机载导弹逼近告警技术发展分析*

张 洁

(中国电子科技集团公司光电研究院 天津 300000)

机载导弹逼近告警技术发展分析*

张 洁

(中国电子科技集团公司光电研究院 天津 300000)

简述了在对抗光电精确制导武器的大背景下,红外告警→紫外告警→双色告警这一技术发展沿革构成了几十年来机载导弹告警发展的路线图。红外导弹告警技术历经数代重大变革。同时,紫外导弹告警技术作为红外告警低谷时期应运而生的一种新技术,不断发展,大量列装。最后,通过对比红外告警和紫外告警各自的特点,分析未来光电告警的发展趋势。

导弹逼近告警; 红外告警; 紫外告警; 双色告警

Class Number TN97

1 引言

随着制导武器性能的不断提高,精确制导武器的有效性在近年来历次局部战争中反复得以证明,已成为军用平台的严重威胁。根据英国BAE公司的统计,1973～2002年间,在损毁的1650架飞机中,被红外导弹击落的比例达49%。海湾战争中,多国部队被导弹击落的27架飞机中,多数也是被红外(IR)导弹击落的。幸存的飞行员说:“直到被击中才知道自己处在敌人的攻击之下”。鉴于上述事实,为了提高作战飞机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机载导弹逼近系统(MAWS)[1]。

导弹逼近告警作为对抗前端,是飞机获取威胁信息、启动红外干扰并进行战术规避的重要前提,它可以连续工作、对相当大空域内的威胁以很低的虚警率明确、快速告警,提示平台采取相应对抗措施,从而有效提高飞机在低空突防、空中格斗、近距支援、对地攻击、起飞和着陆等情况下对近距红外制导的空-空导弹和短程地-空导弹的对抗能力。

导弹逼近告警分红外、紫外和PD三种方式。PD型的导弹逼近告警由于主动发射电磁辐射,在不断强调电磁隐身作战环境中,易暴露自身目标且重量较重,其应用已成为历史;紫外型的导弹逼近告警已在国外发展较为成熟且其本身具备低虚警特点;红外型的导弹逼近告警由于受虚警等影响,其研究工作起步早、进展慢,但近年来发展迅速。

红外告警系统采用红外扫描或凝视成像探测器,并且多采用中波波段实现对远距离高温小目标(导弹)的被动探测,具有自身隐蔽性好、抗干扰能力强、探测目标范围广且作用距离较紫外告警远等特点。红外告警系统能探测导弹发动机工作时的强红外辐射,也能探测惯性飞行时导弹蒙皮气动加热形成的高温,因此对被动段导弹具有一定探测能力。

紫外告警系统工作于波长为220nm～280nm的“太阳光谱盲区”,利用导弹发射或飞行时,发动机喷出的尾焰中含有的较强紫外辐射,采用相应紫外探测器测出导弹飞行运动情况,通过信息处理器的分析、处理和判断,对危险目标实施告警。紫外告警工作波段内的太阳紫外辐射几乎被地球的臭氧层所吸收,如果能探测出紫外辐射,就可能是导弹。由于地-空或近距导弹攻击的全过程中,其发动机大部分时间处于工作状态,因此该系统适用于近距导弹的告警。

2 国外红外告警发展状况

红外告警装备的研究从上世纪五、六十年代已开始,历经数代,曲折发展了几十年,复杂背景引起的严重虚警问题极大地限制了红外告警在整个导弹逼近告警市场的迅速发展。直至上世纪90年代末,随着双色红外技术等的应用,红外告警才日趋成熟,出现了一些实用的装备,如美国的AAR-44、AAR-56,德国的PIMAWS,法国的SAMIR导弹告警系统等(图1),但装备数量有限。这些装备具有全方位告警能力,可自动完成对目标的跟踪和定位并引导干扰系统工作,通过有效使用干扰物保护先进的战斗机/攻击机免受空-空和地-空导弹的攻击[2]。

