劉珂 李麗娟 郭玲紅

摘 要：????? 本文介紹了近年來國內(nèi)外制導(dǎo)武器雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭的應(yīng)用情況， 分析了雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)在空空導(dǎo)彈上的應(yīng)用前景， 提出了下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭的技術(shù)方案。 本文認(rèn)為雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)對于提高空空導(dǎo)彈的反隱身和抗干擾性能具有重大意義。

關(guān)鍵詞：???? 紅外/雷達復(fù)合; 雙模導(dǎo)引頭; 空空導(dǎo)彈; 多模復(fù)合制導(dǎo)

中圖分類號：??? TJ765? 文獻標(biāo)識碼：??? A 文章編號：??? ?1673-5048（2018）01-0015-05

0 引? 言

未來戰(zhàn)場上的主力戰(zhàn)斗機如美國的F-22， F-35均有較好的隱身能力和綜合電子干擾能力。 特別是目前干擾技術(shù)發(fā)展較快， 且普遍裝備于第三代和第四代戰(zhàn)斗機上。 隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破， 如數(shù)字射頻存儲（DRFM）干擾技術(shù)以及干擾發(fā)射裝置的小型化， 新型的機載電子干擾設(shè)備對當(dāng)前作為空戰(zhàn)主力裝備的雷達型空空導(dǎo)彈威脅迅速增大[1]。 因此， 下一代空空導(dǎo)彈對導(dǎo)引頭提出了更高的要求， 主要包括： 必須具有優(yōu)良的反隱身能力和目標(biāo)綜合探測性能; 必須具有更強的抗干擾能力， 以有效對抗各種新型和復(fù)合干擾。

由于雷達制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)在工作體制上有著良好的互補性（通常雷達為主動/半主動體制， 紅外為被動體制）， 在工作波段上有著較廣的分布性（不易被敵方在工作波段上同時干擾）， 因此雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭是國內(nèi)外多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)優(yōu)先發(fā)展的主要方式[2]。

目前雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭已在空面導(dǎo)彈、 面空導(dǎo)彈、 反導(dǎo)攔截彈等武器領(lǐng)域得到了實際應(yīng)用， 國內(nèi)外都有相應(yīng)的型號裝備。 在空空導(dǎo)彈領(lǐng)域， 雖然也開展了大量的研究工作， 但是受到導(dǎo)彈體積重量小、 目標(biāo)場景復(fù)雜、 作戰(zhàn)任務(wù)多樣等多種因素的制約， 迄今為止國內(nèi)外都沒有實際裝備列裝。

1 國內(nèi)外制導(dǎo)武器雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭發(fā)展?fàn)顩r

多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代中期， 目前正處于迅速發(fā)展中， 并開始廣泛應(yīng)用于各種武器系統(tǒng)中。 國內(nèi)外采用雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭的制導(dǎo)武器種類繁多。 按照參與復(fù)合的導(dǎo)引頭工作體制劃分， 主要有如下類型。

1.1 被動雷達/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

美國RIM-ll6“拉姆”導(dǎo)彈（見圖1）的雙模導(dǎo)引頭采用被動雷達/紅外（成像）分口徑復(fù)合方式， 紅外導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前端， 直徑70 mm（導(dǎo)彈彈徑127 mm）， 兩根桿裝被動雷達天線位于彈體前端兩側(cè)。 早期的Block 0型由于采用的是多元非成像的“毒刺”導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭， 迎頭作用距離較近， 只能用于末段制導(dǎo)， 初、 中段依靠被動雷達制導(dǎo)， 這就使得其只能對付主動雷達尋的反艦導(dǎo)彈; Block Ⅰ型采用了機電掃描的紅外成像導(dǎo)引頭，其視場和靈

敏度均大于早期型號， 可以實現(xiàn)全程制導(dǎo)[3]。

德國BGT公司已研制出的雙模制導(dǎo)導(dǎo)彈ARMIGER（如圖2所示）采用寬帶被動雷達/紅外成像分口徑復(fù)合方式， 紅外成像導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前側(cè)下方。 導(dǎo)彈彈徑200 mm。 作戰(zhàn)使用時， ARMIGER側(cè)掛在飛機上， 使雷達導(dǎo)引頭能更好地探測目標(biāo); 發(fā)射后， 在

