邹丽萍,王睿甲,黄和国,李石川
(1.中国人民解放军32066部队, 云南 昆明 650500; 2.复杂航空系统仿真重点实验室,北京 100076;3.中国航天科工集团8511研究所,江苏 南京 210007)
机载射频诱饵是指由作战飞机携带,通过模拟被掩护目标的射频(雷达)信号特征,引诱或欺骗敌方雷达跟踪或雷达导引头制导系统的射频干扰装置。机载射频诱饵可用于支援飞机作战、飞机平台末端自卫防御,具有成本相对低廉、设备相对小巧、作战效能明显等特点,逐步成为国内外机载电子战设备发展的重点。本文介绍了国外几种基于机载平台的射频诱饵,主要包含飞航式(有动力)、拖曳式、投放式(无动力)等射频诱饵弹的发展现状及其技术特点,结合作战需求牵引及技术推动因素,分析各类机载射频诱饵弹的发展趋势,为发展新型机载射频诱饵提供参考。
最早的射频诱饵可追溯到20世纪50年代,为模拟轰炸机雷达特征、欺骗敌方防空系统,美国研制了ADM-20“鹌鹑”亚声速空射诱饵弹,于1961年装备B-52中队形成战斗力。20世纪80年代中期,以色列空军装备了“参孙”战术空射诱饵弹(TALD),在贝卡谷之役中大放光彩,以军通过TALD欺骗叙军目标指示和火控雷达开机,随后用反辐射导弹进行摧毁,作战效果显著。美国海军购买约2 000枚该型武器,并进行改良开发,形成了ADM-141系列。
20世纪90年代初期,美国空军提出了对干扰甚至摧毁敌方防空系统的需求,这为美国国防高级研究计划局的“小型空射诱饵”(MALD)先进概念技术演示项目提供了动力。早期MALD承担抢先式摧毁、反应式压制、迷惑和饱和攻击4项任务。
1996年末,瑞安飞行器公司(即现在的诺斯罗普·格鲁曼公司)开发了ADM-160A空射诱饵弹并完成了首次试飞,后因采购削减终止了开发采购计划。2002—2003年,美国空军又重新对空射诱饵产生兴趣,雷声公司获得了ADM-160B的研制合约;2009年,首架ADM-160B交付美国空军,并很快得到了肯定。在随后的十余年中,空射诱饵弹不断得到改进,并衍生出诸多型号。空射诱饵弹发展路线图见参考文献[1]。
1)基本型MALD:主要载荷为信号增强子系统(SAS),该系统可模拟美军及其盟友的主战飞机雷达信号特征,诱骗敌防空雷达开机甚至误判,暴露敌重要防空节点位置,消耗高成本防空弹或诱骗防空导弹射频制导导引头,掩护高价值导弹、飞机突防。
2)干扰型MALD-J:载荷方面增加了雷达有源干扰机,增加了双向数据链功能,可抵近飞行对敌防空雷达或导引头实施主动干扰,为空中电子攻击系统提供防区内的干扰能力,瘫痪敌防空体系,并完成战场态势的信息传输和共享。该型诱饵弹编号为ADM-160C,现已成为美国空军小型空射诱饵弹主力型号。
3)网络型MALD-X/N:MALD-X是美国空军在老式MALD的基础上,加装了干扰机、新的传感器、通信、自主作战软件,并具有协同的蜂群能力,可飞抵威胁目标附近执行空中电子战任务。MALD-X可以联网工作,一组MALD-X利用蜂群和协同战术能够具备分类、优先排序、授权实施干扰和诱骗任务等能力。通过自主协同,这些诱饵可以迅速中断敌决策环并严重削弱敌在战场上的快速响应能力。MALD-N是美海军针对2020年后电子战威胁,在MALD-X的基础上,提出了具备网络化干扰能力的研制需求的另一型号,预期尽快形成作战能力。
4)多用途型MALD-V:MALD-V是将MALD-J升级为模块化架构,为安装雷达或者红外干扰器以及执行其他特殊任务所需要的特殊设备提供足够的空间,即MALD-V携带一个通用弹头,用户可以装备其自己的载荷。该型导弹头部的载荷舱可以装载通信中继、传感器、战斗部或特制的电子战载荷,具有情报收集、监视侦察、担负靶机、反辐射攻击等不同用途。
1) 高逼真诱骗