图1 国外现役典型红外告警系统

美国经历了从AN/AAR-34到AAR-58共计四代产品。新一代红外告警设备具有全方位的告警能力,可完成对大群目标的搜索、跟踪和定位,自动引导干扰系统工作,其大面积阵列的区域凝视技术,目标的分辨率最高可达微弧量级,告警距离可达10km～20km。其多光谱探测器能识别阳光辐射、地域中水面背景和干扰,具有多种判别模式,并能选择一个或两个传感器单元。AAR-FX的良好性能和适应性使其成为战斗机、运输机、直升机、装甲车辆和军舰的理想选择。

1) AN/AAR-44。1980年完成飞行试验,装备了美国空军C-130等飞机。近年来,随着探测器、信号处理等技术的发展,红外告警的性能和技术水平进一步提高。AAR-58的前身为AAR-44(V),而AAR-44(V)是AAR-44的轻小型和改进型,探测器采用3m～5m波段InSb线阵(10元×2列)扫描式双光谱探测,覆盖区域:水平180°,垂直180°,角分辨率1°。AAR-58系统的质量仅9kg,为AAR-44的1/3,而且组合了改进的算法,可进一步减小虚警率。AAR-58可安装在高性能的飞机内部,也可用吊舱安装。AAR-58采用单一装置的设计,探测头、扫描器和处理器均安装在一起,重量9kg,导弹报警系统的全部计算功能都包括在容器中。采用这种单一装置的设计,便于安装和与定向相干对抗投放系统组合。扫描器采用双波段转动扫描器,能覆盖75%的全球空域。要求提供全球空域防护的飞机,需要安装两个装置。1997年夏天,AAR-58在英国成功进行了导弹实弹发射试验[3]。

2) 德国EADS公司。EADS公司为A400M运输机开发了双色红外导弹告警系统。双色红外传感器采用先进的红外超点阵探测器技术,在保持红外探测器测距性能的情况下,其虚警率大幅降低,是世界上第一种应用单片多色红外同时探测技术的导弹告警系统。EADS公司采用的双色红外探测器技术已于2004年通过了实验室验证,2004年12月底开始进行双色红外导弹告警系统的研制工作,并在随后几周内获得了一项合同。首套双色告警系统在2009年推出。

3) 法国SAGEM、MatraBAE公司。法国SAGEM、MatraBAE动力系统公司联合研制了SAMIR导弹告警系统,具有高探测概率和低虚警率,并能及时启动有效的电子对抗措施。SAMIR采用了先进的信号处理技术和红外双色探测技术、综合冷却装置,有对多导弹威胁的探测能力,具有高探测概率和低虚警率,并能及时启动有效的电子对抗措施,能安装在各种类型的飞机平台,探测器采用3m～5m波段MCT线阵(10元×2列)扫描式双光谱探测,覆盖区域:水平180°,垂直85°,角分辨率1°,重量9kg。尺寸为295×170×160。

SAMIR导弹告警系统已投入生产,装备于法国空军“幻影”2000飞机和“阵风”战斗机。目前,MBDA公司正为“阵风”C/D等研制DDM-NG红外告警,可在4π空域内提供导弹告警以外的功能(如态势感知)[4]。

4) 分布孔径红外系统(DAIRS)。分布孔径红外系统(DAIRS)是机载红外系统的最新成就,基于红外告警系统,可实现连续的高分辨率全空间覆盖,其多种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由F-22的AN/AAR-56演化而来,其能力在导弹告警任务基础进行了大幅拓展。

5) 多光谱红外告警。通过多光谱光电传感器获取目标的光谱信息以及对主目标、背景光谱维信息的处理,提高对目标的识别能力并充分降低虚(误)警技术,是导弹告警技术未来发展的重要趋势。双色红外告警是目前最为先进的光电告警机制。主要有诺斯罗普·格鲁曼公司为美国空军大型飞机红外定向对抗(LAIRCM)系统研制的多成像、多光谱(MIMS)双色红外导弹告警系统,以及由欧洲航空防务与航天公司(EADS)和泰利斯公司合作为欧洲A400M大型军用运输机开发制造的双色红外导弹告警系统(MIRAS)[5]。

