箔条在现代海战场中的应用及现状

2021-05-31邢世其刘业民李永祯黄大通王雪松

航天电子对抗 2021年2期

邢世其，刘业民，李永祯，黄大通，王雪松，2

（1.国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，湖南长沙410073；2.国防科技大学电子科学学院，湖南长沙410073）

0 引言

在现代海战争中，精确制导武器已成为决定战争胜败的杀手锏，其中反舰导弹作为精确制导武器的典型代表，能够有效打击驱逐舰、护卫舰等各类海上高价值目标，在中东战争、英阿马岛战争以及海湾战争等战争中发挥了非常重要的作用，已成为了海战中舰艇的主要防御对象之一[1]。据不完全统计，从1967年至1981年发生的5次海战中，共击沉各类舰船48艘，其中有28艘是被反舰导弹所击沉，占被击沉舰船总数的58.3%[2]。此外，目前已有70多个国家拥有反舰导弹，种类达300之多，其中，主动雷达制导是反舰导弹最主要的制导形式，约占所有寻的方式的70%以上[3]。主动雷达制导导弹的典型代表有：美国的“捕鲸叉”反舰导弹和LRASM-A远程反舰导弹，法国的“飞鱼”反舰导弹，以及印度的“布拉莫斯”（BrahMos）反舰导弹等等。这类反舰导弹具有作用距离远、不受天气影响等重要优点，因而得到了广泛的应用[4]。与此同时，为提高舰艇在海战中的生存能力，世界各国都积极研发有效的对抗措施来制约反舰导弹作战效能的发挥。

其中，箔条干扰物具有成本低、制造简单、使用方便和能够干扰各种体制雷达导引头等优点，在海上电子战中一直有着广泛的应用。特别的，由于箔条云在空中运动扩散和分布取向复杂多变，具有不确定性，同时加上合理的战术运用，使得箔条云呈群集复杂的态势，其雷达特性也相当复杂，即使先进的主动制导雷达导引头也难以应对。

基于以上背景和问题，下面结合目前现有的公开文献和资料，系统地阐述箔条干扰物现状及发展趋势、箔条干扰物在海战中的作战使用以及箔条干扰对抗技术研究现状等内容。

1 箔条干扰物的现状及发展趋势

相比于有源干扰而言，无源干扰是一种高效费比的电子干扰方式，其中箔条作为既廉价简单又干扰有效的无源干扰手段之一，能够干扰各种体制雷达，在反舰、防空和反导等领域中均有着广泛的应用[5]。

1.1 箔条干扰物的现状

箔条是一种轻型的空中反射目标云，通常由铝箔条或涂覆金属的纤维组成，能在一定的空间范围产生干扰回波[6]。它的干扰实质是在交变电磁场的作用下，箔条干扰物上感应交变电流，而根据电磁辐射理论，这个交变电流要辐射电磁波，即产生二次辐射，从而对雷达起无源干扰作用。

早在1943年第二次世界大战时，英国就将大量箔条投入战场，有效地干扰了德军雷达，致使德国遭受到了开战以来最具毁灭性的空袭[7]。早期箔条通常采用铜、锡类金属制作箔条，不仅质量大、留空时间短、成本高，且随着捷变频雷达技术的发展，金属箔条逐步淡出了战场。随后，在20世纪70年代末到80年代初，西方国家的箔条干扰物普遍采用镀银尼龙材料。然而，该材质的箔条只能适于干扰微波频带的低频端。为此，人们制造了厚约0.025 4 mm的箔条，它可干扰微波频带的中频端。为了进一步提高箔条的干扰性能，人们发明了一种制作箔条的新方法，即采用镀金的玻璃纤维，这种箔条纤维不仅可以干扰微波频带的高频端，而且具有成本低廉、制作简单、质量轻、滞空时间长、雷达散射截面积（RCS）大，可干扰各个频段和多种体制雷达等优点。

