机载光学告警与定向干扰一体化技术发展评析

李　超，陈　宁，陈萍萍，万　纯，王　鹏

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)



机载光学告警与定向干扰一体化技术发展评析

李超，陈宁，陈萍萍，万纯，王鹏

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

随着红外制导导弹对飞机目标造成的威胁日益严重，光学告警与定向干扰一体化技术成为各国研究的热点。首先介绍了红外告警与定向干扰的原理和流程，之后分析了国外在机载红外告警与定向干扰设备方面的最新进展，并展望未来的发展趋势。

红外制导；红外对抗；红外告警；定向干扰

0　引言

在电子技术飞速发展和战场电磁信号环境复杂性高度提升的今天，在日益精密的防空系统下，作战飞机所面临的战场环境比以往任何时候都更具有威胁性，加强态势感知能力和快速反应能力是提高作战飞机生存概率的关键[1-2]。

在现代战争中，光电制导导弹特别是红外制导导弹对于飞机的威胁日趋严重。目前，国外应用红外制导的导弹有70多种，工作波长可以从近红外一直到远红外，能探测和跟踪飞机各部分的红外特征。据统计，在海湾战争中，美军损失的19架飞机有13架是被红外制导导弹击落的。在科索沃战争中,美国陆军AH-64A“阿帕奇”直升机从未出现在战场上，主要是因为它装备的BAE系统公司的AN/ALQ-144(V)红外对抗系统不灵敏。为了对抗光电制导导弹的攻击，各类飞机都采用了多种光电对抗设备，主要包括雷达告警、激光告警、红外、紫外告警、激光有源干扰、红外有源干扰等光电装备。因此，发展机载光学红外告警与自适应干扰决策技术，对来袭导弹、战斗机或其他重要威胁源进行逼近告警，就能有效提高飞机的战场生存能力，对完成作战任务起着至关重要的作用。

1　光学告警与定向红外干扰工作原理

1.1系统构成

定向干扰的工作原理是将方向性好的高能量激光照射到导弹导引头上，以造成毁伤、诱偏，达到导弹解锁或者无法找到目标的目的。

定向干扰系统是由数据采集解算单元、决策控制单元、激光照射单元等组成。其中，采集解算单元和决策控制单元共同构成了告警系统。激光照射单元包含精密转向机构、激光调制器等。

采集解算单元：负责数据的采集和分发，真假目标识别，目标特征提取，航迹建立。同时，它还负责将威胁目标飞行方向、到达角方位、威胁程度进行分级处理。

决策控制单元：是定向干扰的关键部件。经过精确的解算，来袭导弹的各种参数传递到控制单元。在控制单元中，存储着针对不同威胁程度相应的战术决策指令。它负责启动干扰的方式和投放的策略，以达到保护己方作战平台的目的。

激光照射单元：用于发射定向能，实施激光定向干扰。其主要部件包括：1个小视场跟踪来袭导弹的红外CCD，1个红外激光干扰源，1个跟瞄子系统，以及相关的通信和控制电子设备。

1.2定向干扰工作流程

定向干扰具体的工作流程为：

1) 告警阶段：导弹告警系统通过红外多波段复合探测，将导弹蒙皮辐射和尾焰信号传递给数据解算单元。

2) 数字信号处理阶段：对告警系统传递的数据进行处理，提取威胁源，评估威胁等级，启动干扰装置。

3) 干扰阶段：根据数字信号处理阶段传输的威胁源，迅速转动转台，启动红外小视场跟踪装置，对准来袭导弹导引头，由发射机将调制的相应红外波束照射向导弹导引头干扰制导信号，同时配合使用干扰弹。

1.3定向干扰工作模式

现阶段光电干扰的主要模式为：有源干扰和无源干扰。有源干扰系统又可分为开环模式和闭环模式。开环模式是指激光定向干扰头不具备识别导引头波段的能力，在该模式的系统数据库中，存储有固定调制方法以对付所有的来袭导弹。该系统的优点是结构简单，但干扰效能较低。而闭环模式具有反馈功能，系统根据激光回波特性，确定导弹使用的传感器类型，而后针对这类传感器选择最有效的干扰调制方式，对射向导弹的干扰激光进行调制。该系统虽然较为复杂，但是针对性较强，效能较高，与干扰弹结合使用，大大提升武器平台的生存概率。

2　国外光学告警设备的现状

为了提高作战平台在现代战争中的生存能力，免遭导弹的攻击，必须装备性能可靠的导弹逼近告警系统(MAWS)[3-4]。美国等西方国家于20世纪中后期率先开展了光学探测系统的研发工作，并在短短几十年中，为机载武器平台安装了数十种不同的告警装备，如图1所示。

