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舷外雷達(dá)/紅外復(fù)合干擾技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2018-10-23 05:37范慶君趙敬澤劉玉杰趙非玉
艦船電子工程 2018年10期
關(guān)鍵詞:導(dǎo)引頭誘餌反艦導(dǎo)彈

范慶君 趙敬澤 劉玉杰 趙非玉

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司光電研究院 天津 300000)

1 引言

1967年的中東戰(zhàn)爭(zhēng)中,蘇制的“冥河”反艦導(dǎo)彈成功擊沉以色列的“艾拉特”號(hào)驅(qū)逐艦,標(biāo)志著反艦導(dǎo)彈正式用于實(shí)戰(zhàn)。作為現(xiàn)代海戰(zhàn)中消費(fèi)比很高的武器[1],反艦導(dǎo)彈已成為水面艦艇的主要威脅來源[2]。

反艦導(dǎo)彈的末端制導(dǎo)系統(tǒng)是其作戰(zhàn)效能的決定因素之一,目前,反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)主要采取雷達(dá)制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)和復(fù)合制導(dǎo)的方式。雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)綜合了紅外制導(dǎo)、雷達(dá)制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn),具有很強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)能力、快速目標(biāo)精確定位能力和惡劣環(huán)境下的目標(biāo)識(shí)別、分辨能力,據(jù)資料統(tǒng)計(jì),在國(guó)外新裝備的復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭中,雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)占比30%以上[3]。針對(duì)雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的威脅,各國(guó)軍方都在致力于發(fā)展相應(yīng)的先進(jìn)對(duì)抗手段,其中,誘餌技術(shù)是一種簡(jiǎn)單有效、低成本的對(duì)抗方法,發(fā)展可對(duì)抗雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的先進(jìn)復(fù)合式誘餌是目前研究比較熱門的一種對(duì)抗手段。

2 雷達(dá)/紅外復(fù)合干擾技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)

自20世紀(jì)70年代中期,美國(guó)開始研制紫外/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭以來,到目前世界上已經(jīng)出現(xiàn)十余種復(fù)合制導(dǎo)體制的數(shù)十種精確制導(dǎo)武器[4]。雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)是目前復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)中常用的一種制導(dǎo)技術(shù),由雷達(dá)和紅外兩種導(dǎo)引頭共同參與制導(dǎo),完成導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的搜索、捕獲和跟蹤等任務(wù)。雷達(dá)導(dǎo)引頭主要解決導(dǎo)彈的制導(dǎo)距離,紅外導(dǎo)引頭解決導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度,二者結(jié)合可有效提高制導(dǎo)效果。

復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭在制導(dǎo)過程中時(shí)通過模式轉(zhuǎn)換來適應(yīng)被攻擊目標(biāo)的參數(shù)變化和電子對(duì)抗環(huán)境的改變的。模式轉(zhuǎn)換是為了保證在制導(dǎo)過程中有一個(gè)模式能正常實(shí)施對(duì)目標(biāo)的跟蹤與搜索,若某一模式被干擾或出現(xiàn)故障或不適應(yīng)探測(cè)環(huán)境,就立即轉(zhuǎn)換成另一種模式工作,模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)好的雙模邏輯轉(zhuǎn)換電路,其功能主要是:在紅外導(dǎo)引頭無足夠信號(hào)強(qiáng)度時(shí),使用相位干涉僅使導(dǎo)彈接近目標(biāo),當(dāng)紅外導(dǎo)引頭輸出信號(hào)足夠強(qiáng)時(shí),自動(dòng)轉(zhuǎn)換到紅外導(dǎo)引頭的制導(dǎo)狀態(tài),確保制導(dǎo)精度,另外還要控制雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)紅外導(dǎo)引頭的角度隨動(dòng)時(shí)間,只有當(dāng)紅外導(dǎo)引頭輸出信雜比低于問值時(shí),紅外導(dǎo)引頭才受雷達(dá)導(dǎo)引頭的隨動(dòng)。雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭中參與復(fù)合的雷達(dá)是相位干涉儀,它的主要作用是測(cè)量目標(biāo)的角位置,領(lǐng)紅外導(dǎo)引頭隨動(dòng),使紅外導(dǎo)引頭的光軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)[5]。部分典型雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈型號(hào)及制導(dǎo)方式見表1。