“逼真度”是评价射频诱饵的核心指标。诱饵特性除了体现在目标飞机、导弹等平台的散射(回波、起伏特性)特征外,还包括其辐射特征、红外等特征。为提高飞航式射频诱饵的逼真度,一是从时、频、空、极化、波形以及能量等域模拟目标电磁信号特征,以及模拟目标由于运动在距离、速度、角度、极化空间以及雷达信号波形等因素变化而引起的回波能量起伏特征和针对高分辨率雷达的成像特征;二是针对敌方电子侦察系统,主动产生目标平台的电磁辐射特征,包括雷达、通信、敌我识别等电磁辐射特征;三是针对敌光电传感器,模拟目标平台的红外辐射特征。在复杂战场环境下进行多维特征联合模拟,对敌方组网雷达、射频/光电复合传感器实施高逼真诱骗。
2) 多功能一体
美军的空射诱饵弹最初只是作“目标回波增强器”,功能相对单一;后期空射诱饵的功能逐步扩展,由单一目标回波增强器逐步扩展了抵近干扰、电子情报侦察甚至是反辐射攻击等功能。
在满足小型化平台尺寸、质量、功耗等约束的条件下,将目标模拟、侦察、干扰以及反辐射导引等功能一体化集成设计,满足不同作战任务需求,支持协同组网应用,并具备低成本特点,具有较高的作战效费比。
飞航式射频诱饵用于支援作战和自卫防御,为了提高作战效果和作战效费比,多功能综合、多手段复合、一体化集成是发展趋势。随着射频综合技术、软件无线电技术的进步,射频诱饵朝着射频/红外特性复合模拟、干扰/诱饵/反辐射导引等功能集成、侦/干/探/通/攻/管/评一体化方向发展。
3) 智能化对抗
智能化是下一代飞航式射频诱饵的典型特征,主要体现在两方面:一是射频诱饵平台本身的智能化,包括自动航路规划、自适应飞行调整、自主集群控制等;二是诱饵载荷的智能化。战场环境日益复杂,新威胁、新波形层出不穷,传统的基于威胁库的威胁识别存在现有威胁数据库不完备、新型威胁参数及波形可能完全未知等问题。飞航式射频诱饵不同于地面、舰载等电子对抗设备,不具备人在回路的条件,诱饵载荷在作战过程中需具有精细化分析处理、自适应决策、自动化实施、实时在线评估等处理应用能力,并且需与诱饵平台飞行状态、战场态势实时关联。
因此,可采取人工智能、大数据融合处理等技术,使飞航式射频诱饵具有实时战场环境的感知与学习、最佳对抗措施的自动选取、对抗措施有效性实时评估反馈的能力,提升其在复杂战场环境下电子对抗作战效能。
4) 低成本设计
早期型号ADM-160A采用低成本设计,主要器件和发动机采用工业级甚至民用级设备,稳定性一般,达不到多次重复使用的要求,载荷能力有限,设计成本控制在数万美元。随着型号升级,尤其是安装了数据链、干扰载荷等价值较高的电子设备后,空射诱饵尤其是干扰型每枚采购成本高达30多万美元,空射诱饵面临成本相对过高、影响批量生产和后续发展的问题。虽然战场上对空射诱饵的使用需求较为迫切,大规模生产需求量较大,但是面对低成本可回收式无人机的竞争,例如近几年美国发展了基于“分布式机载能力”理念的“小精灵无人机”项目,空射诱饵的后续发展受到了挑战。因此,低成本设计也是飞航式射频诱饵持续发展的趋势所在。
20世纪80年代中期,由于地(舰)空、空空导弹雷达寻的制导威胁日益增长,西方先进国家为提高作战飞机的自卫能力,纷纷提出各种对抗措施,其中拖曳式诱饵受到了普遍关注。机载拖曳式射频诱饵是美军首先装备并用于实战的机载电子防护装备。典型的拖曳式射频诱饵主要有美国雷声公司的AN/ALE-50,桑德斯公司(BAE公司)的光纤型拖曳式射频诱饵AN/ALE-55。西方各国也研制了自己的拖曳式诱饵系统。英国“GEC-马可尼”雷达和防御系统公司(BAE公司)的“瞪羚”、以色列拉斐尔公司的光纤拖曳式诱饵X-Guard、瑞典摄氏公司电子公司的BO2D和德国戴姆勒-克莱斯勒航空公司的“空中蜂鸣器”,这4型拖曳式射频诱饵与美国AN/ALE-55光纤型拖曳式诱饵大同小异。另报道称,俄罗斯也研制了lobushka拖曳式诱饵,其性能与AN/ALE-50相当,装载于“苏-35”战机中。
表1 国外典型拖曳式射频诱饵基本情况
1) 频段扩展
