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無源光電技術對抗導彈制導的研究

電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2018-11-15 08:59 ? 次閱讀

1.引言

隨著導彈精確制導技術的高速發展,反艦導彈日益成為水面艦艇生存的最大威脅。為了順應這種形式,提高水面艦艇的生存能力,西方各國相繼發展出了一系列的艦載電子對抗裝備。艦船電子對抗系統的主要作用是使用有源、無源干擾來同時對抗來自空中或者海上發射平臺發射的多方向、多批次的多種制導方式的反艦導彈的攻擊,從而保護艦船的安全。

2.反艦導彈制導模式探討

反艦導彈具有體積小,重量輕,掠海飛行、可多平臺發射、命中精度高,速度快,射程遠,威力大等特點,并且正在向隱身化、智能化、精確化、數字化、通用化方向發展。正因為反艦導彈的這些特點,它在近現代的多次海戰中被多次應用,并且立下赫赫戰功。如何對抗反艦導彈的攻擊也成為各國海軍在保護己方艦船安全時面對的最為頭疼的問題。尤其是進入到20世紀六七十以后,導彈精確制導技術得到了迅猛的發展。

從各國研制反艦導彈的發展趨勢看,現在和未來一段時間的反艦導彈基本上是采用雷達、紅外、激光、電視等多種制導體制。據統計,在多種導彈制導技術中,采用雷達和紅外制導的反艦導彈仍是主流,其總量基本占到了各國現有導彈總數的80%-90%.特別是在導彈末制導環節,雷達和紅外制導更是被廣泛的應用。而激光和雙(多)模復合制導也是未來反艦導彈制導技術的發展方向。

2.1 雷達制導

雷達制導受天氣情況的影響較小,在晴天、雨天都有較好的工作狀態,探測距離較遠。一般包括大、中、小三種搜索狀態。導引頭的搜索范圍會隨著導彈與艦船目標距離的減小而增大。目前反艦導彈的末制導雷達基本上都是KU,X波段的“頻率捷變”和“單脈沖”雷達體制。另外,末制導中還包括接近目標的偏置比例高低制導,使導彈能進行突然躍升機動飛行,因而具有良好的抗干擾能力。

合成孔徑雷達(SAR)是一種高分辨率的二維成像雷達,它在軍事觀察方面有廣泛的應用。SAR技術是雷達技術的一個重大突破,它不但使得雷達遙感具有全天候、全日時、高分辨力性能,并且還有多頻段、多極化、多視向和多俯角等優點,特別適于大面積的地表成像。多頻段、多極化、多視角、InSAR、超寬帶SAR、FM-CW SAR以及動目標檢測等新技術仍然處于不斷發展完善之中??梢灶A見,將來合成孔徑雷達技術的研究和應用必定會取得更大的突破。

除此之外,雷達在經歷了無線電、微波的發展階段之后,目前已進入光波發展階段,出現了激光雷達。激光雷達是激光技術和雷達技術相結合的產物,也是未來雷達制導的發展方向。

2.2 紅外制導

紅外制導是利用紅外探測器捕獲目標自身的紅外輻射能量來實現尋的制導。紅外制導技術的發展至今從大的方面大致可以分為兩個時期:即點源時期和成像面源時期,經歷過四個階段。上世紀60年代中期以前為第一階段,上世紀60年代中期到70年代為第二階段。這兩個階段的紅外制導武器主要工作在1-3μm波段,紅外元件大都用PbS和InSb元件,后期曾對PbS元件運用致冷技術,提高它的靈敏度。這兩個階段紅外制導武器都是采用非成像制導系統,都是把被攻擊的目標視為點源。這種系統有許多優點,在各種軍事裝備上得到了廣泛的應用。但是也存在明顯的缺點,抗干擾能力比較差,難以應對比較復雜的背景環境,也非常容易被干擾。