随着电子技术的发展与进步，毫米波制导技术发展迅速，常规箔条干扰毫米波制导雷达面临着新的问题：毫米波箔条的尺寸比微波箔条小得多，因而在制造工艺与抛洒技术上相对困难得多。其次，雷达目标本身的RCS，随着频率的提高而增加，这要求箔条弹的RCS迅速增大，即箔条根数增加，所需要的毫米波箔条数量比微波箔条要高出几倍甚至几十倍，这在战场上是难以承受的。目前一种比较实用的替代方案是使用毫米波箔片[8]，即将18～20μm厚的铝金属片切割成具有光滑表面的圆形、四边形以及菱形等形状的金属片[9]。它有别于毫米波箔条的谐振型，其散射机理是利用箔片对电磁波进行反射从而干扰雷达。对毫米波雷达而言，箔片可看作一种导电大尺寸体，其箔片上的每一小部分均是一个独立的反射源并具有相似的反射特性，因而对入射波具有很强的反射作用。在海湾战争中，美国首次将直径约3 cm的圆形箔片应用于实战。在国内，目前已成功研制了8 mm片状箔条弹。此外，箔片可以单独使用，也可以与箔条混装，形成优良的干扰弹[10]。

为了使得常规箔条能够干扰采用不同极化的雷达导引头，美、英等国研制了垂直极化箔条（即配重箔条）。根据箔条的空气动力学特性，常规箔条通常以水平姿态下降，若用极化雷达观测，其水平极化回波的RCS远大于垂直极化回波的RCS，根据这一特征，雷达可识别出箔条干扰。为解决这个问题，可采用配重技术使得垂直姿态下降的箔条数量增加，进而增加了箔条的垂直极化率。英国切姆林公司研制的样品，其垂直极化率可达50%[11]。

此外，随着雷达技术的发展与进步，导弹制导技术呈现出多元化的发展趋势，特别是激光制导、复合制导技术的发展和应用，使得传统单一功能的箔条干扰物难以实施有效的对抗[11]。为了应对这种变化，世界各军事强国竞相研制新型的箔条干扰物，典型的有光箔条、激光箔片以及吸收型箔条等新型箔条干扰物。

1）光箔条。为了有效地对抗红外/雷达复合制导系统，据称美国研制了一种新型箔条干扰物——光箔条，它是一种既能反射雷达波又能吸收红外的复合干扰材料[11]。国内也开展了相应的研究工作，目前消光率可做到近红外及中红外，且光箔条云的雷达反射面积、下降速率以及分散率等重要指标已接近实用水平[11]。

2）激光箔片。激光箔片通常是指在18～20μm厚的箔片上涂覆一种对激光波长具有高反射率的材料，然后将这些箔片切割成细长菱形，主要用于对付激光制导武器。激光箔片上每一小部分均是一个独立的反射源并具有相似的散射特性，其干扰原理是利用其本身固有的激光反射特性，将一定数量的激光箔片释放在空中，形成假目标，对敌方激光探测设备实施欺骗干扰效果[12]。

3）吸收型箔条。为了进一步提高箔条干扰物对新型体制雷达的干扰能力，目前，国内外已开展雷达波段专用吸收型箔条的研究工作，即采用吸波材料对箔条（或箔片）进行表面改性或掺杂处理，可制备新型吸收型箔条干扰物[13]。其工作原理为：吸收型箔条干扰物可吸收或衰减敌方雷达或导弹导引头主动制导的光电信号以及目标光电辐射和反射回波，致使敌方探测设备接收到的目标回波信号幅度低于其发现目标的最低门限值，从而降低敌方探测设备发现和跟踪目标的概率[14]。

图1 某舰船释放箔条干扰的情景

1.2 箔条干扰物的发展趋势

随着新型雷达技术的应用和现代电子战的日趋复杂，反舰导弹抗传统箔条干扰能力不断增强，促使各国海军不断研制新型的箔条干扰物，以实现其对反舰导弹有效干扰的目的。为了提高箔条干扰物的软杀伤能力，宽频无源干扰箔条、异形箔条、多功能复合箔条干扰物[11]的发展受到了关注。目前，国外在多功能复合箔条干扰物的研究工作已取得了实质性进展，如俄国的SK-50箔条/红外/激光复合干扰弹，美国的“超级双子座”超射频/宽频段红外干扰弹等[11]。

