徐思婧,董秋杰
(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院,河南 洛陽(yáng) 471009)
機(jī)載反輻射導(dǎo)彈,是一種對(duì)多層次防空體系中的雷達(dá)電磁輻射源進(jìn)行識(shí)別、定位、制導(dǎo)、摧毀,從而使防空體系失效的精確制導(dǎo)武器。其利用輻射源的輻射能量,進(jìn)行被動(dòng)尋的,搜尋和打擊防空系統(tǒng)的制導(dǎo)、警戒和引導(dǎo)雷達(dá),壓制防空武器和預(yù)警指揮系統(tǒng)。反輻射導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭,實(shí)際上是一個(gè)電子偵察系統(tǒng),在復(fù)雜的電磁環(huán)境中對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲、分選、識(shí)別,最終選定目標(biāo)雷達(dá)的輻射源信號(hào),對(duì)其進(jìn)行打擊摧毀。
現(xiàn)在國(guó)際上比較先進(jìn)的反輻射導(dǎo)彈型號(hào),為美國(guó)研制的“HARM”哈姆導(dǎo)彈,其自上世紀(jì)80年代裝備美軍部隊(duì)后,多次投入戰(zhàn)爭(zhēng),并取得有效戰(zhàn)績(jī)。同時(shí),HARM的改進(jìn)型也在不斷地研制與發(fā)展中。
圖1所示為機(jī)載反輻射導(dǎo)彈原理組成框圖。
圖1 機(jī)載反輻射導(dǎo)彈原理框圖
圖1中,雷達(dá)信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)的搜索、捕獲和測(cè)量,其由天線和接收機(jī)共同組成。接收機(jī)根據(jù)預(yù)先裝訂的數(shù)據(jù),對(duì)天線接收到的射頻信號(hào)完成選頻和放大。反輻射導(dǎo)引頭通常選用頻帶寬的螺旋天線,以滿足對(duì)抗不同目標(biāo)信號(hào)的不同頻帶分布需求。由于制導(dǎo)系統(tǒng)需要根據(jù)目標(biāo)輻射源到達(dá)導(dǎo)引頭的方位、俯仰兩個(gè)偏角來(lái)確定導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對(duì)位置信息,要求至少由4個(gè)或更多的天線組成天線系統(tǒng),利用目標(biāo)雷達(dá)到達(dá)4個(gè)天線的不同波束信號(hào)間的相位、強(qiáng)度等的差值,對(duì)其進(jìn)行比對(duì)、計(jì)算,以確定彈目相對(duì)方位。當(dāng)導(dǎo)彈偏離目標(biāo),方位的偏差值將會(huì)由控制系統(tǒng)形成電信號(hào)送入舵機(jī),控制彈體做相應(yīng)的機(jī)動(dòng),以糾正導(dǎo)彈飛行方向的偏差。
數(shù)據(jù)鏈接收機(jī),用于接收在掛機(jī)階段載機(jī)向?qū)棸l(fā)送的信息數(shù)據(jù),如包含了目標(biāo)輻射源方位、波形、重頻等信息的輻射參數(shù),以及導(dǎo)彈飛行任務(wù)指令等。在裝有INS/GPS的反輻射導(dǎo)彈上,數(shù)據(jù)鏈還用于在導(dǎo)彈自主飛行階段接收位置修正的信息。反輻射導(dǎo)彈多采用雙向數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)。導(dǎo)彈在接收到載機(jī)加載的目標(biāo)信息,并根據(jù)此信息對(duì)預(yù)定目標(biāo)搜索、截獲后,將導(dǎo)彈自身導(dǎo)引頭搜索到的目標(biāo)特征返回載機(jī)或機(jī)載電子偵查系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì),確認(rèn)目標(biāo)正確后允許發(fā)射。
信號(hào)處理器對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)進(jìn)行檢波、鑒頻、鑒相和幅度測(cè)量等一系列信號(hào)檢測(cè),繼而對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行時(shí)域、頻域、空域以及脈沖幅度等特征參數(shù)提取,以獲得輻射源的信息,如輻射源重頻、脈寬、信號(hào)載頻、信號(hào)到達(dá)方向、信號(hào)到達(dá)能量等——從而根據(jù)導(dǎo)彈發(fā)射前裝訂的數(shù)據(jù),對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判別和分選,最終完成對(duì)預(yù)定攻擊目標(biāo)的確定、捕獲和跟蹤。信號(hào)處理器輸出結(jié)果,為方向誤差信息和導(dǎo)引系統(tǒng)的關(guān)鍵狀態(tài)信息。
