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无源光电技术对抗导弹制导的研究

发布时间:2019-06-10 20:22 来源:未知 编辑:admin

  随着导弹精确制导技术的高速发展,反舰导弹日益成为水面舰艇生存的最大威胁。为了顺应这种形式,提高水面舰艇的生存能力,西方各国相继发展出了一系列的舰载电子对抗装备。舰船电子对抗系统的主要作用是使用有源、无源干扰来同时对抗来自空中或者海上发射平台发射的多方向、多批次的多种制导方式的反舰导弹的攻击,从而保护舰船的安全。

  反舰导弹具有体积小,重量轻,掠海飞行、可多平台发射、命中精度高,速度快,射程远,威力大等特点,并且正在向隐身化、智能化、精确化、数字化、通用化方向发展。正因为反舰导弹的这些特点,它在近现代的多次海战中被多次应用,并且立下赫赫战功。如何对抗反舰导弹的攻击也成为各国海军在保护己方舰船安全时面对的最为头疼的问题。尤其是进入到20世纪六七十以后,导弹精确制导技术得到了迅猛的发展。

  从各国研制反舰导弹的发展趋势看,现在和未来一段时间的反舰导弹基本上是采用雷达、红外激光、电视等多种制导体制。据统计,在多种导弹制导技术中,采用雷达和红外制导的反舰导弹仍是主流,其总量基本占到了各国现有导弹总数的80%-90%.特别是在导弹末制导环节,雷达和红外制导更是被广泛的应用。而激光和双(多)模复合制导也是未来反舰导弹制导技术的发展方向。

  雷达制导受天气情况的影响较小,在晴天、雨天都有较好的工作状态,探测距离较远。一般包括大、中、小三种搜索状态。导引头的搜索范围会随着导弹与舰船目标距离的减小而增大。目前反舰导弹的末制导雷达基本上都是KU,X波段的“频率捷变”和“单脉冲”雷达体制。另外,末制导中还包括接近目标的偏置比例高低制导,使导弹能进行突然跃升机动飞行,因而具有良好的抗干扰能力。

  雷达(SAR)是一种高分辨率的二维成像雷达,它在军事观察方面有广泛的应用。SAR技术是雷达技术的一个重大突破,它不但使得雷达遥感具有全天候、全日时、高分辨力性能,并且还有多频段、多极化、多视向和多俯角等优点,特别适于大面积的地表成像。多频段、多极化、多视角、InSAR、超宽带SAR、FM-CW SAR以及动目标检测等新技术仍然处于不断发展完善之中。可以预见,将来合成孔径雷达技术的研究和应用必定会取得更大的突破。

  除此之外,雷达在经历了无线电、微波的发展阶段之后,目前已进入光波发展阶段,出现了激光雷达。激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物,也是未来雷达制导的发展方向。

  红外制导是利用红外探测器捕获目标自身的红外辐射能量来实现寻的制导。红外制导技术的发展至今从大的方面大致可以分为两个时期:即点源时期和成像面源时期,经历过四个阶段。上世纪60年代中期以前为第一阶段,上世纪60年代中期到70年代为第二阶段。这两个阶段的红外制导武器主要工作在1-3μm波段,红外元件大都用PbS和InSb元件,后期曾对PbS元件运用致冷技术,提高它的灵敏度。这两个阶段红外制导武器都是采用非成像制导系统,都是把被攻击的目标视为点源。这种系统有许多优点,在各种军事装备上得到了广泛的应用。但是也存在明显的缺点,抗干扰能力比较差,难以应对比较复杂的背景环境,也非常容易被干扰。

  上世纪70年代中期以后进入到红外制导技术的成像面源时期。通常,红外成像制导本身又可分为两个阶段,也就是红外制导技术发展的第三和第四阶段。在成像制导技术发展前期,出现了一种特殊方案是,采用双色(红外/紫外或双色红外)多瓣梅花图形扫描的成像制导体制。上世纪80年代后,出现了采用凝视型红外焦平面阵(IRFPA)探测器,用电子扫瞄代替机械扫描的第二代红外成像制导武器。不但分辨率高、动态范围大、抗干扰能力强,而且具有自主捕获目标,在复杂情况下自动决策及比较好的昼夜工作能力。同时8-14μm的红外辐射透过能力强,作用距离也得到了很大的提高。

  激光制导是60年代开始发展的新技术,以激光为信息载体引导弹头,实施跟踪及精确打击。激光制导是由弹上或弹外的激光束照射在目标上,弹上的激光导引头等制导装置利用目标漫反射或敏感发射光束,跟踪目标导引导弹或制导导弹命中目标的制导技术。按工作原理不同,激光制导分为“寻的式”和“视线式”

  两大类,寻的式制导可分为半主动式和全主动式,视线式制导又分为波束式和指令式。弹上导引头与激光照射器配置于两地的激光制导方式被称为半主动式。激光器照射目标,导引头接收出射激光或目标反射激光,测量弹的飞行误差,实现自动控制,最终使战斗部击中目标。这种制导方式应用的最多,但优点和缺点都同样明显。全主动式将照射器和寻的器集成于弹体内,弹体发射激光照射目标,寻的器自动接收目标反射光,通过控制系统导引弹头精确打击。全主动式发射后不用人工干预,目标的激光成像特征装订在弹体中,获得其三维图像后自动识别型号和毁伤程度,进行选择性攻击。