总之，新型箔条干扰物将在保持原有优势的基础上向宽频段干扰、多样化以及多功能复合方向发展。随着这些新材料的研究和应用，其对反舰导弹的干扰能力无疑将得到进一步的提升。新型箔条干扰物仍然是对抗未来先进主动制导雷达导引头的首选软杀伤手段。

图2 箔条冲淡式干扰和箔条质心式干扰示意图

2 箔条干扰物的作战使用及干扰技术现状

目前，箔条干扰在现代海战场对抗中占据着特殊的地位，箔条弹发射装置仍然是各国海军大中型军舰的标配，并将发射箔条弹作为干扰精确制导武器的一种必备的干扰手段[15]，图1给出了某舰船释放箔条干扰的情景。

反舰雷达导引头面临的箔条干扰样式主要分为三类：冲淡式干扰、质心式干扰和转移式干扰[15]。冲淡式干扰是舰船对抗处于搜索阶段的雷达导引头，是远距离投放箔条的一种作战应用方式。箔条冲淡式干扰属于一种欺骗式干扰手段，舰艇通过箔条弹发射装置在其周围发射多枚箔条干扰弹，可形成多个假目标，通过以假乱真达到保护目标舰的目的，如图2(a)所示。该干扰方法需要目标舰通过自身舰载侦察设备以及其它装备（如空间预警机等）发出的告警信息来发现来袭导弹，提前确定弹目距离，从而推算出导弹飞至目标舰的时间，以确定箔条弹的发射时间。质心式干扰是目标舰为了对抗处于跟踪阶段的雷达导引头而释放的一种干扰样式，其目的是使雷达导引头跟踪目标舰和箔条云的能量质心，随着箔条云的随风飘移和目标舰的机动，雷达导引头的跟踪点逐渐落在箔条云上而远离目标舰，最终目标舰驶离雷达导引头的跟踪波束，从而免受攻击，如图2(b)所示。转移式干扰是一种有源和无源干扰配合使用的复合式干扰样式，其基本原理是通过有源干扰手段先将雷达导引头的距离波门拖引到箔条假目标上，然后停止施放有源距离拖引干扰，使得雷达导引头的距离波门跟踪到箔条假目标上，从而达到保护目标舰的目的。

已列装的典型箔条干扰发射系统有：法国的“达盖2型”（Dagaie）无源干扰发射系统[16]；美国的MK 36 SRBOC型无源干扰发射系统和MK 33 RBOC型无源干扰发射器[17]；俄罗斯的PK-2、PK-10和PK-16系统，以及英国的“乌鸦座”（Corvus）诱饵发射系统等等[18]，如图3所示。

图3 典型的箔条弹发射系统

法国的“达盖2型”干扰发射系统主要由安装机座、弹箱以及火箭发射模块组成，安装机座可以在方位向上转动，根据需要弹箱和火箭发射模块可互换，其中箔条火箭弹安装在火箭发射模块里，共有10个发射模块可使用。该系统具备自动发射功能，通常由舰船电子战系统或外界信息源提供导弹告警信息，系统可融合各类告警信息，根据各类数据的融合结果，可控制机座转动到最佳发射方向。

由洛克希德·马丁公司生产的MK 36 SRBOC无源干扰弹发射系统是当前应用最广泛的舰载无源发射系统。该系统的发射装置为管径130 mm的MK137型固定迫击炮，每座6管，具有2个不同的发射仰角（45°和60°），根据不同的箔条弹种类，可应用于箔条冲淡式干扰和箔条质心式干扰，干扰频率范围约为2 MHz～20 GHz。当应用于冲淡式干扰时，每个方向每次只发射1枚，发射距离约为1～4.5 km；当应用于质心式干扰时，箔条云的RCS面积可达2 000～2 500 m2，其射程约为150～250 m。该系统反应时间约为8.5 s，可掩护驱逐舰、护卫舰以及航母等大型舰只。

英国的“乌鸦座”舰载箔条诱饵发射系统由马可尼船舶公司研制，该系统适用范围很宽，几乎可安装在任何水面舰艇上（巡逻艇类除外）。该系统主要由火箭发射架、发射控制台和箔条火箭等组成，如图3(d)所示。其中，火箭发射架的型号为2座8管，最多可装16枚箔条火箭，具备箔条冲淡式干扰和箔条质心式干扰等干扰样式，使用普莱西有限公司研制的Window箔条火箭发射装置，箔条火箭爆炸2.5 s后，箔条云的RCS约为1 200 m2，距离维扩散大小为90～395 m，高度维扩散大小为25～138 m，滞空时间可达5 min。

