机载反辐射导弹武器系统技术研究综述

2012-02-20徐思婧董秋杰

装备制造技术 2012年5期

徐思婧，董秋杰

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

机载反辐射导弹，是一种对多层次防空体系中的雷达电磁辐射源进行识别、定位、制导、摧毁，从而使防空体系失效的精确制导武器。其利用辐射源的辐射能量，进行被动寻的，搜寻和打击防空系统的制导、警戒和引导雷达，压制防空武器和预警指挥系统。反辐射导弹的导引头，实际上是一个电子侦察系统，在复杂的电磁环境中对信号进行捕获、分选、识别，最终选定目标雷达的辐射源信号，对其进行打击摧毁。

现在国际上比较先进的反辐射导弹型号，为美国研制的“HARM”哈姆导弹，其自上世纪80年代装备美军部队后，多次投入战争，并取得有效战绩。同时，HARM的改进型也在不断地研制与发展中。

1 机载反辐射导弹系统综述

图1所示为机载反辐射导弹原理组成框图。

图1 机载反辐射导弹原理框图

图1中，雷达信号探测系统用以实现对目标雷达信号的搜索、捕获和测量，其由天线和接收机共同组成。接收机根据预先装订的数据，对天线接收到的射频信号完成选频和放大。反辐射导引头通常选用频带宽的螺旋天线，以满足对抗不同目标信号的不同频带分布需求。由于制导系统需要根据目标辐射源到达导引头的方位、俯仰两个偏角来确定导弹与目标的相对位置信息，要求至少由4个或更多的天线组成天线系统，利用目标雷达到达4个天线的不同波束信号间的相位、强度等的差值，对其进行比对、计算，以确定弹目相对方位。当导弹偏离目标，方位的偏差值将会由控制系统形成电信号送入舵机，控制弹体做相应的机动，以纠正导弹飞行方向的偏差。

数据链接收机，用于接收在挂机阶段载机向导弹发送的信息数据，如包含了目标辐射源方位、波形、重频等信息的辐射参数，以及导弹飞行任务指令等。在装有INS/GPS的反辐射导弹上，数据链还用于在导弹自主飞行阶段接收位置修正的信息。反辐射导弹多采用双向数据链结构。导弹在接收到载机加载的目标信息，并根据此信息对预定目标搜索、截获后，将导弹自身导引头搜索到的目标特征返回载机或机载电子侦查系统进行比对，确认目标正确后允许发射。

信号处理器对探测系统的接收机输出的中频信号进行检波、鉴频、鉴相和幅度测量等一系列信号检测，继而对测量结果进行时域、频域、空域以及脉冲幅度等特征参数提取，以获得辐射源的信息，如辐射源重频、脉宽、信号载频、信号到达方向、信号到达能量等——从而根据导弹发射前装订的数据，对目标进行判别和分选，最终完成对预定攻击目标的确定、捕获和跟踪。信号处理器输出结果，为方向误差信息和导引系统的关键状态信息。

惯性测量装置主要用于传感导弹的飞行姿态数据，如速度、加速度、角速度等，以将其用于飞行制导的解算与控制。

有别于空空导弹，机载反辐射导弹的引信和战斗部位于弹体前端、导引系统后方的弹体部分，以增强俯冲时对地面目标的打击力度。机载反辐射导弹的瞄准目标，为雷达天线的几何中心，对目标雷达的有效毁伤部分为天线阵、雷达舱等。引战系统多采用“飞越目标近炸优先、触发为辅”的引战配合，使用具有目标识别功能的近炸引信与触发引信共用的复合引信。当导弹从目标上方飞过时，利用近炸引信探测和识别目标，在脱靶距离处实施起爆；当导弹落点在目标前方或直接命中目标时，则触发引信起爆。

由于机载反辐射导弹的目标具有静止或慢速运动、装甲防护、电磁环境多源等复杂特性，对反辐射导弹的目标信号探测与识别系统、信号处理算法、制导率设计、战斗部设计、引战配合等的设计研究，都提出了新的需求和挑战。