3 国外紫外告警发展状况

导弹逼近紫外告警作为一项新型的光电对抗技术,被誉为21世纪最具影响力的高技术之一,尽管发展历史较短但凭借小巧、低价,不需致冷、环境适应性强、虚警率低、技术成熟等特点,成为当今世界上型号最多、装备量最大的MAWS,并已逐渐成为一种标准配置而越来越多地出现在各类高价值(包括民用)平台上[6]。

自1987年美国Loral公司成功装备了第一台紫外告警系统AAR-47,以色列、南非、德、法等国家的十几家公司陆续推出了AAR-54、AAR-57、AAR-60,吉它-350(以色列)、MAW-200、300(南非)等型号的设备,紫外告警技术体制历经了从概略型到成像型两代革新,获得了迅速发展,其发展在今后仍方兴未艾,未来仍具有较强的生命力(图2)。

图2 国外典型紫外告警设备

1) 第一代——概略型紫外告警设备。概略型紫外告警设备,以单阳极光电倍增管为核心探测器件,概略接收导弹羽烟的紫外辐射能量,具有体积小、重量轻、低虚警、低功耗等优点,典型代表为AN/AAR-47,现已普遍装备作战飞机[7]。

2) 第二代——成像型紫外告警设备。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。光学系统以大视场、大孔径对空间紫外辐射精确接收,并对所观测的空域进行成像探测,识别分类威胁源。具有识别能力强、探测灵敏度高的优点。属于这类体制的主要是AN/AAR-54(V)、AN/AAR-60等[8]。

诞生之初的紫外告警大量装备了直升机及慢速固定翼飞机,近年来,随着紫外告警技术的快速发展,高速固定翼飞机也陆续进入了列装行列。1998年9月,丹麦、荷兰、挪威完成了AAR-54(V)紫外告警设备在F-16上的试飞,一年多的试飞结果验证了紫外告警准备战斗机的可行性。美国空军的罗马实验室对AAR-54(V)在F-16上的试验测试结果也表明,紫外告警在全方位范围内具有良好的告警性能和杂波抑制能力,芬兰、瑞士等国正逐渐把AAR-54(V)用于F/A-18C/Ds的自卫。AN/AAR-60(V)2是适于战斗机(如F-16)并通过验证的第一个紫外告警装备。2004年,EADS经过竞标,完成了与皇家丹麦空军的合同签订,2005年5月成功完成了一阶段试飞,2007年3月完成了二阶段试飞。希腊空军F-16飞机的机载自卫综合系统(ASPIS)II包括了AN/ALE-47箔条/曳光弹投放器和MBDA公司的AN/AAR-60紫外告警设备,韩国选用AAR-54(V)装备了F-16,欧洲的“台风”战斗机也计划用AN/AAR-60紫外告警设备替代原设计的PD型导弹逼近告警设备。以色列已在“阵风”战斗机上装备了本国研制的紫外GUITAR 300/350系统,在几种固定翼和旋转翼平台上还采用了EADS公司的AAR-60导弹发射探测系统。马来西亚RMAF在2003年向俄罗斯采购了苏-30MKM战斗机,其电子战系统采用南非提供的MAW-300导弹逼近告警系统。此外,美国特种作战司令部、葡萄牙、德国、澳大利亚等国的空军也选择紫外告警用于其固定翼平台。美国的部分A-10飞机将装备AAR-47A(V)2导弹逼近紫外告警系统。F-22防卫系统也曾考虑通过综合AAR-54(V)的部件来获得导弹告警能力。

图3为丹麦等国家的F-16装备的紫外告警设备。吊舱安装的优势主要有: 1) 以吊舱方式综合导弹告警系统的研发费用和生产加装费用仅占修改机身费用的一小部分; 2) 吊舱可以在飞机之间通用。

图3 丹麦等国家的F-16装备的紫外告警设备

紫外告警设备的现状是[9]:

1) 以AAR-60、-54、-57为代表的美国成像型紫外告警仍在大量装备订货,并不断扩大其应用领域(战斗机及强击机)。

2) 以AAR-47为代表的美国非成像型紫外告警设备在技术改进后也在不断生产。

3) 一些新兴国家和地区正在获得生产和装备能力。印度从EADS公司引进的AAR-60紫外告警设备已于2008年开始投产。中国台湾、韩国、日本等周边地区和国家也于近年获得了AAR-60设备。

表1 国外典型红外告警与紫外告警装备一览表

4 结语

几十年来,红外导弹告警传技术已经历了数代重大变革。早期的红外告警工作在单一波段内,对红外辐射目标进行探测、跟踪、告警,由于其背景环境复杂,造成红外告警设备虚警率居高不下,严重影响红外告警设备的普及和实际应用。同时,紫外导弹告警技术作为红外告警低谷时期应运而生的一种新技术,在近二十年来一直担当着主要角色,出现了形式多样、结构简单、灵敏度高的传感器。双色红外波段和图像识别算法的大幅改进,可对复杂的背景进行抑制,提高对目标的探测效果,并降低虚警率,使红外导弹逼近告警设备具有实际应用的能力,已越来越受到世界各国的重视。红外告警→紫外告警→双色告警这一技术发展沿革构成了几十年来机载导弹告警发展的路线图,先进的探测器阵列和处理技术更促使越来越多的小型传感器在飞机上应用,同时双色红外告警系统将形成装备,并与其他光电装备形成搭配,将导弹告警、态势感知、辅助导航、编飞等多功能综合一体化。

[1] 许强.高速固定翼飞机导弹逼近紫外告警的战术应用[J].光电技术应用,2005,20(4):1-15.

[2] 王浩,刘敬民,张洁,等.先进战斗机光电传感器综合系统及其光电对抗技术[J].光电技术应用,2005,20(5):67-71.

[3] Meir Danino. Single Versus Dual Color Missile Warning Systems-The Marginal advantage[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2013(9):40-42.

[4] John Haystead, John Knowles. Protecting Large Aircraft[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2012(7):32-36.

[5] Y. Reibel, F. Chabuel, C. Vaz, et al. Infrared Dual Band Detectors for Next Generation[C]//Proceedings of SPIE vol. 8012, Infrared Technology and Applications XXXVII,2011:801238-1.

[6] O. Nesher, P. Klipstein. High performance IR detectors at SCD present and future[C]//Proceedings of SPIE vol.5957, Infrared Photoelectronics,2005:0S1-OS12.

[7] David L. Rockwell. Going Commercial? US IRCM Market Forecast[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2012(1):23-30.

[8] B. Breiter, W. Cabanski, K. H. Mauk, et al. Multicolor and Dual-Band IR Camera for Missile Warning and automatic Target Recognition[C]//Proceedings of SPIE vol. 4820, Infrared Technology and Applications Conference,2002,4718:280-288.

[9] G. Tidhar, R. Schlisselberg. Evolution path of MWS technologies: RF, IR and UV[C]//Proceedings of SPIE vol. 5783, Infrared XXXI,2005:662-673.

[10] Ollie Holt. Technology Survey: Sampling of Missile Warning Systems[J]. The Jounrnal of Electronic Defense,2008(5):43-48.

Development and Analysis of Airborne Missile Warning Technology

ZHANG Jie

(Academy of Opto-Electronics, China Electronics Technology Group Corporation(AOE CETC), Tianjin 300000)

Under the background of EO precision guidance weapon countermeasure, the development roadmap of airborne missile warning in decades years which is composed of development evolution of IR warning→UV warning→two-color warning technology is introduced. At the same time, as a new technology UV missile warning technology emerging in the recession period of IR warning develops continually and equips largely. At last, the development trend of future EO warning is analyzed by comparing the characteristic of IR warning with UV warning.

missile approach warning, IR Warning, UV Warning, two-color warning

2014年5月8日,

2014年6月29日 作者简介:张洁,女,工程师,研究方向:科技情报研究。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.006