图4“百夫长”全瞄准式诱饵发射装置

此外，为了对抗不断发展的新型反舰雷达导引头，2009年，一种被称为“百夫长”（Centurion）的全瞄准式诱饵发射装置由英国切姆林对抗技术公司开始投资研制[19]。该系统的发射装置为全瞄准式型号，共有12根炮筒（管径为130 mm），且每个炮筒的发射角可以灵活调整，如图4所示。相比于以前的箔条发射系统，“百夫长”诱饵发射系统具有以下几个优点：1）系统响应时间更快。从装填诱饵弹到发射的响应时间少于3 s；2）发射角度精确度更高。该系统对舰船的机动性要求低，系统可根据舰船航速自适应地调整到最佳的发射角度；3）兼容性更好。“百夫长”诱饵发射系统既可以跟先前的130 mm红外与雷达制导导弹对抗弹等其它载荷相兼容，也可与目前射程可变的新型多载荷弹系列联合使用，以联合打击未来海战场中可能存在的威胁。

3 抗箔条干扰技术现状

从上面论述可知，箔条干扰对反舰雷达导引头构成了致命的威胁，即使采用目前最先进的主动制导雷达导引头也需要处理箔条响应，以便为其它防御措施的实现争取时间。因此，如何有效地对抗箔条干扰仍然是当前反舰雷达导引头亟待解决的难题。根据现有的公开文献和资料报道，对抗箔条干扰大概可分为三大类，下面将分别阐述。

3.1 结合雷达体制抗箔条干扰方法

国外关于对抗箔条干扰研究的公开报道比较少。从国内现有的公开文献来看，研究工作主要集中在抗箔条冲淡式干扰方面，目前抗箔条冲淡式干扰方法可归纳为：

1）基于多普勒（Doppler）差异的箔条干扰识别方法。该识别方法的基本原理是：由于箔条和舰船目标的速度通常不同，利用脉冲多普勒（PD）、动目标检测（MTD）和动目标显示（MTI）等技术提取出箔条和舰船目标的Doppler信息，然后根据两者的Doppler差异来完成箔条干扰的识别。目前该方法主要有2种思路：一是当箔条与舰船目标速度差异明显时，采用多普勒滤波技术可有效滤除箔条干扰[20]；二是利用箔条和舰船目标的多普勒展宽特性差异识别箔条冲淡式干扰[21]。

2）基于回波信号波形特征的箔条干扰识别方法。该方法在分析舰船目标和箔条干扰回波特性的基础上，利用它们在回波信号特征上的差异，如相似性、脉宽特性、稳定性等来实现箔条干扰的识别[22]。

3）基于一维或二维高分辨率成像的箔条干扰识别方法。高分辨雷达的优势在于可以揭示舰船目标和箔条干扰的细节信息，通过这些细节信息，提取合适的特征量，根据舰船目标和箔条干扰的特征量差异来实现箔条干扰的识别。该思路的识别方法主要归纳为2类：一类是利用一维距离向像来识别箔条干扰[23]；第二类是利用二维成像雷达导引头的高分辨率（如SAR导引头）来识别箔条干扰，针对SAR导引头的抗箔条干扰方法，目前相关文献公开报道甚少。

4）基于复合制导的箔条干扰识别方法。该方法的本质是通过先进的复合制导技术来达到抗箔条干扰的目的[24]。例如，由于箔条干扰对射频制导有效，而对红外制导的干扰效果影响很小。为此，若反舰导引头具备雷达/红外复合制导能力（如美军改进型的“捕鲸叉”），当导引头采用射频制导方式受到箔条干扰时，制导系统自动切换到红外制导方式，可有效地降低箔条干扰对导引头的影响。这种基于复合制导的抗箔条干扰方法虽然效果好，但也有其缺点：一是这种采用复合制导的导引头实现难度大，且成本也高；二是在技术层面增加了导引头设计的复杂度。

