紫外告警与红外告警在直升机上的应用对比

邓文林

（中国直升机设计研究所 天津市 300300）

1 引言

直升机是现代战争中日益重要的机动力量，发挥了不可替代的作用，但又由于其低空低速的特性，在执行作战任务时越来越多地受到便携式地-空导弹和近程空-空导弹的威胁。为了提高直升机的战场生存力，需要对来袭导弹进行提前预警。常见的导弹逼近告警技术主要有以下三种：采用脉冲多普勒雷达体制的主动式导弹逼近告警系统，采用紫外告警体制或者红外告警体制的被动式导弹逼近告警系统。其中采用脉冲多普勒雷达体制的主动式导弹逼近告警系统由于具有容易暴露自身目标、目标到达角探测精度较低、重量尺寸较大等缺点，实际装机应用较少。而紫外告警和红外告警分别是通过探测来袭导弹的尾焰中的紫外成分和红外成分，与导弹制导方式无关，是目前主要采用的导弹逼近告警技术体制。本文主要对紫外告警和红外告警在直升机上的应用对比进行分析。

2 紫外告警

太阳是能量最强、波谱范围最宽的自然光源，太阳发出的紫外线即是自然界最大的紫外光源。太阳辐射通过地球大气层到达地球表面时，由于大气衰减造成了辐射光谱的改变，其中，波长短于0.29μm的中紫外辐射由于同温层中臭氧的吸收，基本上到达不了地球近地表面，因此造成太阳光谱中的紫外辐射（0.2μm～0.3μm）在近地表面形成“日盲区”。机载紫外告警系统工作在日盲区，避开了最强大自然光源——太阳直接和间接产生的干扰，可在近似为零的自然背景中工作。而无论使用何种燃料，导弹尾焰都辐射很强的紫外光谱，这就成为紫外告警用来探测的紫外辐射源。紫外告警中最常见的一种技术就是紫外探测技术，紫外探测技术的应用基本上都是建立在紫外辐射的大气传输的基础上的，其应用管控上，紫外通讯是属于工作的盲区波段，这种信息在传输时不会受到其他的大气噪声干扰。值得注意的是，在采用被动式的紫外探测器进行信息的检测时，会发现其内部的导弹烟雾中的紫外辐射会在工作盲区波段形成亮点区域，反之如果有低空中的直升机或者其他的高空飞行物对大气散射的紫外光散射，那么可能会在紫外辐射中形成暗点区域。根据这两个区域的变化可以保证探测追踪任务快速完成，也能够提升追踪的效率。一般来说，紫外的告警设备在直升机中分为内装和外装两种形式，其可以根据实际情况将探测器的安装融入其中。1987年，在进行了数年测试后，美国Loral公司成功研发出了第一台紫外告警系统AAR-47，并迅速普及到固定翼直升机及直升机平台上正式列装。此后，德、法、以色列、南非等国亦纷纷投入到该研究领域，获得了迅速发展。紫外告警系统从技术体制上可分为第一代概略型和第二代成像型。

2.1 第一代--概略型紫外告警系统

在对紫外告警系统进行研究时，我们会发现第一代的概略告警系统在设计时基本上是以单阳极光电倍增管作为核心的探测工具，其内部的概略导弹焰内的紫外辐射能量都可以根据实际情况将其自身的优势充分的发挥出来。由于这种第一代的概略型的紫外告警系统的紫外探头主要由多种的光学流罩和辅助电路构成。整个系统以被动方式工作，采用凝视探测、多路传输、多路信号综合处理的工作体制。具体工作流程为：各个紫外探测头把各自视场内特定波长的紫外辐射光子收集起来（含目标及背景），通过窄带滤波后到达光电倍增管的阴极接收面，经光电转换形成光电子脉冲后送入信号处理模块，再经信号预处理后送入数据处理模块，数据处理模块根据目标特征及预置算法对输入信号作出有无导弹威胁的统计判决。该类系统存在角分辨率低、探测灵敏度较低等缺点。典型代表为AAR-47型紫外告警系统。

2.2 第二代--成像型紫外告警系统

第二代成像型紫外告警系统的探测器采用类似紫外摄像机的原理。以面阵器件为核心探测器件，其光学系统以大视场、大孔径对空间紫外信息进行接收，精确接收导弹尾焰的紫外辐射能量，探测器采用256×256甚至512×512像素的阵列器件，实现光电图像的增强、耦合、转换。具体工作流程为：各个紫外探测头把各自视场内特定波长的紫外辐射光子（含目标及背景）图像经光电转换后形成光电图像送入信号处理模块，再经信号预处理后送入数据处理模块，数据处理模块根据目标特征及预置算法对输入信号作出有无导弹威胁的统计判决。若导弹出现在视场内，则以一点源形式表征于图像上，通过解算图像位置，得出空间相应的位置并进行距离的粗略估算。解决了第一代概略型紫外告警系统角分辨率低、探测灵敏度不高的问题。属于这类体制的有AN/AAR-54（V）、AN/AAR-57（V）、AN/AAR-60（V）、MAW-300等紫外告警系统。

