【摘要】紅外有源干擾技術(shù)包括紅外干擾彈、紅外干擾機(jī)、定向紅外對(duì)抗和激光致盲等。綜述了國(guó)外紅外有源干擾技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

【關(guān)鍵詞】 紅外干擾；紅外對(duì)抗；激光致盲式干擾

1.引言

對(duì)紅外制導(dǎo)技術(shù)的研究起始于1948年，該技術(shù)首先應(yīng)用于空空導(dǎo)彈，并于1956年起裝備部隊(duì)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于反坦克導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈、地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、末制導(dǎo)炮彈、末制導(dǎo)子母彈以及巡航導(dǎo)彈等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料報(bào)道 ，全世界紅外導(dǎo)彈的生產(chǎn)量已超過(guò)了20萬(wàn)枚，裝備使用的國(guó)家和地區(qū)有40多個(gè)。紅外制導(dǎo)武器由于具有制導(dǎo)精度高、抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ，成為精確制導(dǎo)武器中最廣泛采用的制導(dǎo)技術(shù)。紅外制導(dǎo)包括紅外點(diǎn)源制導(dǎo)和更先進(jìn)的紅外成像制導(dǎo)。紅外成像可以提供二維圖像信息 ，并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理 ，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、很高的制導(dǎo)精度和空間分辨率 ，易于實(shí)現(xiàn)智能化。其發(fā)展的重點(diǎn)是采用紅外焦平面陣列探測(cè)器的凝視成像系統(tǒng)和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。

在過(guò)去的30至40年時(shí)間里，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在戰(zhàn)場(chǎng)上損失的飛機(jī)中，被紅外導(dǎo)彈擊落和擊傷的約占93%，而雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈和高射炮火僅占5%左右。

面對(duì)紅外導(dǎo)彈威脅的日趨嚴(yán)重，迫使人們不斷開發(fā)出先進(jìn)的紅外對(duì)抗（IRCM）手段。采用紅外干擾彈、紅外干擾機(jī)、定向紅外對(duì)抗和激光致盲等紅外有源干擾手段，可以有效對(duì)抗紅外導(dǎo)彈，確保自身平臺(tái)的安全。

2.紅外干擾彈

紅外干擾彈是指用來(lái)誘騙敵方紅外制導(dǎo)武器脫離真目標(biāo)，具有較高溫度的紅外輻射彈，亦稱紅外干擾彈、紅外曳光彈。

紅外干擾彈它廣泛地應(yīng)用于飛機(jī)、 艦船的自衛(wèi)。紅外誘餌彈大多數(shù)為投擲式燃燒型，內(nèi)裝的煙火劑多為鎂粉、硝化棉和聚四氟乙烯的混合物。這種彈藥通過(guò)輻射強(qiáng)大的紅外能量，制造一個(gè)與所要保護(hù)的目標(biāo)相同的紅外輻射源，誘騙敵方紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈上當(dāng)受騙。它主要對(duì)付敵方全向紅外尋的導(dǎo)彈和雙色紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，屬于有源欺騙式紅外干擾彈。其他還有煙火型紅外干擾彈、復(fù)合型紅外干擾彈和燃料型紅外干擾彈。

紅外干擾彈是極其有效的紅外對(duì)抗手段，它能將紅外導(dǎo)彈引偏使其脫靶，從而確保軍事平臺(tái)的安全。紅外干擾彈作為紅外對(duì)抗的重要組成部分，在歷次現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中都發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，今天已達(dá)到相當(dāng)高的水平。各國(guó)已開發(fā)出各種紅外干擾彈，紅外干擾彈已由單一誘餌發(fā)展到紅外/射頻復(fù)合誘餌，對(duì)抗紅外成像導(dǎo)彈的干擾彈已研制成功。

2.1 紅外干擾彈的工作過(guò)程

紅外干擾彈的工作過(guò)程是：當(dāng)紅外干擾彈被拋射點(diǎn)燃后產(chǎn)生高溫火焰，并在規(guī)定光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)紅外輻射，從而欺騙或誘惑敵紅外探測(cè)系統(tǒng)或紅外制導(dǎo)系統(tǒng)。