5）基于极化特征的箔条干扰识别方法。雷达极化信息刻画了不同目标的特有属性[25]，因此，利用目标和干扰在极化特征上的差异，可以达到识别干扰的目的。当箔条云在空间取向比较均匀时，共极化与交叉极化通道箔条云的回波信号强度相当，相反，舰船目标一般差距较大，利用这一极化特征差异，文献[26]用同极化与交叉极化RCS的比值做为特征量来识别箔条干扰；随后，在文献[27]中通过采用非线性变换和平滑方法来增大两者比值的差异，可进一步提高箔条干扰的识别率，并在文献[28]中分析了在雨、雪等杂波环境下箔条干扰的识别问题；文献[5]和[15]分别利用舰船目标和箔条干扰的极化比和极化角的统计特性差异来识别箔条干扰，并利用实测数据进行了验证；随后，文献[29]采用舰船目标和箔条干扰的全极化数据，针对配重箔条，提出了一种改进的箔条干扰识别方法；基于舰船目标与箔条云的回波极化特性；针对双站雷达体制，文献[30]研究了抑制箔条干扰的最佳收发极化方式问题；文献[31]提出了一种基于极化RCS比的箔条干扰方法，研究了箔条云在水平取向、垂直取向和球面均匀分布三种情况下箔条干扰与其他雷达目标的识别问题。

6）其他抗箔条干扰方法。文献[32]分别提出了一种基于相关和基于灰色理论来实现箔条干扰的识别方法；针对非相参单脉冲雷达，文献[33]提出了一种基于频谱分析的箔条回波识别方法；文献[34]利用自适应模糊神经网络的非线性映射和学习能力，提出了一种基于自适应模糊神经网络的箔条干扰识别方法；文献[15]提出了一种基于目标对象（TOM）抗箔条冲淡干扰的搜捕方法。

此外，相比于抗箔条冲淡式干扰方法的研究工作，对抗箔条质心式干扰方法的研究相对较少，其抗干扰方法大概可归纳为三种思路：第一种思路是箔条质心干扰检测[35]，这是抗箔条质心干扰的前提与基础。第二种思路是先抑制干扰，再用传统的和差通道单脉冲比估计目标的角度[36-37]。对于第二种思路，该思路通常需要舰船目标和箔条干扰在时域、频域或极化域上的先验信息，在箔条质心干扰初形成时，由于舰船目标和箔条干扰通常是不可分辨的，因而舰船目标和箔条干扰的先验信息通常难以估计和获取，且先验信息一旦估计不准确，将导致估计目标角度的恶化，最终影响到目标的跟踪精度。第三种思路是在不抑制箔条干扰的情况下，通过信号处理的方法估计出目标和干扰的角度信息，这种思路的核心思想是把抗箔条质心干扰的本质看作是2个不可分辨目标的角度估计问题[38]。该思路在无需抑制干扰条件下直接估计目标的角度，比第二种思路更加实用。

3.2 间接性技术措施

间接性技术措施是通过改进或者提高与雷达无关的其它一些技术性能，间接地起到提高反舰导弹抗箔条干扰能力的作用[2]。这些措施主要包括：改善反舰导弹的隐身技术；提高导弹的战术规避能力，如低空掠海飞行技术、变道飞行技术等；提高导弹的运动速度；采用低烟发动机，等等。上述措施从一定程度上降低了舰艇方的探测和预警能力，从而缩短了舰艇方的反应时间，使其来不及释放箔条干扰或机动规避，因而更容易击中目标舰。

3.3 战术性抗箔条干扰措施

在实战中，反舰导弹若采用以一定的战术策略，则能取得更好的抗箔条干扰效果。这些战术策略主要包括[2]：多平台多弹齐射，该战术可提高总体突防能力，间接地降低被箔条干扰的概率，提高命中杀伤率的可能性；多种反舰导弹齐射，该战术策略可有效地降低箔条干扰的有效性；真假导弹次序攻击，先后发射多枚导弹（包括真假弹），通常是假弹居前，真弹随后，通过假弹诱使对方释放箔条干扰，起到麻痹和欺骗作用，真正的攻击任务由真弹来完成。