表1 典型反艦導(dǎo)彈型號(hào)及制導(dǎo)方式

1)“雄風(fēng)-2”反艦導(dǎo)彈

“雄風(fēng)-2”式由中山科學(xué)研究院20世紀(jì)80年代研制,如圖1所示,于1988年裝備,該彈采用“飛魚”導(dǎo)彈核心元件生產(chǎn),末端采用X波段雷達(dá)和影像式紅外線尋標(biāo)器制導(dǎo)。據(jù)稱,該彈還可在最后的攻擊階段做出“S”型機(jī)動(dòng)規(guī)避動(dòng)作[6]。

圖1 臺(tái)灣“雄風(fēng)-2”反艦導(dǎo)彈

2)RBS15 MK3反艦導(dǎo)彈

RBS15 MK3是瑞典薩伯公司于1996年開始研制的的新型反艦導(dǎo)彈,如圖2所示,該導(dǎo)彈具有較高的效費(fèi)比,采用調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)數(shù)字編碼技術(shù),使雷達(dá)導(dǎo)引頭的距離分辨力提高到可在目標(biāo)群中識(shí)別特定目標(biāo)特性的水平。它采用合成孔徑雷達(dá)技術(shù),進(jìn)一步提高了角分辨率。另外,它還裝備了雙向目標(biāo)信息修正數(shù)據(jù)鏈、用以提高中制導(dǎo)精度的GPS接收機(jī)和地形基準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)、貫穿戰(zhàn)斗部、雷達(dá)/紅外成像雙模導(dǎo)引頭及電子支援對(duì)抗/裝置。

圖2 瑞典RBS15 Mk3反艦導(dǎo)彈

3)遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈LRASM

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局于2009年授權(quán)洛克希德·馬丁公司實(shí)施遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈(LRASM)計(jì)劃[7],它通過先進(jìn)的彈上傳感器和處理系統(tǒng)減少武器對(duì)精確的情報(bào)、監(jiān)視和偵察資源、數(shù)據(jù)鏈以及GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴,導(dǎo)彈只需依靠粗略的初始目標(biāo)提示就能精確攔截運(yùn)動(dòng)的艦船目標(biāo),甚至在極端不利環(huán)境中也能出色完成任務(wù),其末端制導(dǎo)方式由單一紅外成像制導(dǎo)改進(jìn)為紅外/主動(dòng)雷達(dá)復(fù)合制導(dǎo)。

圖3 LRASM方案效果圖

2.2 雷達(dá)/紅外復(fù)合干擾的現(xiàn)狀

目前,國(guó)外對(duì)抗多模制導(dǎo)武器的艦載無源防護(hù)系統(tǒng)多采用能同時(shí)投放箔條、紅外誘餌和假目標(biāo)的組合式綜合對(duì)抗系統(tǒng),較先進(jìn)的無源干擾系統(tǒng)有美國(guó)的快速和超快速離艦散開系統(tǒng)(RBOC和SRBOC);法國(guó)的“達(dá)蓋”(Dagaie)、“薩蓋”(Sagaie)、“馬蓋”(Magaie);英國(guó)的“烏鴉座”(Corvus)、“盾牌”(Shield)、“防柵”(Barricade)、“超級(jí)防柵”(Super Barricade);美、英、丹麥共同研制的“蚊”(SEAGNAT);俄羅斯的PK-2、PK-10、PK-16系統(tǒng)等。幾種典型的組合式對(duì)抗裝備情況如下:

1)“達(dá)蓋”系列無源干擾系統(tǒng)

“達(dá)蓋”系統(tǒng)[8]是由EADS公司防御電子分部研制,現(xiàn)已裝備了法國(guó)海軍,印度尼西亞,意大利、韓國(guó)、泰國(guó)、土耳其、科威特、臺(tái)灣“康定”級(jí)護(hù)衛(wèi)艦等,主要用于保護(hù)中小艦艇。

系統(tǒng)性能:

(1)發(fā)射系統(tǒng):10只箱式回轉(zhuǎn)式發(fā)射器,儲(chǔ)運(yùn)、發(fā)射一體化。

(2)控制系統(tǒng):顯示裝彈情況,計(jì)算最佳干擾時(shí)間,選擇最佳干擾資源。

誘餌彈資源

(1)33枚箔條彈,34枚紅外彈。A、B型大型艦艇用箔條彈,D型小型艦艇箔條彈,C型近程紅外彈。

(2)箔條散開尺寸:80m×150m,距海面20m~50m。

(3)C型紅外10枚瞬時(shí)激活,24枚帶傘延時(shí),1s激活。

2)“防柵”系列無源干擾系統(tǒng)