上世紀70年代中期以后進入到紅外制導技術的成像面源時期。通常,紅外成像制導本身又可分為兩個階段,也就是紅外制導技術發展的第三和第四階段。在成像制導技術發展前期,出現了一種特殊方案是,采用雙色(紅外/紫外或雙色紅外)多瓣梅花圖形掃描的成像制導體制。上世紀80年代后,出現了采用凝視型紅外焦平面陣(IRFPA)探測器,用電子掃瞄代替機械掃描的第二代紅外成像制導武器。不但分辨率高、動態范圍大、抗干擾能力強,而且具有自主捕獲目標,在復雜情況下自動決策及比較好的晝夜工作能力。同時8-14μm的紅外輻射透過能力強,作用距離也得到了很大的提高。

2.3 激光制導

激光制導是60年代開始發展的新技術,以激光為信息載體引導彈頭,實施跟蹤及精確打擊。激光制導是由彈上或彈外的激光束照射在目標上,彈上的激光導引頭等制導裝置利用目標漫反射或敏感發射光束,跟蹤目標導引導彈或制導導彈命中目標的制導技術。按工作原理不同,激光制導分為“尋的式”和“視線式”

兩大類,尋的式制導可分為半主動式和全主動式,視線式制導又分為波束式和指令式。彈上導引頭與激光照射器配置于兩地的激光制導方式被稱為半主動式。激光器照射目標,導引頭接收出射激光或目標反射激光,測量彈的飛行誤差,實現自動控制,最終使戰斗部擊中目標。這種制導方式應用的最多,但優點和缺點都同樣明顯。全主動式將照射器和尋的器集成于彈體內,彈體發射激光照射目標,尋的器自動接收目標反射光,通過控制系統導引彈頭精確打擊。全主動式發射后不用人工干預,目標的激光成像特征裝訂在彈體中,獲得其三維圖像后自動識別型號和毀傷程度,進行選擇性攻擊。

激光制導具有制導精度高、目標分辨率高、抗干擾能力強、體積小、質量輕等優點。

但激光光束易受云、霧和煙塵的影響,不能全天候使用,如它與其它制導系統組合,將具有更加廣泛的用途。

2.4 復合制導

隨著電子戰戰場環境越來越復雜和各種電子對抗裝備的完善發展,采用單一制導模式的反艦導彈已經很難適應戰場的需要,因而出現了雙模和多模復合尋的制導技術,并且越來越受到各國的高度重視。進入20世紀80年代以來,得到了迅速的發展。目前,在世界上的一些國家中,已有多種雙模制導導彈裝備部隊,還有一些正在研制和發展之中。它們主要是基于紅外的雙模復合制導,其中有:紫外/紅外、可見光/紅外、激光/紅外、雷達/紅外、毫米波/紅外等。另外還有激光/激光雷達等雙模制導。隨著光電技術、微電子技術和超大規模集成技術的發展,復合尋的制導將向更多模式的復合形式發展。例如日本三菱公司正在研制的中程地空導彈,就是采用雷達/毫米波/紅外3種模式相結合的制導導彈。雙模和多模尋的制導發揮了各單一模式制導的優點,取長補短,具有綜合優勢,因而具有廣泛的應用前景和發展前途。

3.新型電子對抗裝備的發展需求

艦載電子對抗裝備與精確制導的反艦導彈本身就是矛與盾的關系。它們相互制約,同時又互相推動著彼此向前發展。例如,面源型紅外誘餌彈、寬頻箔條彈、復合型干擾彈、雷達有源誘餌彈、角反射器、激光誘餌彈等。

1)面源型紅外干擾彈

早期的點源型紅外干擾彈對現今正在推廣使用的紅外成像制導導彈尚無較有效的干擾對抗效果。因此,發展一種面源型紅外干擾彈,在中波和長波兩個波段模擬艦船的成像輻射特性會大大提高艦船在面對面源型紅外制導導彈時的生存能力。

2)寬頻段箔條干擾彈

隨著制導雷達的覆蓋波段由7~18GHz的厘米波段向處于毫米波段的35GHz和94GHz這兩個大氣窗口延伸。早期的厘米波箔條彈和毫米波箔條彈都已經不能單獨完成作戰任務,實現對寬頻段制導雷達的干擾。而且從作戰使用的需要和提高發射裝置利用效率的角度考慮,用單發的寬頻段箔條彈代替原有的厘米波箔條彈和毫米波箔條彈,從而在厘米和毫米兩個波段對多頻段制導雷達實施干擾,提高艦船的生存能力。