2.1AN/AAR-44机载导弹告警系统

美国Raytheon系统公司和Cincinatti电子公司研制的AN/AAR-44机载导弹告警系统是被动式工作装备，用于对逼近的导弹作红外告警。该系统的特点包括自动告警和发出对抗指令，可以边跟踪、边搜索，具有对多重导弹威胁的分析处理能力，能鉴别日光、丘陵和水面的反射光(以减少虚警)，配有MILSTD-1553D总线接口。它在半球空域内连续扫描搜索，以发现和跟踪敌导弹，并指示导弹方位和控制对抗型装备实施防御。其质量为28kg，属于第二代产品，装备于C-130飞机。

AN/AAR-44(V)是AN/AAR-44的小型化产品，它能在超半球空域探测敌导弹。能分析处理多重威胁，其侧角精度足以满足定向红外对抗的需要，并且具有快速反应和抑制虚警的特点。它可安在高性能飞机内或吊舱里，能与定向红外对抗系统组合为一体，也可安装在AN/ALQ-48电子对抗吊舱内。它已在C-130和C-141飞机上服役。

AN/AAR-44A是AN/AAR-44的最新改进型产品，它在持续跟踪时仍能提供远距离告警、搜索/识别和多目标处理功能，具有外部对抗控制能力、多光谱识别性能和红外对抗接口。

图1　国外典型的红外告警系统

2.2机载无源告警系统(PAWS)

以色列Elisra电子系统公司的PAWS可探测导弹发动机的羽烟，并在高杂波条件下实行跟踪，能以低虚警率识别威胁性和非威胁性导弹。对威胁性导弹，它能精确指示逼近方向，并大致估算到达时间，还可自行选择合适的有源干扰而实施对抗防御。它可以独立作战，也可与雷达告警接收机或激光告警器协同工作。最重要的是该系统还具有多目标处理能力。

2.3SAMIR导弹告警器

法国SAMIR简称DDM，它能探测导弹的红外辐射并确定其方位，把有关数据传给机载对抗设备并自主将其启动。该系统具有高探测率、低虚警率和多目标处理能力，能在复杂干扰环境下正常工作。它采用了先进的信号处理技术和红外双波段探测器阵列，有综合制冷装置，并已装备“幻影2000”飞机和“阵风”战斗机。

2.4分布孔径红外系统(DAIRS)

分布孔径红外系统(DAIRS)是机载红外侦察告警系统的最新成果，基于红外搜索与跟踪系统，可实现连续的高分辨率全空间覆盖，其多功能包括导弹逼近告警、近距红外态势感知(SAIRST)、下视红外目标指示、辅助导航等，可与头盔瞄准系统耦合使飞行员能下视、侧视或后视。F-35 装备了AN/AAQ-37红外分布孔径系统，由6个双色红外传感器提供360°覆盖。AN/AAQ-37是F-22的AN/AAR-56的衍生版本，其能力在导弹告警任务基础上进行了大幅扩展。

3　国外定向红外干扰的现状

为保护大型飞机和直升机免遭红外制导导弹特别是肩扛式导弹的威胁，美军一直在进行红外对抗系统的研发。十余年来，英美等国家已开发了四代红外对抗系统，用于保护不同的飞机，包括直升机、运输机和战术飞机等[5-6]。

1) 第一代光电对抗装备。DIRCM和ATIRCM，两者在功能上基本相似。系统均采用固定在飞机外部的成像探测器、提供全方位的覆盖；成像探测器具备可以同时指示多枚导弹袭击方位和辨别真假目标的能力。

DIRCM系统(AN/AAQ-24)，外方代号“复仇女神”。其第一代采用弧光灯作为干扰机，第二代采用激光干扰机，以替代现有型号上使用的氪灯干扰机。DIRCM系统采用模块化结构，可组合成各种形式来保护约14种不同类型的飞机。当系统中的AN/AAR-54导弹逼近告警系统发现目标并确定该目标威胁时，DIRCM就跟踪导弹同时从炮塔发射装置向目标发射红外对抗波束。

俄罗斯的101KS-O激光定向红外成像干扰系统，采用了与AN/AAQ-24相似的转塔式结构，但其体积和质量较大，反应速度较慢，存在探测死角。最致命的是该系统将安装于俄罗斯最新一代战斗机T-50上，这样的系统对于该机型的隐身性会造成一定的影响。

而ATIRCM是美国桑德斯公司(现在的BAE系统公司)为美国陆军研制的项目，计划用于装备各种旋翼飞机(1000架)，以及未来海军陆战队的固定翼飞机。 ATIRCM是集导弹探测、告警、跟踪和干扰于一体的综合系统，质量小于46kg，主要有四个组成部分：通用导弹告警系统、多光谱红外干扰机、1个电子控制单元及1个对抗投放器。ATIRCM干扰头有三个光学窗口，分别应对波段1、2和4的威胁。