慣性測(cè)量裝置主要用于傳感導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù),如速度、加速度、角速度等,以將其用于飛行制導(dǎo)的解算與控制。
有別于空空導(dǎo)彈,機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的引信和戰(zhàn)斗部位于彈體前端、導(dǎo)引系統(tǒng)后方的彈體部分,以增強(qiáng)俯沖時(shí)對(duì)地面目標(biāo)的打擊力度。機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)目標(biāo),為雷達(dá)天線的幾何中心,對(duì)目標(biāo)雷達(dá)的有效毀傷部分為天線陣、雷達(dá)艙等。引戰(zhàn)系統(tǒng)多采用“飛越目標(biāo)近炸優(yōu)先、觸發(fā)為輔”的引戰(zhàn)配合,使用具有目標(biāo)識(shí)別功能的近炸引信與觸發(fā)引信共用的復(fù)合引信。當(dāng)導(dǎo)彈從目標(biāo)上方飛過(guò)時(shí),利用近炸引信探測(cè)和識(shí)別目標(biāo),在脫靶距離處實(shí)施起爆;當(dāng)導(dǎo)彈落點(diǎn)在目標(biāo)前方或直接命中目標(biāo)時(shí),則觸發(fā)引信起爆。
由于機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的目標(biāo)具有靜止或慢速運(yùn)動(dòng)、裝甲防護(hù)、電磁環(huán)境多源等復(fù)雜特性,對(duì)反輻射導(dǎo)彈的目標(biāo)信號(hào)探測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)、信號(hào)處理算法、制導(dǎo)率設(shè)計(jì)、戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)、引戰(zhàn)配合等的設(shè)計(jì)研究,都提出了新的需求和挑戰(zhàn)。
機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的作戰(zhàn)方式,可分為:預(yù)先攻擊、自衛(wèi)攻擊和隨機(jī)攻擊等模式。
對(duì)于預(yù)先攻擊的作戰(zhàn)方式,在載機(jī)起飛前,根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù),預(yù)先將目標(biāo)類型、目標(biāo)優(yōu)先級(jí)別、攻擊方式等目標(biāo)信息裝訂入載機(jī)。當(dāng)載機(jī)飛抵作戰(zhàn)區(qū)域,由機(jī)載雷達(dá)或機(jī)載電子偵查系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)雷達(dá)進(jìn)行搜索,精確測(cè)量出目標(biāo)雷達(dá)的方位角、載頻、脈寬、重頻等特征參數(shù),并根據(jù)預(yù)先裝載的程序判斷目標(biāo)的威脅等級(jí),選定要攻擊的目標(biāo),最終形成任務(wù)數(shù)據(jù),加載給導(dǎo)彈。導(dǎo)彈接收到載機(jī)下發(fā)的任務(wù)數(shù)據(jù)后,導(dǎo)引頭根據(jù)該任務(wù)指令對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索、分選、判斷、截獲,將其最終鎖定的目標(biāo)的參數(shù)上返給載機(jī)或機(jī)載電子偵察系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì),一旦對(duì)比結(jié)果相符合,則構(gòu)成發(fā)射條件,載機(jī)武器系統(tǒng)允許導(dǎo)彈發(fā)射,否則導(dǎo)彈重新進(jìn)行目標(biāo)搜索。
對(duì)于自衛(wèi)攻擊的作戰(zhàn)方式,載機(jī)攜帶反輻射導(dǎo)彈執(zhí)行自身作戰(zhàn)任務(wù)。在載機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的過(guò)程中,當(dāng)機(jī)載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)地面雷達(dá)捕捉到自己,則啟動(dòng)反輻射導(dǎo)彈對(duì)敵方威脅雷達(dá)進(jìn)行打擊。
