激光定向红外对抗关键技术及仿真分析

导弹抗激光干扰技术的研究， 总结并分析了激光定向红外对抗关键技术。 对激光定向红外对抗系统的起源、 发展简况、 系统组成、 干扰原理和工作方式进行了探讨。 通过仿真分析了目标飞机成功逃逸时间， 展望了该对抗系统的发展前景。

关键词： 光电对抗； 激光定向红外对抗； 仿真

中图分类号： TN976文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2015）06-0003-03

The key Technology and Simulation Analysis of

Laser Directed Infrared Countermeasure

Xing Qifeng1，2， Wu Genshui1，2， Zhao Songqing1

（1. China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China； 2. Aviation Key Laboratory of

Science and Technology on Airborne Guided Weapons， Luoyang 471009， China）

Abstract： Laser directional infrared countermeasure technology is an important branch of the electrooptical countermeasure. In order to promote the research of anti laser jamming technology of missile， the key technology of laser directional infrared countermeasure is summarized and analyzed. The origin， development， system composition， interference principle and working mode of laser directional infrared countermeasures system are discussed.Through simulation， the successful escape time of target aircraft is analyzed， and then the future of countermeasure system is prospected.

Key words： electrooptical countermeasure； laser directional infrared countermeasure； simulation

0引言

随着可见光、 红外、 激光等光电子技术在军事上的广泛应用， 尤其是光电探测技术和光电制导技术的快速发展， 光电对抗技术及其装备在现代战争中发挥着越来越重要的作用。 目前， 世界上各军事强国在光电对抗领域的竞争日益激烈。 纵观近几十年来世界范围的局部冲突和战争， 在战争中先夺取制光电权， 就将夺取制空权、 制海权。 因此， 在未来战争中， 拥有更先进的光电对抗技术和

收稿日期： 2015-07-28

作者简介： 邢起峰（1972-）， 男， 河南商丘人， 硕士， 研究方向为系统仿真、 数学模型验证。

武器装备， 就是掌握了战场的主动权， 并最终可以赢得战争的胜利。 光电对抗在军事上的主要作用是为防御和对抗提供及时的告警和威胁源的精确信息； 同时， 可以扰乱、 迷惑和破坏敌方光电探测设备和光电制导武器的正常工作。 通过有效的干扰可使敌方光电探测设备降低效能或完全失效， 以保障己方装备和人员免遭敌方光电侦察、 干扰或火力打击。 因此， 光电侦察告警技术、 干扰技术和先进武器设备是目前各军事强国重点研究的内容， 激光定向红外对抗技术发展尤其迅速。

1激光定向红外对抗技术简述

1.1激光定向红外对抗技术起源

作为防御手段， 二千多年前光学对抗技术在战场上就已经得到了应用。 用强的光源照射， 致眩传感器、 欺骗操作手或干扰导弹的目标引导系统是其基本原理。 进入20世纪， 科技得到迅猛发展， 激光技术被应用于装备中， 促进了光学对抗系统的发展。 激光是一种功率很高的光源， 能够干扰、 致盲甚至损坏武器的传感器或敌方的人眼。 激光技术已经成为了光学对抗系统的关键高新技术。

第二次世界大战对光电对抗技术的发展是一个巨大的推动。 大量在反雷达领域成功应用的技术被借鉴到光电对抗之中， 大大提高武器系统的有效性， 促使人们投入更多精力发展光电对抗与反对抗技术。

光电对抗技术在上世纪60年代发展非常迅速。 西奥多·梅曼在1960年演示了世界上第一台红宝石激光器； 英国皇家航空中心（RAE）在1964年用激光器在400 m距离上成功损坏了一个显像管； 俄罗斯也做过相似的实验。 激光武器的出现极大地促进了光电对抗技术的发展。 美国在**早期损失了许多飞机， 主要原因是越南军队配备了苏制的光学和雷达导引的导弹。 随后美国空军压制了这些雷达系统， 但是越南军队又开始使用雷达和光学混合制导的地对空导弹。 为了提高飞机生存概率， 一系列基于激光的技术被发展起来用于探测光信号。 导弹逼近告警系统在**中也首次得到应用。

美国空军在20世纪70年代演示了100 kW高功率激光器， 后来又演示了0.5 mW高功率激光器， 精确瞄准火控技术也迅速发展。 由于美国实施“星球大战”计划， 促使其在80年代就开始研制中红外激光器， 这大大促进了定向能武器的发展。 在20世纪90年代， 定向红外对抗技术系统得以成熟发展。 早期的红外干扰光采用弧光灯并配套光学系统将光束变窄， 成功对武器装备进行干扰。 “复仇女神”是美英联合研制的激光定向红外对抗系统如图1所示， 已于1996年首批配装部队使用。 图中上方窗口是探测系统窗口， 右侧窗口是发射系统窗口。 整个激光定向红外对抗系统重量为31.9 kg， 图1“复仇女神”外形