紅外干擾彈要達(dá)到干擾效果就是要使紅外導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生脫靶。干擾成功的判別準(zhǔn)則是使導(dǎo)彈的脫靶量大于導(dǎo)彈的殺傷半徑，并且要加上一定的安全系數(shù)。紅外干擾彈的戰(zhàn)術(shù)使用主要包括紅外干擾彈投放的時(shí)間間隔、投放的時(shí)機(jī)和一次投放的數(shù)量。紅外干擾彈投彈間隔時(shí)間和導(dǎo)彈攻擊方位、載機(jī)的飛行速度、載機(jī)的飛行高度和威脅特征有關(guān)。在威脅特征中主要涉及到的是制導(dǎo)的類型和紅外導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭紅外視場(chǎng)角。導(dǎo)彈攻擊方位主要影響載機(jī)飛出紅外視場(chǎng)角的時(shí)間及在該方位上載機(jī)紅外輻射特性；載機(jī)的速度決定載機(jī)飛出紅外視場(chǎng)角的時(shí)間；導(dǎo)引頭紅外視場(chǎng)角主要決定角度分辨單元的寬度，決定載機(jī)飛出該分辨單元時(shí)間。

2.2 紅外干擾彈的戰(zhàn)術(shù)使用

紅外干擾彈有如下3種戰(zhàn)術(shù)使用方法：

1）誘騙

誘騙的主要目的是使紅外導(dǎo)彈脫靶。這時(shí)，紅外干擾彈的輻射特征能被紅外導(dǎo)引頭所探測(cè)而優(yōu)先跟蹤誘餌，造成脫靶。這就需要紅外干擾彈能在紅外導(dǎo)引頭的工作波段輻射出比目標(biāo)更強(qiáng)的信號(hào)，而紅外導(dǎo)彈往往是跟蹤最強(qiáng)的紅外輻射源，這就造成導(dǎo)彈跟蹤紅外干擾彈而脫靶。在正確使用的情況下，一枚紅外干擾彈就能有效對(duì)抗紅外導(dǎo)彈。

2）分散

分散主要用于艦載，其目的是在反艦導(dǎo)彈的紅外尋的器未跟蹤目標(biāo)之前就投放紅外干擾彈，使反艦導(dǎo)彈優(yōu)先跟蹤紅外干擾彈。這時(shí)，紅外干擾彈的紅外輻射特征不必超過(guò)目標(biāo)，但卻是紅外尋的器遇到的唯一可信目標(biāo)。

3）沖淡

沖淡通常用來(lái)對(duì)抗紅外成像制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈，這種制導(dǎo)系統(tǒng)能跟蹤和觀測(cè)幾個(gè)潛在的目標(biāo)，所以往往用n個(gè)誘餌對(duì)抗一枚導(dǎo)彈。使用這種戰(zhàn)術(shù)要比誘騙和分散少。

紅外干擾彈投放設(shè)備的種類很多，大多數(shù)紅外干擾彈的投放設(shè)備是和箔條彈共同使用，兩彈同時(shí)裝備，以對(duì)付不同種類的導(dǎo)彈。這樣，一般情況下紅外干擾彈和箔條干擾彈被設(shè)計(jì)成具有相同的外形尺寸，或者是箔條干擾彈外形尺寸的兩倍。

如果飛機(jī)上裝備紅外報(bào)警設(shè)備，那么，當(dāng)其發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈來(lái)襲便可以按照規(guī)定投放紅外干擾彈。在沒(méi)有紅外報(bào)警設(shè)備或報(bào)警設(shè)備不可靠的情況下，為了安全起見(jiàn)，一旦進(jìn)入攻擊狀態(tài)或者進(jìn)入敵防御區(qū)域，為了對(duì)付敵方發(fā)射的紅外導(dǎo)彈，飛機(jī)以近似等于紅外干擾彈燃燒持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔連續(xù)投放紅外干擾彈，預(yù)防敵紅外導(dǎo)彈的攔截與跟蹤。