初制導(dǎo)階段， 彈體滾轉(zhuǎn)到合適姿態(tài)， 使紅外成像導(dǎo)引頭能夠探測目標(biāo)[4]。

1.2 主動雷達/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭

中國臺灣的“雄風(fēng)”-2反艦導(dǎo)彈（如圖3所示）采用主動雷達/紅外成像分口徑復(fù)合方式。 紅外成像導(dǎo)引頭設(shè)于彈體前上方， 直徑70 mm。 導(dǎo)彈彈徑340 mm。 據(jù)報道， “雄風(fēng)”-2的導(dǎo)引頭屬于轉(zhuǎn)換式雙模導(dǎo)引頭。 當(dāng)紅外導(dǎo)引頭在探測距離之內(nèi)時， 該導(dǎo)引頭通過雷達末制導(dǎo)的裝置所發(fā)出的開鎖指令開機， 此時紅外成像探測器與末制導(dǎo)雷達一起工作。 導(dǎo)彈跟蹤到目標(biāo)之后， 當(dāng)末制導(dǎo)雷達未受到任何干擾時， 導(dǎo)彈將會一直由末制導(dǎo)雷達進行自動導(dǎo)引， 而紅外成像探測器雖然也跟蹤目標(biāo)， 但紅外成像導(dǎo)引頭并不制導(dǎo); 當(dāng)末制導(dǎo)雷達導(dǎo)引頭被干擾后， 其接收機接近飽和或是導(dǎo)彈跟蹤不穩(wěn)定時， 干擾鑒別電路將關(guān)閉雷達導(dǎo)引頭。 此時， 導(dǎo)彈由紅外成像導(dǎo)引頭進行導(dǎo)引[5]。

美國海軍的“標(biāo)準(zhǔn)”-2 Block Ⅳ導(dǎo)彈（如圖4所示）采用了半主動雷達/紅外成像雙模導(dǎo)引頭。 該導(dǎo)彈的彈徑為340 mm， 采用分口徑復(fù)合方式， 在雷達導(dǎo)引頭的側(cè)面安裝了一個小型的紅外導(dǎo)引頭， 沒有正式列裝[6]。

以色列Stunner導(dǎo)彈（如圖5所示）用于攔截彈道導(dǎo)彈。 其雙模導(dǎo)引頭由美國雷神與以色列拉斐爾公司聯(lián)合研制， 采用了雙波段紅外探測器和毫米波有源共形相控陣天線[7]。 導(dǎo)引頭采用了“海豚鼻”的不對稱設(shè)計， 屬于分口徑復(fù)合方式。 紅外導(dǎo)引頭位于彈體最前端， 斜著側(cè)向一邊， 而共形雷達天線則位于彈體的另一側(cè)。 據(jù)報道， 雷神公司有意在該導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上， 研發(fā)一種新型的雷達/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈。

美國的AIM-7R 型導(dǎo)彈（見圖6）是半主動雷達/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈， 于1988年開始研制， 1993年進行飛行試驗。 但由于預(yù)算原因， 該項目于 1997 年被取消。 研制該導(dǎo)彈的目的是改進“麻雀”導(dǎo)彈對付先進電子干擾的能力。 其采用了雙模導(dǎo)引頭， 即在 AIM-7P BlockⅡ型導(dǎo)彈的制導(dǎo)與控制艙中加裝縮小尺寸的AIM-9紅外導(dǎo)引頭。 派生型有艦空導(dǎo)彈RIM-7R[6]。歐洲泰利斯公司曾展出一種空空導(dǎo)彈用主動雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭原理樣機（如圖7所示）， 采用共口徑復(fù)合的方式。 其最大特點是雷達系統(tǒng)采用了卡塞格倫天線， 而紅外窗口偏置于拋物面天線的一側(cè)， 很可能采用了透射式的紅外光學(xué)系統(tǒng)。

2 關(guān)于下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭方案的思考

對于空空導(dǎo)彈的末制導(dǎo)系統(tǒng)來說， 主動毫米波制導(dǎo)、 紅外成像制導(dǎo)分別是雷達、 紅外精確制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展方向。 毫米波制導(dǎo)與微波制導(dǎo)相比制導(dǎo)精度高、 抗干擾能力強， 體積小、 重量輕; 紅外成像制導(dǎo)則是當(dāng)今世界提高紅外制導(dǎo)系統(tǒng)抗干擾能力和命中精度最有效的手段之一。 雙模導(dǎo)引頭的制導(dǎo)模式能在充分發(fā)揮毫米波制導(dǎo)與紅外成像制導(dǎo)自身先進性的基礎(chǔ)上， 利用雷達制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)的互補性進一步提高空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的制導(dǎo)效能， 具有以下優(yōu)勢： 全天時、 全天候工作能力; 抗多種電子干擾、 光電干擾和反隱身目標(biāo)能力; 復(fù)雜環(huán)境下識別目標(biāo)能力[8]。