“防柵”系列無源干擾系統(tǒng)是由英國(guó)瓦洛普工業(yè)公司研制,現(xiàn)已裝備了英國(guó)、美國(guó)、意大利、南非、澳大利亞、印度、馬來西亞、阿爾及利亞、安曼、肯尼亞等國(guó)海軍,主要裝備快速攻擊艇、掃雷艇、隱身護(hù)衛(wèi)艦等。用于對(duì)抗雷達(dá)、紅外系統(tǒng)。

系統(tǒng)性能:

(1)發(fā)射系統(tǒng):18管分6管束(超級(jí)防柵12管4管束,口徑102mm),下三層固定,上三層方位可調(diào)。

(2)控制系統(tǒng):控制發(fā)射、提示規(guī)避。超級(jí)防柵可計(jì)算最佳規(guī)避、最佳干擾方式。

誘餌彈資源:

(1)中程:中程箔條/紅外干擾彈,射程800m~1000m(箔條),100m~1500m(紅外)。

(2)近程:射程60m~100m,三枚齊射。

(3)超級(jí)防柵干擾資源有“超級(jí)柵欄”,“超級(jí)圍欄”兩種。前者近程紅外/箔條彈,后者為中遠(yuǎn)程箔條/紅外。

3)“西萊納”多模軟殺傷系統(tǒng)

由法國(guó)Etienne Lacroix公司研制的“西萊納”多模軟殺傷系統(tǒng)[9]主要用于保護(hù)中、小型艦艇,用于從小型到中型艦船的防護(hù)??捎糜趯?duì)抗雷達(dá)導(dǎo)引頭、紅外導(dǎo)引頭、雷達(dá)紅外復(fù)合導(dǎo)引頭、激光導(dǎo)引頭?,F(xiàn)已裝備德國(guó)5艘K130護(hù)衛(wèi)艦、挪威6艘“盾牌”級(jí)導(dǎo)彈攻擊艦、瑞典5艘“納斯比”級(jí)快速攻擊艇和2艘“哥德堡”級(jí)導(dǎo)彈艇、芬蘭“哈米那”快速攻擊艇和布雷艇。阿聯(lián)酋6艘多用途彈道護(hù)衛(wèi)艦。

系統(tǒng)性能:

(1)系統(tǒng)一次裝載可對(duì)付6~12枚威脅,可計(jì)算施放位置,根據(jù)威脅的不同可使現(xiàn)有資源達(dá)到最佳的利用。

(2)發(fā)射器:發(fā)射器易于集成到任意的艦船,具有低特征信號(hào),在電磁兼容性方面做了特別處理,以滿足安全性需求。

(3)控制器:完全集成與CMS(Combat Management System)、ESM(Electronic Support Measures)在面臨ESM威脅時(shí)可自動(dòng)做出反應(yīng)。

干擾彈資源:

(1)SEALEM 08-01:structural RF decoy運(yùn)用先進(jìn)的雷達(dá)反射器,具有大的雷達(dá)散射截面積,有效的極化、與艦船相似的波譜可有效模擬艦船的雷達(dá)反射。雷達(dá)誘餌施放效果見圖4。

圖4 雷達(dá)誘餌施放干擾效果示意圖

(2)SEALIR 08-01 spectral infrared decoy采用與被保護(hù)艦船不同結(jié)果部位紅外輻射光譜匹配的誘餌為艦船提供有效的保護(hù)。誘餌材料使用的低溫燃燒材料,具有形狀、和時(shí)間穩(wěn)定性,可用于干擾雙色導(dǎo)引頭。紅外誘餌施放效果示意圖見圖5。

圖5 紅外誘餌施放干擾效果示意圖

2.3 目前組合式干擾方式存在的缺陷

采用組合式干擾對(duì)抗多模復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭的綜合系統(tǒng),存在以下不足:

1)材料性能

組合式干擾的載荷材料多為傳統(tǒng)的箔條絲/點(diǎn)源藥柱等,僅具備單一的雷達(dá)或紅外特性。

2)干擾效能

采用組合式干擾,紅外彈、箔條彈等分別裝填,彈種多、體積重量大,在裝備干擾資源一定的情況下,相當(dāng)減少于艦船的干擾資源,降低了干擾效能。

3)作戰(zhàn)使用

采用組合式干擾,箔條彈和紅外彈分別發(fā)射,由于沒有動(dòng)力措施,導(dǎo)致誘餌彈發(fā)射后由于空氣阻力迅速與目標(biāo)分離,很快消失在導(dǎo)引頭視場(chǎng)中;同時(shí),由于速度差異和風(fēng)速影響,使得箔條與紅外誘餌迅速分離,不能達(dá)到有效干擾。

