張顏偉，白春華，蔡 猛

(1.光電控制技術(shù)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(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000)

0 引言

近些年來，紅外制導導彈對飛機的威脅日益增加，已經(jīng)從第一代發(fā)展到第四代。為了應對紅外武器的威脅，紅外對抗技術(shù)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(fā)現(xiàn)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(xié)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(xié)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 紅外干擾彈與定向紅外對抗系統(tǒng)

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(chǎn)生起就隨著紅外制導導彈不斷發(fā)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(fā)動機和尾焰產(chǎn)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?shù)耐斗挪呗酝斗偶t外干擾彈，可使紅外導引頭視場內(nèi)出現(xiàn)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(tǒng)

定向紅外對抗系統(tǒng)將激光能量集中到導彈到達角的狹小立體角內(nèi)，照射紅外導引頭，利用高精度光學儀器持續(xù)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(xiàn)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 協(xié)同使用策略

2.1 協(xié)同使用背景

隨著制導技術(shù)的發(fā)展，紅外制導導彈從最開始的近紅外探測紅外導引頭發(fā)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(tǒng)等?？梢哉f，對抗與反對抗互相抗衡、此消彼長。

為了應對不斷發(fā)展的紅外制導導彈，實現(xiàn)干擾資源效能最大化，將定向紅外對抗系統(tǒng)與紅外干擾彈恰當協(xié)同，將大大提升載機的生存率。假定定向紅外對抗系統(tǒng)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(xié)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(xié)同使用策略，系統(tǒng)框圖見圖2。

圖2 綜合紅外對抗系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of integrated infrared countermeasure system

2.2 協(xié)同使用流程

通過將定向紅外對抗系統(tǒng)與紅外干擾彈投放器交聯(lián)，構(gòu)成綜合紅外對抗系統(tǒng)，同時制定協(xié)同規(guī)則庫，把DIRCM和紅外干擾彈協(xié)同使用(協(xié)作干擾流程如圖3所示)，利用有限的干擾資源實現(xiàn)干擾效能最大化。

圖3 協(xié)作干擾流程圖Fig.3 Flow chart of cooperative interference

考慮到紅外干擾彈數(shù)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(yōu)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(tǒng)告警并上報信息(此時無法確認是否為虛警)；

2) 自衛(wèi)管理系統(tǒng)收到告警信息即調(diào)轉(zhuǎn)DIRCM指向目標并進行激光干擾；

3) 導彈逼近告警系統(tǒng)和DIRCM對目標信息進行周期性更新，自衛(wèi)管理系統(tǒng)根據(jù)上報信息進行威脅確認(排除虛警)；

4) 若經(jīng)分析確定是虛警或已干擾成功，則該威脅解除；

5) 若經(jīng)分析確定非虛警且干擾未成功，則持續(xù)進行激光干擾的同時,根據(jù)態(tài)勢按照投放策略投放紅外干擾彈。

為了更好地理解協(xié)同使用的過程和規(guī)則，圖4展示了典型作用場景(紅外導引頭視角)。

圖4 協(xié)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?qū)б^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(guī)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(xié)同使用規(guī)則

在實際使用中，一般會將飛機劃分為若干防御區(qū)域或象限，針對不同方位的來襲導彈，將首先調(diào)用該區(qū)域防護設備[13]。不妨將某飛機防護區(qū)域劃分為4個象限，如圖5所示，每個區(qū)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(xié)同使用規(guī)則庫，覆蓋了該區(qū)域各種可能情形，其余象限規(guī)則庫類似。通過制定這些規(guī)則庫，紅外對抗系統(tǒng)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(xiàn)現(xiàn)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(qū)域劃分Fig.5 Division of aircraft protection area

表1 協(xié)同使用規(guī)則庫示例Table 1 Example of a collaborative usage rule base

3 仿真示例

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(jù)。同時，為簡化仿真流程，沒有對載機進行防護區(qū)域劃分，僅對協(xié)同使用流程和規(guī)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(nèi)出現(xiàn)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(shù)，單一的對抗手段干擾效能較低。據(jù)研究，當視場內(nèi)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(tài)，此時干擾成功率更高[14,19]。所以，可以考慮協(xié)同使用DIRCM和紅外干擾彈，達到較好的干擾效果。

根據(jù)上述條件，進行了大量的仿真實驗。代表性實驗結(jié)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(jié)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(xié)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(tǒng)根據(jù)當前態(tài)勢，按照預定規(guī)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(jié)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(tǒng)的協(xié)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(xiàn)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(tǒng)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(tài)，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(tài)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。

4 結(jié)束語

本文梳理了紅外干擾彈與紅外定向干擾系統(tǒng)的干擾原理，提出了二者協(xié)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(xié)同使用干擾成像型導引頭制導導彈的效果。