2 作战方式及工作逻辑

机载反辐射导弹的作战方式，可分为：预先攻击、自卫攻击和随机攻击等模式。

2.1 预先攻击作战方式

对于预先攻击的作战方式，在载机起飞前，根据作战任务，预先将目标类型、目标优先级别、攻击方式等目标信息装订入载机。当载机飞抵作战区域，由机载雷达或机载电子侦查系统对目标雷达进行搜索，精确测量出目标雷达的方位角、载频、脉宽、重频等特征参数，并根据预先装载的程序判断目标的威胁等级，选定要攻击的目标，最终形成任务数据，加载给导弹。导弹接收到载机下发的任务数据后，导引头根据该任务指令对目标进行搜索、分选、判断、截获，将其最终锁定的目标的参数上返给载机或机载电子侦察系统进行比对，一旦对比结果相符合，则构成发射条件，载机武器系统允许导弹发射，否则导弹重新进行目标搜索。

2.2 自卫攻击作战方式

对于自卫攻击的作战方式，载机携带反辐射导弹执行自身作战任务。在载机执行作战任务的过程中，当机载雷达发现地面雷达捕捉到自己，则启动反辐射导弹对敌方威胁雷达进行打击。

2.3 其他作战方式

随机攻击的作战方式较为不常用。在这种作战方式下，反辐射导弹导引头在挂机阶段始终处于工作状态，对可能的威胁目标辐射源进行搜索。一旦锁定目标，导弹将目标信息及辐射源特性上传给载机，由载机或飞行员决定是否进行攻击。

根据不同的目标特性和实际作战需求，机载反辐射导弹的作战方式并不限于上述模式，应是多元化而且灵活的。例如在预先攻击的作战方式中，当载机雷达已截获并锁定目标，但导弹导引头因其性能局限，无法在发射前对目标进行锁定的情况下，载机可将目标特性、威胁度等级等信息直接装订给导弹，并将导弹对准目标大致方位进行发射。导弹在飞行过程中，根据载机装订的目标信息，对目标辐射源进行搜索、分选、判断、截获。一旦导弹无法捕获到最高优先级的目标，或是在飞行过程中目标丢失，随即对装订入的优先等级略低的目标进行搜索、打击。

3 关键技术与发展方向

机载反辐射导弹的目标环境十分复杂。地面各种辐射源信息交错干扰，地面雷达种类繁多、特性差异大，雷达系统针对反辐射导弹设置的诸如多点诱偏、雷达关机等防护措施，都对反辐射导弹的性能提出了较高要求。

3.1 频率覆盖范围增加

现代防空系统中，随着雷达占用频率范围逐渐拓宽，对反辐射导弹的被动雷达导引头频率覆盖范围的要求不断增加，预计将从0.5～20 GHz宽频带向0.1～40 GHz的超宽频带发展，这对天线、天线罩等的研制技术，提出了新的挑战。

解决方案之一，是同一个导引头内采用适合不同频段的接收组件协同工作；

另一个方案，是将反辐射导弹的导引头部分设计为可更换式，在作战前根据目标类型，选择安装合适频段的导引头。

第二个方案不仅节约成本，还可降低对天线罩的研制性能要求，缺陷是需要预知目标特性，不适合自卫攻击的作战方式。

3.2 抗雷达关机和防多点诱偏

机载反辐射导弹的另一个关键技术，是抗雷达关机、防多点诱偏。在反辐射导弹飞行过程中，被动导引头不断对目标方位信息进行探测，依此修正导弹飞行姿态，直至命中目标。一旦攻击过程中遇目标雷达关机，命中精度将大幅降低；导引头的测角误差、导弹发射时装订信息的误差，对导弹的命中率也有影响。

解决方案之一，是在弹上加装GPS/INS系统，在遇目标雷达关机的情况下，导弹仍能由GPS/INS引导定位，对目标进行打击。

3.3 制导率

与空空导弹相比，机载反辐射导弹还具有一些新的目标特性，如非机动性、装甲防护、导弹向目标俯冲时的方位、低空风力矢量的影响等。这些目标特性，决定了空地反辐射导弹的可用过载较小、对俯冲段轨迹的直线性要求较高等特点。在这种情况下，如果按比例制导率进行弹道设计，由于比例制导涉及到弹目视线角速度，在目标静止情况下，会因弹目视线角速度过小，导致对目标难以识别、测量和修正，从而使制导可控性不好，特别是在存在侧向风以及初始制导误差的情况下。