紅外干擾彈在對(duì)紅外導(dǎo)彈進(jìn)行干擾時(shí)其投放數(shù)量與飛機(jī)的飛行狀態(tài)、飛行速度、飛行高度、導(dǎo)彈來(lái)襲方位等因素有關(guān)。紅外干擾彈的投放原則主要是根據(jù)飛機(jī)自身的紅外輻射強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行判斷。例如：飛機(jī)在加力飛行狀態(tài)比正常巡航時(shí)的紅外輻射強(qiáng)度要大得多。所以，在某些情況下，紅外干擾彈的戰(zhàn)術(shù)使用要根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際情況做出決定。

3.紅外有源干擾機(jī)

紅外干擾機(jī)是一種有源紅外對(duì)抗裝置，能發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制精確編碼的紅外脈沖，使來(lái)襲導(dǎo)彈產(chǎn)生虛假跟蹤信號(hào)，從而失控而脫靶。主要有以下3種：

1）強(qiáng)光燈型，如銫燈、氙弧燈和藍(lán)寶石燈等。

2）加熱型，是由電加熱或燃油加熱紅外輻射元件而產(chǎn)生所需的紅外輻射。而在載機(jī)電源功率有限的情況下，采用燃油加熱可大大降低電力消耗。

3）燃油型，當(dāng)目標(biāo)受威脅時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)噴出一團(tuán)燃油，延時(shí)一段時(shí)間后發(fā)出與發(fā)動(dòng)機(jī)類似的紅外能量。這種方法介于紅外干擾機(jī)與紅外誘餌之間，所以也有人稱這種方法為紅外誘餌。

4.定向紅外對(duì)抗

紅外干擾機(jī)是紅外對(duì)抗的重要手段。人們從紅外對(duì)抗的實(shí)踐中得出規(guī)律：紅外干擾機(jī)產(chǎn)生的光輻射越強(qiáng)，導(dǎo)彈偏離飛機(jī)的距離就越大。而隨著更先進(jìn)導(dǎo)彈的不斷問(wèn)世，也迫使人們加大干擾機(jī)的輸出功率。但是干擾機(jī)的輸出功率不能無(wú)限增大，它受到干擾機(jī)體積、輸出孔徑尺寸和基本功率消耗的限制。這就促使人們開發(fā)出定向紅外對(duì)抗（DIRCM）技術(shù)，即將紅外干擾能量集中到狹窄的光束中，當(dāng)紅外導(dǎo)彈逼近時(shí)，導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)（MAWS），將光束引向來(lái)襲導(dǎo)彈方向，使導(dǎo)彈導(dǎo)引頭工作混亂而脫靶。

定向紅外對(duì)抗可以采用常規(guī)的紅外光源也可以采用激光，而激光能在干擾光束中集中更大的能量。同其它紅外對(duì)抗方法相比，相干光（激光）定向紅外對(duì)抗（CDIRCM）技術(shù)能提供更遠(yuǎn)的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾制導(dǎo)系統(tǒng)先進(jìn)的新一代紅外導(dǎo)彈。

為使紅外干擾光束及時(shí)準(zhǔn)確指向來(lái)襲導(dǎo)彈，必須跟蹤導(dǎo)彈并給出導(dǎo)彈的方位數(shù)據(jù)。這項(xiàng)功能是由導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)完成的。一般采用無(wú)源紅外或紫外探測(cè)的導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)，它具有360°覆蓋范圍。由于導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)無(wú)源探測(cè)，且紅外干擾能量定向發(fā)射，所以大大提高了載機(jī)的隱蔽性。

美國(guó)三軍正在分別開展以倍頻CO2激光器和采用非線性光學(xué)技術(shù)的固體激光器為光源的相干光定向紅外對(duì)抗研制計(jì)劃，以裝備飛機(jī)、艦艇以及裝甲車輛。同其它紅外對(duì)抗方法一樣，相干光定向紅外對(duì)抗仍然是通過(guò)欺騙方式使導(dǎo)彈脫靶，其激光能量遠(yuǎn)小于激光致盲的能量。

