饵成功诱骗红外成像导引头演示验证试验的红外热像图［7］，红外成像导引头首先开始跟踪锁定飞机目标，当飞机投放面源红外诱饵后，红外成像导引头被面源红外诱饵吸引、解锁诱骗。

图4 美MJU-52／B面源红外诱饵诱骗红外成像导引头试验图

3 弹载面源红外诱饵关键技术

目前红外成像导引头典型的目标跟踪、识别、抗干扰检测、鉴别措施包括目标与干扰物的辐射光谱、辐射能量、运动轨迹以及红外辐射面积特征。为有效干扰末制导红外成像导弹，降低拦截概率，弹载红外诱饵需要在辐射光谱、红外辐射能量、红外面积、运动轨迹等特征与目标相似，主要关键技术有频谱特性模拟、辐射性能调整、面源特征、运动轨迹等。

3.1 频谱特性模拟技术

频谱特性的匹配要求对红外诱饵的性能有着严重的影响，频谱匹配通常要求在红外导弹所用的特定波段上，红外诱饵的相对电平必须处在目标特性的正常范围之内，这可以通过较仔细地控制红外诱饵温度来实现。为了控制诱饵的燃烧温度在目标的温度范围内，红外诱饵需要采用和传统烟火型诱饵不同的工艺和配方。理想的频谱匹配实现方法是采用燃烧温度在目标辐射温度范围内的面源自燃材料作为干扰源。

3.2 辐射性能模拟技术

为了有效模拟目标的红外辐射特征，要求面源红外干扰弹红外辐射特征变化在导引头工作波段内具有可信的目标红外辐射强度，同时保持诱饵形成辐射特征的多样性，一般辐射强度特征为目标的1～4倍，同时尽可能保持有效的持续时间。

3.3 面源特征模拟技术

红外成像导引头采用线扫描或凝视成像探测器，基于视场内的红外图像特征进行目标探测和稳定跟踪。形成红外图像特征与目标红外图像特征相似的干扰源，将明显增加红外导引头的算法处理难度和降低识别概率，提高对红外成像导引头的干扰效果。

3.4 运动特征模拟技术

红外成像导引头具有运动轨迹识别或速率鉴别能力。针对红外导引头的运动特性鉴别干扰手段，可采用拖曳式诱饵、动力伴飞诱饵等形式模拟目标的运动特征，也可以对投掷式诱饵采用连续投放、多方位齐射等干扰方式。

4 面源型红外诱饵应用分析

4.1 应用方式

弹载面源型红外诱饵按照应用方式可分为投掷式诱饵、拖曳式诱饵、伴飞式诱饵等，这些应用方式可以单独使用或组合使用。

1）投掷式面源诱饵

与传统机载诱饵使用方法类似，投掷式面源型诱饵弹设计利用发射器进行投放。发射器可装载数发诱饵弹，使用前将面源型诱饵安装到诱饵投放器内，反舰导弹在接近舰船一定距离时，主动按照事先设定程序先发制人投放面源红外诱饵。根据研究，在红外导弹锁定目标前的获取信息阶段，大多数导弹导引头都容易受到干扰，即使采取了红外抗干扰（IRCCM）措施的导弹也难逃脱靶的命运。其原因是IRCCM 技术在锁定跟踪和设立门限之前，通常是不工作的。因此先发制人式红外干扰技术是防止飞行中已发射导弹攻击最有效的措施之一。

2）拖曳式面源诱饵

拖曳式面源红外诱饵采用逼真模拟目标红外光谱分布的面源型自燃材料作为红外干扰源；采取拖曳式诱饵平台，产生与目标相同的运动轨迹；通过控制投放自燃材料的速率，灵活地控制诱饵的辐射强度变化；在导弹攻击目标的长时间内存在于红外导引头的视场内，持久、稳定、逼真地模拟目标的红外光谱分布、面源、运动、时域等特性，抑制红外导弹目标识别、抗干扰技术。

3）伴飞式面源诱饵

研究表明［8-10］采用伴飞诱饵等形式能显著提高反舰导弹突防概率。红外伴飞面源诱饵采用伴飞与面源诱饵复合的技术体制，在光谱和强度上能够形成与目标红外特征相似的红外辐射，并且在飞行速度和运动轨迹方面与目标相当，可以击败具有目标光谱鉴别和运动识别能力的红外制导导弹。

4.2 使用策略分析

由于反舰导弹空间体积受限，很难安装告警装置，可行的干扰方式为“先发制人”干扰方式。反舰导弹通过雷达隐身、干扰等方式突防进入舰船内层防御区域后，按设定干扰策略连续释放上述多种面源红外诱饵，形成多个逼真的假目标，诱骗、迷惑红外拦截导弹，增大反舰导弹突防概率，如图5所示。

图5 面源诱饵弹掩护反舰导弹突防示意图

5 结束语

面源诱饵技术改进了传统点源诱饵在红外光谱、辐射强度、空间分布等方面与目标存在明显差异、易被识别的缺点，其对红外制导导弹的良好干扰效果已经得到实验验证和广泛认可。此外面源诱饵采用大容量自燃烧金属箔条，可在空中形成具有较强雷达反射特征的箔条云团，在对抗RF／IR 双模制导反舰导弹方面具有优势。■

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