張顏偉，白春華，蔡 猛
(1.光電控制技術重點實驗室，河南 洛陽 471000；
2.陸裝航空軍代局，北京 100000；
3.中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000)
近些年來，紅外制導導彈對飛機的威脅日益增加，已經從第一代發展到第四代。為了應對紅外武器的威脅，紅外對抗技術應運而生，其主要方式有：改變、降低載機的紅外輻射強度和特性，盡可能減少被紅外導引頭發現的可能性；
采取各種紅外干擾手段，對紅外導引頭進行干擾、誘騙等[1]。其中，干擾紅外導引頭的方法主要有投放紅外干擾彈和定向紅外對抗(DIRCM)等。目前，對這兩種干擾方式的研究已有很多，但如何協同使用紅外干擾彈和定向紅外對抗尚少有研究。因此，探討二者的協同使用，做好干擾資源的分配，使得載機即使在應對最新一代紅外制導導彈時也能達到較為有效的干擾效果顯得十分重要。
1.1 紅外干擾彈
紅外干擾彈(紅外誘餌彈)自20世紀60年代產生起就隨著紅外制導導彈不斷發展[2]。按照其作用原理可以分為MTV體制的點源紅外干擾彈、面源紅外干擾彈和自燃液體紅外干擾彈等[3-6]。
紅外制導導彈依靠探測飛機蒙皮、發動機和尾焰產生的紅外輻射，對飛機進行識別和跟蹤[7]。在飛機遭遇紅外制導導彈攻擊時，通過采取恰當的投放策略投放紅外干擾彈，可使紅外導引頭視場內出現多個能量源，對導彈造成干擾，從而增大逃脫概率。
1.2 定向紅外對抗系統
定向紅外對抗系統將激光能量集中到導彈到達角的狹小立體角內，照射紅外導引頭，利用高精度光學儀器持續跟蹤紅外制導導彈，從而干擾或者飽和導引頭的探測器和電路(見圖1[8])，引起導引頭工作紊亂，達到導彈解鎖或無法找到目標的目的；
甚至可以利用高功率激光，實現對紅外導引頭的致眩、致盲甚至硬破壞[9]。
圖1 導引頭探測器飽和Fig.1 Seeker detector saturation
2.1 協同使用背景
隨著制導技術的發展，紅外制導導彈從最開始的近紅外探測紅外導引頭發展到目前的紅外凝視成像導引頭，抗干擾能力不斷增強[10]。與此同時，干擾手段也層出不窮，如紅外干擾彈、紅外隱身材料和定向紅外對抗系統等。可以說，對抗與反對抗互相抗衡、此消彼長。
為了應對不斷發展的紅外制導導彈，實現干擾資源效能最大化，將定向紅外對抗系統與紅外干擾彈恰當協同，將大大提升載機的生存率。假定定向紅外對抗系統對導彈的干擾成功率為Pd，干擾彈對導彈的干擾成功率為Pg，那么二者協同使用的干擾成功率Pz可近似地認為是二者獨立作用于目標的效能之和，即Pz≈1-(1-Pd)(1-Pg)[11-12]。因此，提出了定向紅外對抗與紅外干擾彈協同使用策略，系統框圖見圖2。
圖2 綜合紅外對抗系統框圖Fig.2 Block diagram of integrated infrared countermeasure system
2.2 協同使用流程
通過將定向紅外對抗系統與紅外干擾彈投放器交聯，構成綜合紅外對抗系統，同時制定協同規則庫，把DIRCM和紅外干擾彈協同使用(協作干擾流程如圖3所示)，利用有限的干擾資源實現干擾效能最大化。
圖3 協作干擾流程圖Fig.3 Flow chart of cooperative interference
考慮到紅外干擾彈數量有限且一旦投放容易暴露目標，而激光干擾資源較多，所以考慮二者資源均可用的情況下優先使用DIRCM進行干擾。其干擾流程可描述如下：
1) 導彈逼近告警系統告警并上報信息(此時無法確認是否為虛警)；
2) 自衛管理系統收到告警信息即調轉DIRCM指向目標并進行激光干擾；
3) 導彈逼近告警系統和DIRCM對目標信息進行周期性更新，自衛管理系統根據上報信息進行威脅確認(排除虛警)；
4) 若經分析確定是虛警或已干擾成功，則該威脅解除；
5) 若經分析確定非虛警且干擾未成功，則持續進行激光干擾的同時,根據態勢按照投放策略投放紅外干擾彈。
為了更好地理解協同使用的過程和規則，圖4展示了典型作用場景(紅外導引頭視角)。
圖4 協同使用典型作用場景Fig.4 Typical scenario of collaborative usage
當導引頭鎖定飛機后，機上DIRCM指向導引頭并進行激光干擾，此時導引頭仍正常工作且鎖定飛機；
飛機按照預定規則投放干擾彈，在DIRCM和干擾彈的共同作用下，導引頭解鎖、不再跟蹤飛機，從而確保飛機安全。
2.3 協同使用規則