美國(guó)洛克希德·桑德斯公司正在研制先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)紅外對(duì)抗（ATIRCM）系統(tǒng)，它是第1個(gè)采用激光束對(duì)抗新一代紅外導(dǎo)彈的機(jī)載系統(tǒng)。先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)紅外對(duì)抗系統(tǒng)采用的是非閉環(huán)技術(shù)。這種相干光定向紅外對(duì)抗系統(tǒng)開始將使用AN/AAR-47紫外報(bào)警設(shè)備來(lái)引導(dǎo)調(diào)制脈沖激光束，但也將對(duì)Santa Barbara研究中心開發(fā)的新型導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。這種報(bào)警系統(tǒng)將使用紅外焦平面凝視傳感器，可望比AAR-47提供更大的探測(cè)距離。

美空軍賴特實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃研制一種靈巧的相干光定向紅外對(duì)抗系統(tǒng)，稱之為激光紅外對(duì)抗飛行實(shí)驗(yàn)（LIFE）。與先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)紅外對(duì)抗不同，它采用的是閉環(huán)技術(shù)：首先發(fā)射激光，紅外導(dǎo)彈尋的器將激光反射回去，然后將反射波加以分析以確定紅外導(dǎo)彈的類型，最后選擇最有效的激光調(diào)制來(lái)對(duì)抗特殊類型的紅外導(dǎo)彈。這種閉環(huán)的相干光定向紅外對(duì)抗系統(tǒng)更具靈活性，且能更好地對(duì)抗新式紅外導(dǎo)彈，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

5.激光致盲

5.1 激光致盲原理

強(qiáng)激光致盲導(dǎo)引頭的器件主要包括探測(cè)器、調(diào)制盤、濾光片以及頭罩。激光束必須直射在導(dǎo)引頭上足夠的時(shí)間。如果是破壞頭罩，激光輻射能量必須能被頭罩吸收，所以激光波長(zhǎng)應(yīng)在導(dǎo)引頭的響應(yīng)波段之外。

射到導(dǎo)引頭上的激光功率Pe可由下式來(lái)計(jì)算：

Pe=P1τaτoAc/Ω1R2 （1）

式中，P1為激光功率；Ω1為激光束的張角；τa為大氣傳輸系數(shù)；τo為光學(xué)傳輸系數(shù)；Ac為導(dǎo)引頭的有效集光面積；R為從激光器到導(dǎo)引頭的距離。

紅外探測(cè)器受破壞的閾值與下列因素有關(guān)，即破壞機(jī)制、輻照時(shí)間、束徑、集光波長(zhǎng)、探測(cè)器結(jié)構(gòu)材料的熱學(xué)性質(zhì)與散熱器耦合品質(zhì)等。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究表明，當(dāng)輻照時(shí)間很短（τ<0.1×10-4s）時(shí)，激光輻射閾值Eo（單位為W/cm2）的變化與τ成反比。在中等輻照時(shí)間時(shí)（0.1×10-4 s<τ<0.01s），Eo的變化與脈沖時(shí)間的方根成反比。當(dāng)τ>0.01 s時(shí)，Eo不變。當(dāng)輻照時(shí)間很短時(shí)，為使探測(cè)器的表面溫度升至其熔點(diǎn)，所需的能量密度與材料的吸收系數(shù)成反比，與比熱及使探測(cè)器材料熔化而必須的表面溫度增量成正比。

對(duì)于導(dǎo)引頭所使用的紅外探測(cè)器材料，當(dāng)脈沖寬度為0.1×10-6s時(shí)，Eo的范圍為1×106 W/cm2～1×107 W/cm2，相當(dāng)于0.1～1 J/cm2的連續(xù)光流量強(qiáng)度。通常，PbS和PbSe薄膜探測(cè)器具有較高的吸收系數(shù)，因此有比其它探測(cè)器材料更低的光流量。HgCdTe，PbSnTe及InSb材料的閾值非常類似（1J/cm2）。

對(duì)于短于0.1×10-6s的輻照脈沖，紅外探測(cè)器的電擊穿現(xiàn)象是重要的。

這里，計(jì)算交匯距離為2 km時(shí)，使導(dǎo)引頭探測(cè)器破壞所需的激光功率。設(shè)探測(cè)器的破壞閾值Ed為1×107W/cm2，探測(cè)器面積Ad為0.01 cm2。另外，還假設(shè)有如下值：