作战飞机加装的拖曳式射频诱饵面临的是空空导弹和地空/舰空导弹的威胁。导弹的主动或半主动寻的雷达工作频段一般在X、Ku、Ka频段,而面空导弹的地面/舰载制导雷达的工作频段可下延至S、C频段,一架作战飞机的拖曳式诱饵欲对抗这些威胁,其工作带宽必须覆盖这些威胁频段。针对多频段、宽频率范围的雷达制导导引头威胁,拖曳式射频诱饵也将逐步扩展工作频段。2021年4月雷声公司发布消息称,雷声情报与太空公司正在通过利用ALE-50拖曳诱饵技术,为美国海军F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机开发一款用于先进导弹攻击的拖曳式双波段射频诱饵。该拖曳式诱饵通过扩展频率范围发射信号对抗不断发展的威胁。拖曳式射频诱饵的频段扩展也将带来工程实现上的高功率、小型化等应用难题。随着宽带固态功放芯片的集成度提高,单片芯片功率的增大,宽带固态功放大功率合成技术也将广泛应用到拖曳式射频诱饵中。
2) 综合集成
拖曳式射频诱饵需要与载机平台及机上设备进行一体化集成、综合化运用:
一是与机上电子战系统协同。随着器件的集成化程度提高以及宽带微波、光纤器件的发展,拖曳式射频诱饵已经不能再局限于简单的转发式干扰,而应通过诱饵系统与机上的侦收、告警系统联合使用,形成功能强大的通用干扰系统。以AN/ALE-55为代表的新一代拖曳式射频诱饵将接收系统、信号分析系统、低功率干扰信号产生系统等都留在了载机内,只把干扰机的末级功放和发射天线放置于诱饵体内,因此拖曳式诱饵可以大量使用机内干扰资源,方便形成多假目标、密集假目标、各种距离、速度欺骗干扰等复杂的干扰样式。
二是与机载电子干扰吊舱集成。拖曳式射频诱饵作为功能相对独立的电子干扰设备,既可加装到作战飞机平台上使用,也可与电子干扰吊舱进行模块化组合。美国ALQ-184(V)9干扰吊舱上既有典型的雷达干扰设备,也有对抗雷达导引头的拖曳式射频诱饵。与外挂干扰吊舱进行模块化组合应用可适应不同作战飞机、不同作战任务的需要。
三是适应隐身飞机平台加装。拖曳式射频诱饵一般以外露形式挂载于飞机平台,不利于隐身飞机平台装载。据报道分析,F-35很可能在机身右侧武器舱后面以内埋的形式配备了4枚ALE-70拖曳式射频诱饵,飞机打开舱门即可投放,这为隐身飞机加装拖曳式诱饵提供了参考借鉴。
3) 多模复合
红外/主动雷达复合是下一代空空、面空导弹的发展趋势。拖曳式射频诱饵虽然对雷达制导导引头能形成有效干扰,但对红外制导或射频/红外复合导引头的干扰作用有限,故发展拖曳式射频/红外复合诱饵或综合应用拖曳式射频诱饵和红外复合诱饵尤为必要。拖曳式复合诱饵的主要特点是诱饵具有与载机相似的雷达散射和红外辐射特征,可对雷达和红外探测跟踪设备产生欺骗干扰。目前,虽未见多模复合拖曳式诱饵报道,但美国空军发展的ALE-50(V)拖曳式红外诱饵已装备于F-16、F/A-18E/F、B-1B、Winrod 2000(“猎迷”巡逻反潜机)等作战平台上。飞机就可根据任务需求,携带拖曳式射频诱饵、红外诱饵或同时使用,可应对发展中的多模复合导引头威胁。
外军机载投放式射频诱饵弹装备时间始于20世纪80年代末,目前世界上已经装备于飞机的投放式射频诱饵有:美国BAE公司有源雷达诱饵 POET、GEXX,法国泰雷兹公司BEL投放式雷达诱饵和“蜘蛛”有源雷达诱饵,意大利莱昂纳多公司 BriteCloud “亮云”有源诱饵。
1) GEN-X
GEN-X RTE-1489/ALE诱饵是由美国雷声网络中心系统公司研制的一种小型的有源消耗性对抗诱饵,可利用AN/ALE-47投放器从飞机上投放,也可利用AN/ALE-40投放器上的裂槽部分进行投放,辐射类似于雷达的信号来引诱雷达制导的导弹,使其偏离原来跟踪的目标。GEN-X是POET的后续产品,具有很宽的频率覆盖范围, 射前可进行编程,并配有宽带天线,采用了砷化镓单片微波集成电路。投放后,展开3片小型尾翼进行稳定控制,锂电池激活后供电,而接收机开始锁定威胁雷达信号,产生欺骗信号。
2) STRAP射频消耗性诱饵
STRAP是由美国桑德斯公司和BAE系统公司北美分公司联合研制的一种消耗性有源诱饵,它与现存的(如AN/ALE-47)和未来的美海军、空军机载对抗投放系统相兼容,可用来取代POET和GEN-X设备。STRAP是一个宽带设备,与其原型相比,STRAP覆盖频率更宽,功率更大。最初希望在STRAP弹上使用一个能快速激活、寿命短的固态放大器,并利用独立的传输/接收天线和单块微波集成电路与其原型区别开。