2) 第二代定向红外对抗系统。主要技术特点是：系统普遍使用红外凝视告警器代替紫外告警器，采用全固态固体激光作为干扰源，发射砖塔进一步优化，系统精度大为提高，快速响应能力增强。 大型飞机红外对抗系统LAIRCM在AN/AAQ-24(V)系统基础上改进形成，主要改进了两方面，一是采用MIMS双色红外导弹告警传感器，双色红外机制可以从光谱上区别目标与杂波红外特征，提高了在高杂波背景下探测威胁能力；二是采用一种用于红外对抗的小型模块化空气冷却全波段激光器——“蝰蛇”，激光光源提供了系统干扰或者摧毁来袭导弹传感器的能力，先进的冷却技术和小型化、模块化设计使得系统的体积小、质量轻、功耗低。TADIRCM系统是由美国海军实验室和桑德斯公司为美国海军共同研发的项目，计划用于装备战术飞机上。该系统是在ATIRCM项目基础上研制的，与ATIRCM的通用性为60%。不过，与ATIRCM和“自由女神”系统比较，TADIRCM有一个改变：其采用双色红外凝视传感器。这种传感器的探测距离更远，对杂波的抑制能力更强，且可以在不同波长范围工作。

3) 第三代红外定向对抗系统。主要技术特点是普遍采用双色红外告警器，提高导弹探测概率，降低虚警率。采用光纤激光器作为干扰源，提高干扰功率和电光转换概率；跟瞄发射转塔进一步小型化，多采用反射镜稳定方式，响应速度大为提高。此外，还有一个重要特点是轻型、低成本，适应于直升机机载平台。以色列的Elbit公司的ELOP子公司研发的红外定向对抗系统-多光谱红外对抗设备(MUSIC)是这一代的典型代表。

4) 第四代红外对抗系统。以通用红外对抗系统CIRCM为代表，其目标为高可靠性、小型化和低成本。主要技术特点是采用更高效率的多波段激光器作为干扰源，比OPO固体激光器体积更小、质量更轻、可靠性更高；采用模块化开放式系统架构(MOSA)和非专有接口，支持组件互换和技术植入；采用商用货架产品，降低系统成本。英国BAE系统公司、美国ITT公司、美国诺格公司电子系统分部和雷神导弹系统等公司均参与了美国空军系统验证，并进行CIRCM系统关键部件的研发。

4　发展趋势

光学告警与定向干扰系统今后的发展目标是进一步提高系统的干扰能力和精度，关键是要解决以下几个主要问题：

1) 提高告警系统对来袭导弹的感知能力。目前使用的光学告警系统都有各自的缺陷。最先研发的紫外导弹告警系统的探测距离容易受到大气环境的影响，且在发动机关机条件下无法探测；而红外告警系统的探测距离虽比紫外型探测器远，但必须对付地面强杂波背景的影响。最佳方案是将红外传感器的远距探测能力与紫外传感器的杂波抑制能力相结合，而双色或者多色红外传感器正好可以融合这两个优点。

2) 开发高效、小型化的干扰源。开发多波段固态激光干扰源，结合激光回波技术，分析导引头的类型有的放矢，是未来发展的必然趋势。另外，中红外光纤激光器的开发，为中红外高效率干扰源的开发开辟了新的方向。

3) 设计研发高精度跟瞄发射转塔。优化跟瞄光机结构，进行小型化设计，提高转塔的精度和机动性能，满足大机动和大过载条件下的快速响应和精确定位要求。

4) 系统模块化。提高系统兼容性和可扩展能力。采用可互换组件，降低系统成本。

5　结束语

针对飞机平台面临的精确制导导弹的威胁，国外各军事强国均开展并装备了大量光学告警与定向干扰一体化装备。详细分析该系统的发展现状及功能组成对全面开展相关领域的研究具有现实意义。■

[1]付伟.定向红外对抗技术及其现状[J].激光与红外,2001,31(5):259-261.

[2]张洁.机载导弹逼近告警技术发展分析[J].舰船电子工程,2014,34(11):19-23.

[3]易明,王晓,王龙.美军光电对抗技术、装备现状与发展趋势初探[J].红外与激光工程,2006，35(5):601-607.

[4]淦元柳,徐世录.美国的直升机载红外干扰系统[J].战术导弹技术,2006(4):89-94.

[5]何立萍,韦萍兰.红外对抗技术和装备的发展[J].红外技术,2006,28(1):47-49.

[6]韩超.红外对抗技术的发展动向与分析[J].舰船电子工程,2009,29(6):43-36.

The review of airborne optical warning and directional countermeasure integrated technology

Li Chao,Chen Ning,Chen Pingping,Wan Chun,Wang Peng

(No.8511 Research Institute of CASIC,Nanjing 210007,Jiangsu,China)

With the development of infrared homing missile, the threat of damage to the aircraft target is more and more serious. Optical warning and directional countermeasure integrated technology becomes the focus of national research.Infrared warning and directional countermeasure are summarized firstly,and then the latest progress is analyzed in this field overseas. Finally, the development tendency in the future is looked forward.

infrared homing; infrared countermeasure; infrared warning; directional inference

2016-02-26；2016-06-20修回。

李超(1984-)，男，工程师，博士，主要研究方向为电子对抗。

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