隨機(jī)攻擊的作戰(zhàn)方式較為不常用。在這種作戰(zhàn)方式下,反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭在掛機(jī)階段始終處于工作狀態(tài),對(duì)可能的威脅目標(biāo)輻射源進(jìn)行搜索。一旦鎖定目標(biāo),導(dǎo)彈將目標(biāo)信息及輻射源特性上傳給載機(jī),由載機(jī)或飛行員決定是否進(jìn)行攻擊。
根據(jù)不同的目標(biāo)特性和實(shí)際作戰(zhàn)需求,機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的作戰(zhàn)方式并不限于上述模式,應(yīng)是多元化而且靈活的。例如在預(yù)先攻擊的作戰(zhàn)方式中,當(dāng)載機(jī)雷達(dá)已截獲并鎖定目標(biāo),但導(dǎo)彈導(dǎo)引頭因其性能局限,無(wú)法在發(fā)射前對(duì)目標(biāo)進(jìn)行鎖定的情況下,載機(jī)可將目標(biāo)特性、威脅度等級(jí)等信息直接裝訂給導(dǎo)彈,并將導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)大致方位進(jìn)行發(fā)射。導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中,根據(jù)載機(jī)裝訂的目標(biāo)信息,對(duì)目標(biāo)輻射源進(jìn)行搜索、分選、判斷、截獲。一旦導(dǎo)彈無(wú)法捕獲到最高優(yōu)先級(jí)的目標(biāo),或是在飛行過(guò)程中目標(biāo)丟失,隨即對(duì)裝訂入的優(yōu)先等級(jí)略低的目標(biāo)進(jìn)行搜索、打擊。
機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的目標(biāo)環(huán)境十分復(fù)雜。地面各種輻射源信息交錯(cuò)干擾,地面雷達(dá)種類繁多、特性差異大,雷達(dá)系統(tǒng)針對(duì)反輻射導(dǎo)彈設(shè)置的諸如多點(diǎn)誘偏、雷達(dá)關(guān)機(jī)等防護(hù)措施,都對(duì)反輻射導(dǎo)彈的性能提出了較高要求。
現(xiàn)代防空系統(tǒng)中,隨著雷達(dá)占用頻率范圍逐漸拓寬,對(duì)反輻射導(dǎo)彈的被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭頻率覆蓋范圍的要求不斷增加,預(yù)計(jì)將從0.5~20 GHz寬頻帶向0.1~40 GHz的超寬頻帶發(fā)展,這對(duì)天線、天線罩等的研制技術(shù),提出了新的挑戰(zhàn)。
解決方案之一,是同一個(gè)導(dǎo)引頭內(nèi)采用適合不同頻段的接收組件協(xié)同工作;
另一個(gè)方案,是將反輻射導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭部分設(shè)計(jì)為可更換式,在作戰(zhàn)前根據(jù)目標(biāo)類型,選擇安裝合適頻段的導(dǎo)引頭。
第二個(gè)方案不僅節(jié)約成本,還可降低對(duì)天線罩的研制性能要求,缺陷是需要預(yù)知目標(biāo)特性,不適合自衛(wèi)攻擊的作戰(zhàn)方式。
機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),是抗雷達(dá)關(guān)機(jī)、防多點(diǎn)誘偏。在反輻射導(dǎo)彈飛行過(guò)程中,被動(dòng)導(dǎo)引頭不斷對(duì)目標(biāo)方位信息進(jìn)行探測(cè),依此修正導(dǎo)彈飛行姿態(tài),直至命中目標(biāo)。一旦攻擊過(guò)程中遇目標(biāo)雷達(dá)關(guān)機(jī),命中精度將大幅降低;導(dǎo)引頭的測(cè)角誤差、導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)裝訂信息的誤差,對(duì)導(dǎo)彈的命中率也有影響。
解決方案之一,是在彈上加裝GPS/INS系統(tǒng),在遇目標(biāo)雷達(dá)關(guān)機(jī)的情況下,導(dǎo)彈仍能由GPS/INS引導(dǎo)定位,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊。