直径356 mm， 高度420 mm。小型固体中红外激光器取得巨大进展， 促进了定向红外对抗系统技术走向成熟。

1.2激光定向红外对抗技术发展简况

激光定向红外对抗系统是用来防御红外制导导弹的“坚盾”。 全世界现役的各种红外制导导弹多达10万余枚， 由于战绩表现优异、 命中率高、 使用灵活、 维护方便和成本低廉等优点， 改变了原来的空战模式， 形成新的空战规律， 是名副其实的空中“杀手锏”。 红外导弹对飞机的威胁日益严重， 主要因为其近距离攻击使飞机自卫的时间很短， 而且其技术性能也在不断提高。 由于以上原因， 对红外制导导弹的干扰措施就显得极其重要。

航空兵器2015年第6期邢起峰等： 激光定向红外对抗关键技术及仿真分析经过几十年的反红外导弹技术发展， 成熟的红外对抗手段主要有： 红外干扰机、 红外烟雾、 红外诱饵弹系统、 红外隐身（辐射抑制系统）技术、 低能激光武器干扰传感器技术、 高能激光武器毁伤技术等。 由于红外成像制导技术的成熟， 前三种红外对抗技术手段已不能适应现代战场的需要。

由于军事技术的发展， 导引头由点源、 多元探测向高分辨率成像技术过渡， 红外制导武器的作用距离越来越远， 探测波段从近红外波段向中波红外（3～5 μm）和长波红外（8～14 μm）拓展。 以上红外制导导弹技术的发展， 催生了一种新型的红外对抗技术， 即定向红外对抗技术（Directed Infrared Countermeasure， DIRCM）。 将激光应用于红外干扰己经成为光电对抗方面一个成熟的技术。 激光定向红外对抗系统就是利用激光的亮度强、 定向好、 速度快等特点， 对红外制导导弹进行干扰。 其技术原理是将激光能量集中到很小的空间立体角内， 通过干扰手段使来袭的红外导引头工作紊乱， 以致无法识别目标， 从而达到导弹脱靶的目的。 激光定向红外对抗技术有很多优点， 如作用距离远， 能够对百公里外的目标实施干扰、 致盲； 每次需要能量小， 可多次对多目标攻击； 每次激光能量只需要几十毫焦至百毫焦量级。 所以， 世界各国争相装备军队。

2激光定向红外对抗关键技术

2.1激光定向红外对抗系统组成

目前红外制导导弹的作用距离越来越远， 空间分辨力和温度分辨力越来越高， 抗自然背景干扰和红外诱饵干扰的能力越来越强。 作为反制手段， 激光武器以其反应速度快、 攻击能量高、 瞄准精度高、 作用距离远等特点， 成为对抗红外成像制导导弹的理想装备。 将激光武器用于机载干扰装置是光电对抗技术的一个重要分支， 称为定向红外对抗技术。 目前， 国外已实现该技术的实用化， 开始大批量装备军用飞机。 定向红外对抗系统组成如图2所示。

图2定向红外对抗系统组成

2.2激光定向红外对抗系统工作原理

激光武器的毁伤效果不仅与激光能量强度、 波长等本身的因素有关， 还和目标的材料性质、 环境参数以及目标作用的距离和时间有关。 根据激光武器辐射能量的强弱， 可分为低能激光武器和高能激光武器。 其中高能激光武器可以直接摧毁目标， 实现硬杀伤， 但是这类激光武器的平均功率都在几十万瓦至几兆瓦左右， 以现有的技术手段很难实现体积、 重量上的小型化和低廉的造价， 目前暂无法得到广泛应用。

低能激光武器可以直接将激光能量作用于各种武器装备中的光电装置上， 通过使其内部的光电探测器失能来达到干扰的目的， 因此统称为激光干扰。

2.2.1激光定向红外对抗系统干扰机理

激光干扰属于定向红外干扰， 其工作步骤是先使用导弹逼近告警系统准确跟踪来袭导弹并给出导弹方位数据， 然后将激光干扰机对准导弹， 发射具有高能量密度的激光束， 使其照射来袭导弹的导引头， 使得探测器输出信号饱和， 甚至损伤， 从而使导弹丢失目标。

激光干扰随着激光能量由小到大可分为欺骗、 致眩、 饱和与致盲四种方式。 激光对红外导弹造成干扰的因素有以下几个方面：

（1） 在探测器工作波段内的辐照激光， 其能量可直接作用于导引头， 影响以光效应为主。 当辐照激光的功率密度较大时， 也有热效应出现， 直接使红外探测器饱和或致盲；