如前所述， 雷達/紅外雙模成像導(dǎo)引頭可以分為共口徑復(fù)合與分口徑復(fù)合兩大類。

共口徑復(fù)合位標(biāo)器的優(yōu)點是體積小、 重量輕、 氣動阻力小， 只使用一套伺服機構(gòu)， 并且紅外光軸與雷達電軸重合， 兩個傳感器坐標(biāo)一致， 避免基準(zhǔn)校準(zhǔn)誤差， 提高了跟蹤精度。 缺點是雙模頭罩材料在設(shè)計上必須兼顧光學(xué)性能和電學(xué)性能要求， 設(shè)計制造比較困難， 而且雷達天線與紅外光學(xué)系統(tǒng)相互遮擋， 影響各自的探測能力。

分口徑復(fù)合位標(biāo)器的優(yōu)點是由于光學(xué)系統(tǒng)和天線安裝位置不同， 可以避免雙模頭罩相互遮擋的問題， 設(shè)計實現(xiàn)上比較簡單; 缺點是加大了系統(tǒng)的體積和重量， 而且氣動外形往往不對稱， 阻力大且彈體控制復(fù)雜; 同時， 兩套系統(tǒng)之間的空間校準(zhǔn)也將引入新的誤差， 不利于對目標(biāo)的精確探測和跟蹤[9]。

國內(nèi)相關(guān)單位對于雷達/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)的研究工作已開展多年， 積累了許多經(jīng)驗和教訓(xùn)， 對于下一代空空導(dǎo)彈用雙模導(dǎo)引頭的方案有更深入的認(rèn)識。 雙模導(dǎo)引頭絕不是簡單地將雷達導(dǎo)引頭和紅外導(dǎo)引頭集成在一起。 共口徑和分口徑復(fù)合位標(biāo)器方案各有利弊， 需要根據(jù)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)需求來決定雙模導(dǎo)引頭的構(gòu)成方案。

2.1 以抗干擾為作戰(zhàn)需求的空空導(dǎo)彈雙模導(dǎo)引頭構(gòu)成方案

如果下一代空空導(dǎo)彈強調(diào)以雷達制導(dǎo)方式為主， 紅外制導(dǎo)方式只用于解決彈目距離較近時（<10 km）的抗角度欺騙干擾和目標(biāo)要害點識別等雷達制導(dǎo)不易解決的問題， 那么采用雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)方案最為合適。

方案一， 建議選用類似于以色列的Stunner雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭。 其優(yōu)點是不存在多模頭罩問題， 而且偏置于前端的紅外導(dǎo)引頭既減少了對雷達天線前向的遮擋， 又可以有較大的前半球跟蹤場， 利于彈目交匯狀態(tài)下的彈體控制。 缺點是位于前端的紅外導(dǎo)引頭容易受氣動加熱的影響， 導(dǎo)彈飛行速度不能太快， 而且不對稱的氣動布局給導(dǎo)彈飛控帶來挑戰(zhàn)。