與空空導(dǎo)彈相比,機(jī)載反輻射導(dǎo)彈還具有一些新的目標(biāo)特性,如非機(jī)動(dòng)性、裝甲防護(hù)、導(dǎo)彈向目標(biāo)俯沖時(shí)的方位、低空風(fēng)力矢量的影響等。這些目標(biāo)特性,決定了空地反輻射導(dǎo)彈的可用過(guò)載較小、對(duì)俯沖段軌跡的直線性要求較高等特點(diǎn)。在這種情況下,如果按比例制導(dǎo)率進(jìn)行彈道設(shè)計(jì),由于比例制導(dǎo)涉及到彈目視線角速度,在目標(biāo)靜止情況下,會(huì)因彈目視線角速度過(guò)小,導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)難以識(shí)別、測(cè)量和修正,從而使制導(dǎo)可控性不好,特別是在存在側(cè)向風(fēng)以及初始制導(dǎo)誤差的情況下。
針對(duì)這種情況,可采用直接追蹤法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攻擊,使導(dǎo)彈速度矢量與彈目視線之間的偏差角保持為零,即導(dǎo)彈的速度矢量指向目標(biāo)。但直接追蹤法要求將導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射。作為替代方案之一,可使導(dǎo)彈在初始攻擊階段按預(yù)定彈道飛行,當(dāng)彈目距離滿足一定條件時(shí),導(dǎo)彈對(duì)準(zhǔn)目標(biāo),轉(zhuǎn)入按直接追蹤法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行打擊。
除上述關(guān)鍵技術(shù)之外,導(dǎo)引頭天線的視場(chǎng)范圍、測(cè)量精度,接收機(jī)靈敏度,飛行控制系統(tǒng)的濾波算法,引戰(zhàn)配合技術(shù)等,均需開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究;同時(shí)充分考慮反輻射導(dǎo)彈的飛行性能、作戰(zhàn)地域空域、制導(dǎo)精度和戰(zhàn)斗使用等方面的要求,對(duì)反輻射導(dǎo)彈系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。
與機(jī)載反輻射導(dǎo)彈的發(fā)展同步,雷達(dá)系統(tǒng)的反導(dǎo)彈對(duì)抗措施也在不斷更新和發(fā)展,這就對(duì)反輻射導(dǎo)彈的系統(tǒng)技術(shù),提出了越來(lái)越高的要求。
首先,必須增加反輻射導(dǎo)彈的打擊精度和打擊力度,以對(duì)抗雷達(dá)技術(shù)的改進(jìn)和雷達(dá)抗打擊效能的增強(qiáng)。諸如以愛(ài)國(guó)者為代表的多功能相控陣?yán)走_(dá),其雷達(dá)陣面的可以經(jīng)受一定的毀傷失效比例。即使部分輻射單元經(jīng)導(dǎo)彈打擊失效,仍能形成連續(xù)波束,對(duì)空域進(jìn)行照射搜索。
這就要求反輻射導(dǎo)彈,一方面通過(guò)提高導(dǎo)引系統(tǒng)的性能來(lái)提高命中精度,另一方面也要研究?jī)?yōu)化的引戰(zhàn)配合方式,如對(duì)末段彈道的控制,采用“激光近炸引信/無(wú)線電模塊+觸發(fā)引信”的復(fù)合引信,控制合理的引爆點(diǎn),以及研究戰(zhàn)斗部對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的高效毀傷方式等,以提高毀傷效果。
其次,必須加強(qiáng)反輻射導(dǎo)彈的抗干擾性能,以克服雷達(dá)針對(duì)反輻射導(dǎo)彈采取的干擾措施與新型雷達(dá)陣的出現(xiàn)。反輻射導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)方位測(cè)量的本質(zhì),就是為了獲得導(dǎo)彈與攻擊目標(biāo)之間的方位誤差信息,依此不斷修正導(dǎo)彈飛行姿態(tài)直至命中目標(biāo)。針對(duì)反輻射導(dǎo)彈的這一特點(diǎn),地面雷達(dá)系統(tǒng)采取了諸多相應(yīng)的反導(dǎo)彈措施。比如雷達(dá)關(guān)機(jī),可使反輻射導(dǎo)彈的被動(dòng)導(dǎo)引頭失去可搜索的目標(biāo),但這也導(dǎo)致雷達(dá)在關(guān)機(jī)期間失去效能。
在此基礎(chǔ)上,新型組網(wǎng)雷達(dá)技術(shù),將多部雷達(dá)利用數(shù)據(jù)鏈和信息技術(shù)融合在一起,相互配合輪流工作。一旦某部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈的進(jìn)攻,將信息傳至指揮中心,該雷達(dá)關(guān)機(jī),同時(shí)開(kāi)啟另一部同頻率的雷達(dá),誘使導(dǎo)彈重新搜索并調(diào)整攻擊方向,最終落入無(wú)害區(qū),而并不影響雷達(dá)系統(tǒng)的搜索工作。