（2） 在工作波段外的辐照激光， 首先引起头罩、 光学系统、 滤光片和探测器等材料的温升， 影响以热效应为主。 导致元器件、 电路硬件的性质发生变化， 造成较为强烈的干扰甚至破坏；

（3） 以视场外杂光照射， 经过散射和衍射， 以杂光形式分布于光学系统像面探测器上， 影响其成像探测能力， 甚至能引起其光饱和。 杂光干扰的效果约为直射干扰时的几分之一。

2.2.2激光定向红外对抗系统干扰导弹工作方式

激光定向红外对抗系统对红外制导导弹的常见干扰方式有：

（1） 饱和致盲干扰

将激光束照射到导引头上， 由于干扰信号强大， 使信号处理电路饱和。 这种干扰方式对调幅式的导引头干扰效果较好。

（2） 干扰导弹自动增益控制（AGC）电路

将激光束照射到导引头上， 关闭后再照射， 不停切换。 干扰信号叠加在目标正常信号上， 忽大忽小， 门限阀值波动， 可引起AGC参数紊乱。 如果激光脉冲信号电平大于目标信号电平， 则对AGC的扰动会导致导引头跟踪与导弹制导功能丧失。

（3） 成像导引头干扰分析

对大多数扫描导引头来说， 目标是被连续观察的。 这意味着导引头的窗口是开放的， 干扰的机会总是存在， 有可能降低导引头和导弹的性能。 干扰扫描或成像寻的器将不会直接影响导引头的跟踪功能， 有可能使图像变形。 干扰这类导引头的目的是获得对导引头一般功能的干扰， 如导致信号饱和、 AGC干扰等。

对成像体制制导的红外导引头， 普遍采用波门跟踪模式， 包括形心跟踪、 重心跟踪以及边缘跟踪等。 激光脉冲产生的干扰亮度必须大于目标的亮度， 以使波门套住干扰信号图像而脱离对目标的跟踪。 波门跟踪具有预测跟踪能力， 这就要求激光干扰脉冲必须持续数十帧以上的时间， 才有可能使导弹彻底失去跟踪能力。 上述分析缺乏试验验证， 具体情况需要模拟攻击试验支撑。

3仿真分析

假定目标飞机以2马赫速度逃逸， 目标飞机与导弹距离4 km， 导弹为红外成像导弹， 但不具备抗激光干扰的情况下， 定向红外对抗系统照射攻击红外成像导弹， 通过仿真分析， 目标飞机成功逃逸的时间如表1所示。

表1目标飞机逃逸时间导弹攻击方式尾后攻击模式拦截攻击模式迎头攻击模式飞机逃逸时间/s0.213 60.163 70.231 5拦截攻击模式相对逃出视场的距离短， 逃逸时间最短； 尾后攻击模式飞机可直接加力机动逃逸； 而迎头攻击模式由于拐弯机动， 飞机速度下降， 逃逸时间最长。 开展定向红外对抗系统仿真研究， 可推动红外导弹尽快具备抗激光干扰的性能。 由表1可以看出， 定向红外对抗系统效率很高。

激光已经成为光电对抗领域最具活力的技术之一， 其对精确制导武器的对抗设备已经成为常规装备。 激光武器分为低能激光武器和高能激光武器。 低能激光武器主要是激光干扰、 致盲技术， 采用中红外激光器的红外定向系统， 是各型红外制导导弹的克星， 部分国家已装备军队。 而高能激光武器， 主要以硬损伤、 击穿为打击手段， 具有极高的效费比， 优点是对所有导弹都有效， 包括未来采用新制导技术的导弹。 由于激光武器具有“点穴式”攻击的特效， 未来会成为反卫星、 反导弹的主力。

4发展展望

（1） 激光定向红外对抗系统进一步向小型化发展。 随着集成技术和功率器件的小型化发展， 激光定向红外对抗系统向实用性迈进。

（2） 未来战争中， 采用单一波段的激光定向红外对抗系统来对抗多波段光电探测设备和光电精确制导武器是难以奏效的， 必须采用多波段的激光定向红外对抗系统来对抗多类型、 多目标、 多波段成像的光电精确制导武器。

（3） 激光定向红外对抗系统将向多种平台装备发展。 不仅飞机装备激光定向红外对抗系统， 轮船、 舰艇、 坦克、 地面防护系统都将会装备。

5结论

作为一种新兴的光电对抗技术， 激光定向红外对抗系统有着很好的发展趋势。 通过仿真分析， 其具有“点穴式”攻击的特效， 而且重量轻， 体积小， 反应时间短， 作用距离远， 能多次照射工作。 激光定向红外对抗技术作为一种新型光电对抗手段， 有着良好的应用前景。

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0引言

表1

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