3 红外告警

红外告警一般是用于探测、识别来袭目标的红外辐射，判断其威胁程度，并实时告警的光电对抗设备。主要安装在飞机、直升机、舰艇和坦克上，对来袭导弹等兵器探测和告警，使载体及时采取有效的自卫对抗措施。按探测波段，分为近红外、中红外和远红外告警设备；按工作原理，分为点源探测和成像探测的红外告警设备；按光学系统管控设备分类可以分为扫描型红外告警设备和凝视型红外告警设备；按光谱仪器分类则可以分为单光谱、双光谱和多光谱红外告警设备。红外的告警系统一般分为红外告警单元、信号处理单元和显示控制仪等三个部分组成，由于其内在的红外的告警单元与紫外告警单元的组成格局类似，其必须要根据实际情况对现场进行目标探测和查询，从而将目标转换成光信号处理器，逐步地将信息输出至信号单元中。由此我们可以发现，在信号处理单元中，如果将信号放大处理转变成A/D格式，使得最后的数字信号能够有效的提取且能够有相关的处理器能有效识别和提取目标信息，保证其内部的数据方位能够将告警信息显示。红外告警设备从20世纪50年代中期便开始研制，已发展了三代产品，从只能告警单一目标发展到具有全方位的告警能力，通过采用大面积阵列的区域凝视技术，目标分辨率可达微弧量级。典型的第三代红外告警系统有美国和加拿大联合研制的AN/SAR-8、AN/AAR-47、AN/AAR-54、法国的Vipere、瑞典的IRS-700等系统。

红外告警系统按其工作方式可分为扫描型和凝视型两类。

这种红外告警系统中的扫描型告警系统，其中的红外探测器可以对光敏面进行空间扫视，保证空间视角内部的红外辐射能量能够汇集在探测器单元上，保证光机扫描装置能够带动光学仪器和探测器共同旋转，由于其内部空间的红外线辐射目标会在探测器中存在一个信号点，其可以保证探测器在吸收光信号后快速的转换电信号，从而保证信息读取的速度，提升其信息的处理同步化，快速的得到对方的方位角和仰视角。

凝视型红外告警系统采用红外焦平面器件，通过电扫描直接搜索特定空间以发现目标。与扫描型红外告警系统的区别在于不需要机械扫描，扫描速度较快，一般来说凝视型红外告警系统的帧时（扫描整个视场所需时间）可达30ms～几百ms，而扫描型红外告警系统的帧时则需1s～10s。由于凝视型有帧时短、灵敏度高、分辨率高等优点，成为红外告警技术的重要发展方向。

4 紫外告警与红外告警在直升机上的应用优劣对比分析

详细介绍紫外告警与红外告警两种告警体制之后，本文针对这两种告警体制在直升机上的应用优劣进一步进行全面对比分析如下。

4.1 紫外告警的优缺点

紫外告警在天空、山川、河流、草地、沙漠和海洋等无人工干扰源的自然环境中，其背景噪声极低，特别是太阳，无任何影响，因而具有较低的虚警率，并且具有重量低、体积小、造价低的优点，适装性强，是目前应用在直升机导弹逼近告警系统中的主流技术体制。但是，由于紫外线相对红外线波长较短，受大气散射影响较大，采用紫外告警体制的导弹逼近告警系统较红外告警体制的探测距离较短，并且由于导弹羽烟中的可利用紫外成分相对于红外成分较少，进一步放大了紫外告警体制在探测距离上的劣势。

4.2 红外告警的优缺点

由于红外线相对紫外线波长较长，受大气散射影响较小，且导弹羽烟中可利用的红外成分相对于紫外成分要多得多，采用红外告警体制的导弹逼近告警系统探测距离较紫外告警体制要远，可以更早地对来袭导弹提供预警，给予飞行员更多的反应时间，极大地提升载机平台的生存力。另外，采用双色型红外告警体制的导弹逼近告警系统（含0.8μm～14μm波段），对燃料已燃尽处于最后的惯性飞行的来袭导弹仍具有一定的探测跟踪能力，进一步提高了载机平台的生存力。

但是，由于红外背景复杂，受大气、太阳、云层、飞鸟、地面建筑物等影响很大，如果对空背景目标成像时，提取目标相对容易，但对地面目标成像时，就很容易受到地面其它目标的干扰，如太阳、道路、建筑物等，特别是太阳光对地面的强反射，干扰比较大，在城市作战中更是如此，因此红外告警非常容易产生虚警，尽管采用双色型红外探测可以降低一部分虚警，但还是不可完全避免，目前更多的是应用于高空飞行的固定翼平台。而直升机平台，由于对便携式地-空导弹探测通常是低空对地探测，受背景影响较大，另外，红外告警在重量、体积、造价等方面都劣于紫外告警，进一步限制了其在直升机平台上的应用。

5 结语

本文对紫外告警与红外告警这两种告警体制的原理及发展历程进行了全面剖析，并对其在直升机上的应用优劣进行了对比分析。从目前国内外对于紫外告警及红外告警的研究、使用和评估情况来看，两种告警体制各有自己的独特优势，并同时蓬勃发展。对于紫外告警体制来说，若能进一步提高紫外探测器的灵敏度，提高系统的探测距离，将会进一步巩固在直升机领域的优势地位；而对于红外告警体制来说，降低虚警率才能将其探测距离远的优势完全发挥出来。