Ad=10cm2，τa=0.9 ，τo=0.7，Ω1=0.1× 10-8sr

該探測(cè)器收集的功率為：

Pe=AdEd=10-4×107=103W （2）

為在此探測(cè)器上產(chǎn)生這樣的功率，所需的激光功率為

P1=PeΩ1R2/τaτoAc=103×10-8×（2× 105）2/0.9×0.7×10=63.5kW （3）

所以，破壞這個(gè)探測(cè)器所需要的激光功率，其脈沖寬度為100ns，束寬約為0.1mrad，脈沖功率為64kW。為破壞探測(cè)器，激光必須集中在束寬的一半或更小的角度內(nèi)，即0.5× 10-4rad中。這對(duì)靜止平臺(tái)來(lái)說(shuō)，難度已經(jīng)不小，更何況是運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)。

導(dǎo)引頭的調(diào)制盤裝在焦面上，由于探測(cè)器并非處于焦面上，故破壞調(diào)制盤所需的能量一般小于破壞探測(cè)器的能量。探測(cè)器的破壞可使導(dǎo)引頭失去跟蹤目標(biāo)的能力，而調(diào)制盤的破壞問(wèn)題還不至于這樣嚴(yán)重。

強(qiáng)激光的熱應(yīng)力可導(dǎo)致導(dǎo)引頭的頭罩受到破壞，但激光的波長(zhǎng)要在導(dǎo)引頭的響應(yīng)波段外，而且所需要的能量密度要比破壞探測(cè)器的能量密度高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

5.2 發(fā)展現(xiàn)狀

美海軍提出兩項(xiàng)反導(dǎo)激光致盲武器的研究計(jì)劃。一項(xiàng)為平衡技術(shù)倡議——紅外對(duì)抗計(jì)劃。這項(xiàng)由美海軍研究室牽頭的計(jì)劃隸屬于國(guó)防部，其目的是研制一種裝備在固定翼飛機(jī)上的一體化激光對(duì)抗系統(tǒng)，用來(lái)破壞紅外導(dǎo)彈。該系統(tǒng)包括能與先進(jìn)威脅報(bào)警系統(tǒng)一體化的高精度閉環(huán)跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，它能以極高的精度為致盲光束導(dǎo)引方向。威脅報(bào)警系統(tǒng)由紅外凝視傳感器和結(jié)構(gòu)緊湊的實(shí)時(shí)圖像處理器組成，是海軍研究實(shí)驗(yàn)室飛眼威脅報(bào)警方案的擴(kuò)充。威脅報(bào)警傳感器將嵌入LANTIRN的瞄準(zhǔn)吊艙。激光器的輸出波長(zhǎng)在紅外尋的頭的主要工作波段，能致盲光電傳感器。

閃光機(jī)載激光干擾系統(tǒng)是由美空軍組織研制的，采用TRW公司的小功率化學(xué)激光器，可在適當(dāng)距離發(fā)射紅外激光束，欺騙、迷惑紅外導(dǎo)彈，使其脫靶。

6.結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代紅外干擾可以采用常規(guī)的紅外光源也可以采用激光，而激光能在干擾光束中集中更大的能量。同其他紅外對(duì)抗方法相比，相干光（激光）定向紅外干擾（CDIRCM）技術(shù)能提供更遠(yuǎn)的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾制導(dǎo)系統(tǒng)先進(jìn)的新一代紅外導(dǎo)彈。

為使紅外干擾光束及時(shí)準(zhǔn)確指向來(lái)襲導(dǎo)彈，必須跟蹤導(dǎo)彈并給出導(dǎo)彈的方位數(shù)據(jù)。該功能由導(dǎo)彈逼近報(bào)警等系統(tǒng)完成。一般采用無(wú)源紅外或紫外探測(cè)導(dǎo)彈逼近報(bào)警等系統(tǒng)，它具有360度覆蓋范圍，導(dǎo)彈逼近報(bào)警系統(tǒng)無(wú)源探測(cè)，且紅外干擾能量定向發(fā)射，所以大大提高了載機(jī)的隱蔽性。

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