3)復合型干擾彈

反艦導彈由單一模式制導向復合型雙(多)模制導發展已經是大勢所趨。在多國海軍的現役裝備中已經出現了雙(多)模制導的反艦導彈,同時還有一些正在研制過程中。對抗單一制導模式的干擾彈已經很難適應未來電子戰的需要。在美國已經出現了采用激光/紅外探測器的雙模制導導彈,采用雙波段毫米波/紅外光纖制導導彈,雙模式雷達/紅外制導導彈,雙模式半主動激光/激光雷達制導導彈的相關專利文獻。針對這些新形式,我們只有及時有針對性的開展相關光電對抗裝備即復合型干擾彈的研發才能在未來的戰場上立于不敗之地。

4)雷達有源誘餌彈

隨著新型反艦導彈的出現和發展,傳統的防御反艦導彈電子戰方法的有效性大大降低。

舷外有源誘餌通過放大和轉發敵方雷達的信號,與水面艦艇的真實回波信號共同作用來完成對反艦導彈的誘騙。與箔條云相比,有源誘餌具有多方面的優勢:反射截面更大、欺騙性更強、不存在天線波束切割箔條云的現象、可以很容易的生成具有多種不同調制波形的假目標,具有反輻射導彈的能力等等。同時,相關研究表明,使用有源干擾和無源干擾相結合,配合一定的戰術方法可以使箔條云的有效反射面積提高很多倍。

5)角反射器

隨著電子技術的發展,采用新型雷達制導的導彈(如:毫米波雷達制導、抗箔條雷達制導導彈)智能化程度在不斷提高,使得靠布放箔條形成箔條云假目標的傳統無源對抗技術,已不能完全滿足未來艦艇對抗新體制雷達制導導彈的需求,特別是在對抗象毫米波這樣角分辨率高的雷達制導導彈中,由于毫米波雷達波束窄,雷達分辨單元小,在質心干擾作戰時,大面積布放箔條,箔條云極易出毫米波雷達的波束角,達不到預期的干擾效果,若采用角反射器干擾技術,則可彌補箔條干擾的不足。角反射器體積小、反射頻段寬、雷達反射截面積大、有效干擾持續時間長,在進行無源干擾作戰時頻率的適應性好,能夠對付新頻段、新體制雷達,具有同時干擾不同頻率、不同方式工作的多部雷達的能力;方向適應性強,角反射器可做成全向的,以適應不同方位雷達的搜索;幾何尺寸小,同時具有較大的雷達截面,可適合對抗窄波束雷達的要求;目標特性好,由于角反射器布放后其目標特性(極化特性、RCS變化規律)與艦船相近,制導雷達難以識別。另外,角反射器在重要目標的區域防護和演習過程中可以作為海上或地面假目標使用,發揮重要作用。

6)激光誘餌彈

激光技術應用于軍事領域后,激光探測及激光制導技術得到了飛速發展,未來海戰中激光制導武器對艦船將形成嚴重威脅。如美國的“海爾法”、“幼畜”AGM-65C/E、法國的AS-30L都采用了激光制導的方法?,F在較常規的對付激光制導導彈的方法是在制導導彈和被保護艦船之間布放煙幕干擾彈,以使激光的反射和散射被遮蔽和消弱,從而達到保護艦船的目的。彈煙幕干擾受風影響較大,干擾效果十分有限。而有源激光干擾技術復雜,設備昂貴,核心解碼技術一時難以掌握,且解碼后的假目標反射特征易失真,干擾成功率有限。激光誘餌彈直接反射激光目標指示器的入射激光,不改變激光的特征(編碼、相位等),假目標特征好。對激光的反射率比艦船高得多,在進行激光引偏質心干擾時,易引偏激光制導武器,作戰使用成功率高。成本低,干擾作戰時使用方法靈活,武器效費比高。因此,激光誘餌彈是未來我們在應對激光制導反艦導彈時的最佳選擇。

4.結語

反艦導彈的威脅日益嚴重,但它并不是不可戰勝的。只要我們認真研究最新的導彈制導技術的發展方向,并及時的采取相應的干擾對抗措施,開發與之相適應的電子對抗裝備。在未來海戰中,艦船的反導自我保護能力一定會大大提高。

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