针对这种情况，可采用直接追踪法对目标进行攻击，使导弹速度矢量与弹目视线之间的偏差角保持为零，即导弹的速度矢量指向目标。但直接追踪法要求将导弹对准目标发射。作为替代方案之一，可使导弹在初始攻击阶段按预定弹道飞行，当弹目距离满足一定条件时，导弹对准目标，转入按直接追踪法对目标进行打击。

除上述关键技术之外，导引头天线的视场范围、测量精度，接收机灵敏度，飞行控制系统的滤波算法，引战配合技术等，均需开展进一步的深入研究；同时充分考虑反辐射导弹的飞行性能、作战地域空域、制导精度和战斗使用等方面的要求，对反辐射导弹系统进行设计和改进。

4 面临的挑战

与机载反辐射导弹的发展同步，雷达系统的反导弹对抗措施也在不断更新和发展，这就对反辐射导弹的系统技术，提出了越来越高的要求。

4.1 增强打击效能

首先，必须增加反辐射导弹的打击精度和打击力度，以对抗雷达技术的改进和雷达抗打击效能的增强。诸如以爱国者为代表的多功能相控阵雷达，其雷达阵面的可以经受一定的毁伤失效比例。即使部分辐射单元经导弹打击失效，仍能形成连续波束，对空域进行照射搜索。

这就要求反辐射导弹，一方面通过提高导引系统的性能来提高命中精度，另一方面也要研究优化的引战配合方式，如对末段弹道的控制，采用“激光近炸引信/无线电模块＋触发引信”的复合引信，控制合理的引爆点，以及研究战斗部对雷达系统的高效毁伤方式等，以提高毁伤效果。

4.2 增强抗干扰性能

其次，必须加强反辐射导弹的抗干扰性能，以克服雷达针对反辐射导弹采取的干扰措施与新型雷达阵的出现。反辐射导弹对目标方位测量的本质，就是为了获得导弹与攻击目标之间的方位误差信息，依此不断修正导弹飞行姿态直至命中目标。针对反辐射导弹的这一特点，地面雷达系统采取了诸多相应的反导弹措施。比如雷达关机，可使反辐射导弹的被动导引头失去可搜索的目标，但这也导致雷达在关机期间失去效能。

在此基础上，新型组网雷达技术，将多部雷达利用数据链和信息技术融合在一起，相互配合轮流工作。一旦某部雷达发现导弹的进攻，将信息传至指挥中心，该雷达关机，同时开启另一部同频率的雷达，诱使导弹重新搜索并调整攻击方向，最终落入无害区，而并不影响雷达系统的搜索工作。

此外，还有多点诱偏技术。由于被动导引头跟踪的是目标能量中心，利用多个点源将雷达能量中心拉偏，使导弹在攻击密集目标和带有诱饵的目标时，无法进行精确分辨，从而诱使导弹攻击向错误的方位。

以上雷达的对抗措施，要求反辐射导弹研究新的目标搜索与探测系统，如加装INS/GPS，使导弹在失去目标辐射源或雷达诱偏的情况下，仍能依靠导航定位系统对目标进行定位。

更为先进的一种理论，是采用宽频被动导引头加主动导引头的复合制导模式，在反辐射导弹向目标攻击的过程中，若遇目标关机，则启动主动导引头探测目标；即使目标雷达一直开机，在攻击轨道末段，仍可开启主动雷达导引头对目标进行搜索定位，以防由多点诱偏引起的被动导引头测量馈源点偏差。

4.3 增加射程和发射后截获能力

再次，还应提高反辐射导弹的射程和导弹发射后对目标的截获、判断能力，以应对大型的雷达阵地系统。

新型的双基地雷达系统，将发射和接收分为两个独立的系统，以很大的距离分开部署。接收系统放在作战阵地前沿，由于其无辐射源，不能被反辐射弹探知；而发射系统置于防空区域以内的安全地带，迫使载机若想对其进行打击，必须进入防空区域，对载机的安全产生了极大威胁。这就要求反辐射导弹依靠自身射程的增加，发射后先按照预先装订的目标方位信息飞抵作战区域，当目标雷达进入导弹导引头的截获范围之后，启动导引头对目标进行探测、截获和分选，以实现对远程目标的打击。

另外，还应根据作战需求，发展反辐射导弹的小型化，以适应新型战机的内埋需求。