3 發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的技術(shù)特點(diǎn)和組合式無源干擾方式的不足,為有效提高水面艦艇在面對(duì)雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈時(shí)的生存能力,需要開展新型雷達(dá)/紅外復(fù)合干擾技術(shù)研究,開發(fā)新型復(fù)合干擾材料,具體有以下幾種趨勢(shì):

1)單波段干擾材料混合

該方法是將紅外波段與雷達(dá)波段對(duì)應(yīng)的干擾材料按照一定的比例進(jìn)行混合,由其中的紅外干擾材料對(duì)抗紅外制導(dǎo),雷達(dá)干擾材料對(duì)抗雷達(dá)制導(dǎo),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的有效干擾。

本方法干擾原理簡(jiǎn)單,材料易于獲取,但存在著各組分材料之間相容性不一致、使用時(shí)組分之間交叉影響的問題。有人曾利用此法研制了以赤磷、銅粉和箔條的混合物作為載荷的誘餌彈[10],發(fā)射后產(chǎn)生的氣懸體可以對(duì) 3μm~5μm、8μm~14μm 和3mm、8mm波段產(chǎn)生干擾效果,是一種較好的寬波段干擾材料。

2)紅外/雷達(dá)干擾一體化材料

在一體化復(fù)合干擾材料的研究中,主要是利用石墨層間化合物來達(dá)到多波段復(fù)合干擾的效果,典型的是膨脹石墨。膨脹石墨的突出優(yōu)點(diǎn)是其密度很小,膨脹體積一般可以達(dá)到100ml/g~300ml/g,其漂浮性能較以前的一些干擾材料有了顯著改善。膨脹石墨對(duì)毫米波的衰減主要表現(xiàn)為吸收;它對(duì)紅外波段的衰減主要緣于其內(nèi)部大最類似黑體腔的孔隙的吸收作用,以及C軸方向上許多厚度很小的薄片的散射作用[11]??膳蛎浭赏ㄟ^化學(xué)氧化法和電化學(xué)氧化法制備,制備的可膨脹石墨在無源干擾研究中通常爆炸分散法或燃燒發(fā)煙法進(jìn)行擴(kuò)散,但爆炸分散法中由于膨脹石墨所占比例限制,需要的裝藥量比較大;而燃燒發(fā)煙法成煙速度相對(duì)緩慢,難以實(shí)現(xiàn)大面域干擾。

3)導(dǎo)電型可燃燒的金屬纖維基復(fù)合體

本方法是通過在可燃纖維基上涂鍍一層對(duì)雷達(dá)有干擾作用的金屬層而形成的。美國(guó)曾經(jīng)開展研究過對(duì)抗雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)彈的合金骨架金屬材料,金屬骨架經(jīng)過特殊處理,得到較大比表面積,暴露在空氣中能夠氧化自燃形成紅外輻射信號(hào),且本身的金屬骨架結(jié)構(gòu)也具有一定的雷達(dá)散射特性。德國(guó)發(fā)明過能產(chǎn)生高強(qiáng)度紅外輻射的可燃箔條,在空中爆炸后形成緩慢下落的燃燒微粒紅外輻射云,其輻射強(qiáng)度大于目標(biāo)強(qiáng)度,燃燒持續(xù)大約1min。投放大量此種箔條形成“熱云”,既可誘騙紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈也可構(gòu)成射頻雷達(dá)的假目標(biāo)或陷阱[12]。

4 結(jié)語

目前,各國(guó)海軍依然主要采用組合式干擾方式來對(duì)抗雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的反艦導(dǎo)彈,對(duì)抗效果差強(qiáng)人意。面對(duì)復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展,復(fù)合干擾技術(shù)發(fā)展緩慢,干擾材料相對(duì)傳統(tǒng),缺乏新型的復(fù)合干擾材料。對(duì)此,亟需開展新型復(fù)合型雷達(dá)/紅外復(fù)合材料的研究及應(yīng)用,提出以下幾點(diǎn)建議:

1)加強(qiáng)新型復(fù)合材料的研發(fā),豐富復(fù)合干擾手段;

2)開展新型復(fù)合對(duì)抗材料施放技術(shù)的研究及應(yīng)用,改善材料的分散性能,提高復(fù)合干擾效果;

3)開展仿真對(duì)抗效果的研究,加強(qiáng)新技術(shù)及新機(jī)理探究,增加復(fù)合干擾手段。

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