3) Bel“贝尔”诱饵
是一种用于对付导弹和跟踪雷达的机载自卫宽带相干干扰机,能提供速度、方向和距离对应的电磁特征,以对抗连续波、脉冲多普勒雷达的威胁,尤其是主动和半主动导弹寻的头的跟踪。也能够对付空空导弹、地空导弹以及单脉冲测向雷达或其它反干扰设备的威胁。与现役诱饵投放器兼容,采用砷化镓单片微波集成电路技术研发。2001年初开始小批生产装备。
4) “蜘蛛”有源雷达诱饵
是一种在飞行中可编程的有源雷达诱饵——迷你型伪转发干扰机,和干扰物投放器兼容,用来对付有源相干导弹寻的头和单脉冲跟踪器的威胁,该系统利用单片微波集成电路和一个砷化镓放大器、电池集成制作。该诱饵装备于“幻影”-2000飞机。
LEA是由法国泰勒斯机载系统公司和MBDA公司联合研制的一种空射式有源消耗性雷达干扰机(又名“蜘蛛”——SPIDER),设计用于对付有源相干导弹寻的头和单脉冲跟踪雷达。LEA诱饵是一种伪随机重发器式的微型干扰机,可编程,并可利用现有的投放系统进行投放。该设备的有效载荷主要包括电池、单片微波集成电路、砷化镓放大器,LEA系统的集成度很高以便于安装到LEA飞行体上的有限空间内。
5)BriteCloud “亮云”有源雷达诱饵
是一种带有数字储频的相参干扰机,如图1所示,圆形尺寸Φ55 mm×375 mm,质量不大于1 kg。利用现役曳光弹投放器ALE-47投放,能模拟载机的RCS和速度,能自动接收雷达信号并释放干扰,用于高速喷气式飞机对付地空导弹雷达导引头的跟踪,按装载机翼挂架上向下发射,装备机种有F-16、“台风”、“阵风”战机。
图1 “亮云”有源雷达诱饵
1) 提高微小型化
投放式射频诱饵与拖曳式射频诱饵的作战任务类似,受机载平台上通用投放器安装空间的约束,投放式射频诱饵体积更小、质量更轻,但面临类似的对抗威胁,同样存在频段扩展的使用需求。随着投放式射频诱饵工作频段扩展的需要,在有限的体积下集成超宽带天线、微波接收机、数字射频存储器、功放及电池等部组件,诱饵微型化集成将以微对抗技术为基础,深入挖掘微对抗技术的微型化、一体化、通用化、低功耗、低成本等潜力,牵引未来微型化射频诱饵的发展。
2) 提升干扰效果
目前主流的投放式射频诱饵普遍采用无动力、旋翼式、小型化弹体结构形式,通过飞机平台运动惯性以及旋翼结构可使诱饵弹体在若干秒时间范围内保持姿态稳定飞行状态,但诱饵弹自飞机平台上投放后,弹体由于无动力推动,飞行速度快速下降,具有先进抗干扰措施的雷达制导导引头可从频域上检测到多普勒频率明显发生变化,从而可剔除诱饵干扰。而具有动力型的诱饵弹体可在投放时通过动力驱使,使弹体保持飞机平台的速度,可以弥补这一缺陷,使得诱饵弹与飞机平台保持一定时间的伴飞后,从角度上诱偏雷达制导导引头。因此,未来应在投放式诱饵的运动特性上做文章,以提升干扰效果。
投放式射频诱饵的对抗参数一般在投放前通过有线形式根据先验知识预先加载,射频诱饵从飞机平台上投放出后,按照加载的对抗参数执行角度欺骗功能。战场上作战威胁瞬息万变,作战威胁库和对抗参数需要动态更新。新型投放式射频诱饵可加装微型数据链,与飞机平台在一定的距离范围内保持通信。一方面机载平台根据实时侦收的导引头威胁参数通过数据链迅速传输到射频诱饵弹,射频诱饵弹根据机载平台提供的威胁参数实时更新对抗参数;另一方面,通过数据链路,机上电子对抗设备与射频诱饵进行时间同步,在特定的时间内使飞机平台上的设备与射频诱饵进行协同干扰,产生同步闪烁干扰等干扰样式。
综合分析三类机载射频诱饵发展现状及趋势可知,美国发展机载射频诱饵较早较快且投入实战,近几年欧洲军事强国也正在大力发展中。显然,在未来空战中,机载射频诱饵应用需求迫切,发展前景可期。在数字化、网络化、智能化、一体化、小型化等技术发展推动下,平台和诱饵载荷技术应用结合将更为紧密,机载射频诱饵也将成为各国航空电子对抗领域重点发展的电子战产品,在防空压制、自卫对抗作战中发挥重要作用。