此外,還有多點(diǎn)誘偏技術(shù)。由于被動(dòng)導(dǎo)引頭跟蹤的是目標(biāo)能量中心,利用多個(gè)點(diǎn)源將雷達(dá)能量中心拉偏,使導(dǎo)彈在攻擊密集目標(biāo)和帶有誘餌的目標(biāo)時(shí),無(wú)法進(jìn)行精確分辨,從而誘使導(dǎo)彈攻擊向錯(cuò)誤的方位。
以上雷達(dá)的對(duì)抗措施,要求反輻射導(dǎo)彈研究新的目標(biāo)搜索與探測(cè)系統(tǒng),如加裝INS/GPS,使導(dǎo)彈在失去目標(biāo)輻射源或雷達(dá)誘偏的情況下,仍能依靠導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。
更為先進(jìn)的一種理論,是采用寬頻被動(dòng)導(dǎo)引頭加主動(dòng)導(dǎo)引頭的復(fù)合制導(dǎo)模式,在反輻射導(dǎo)彈向目標(biāo)攻擊的過(guò)程中,若遇目標(biāo)關(guān)機(jī),則啟動(dòng)主動(dòng)導(dǎo)引頭探測(cè)目標(biāo);即使目標(biāo)雷達(dá)一直開(kāi)機(jī),在攻擊軌道末段,仍可開(kāi)啟主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)進(jìn)行搜索定位,以防由多點(diǎn)誘偏引起的被動(dòng)導(dǎo)引頭測(cè)量饋源點(diǎn)偏差。
再次,還應(yīng)提高反輻射導(dǎo)彈的射程和導(dǎo)彈發(fā)射后對(duì)目標(biāo)的截獲、判斷能力,以應(yīng)對(duì)大型的雷達(dá)陣地系統(tǒng)。
新型的雙基地雷達(dá)系統(tǒng),將發(fā)射和接收分為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),以很大的距離分開(kāi)部署。接收系統(tǒng)放在作戰(zhàn)陣地前沿,由于其無(wú)輻射源,不能被反輻射彈探知;而發(fā)射系統(tǒng)置于防空區(qū)域以內(nèi)的安全地帶,迫使載機(jī)若想對(duì)其進(jìn)行打擊,必須進(jìn)入防空區(qū)域,對(duì)載機(jī)的安全產(chǎn)生了極大威脅。這就要求反輻射導(dǎo)彈依靠自身射程的增加,發(fā)射后先按照預(yù)先裝訂的目標(biāo)方位信息飛抵作戰(zhàn)區(qū)域,當(dāng)目標(biāo)雷達(dá)進(jìn)入導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的截獲范圍之后,啟動(dòng)導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、截獲和分選,以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程目標(biāo)的打擊。
另外,還應(yīng)根據(jù)作戰(zhàn)需求,發(fā)展反輻射導(dǎo)彈的小型化,以適應(yīng)新型戰(zhàn)機(jī)的內(nèi)埋需求。
當(dāng)前電子對(duì)抗態(tài)勢(shì)的發(fā)展,決定了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是一場(chǎng)爭(zhēng)奪電磁控制權(quán)的戰(zhàn)斗。反輻射導(dǎo)彈作為雷達(dá)系統(tǒng)的打擊者,無(wú)論在摧毀敵方防空網(wǎng)絡(luò),或是載機(jī)進(jìn)行自我防衛(wèi)方面,都起著重要作用。
綜合來(lái)看,現(xiàn)有反輻射導(dǎo)彈面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn),主要是被動(dòng)導(dǎo)引頭的探測(cè)范圍和搜索精度、抗關(guān)機(jī)和抗誘偏能力、引戰(zhàn)配合效能等。但是,反輻射導(dǎo)彈系統(tǒng)是一個(gè)整體,任何一個(gè)組成部分的優(yōu)化和各子系統(tǒng)之間更好的相互配合,包括在載機(jī)平臺(tái)上加裝針對(duì)反輻射導(dǎo)彈的電子偵測(cè)和火控系統(tǒng),都會(huì)對(duì)導(dǎo)彈的整體性能產(chǎn)生良好的作用。
作為反輻射導(dǎo)彈系統(tǒng)總體技術(shù)的研究,并不只是簡(jiǎn)單的要求分系統(tǒng)發(fā)揮極限性能、研制最新技術(shù),而是在考慮作戰(zhàn)條件的情況下,必須從導(dǎo)彈系統(tǒng)整體的角度出發(fā),充分利用各種現(xiàn)有技術(shù),并在分析如何將各分系統(tǒng)功能最大發(fā)揮、最好配合的基礎(chǔ)上,探索新技術(shù)的方向。
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