方案二， 建議采用基于側(cè)置可彈出式微型紅外探測系統(tǒng)的雷達/紅外雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭， 具體見圖8。 采用側(cè)置可彈出式微型紅外探測系統(tǒng); 紅外導(dǎo)引系統(tǒng)不工作時將紅外探測系統(tǒng)收納于彈體內(nèi)， 工作時將其展開于彈體外; 紅外探測系統(tǒng)采用潛望式光學(xué)系統(tǒng)， 將紅外探測器組件垂直安裝于彈體內(nèi)， 利用斜置安裝于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的平面反射鏡實現(xiàn)垂直于彈軸方向的光路折轉(zhuǎn)向彈體前方。 其優(yōu)點是作為導(dǎo)彈主作戰(zhàn)模式的主動雷達導(dǎo)引系統(tǒng)性能不受復(fù)合系統(tǒng)的影響; 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)單獨組成一個艙段位于導(dǎo)彈彈體內(nèi)， 不會影響作為導(dǎo)彈主工作模式的雷達導(dǎo)引系統(tǒng)的性能， 可以充分發(fā)揮雷達導(dǎo)引系統(tǒng)對空中目標(biāo)作用距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢; 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)工作前不伸出彈體外部， 不會增加導(dǎo)彈飛行阻力; 由于只在彈道末端使用， 因此對于導(dǎo)彈的射程影響較小; 微型紅外導(dǎo)引系統(tǒng)不工作時收納于彈體內(nèi)， 并有隔熱層保護， 不會被導(dǎo)彈高速飛行段的氣動熱傳導(dǎo)加熱， 影響紅外探測系統(tǒng)的后續(xù)工作; 基于反射鏡的潛望式光學(xué)系統(tǒng)可以使得紅外導(dǎo)引系統(tǒng)工作時伸出彈體外部的尺寸最小， 而且紅外探測器組件始終位于彈體內(nèi)部， 受到隔熱層保護， 工作溫度穩(wěn)定， 有利于紅外導(dǎo)引系統(tǒng)對目標(biāo)的檢測與跟蹤。

配備這種狀態(tài)雙模導(dǎo)引頭的下一代空空導(dǎo)彈最大的缺點是遠(yuǎn)距離探測只能依賴?yán)走_系統(tǒng)， 反隱身飛機和抗遠(yuǎn)距電子干擾的能力不強。

2.2 以反隱身為作戰(zhàn)需求的空空導(dǎo)彈雙模導(dǎo)引頭構(gòu)成方案

如果下一代空空導(dǎo)彈以復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的反隱身為主要作戰(zhàn)任務(wù)， 那么雙模導(dǎo)引頭就必須具備雙模信息融合探測、 識別能力， 兩套探測系統(tǒng)的作用距離都不能太近。 這就要求紅外和雷達的探測口徑都不能太小。 那么采用雙模共口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)方案最為合適。

綜合前述的復(fù)合方案， 建議選用毫米波縫陣天線-卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)共口徑復(fù)合方式， 如圖9所示。 毫米波天線采用平板縫陣天線， 在縫陣天線的中心開孔作為紅外光學(xué)系統(tǒng)光路。 毫米波天線前放置有紅外主反射面和次反射面， 紅外主反射面能夠透過毫米波， 反射紅外。 紅外能量通過主反射面和次反射面進入位于天線中心放置的紅外探測器中。

此方案的最大優(yōu)點是各分系統(tǒng)技術(shù)成熟， 紅外口徑和雷達口徑都能達到較高的水準(zhǔn)， 有利于實現(xiàn)較遠(yuǎn)的作用距離。 紅外和雷達探測系統(tǒng)的處理結(jié)果可以經(jīng)過雙模特征層融合處理， 將同時具備雷達與紅外特征的目標(biāo)作為候選目標(biāo)， 可用于識別的特征較多， 因此可以通過降低單模截獲信噪比的方式來提高各自系統(tǒng)的作用距離。 缺點是需要雙模頭罩; 球形頭罩易于滿足光學(xué)和電學(xué)性能， 但是氣動阻力大; 保形頭罩雖然能夠有效降低氣動阻力， 但是其電學(xué)性能不易保證。 此外， 透射雷達波能量的主反射鏡會對天線的幅相一致性產(chǎn)生不利影響， 需要采用專門的電學(xué)性能校正措施， 減小雷達信號的衰減程度。

3 結(jié)? 論

本文對雷達/紅外雙模導(dǎo)引頭技術(shù)在空空導(dǎo)彈上的應(yīng)用做了初步分析。 雙模導(dǎo)引頭可以有效增加探測系統(tǒng)的信息量， 有助于解決復(fù)雜場景下的自動目標(biāo)識別和復(fù)合對抗的難題。 從空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)需求來看， 雷達型空空導(dǎo)彈作為主戰(zhàn)模式的地位是非常穩(wěn)固的， 但是在抗有源拖曳誘餌類的角度欺騙干擾及電子寬譜壓制方面具有體制上的缺陷， 而這種缺陷是可以通過加裝紅外制導(dǎo)體制形成雙模探測識別較完美地解決。 前文提及的雙模分口徑復(fù)合導(dǎo)引頭技術(shù)成熟度要優(yōu)于雙模共口徑復(fù)合導(dǎo)引頭， 近期有望在雷達/紅外雙模制導(dǎo)空空導(dǎo)彈研究方面得到應(yīng)用。

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