在實際使用中，一般會將飛機劃分為若干防御區域或象限，針對不同方位的來襲導彈，將首先調用該區域防護設備[13]。不妨將某飛機防護區域劃分為4個象限，如圖5所示，每個區域可配備一個或若干個紅外干擾彈投放器以及一個DIRCM。
表1給出了象限Ⅲ的協同使用規則庫，覆蓋了該區域各種可能情形，其余象限規則庫類似。通過制定這些規則庫，紅外對抗系統能夠在應對來襲導彈時實時響應，將DIRCM和紅外干擾彈兼容有序地配合，實現現耗費較少的干擾資源,得到較好的干擾效果。
圖5 飛機防護區域劃分Fig.5 Division of aircraft protection area
表1 協同使用規則庫示例Table 1 Example of a collaborative usage rule base
將載機、紅外干擾彈、DIRCM和紅外制導導彈綜合起來，建立一個復雜仿真平臺，如圖6所示。
仿真平臺由4個模塊組成:載機模塊、紅外干擾彈模塊、DIRCM模塊和導彈模塊。其中，載機和紅外干擾彈的運動和輻射模型參考文獻[14]，DIRCM模型參考文獻[15-17]，導彈模型參考文獻[18]。在紅外對抗過程中，以脫靶量作為干擾是否有效的判斷依據。同時，為簡化仿真流程，沒有對載機進行防護區域劃分，僅對協同使用流程和規則進行仿真驗證。
某三代紅外制導導彈采用正交四元導引頭，工作波段為3～5 μm，瞬時視場角為1.5°，飛行速度為600 m/s，有效殺傷半徑為13 m，采用比例導引法進行制導。載機紅外輻射強度為2700 W/sr，飛行速度為400 m/s，配備有點源紅外干擾彈，紅外干擾彈輻射強度為4000 W/sr,紅外干擾彈初速為30 m/s。
正交四元探測器會對其視場內出現的所有輻射源識別并選擇其中一個目標跟蹤，而且由于采用了多種抗干擾技術，單一的對抗手段干擾效能較低。據研究，當視場內目標機和紅外干擾彈的像點重合時導引頭會進入抗干擾狀態，此時干擾成功率更高[14,19]。所以，可以考慮協同使用DIRCM和紅外干擾彈，達到較好的干擾效果。
根據上述條件，進行了大量的仿真實驗。代表性實驗結果如圖7所示。
在仿真過程中，若不使用任何干擾手段，只采取機動策略，導彈很多時候仍能精準跟蹤目標機并成功摧毀目標，目標采取S形機動,如圖7(a)所示。
若采取投放紅外干擾彈和飛機機動配合，仿真結果如圖7(b)所示。在導彈逼近載機過程中，按照文獻[13]干擾策略進行投放干擾彈，在多次實驗中，干擾成功率并不理想。
若采取DIRCM和紅外干擾彈協同干擾，如圖7(c)所示。在飛機采用DIRCM干擾后，導彈仍不斷逼近載機，導彈飛行軌跡幾乎不受影響，仍是飛向飛機；
此時，系統根據當前態勢，按照預定規則投放干擾彈并采取機動，導彈受影響較大并偏離飛機。
圖7 仿真實驗結果Fig.7 Simulation results
在多次實驗中，紅外干擾彈和定向紅外對抗系統的協同使用有力提升了干擾成功率，相較單一干擾措施更加高效。之所以出現這種情況，原因可能是：正交四元導引頭具有波門設置、幅值記憶的功能[20]。當采用定向紅外對抗系統進行激光干擾時，由于激光光斑的存在，導引頭進入抗干擾狀態，此時投放點源干擾彈，干擾成功率增加，因為紅外干擾彈輻射強度與飛機類似，而導引頭進入抗干擾狀態之前記錄了飛機幅值，導致導引頭誤將某個干擾彈識別為目標，從而達到了干擾目的。
本文梳理了紅外干擾彈與紅外定向干擾系統的干擾原理，提出了二者協同使用策略并搭建了綜合紅外對抗仿真平臺，仿真驗證了綜合對抗四元正交導引頭的有效性。面對導彈制導方式的升級換代，如何利用有限的干擾資源達到良好的干擾效果是需要重點考慮的問題，下一步的重點工作是驗證二者協同使用干擾成像型導引頭制導導彈的效果。
猜你喜歡載機導引頭定向自推進紅外干擾彈飛行姿態及軌跡研究航天電子對抗(2022年4期)2022-10-24無筒空射運載火箭重力出艙機箭耦合動力學南京航空航天大學學報(2022年2期)2022-04-27偏序集上的相對定向集及其應用長春師范大學學報(2018年8期)2018-08-17定向越野小學生導刊(2017年13期)2017-06-15全極化雷達導引頭抗干擾技術制導與引信(2016年3期)2016-03-20基于PSO的不規則低頻天線陣與載機一體化綜合設計火控雷達技術(2016年2期)2016-02-06半捷聯雷達導引頭視線角速度提取火控雷達技術(2016年1期)2016-02-06一種捷聯式圖像導引頭的解耦算法彈箭與制導學報(2015年1期)2015-03-11毫米波導引頭預定回路改進單神經元控制彈箭與制導學報(2015年1期)2015-03-11定向馴化篩選耐毒酵母食品工業科技(2014年7期)2014-03-11