  激光制导具有制导精度高、目标分辨率高、抗干扰能力强、体积小、质量轻等优点。

  但激光光束易受云、雾和烟尘的影响,不能全天候使用,如它与其它制导系统组合,将具有更加广泛的用途。

  随着电子战战场环境越来越复杂和各种电子对抗装备的完善发展,采用单一制导模式的反舰导弹已经很难适应战场的需要,因而出现了双模和多模复合寻的制导技术,并且越来越受到各国的高度重视。进入20世纪80年代以来,得到了迅速的发展。目前,在世界上的一些国家中,已有多种双模制导导弹装备部队,还有一些正在研制和发展之中。它们主要是基于红外的双模复合制导,其中有:紫外/红外、可见光/红外、激光/红外、雷达/红外、毫米波/红外等。另外还有激光/激光雷达等双模制导。随着光电技术、微电子技术和超大规模集成技术的发展,复合寻的制导将向更多模式的复合形式发展。例如日本三菱公司正在研制的中程地空导弹,就是采用雷达/毫米波/红外3种模式相结合的制导导弹。双模和多模寻的制导发挥了各单一模式制导的优点,取长补短,具有综合优势,因而具有广泛的应用前景和发展前途。

  舰载电子对抗装备与精确制导的反舰导弹本身就是矛与盾的关系。它们相互制约,同时又互相推动着彼此向前发展。例如,面源型红外诱饵弹、宽频箔条弹、复合型干扰弹、雷达有源诱饵弹、角反射器、激光诱饵弹等。

  早期的点源型红外干扰弹对现今正在推广使用的红外成像制导导弹尚无较有效的干扰对抗效果。因此,发展一种面源型红外干扰弹,在中波和长波两个波段模拟舰船的成像辐射特性会大大提高舰船在面对面源型红外制导导弹时的生存能力。

  随着制导雷达的覆盖波段由7~18GHz的厘米波段向处于毫米波段的35GHz和94GHz这两个大气窗口延伸。早期的厘米波箔条弹和毫米波箔条弹都已经不能单独完成作战任务,实现对宽频段制导雷达的干扰。而且从作战使用的需要和提高发射装置利用效率的角度考虑,用单发的宽频段箔条弹代替原有的厘米波箔条弹和毫米波箔条弹,从而在厘米和毫米两个波段对多频段制导雷达实施干扰,提高舰船的生存能力。

  反舰导弹由单一模式制导向复合型双(多)模制导发展已经是大势所趋。在多国海军的现役装备中已经出现了双(多)模制导的反舰导弹,同时还有一些正在研制过程中。对抗单一制导模式的干扰弹已经很难适应未来电子战的需要。在美国已经出现了采用激光/红外探测器的双模制导导弹,采用双波段毫米波/红外光纤制导导弹,双模式雷达/红外制导导弹,双模式半主动激光/激光雷达制导导弹的相关专利文献。针对这些新形式,我们只有及时有针对性的开展相关光电对抗装备即复合型干扰弹的研发才能在未来的战场上立于不败之地。

  随着新型反舰导弹的出现和发展,传统的防御反舰导弹电子战方法的有效性大大降低。

  舷外有源诱饵通过放大和转发敌方雷达的信号,与水面舰艇的真实回波信号共同作用来完成对反舰导弹的诱骗。与箔条云相比,有源诱饵具有多方面的优势:反射截面更大、欺骗性更强、不存在天线波束切割箔条云的现象、可以很容易的生成具有多种不同调制波形的假目标,具有反辐射导弹的能力等等。同时,相关研究表明,使用有源干扰和无源干扰相结合,配合一定的战术方法可以使箔条云的有效反射面积提高很多倍。

  随着电子技术的发展,采用新型雷达制导的导弹(如:毫米波雷达制导、抗箔条雷达制导导弹)智能化程度在不断提高,使得靠布放箔条形成箔条云假目标的传统无源对抗技术,已不能完全满足未来舰艇对抗新体制雷达制导导弹的需求,特别是在对抗象毫米波这样角分辨率高的雷达制导导弹中,由于毫米波雷达波束窄,雷达分辨单元小,在质心干扰作战时,大面积布放箔条,箔条云极易出毫米波雷达的波束角,达不到预期的干扰效果,若采用角反射器干扰技术,则可弥补箔条干扰的不足。角反射器体积小、反射频段宽、雷达反射截面积大、有效干扰持续时间长,在进行无源干扰作战时频率的适应性好,能够对付新频段、新体制雷达,具有同时干扰不同频率、不同方式工作的多部雷达的能力;方向适应性强,角反射器可做成全向的,以适应不同方位雷达的搜索;几何尺寸小,同时具有较大的雷达截面,可适合对抗窄波束雷达的要求;目标特性好,由于角反射器布放后其目标特性(极化特性、RCS变化规律)与舰船相近,制导雷达难以识别。另外,角反射器在重要目标的区域防护和演习过程中可以作为海上或地面假目标使用,发挥重要作用。

  激光技术应用于军事领域后,激光探测及激光制导技术得到了飞速发展,未来海战中激光制导武器对舰船将形成严重威胁。如美国的“海尔法”、“幼畜”AGM-65C/E、法国的AS-30L都采用了激光制导的方法。现在较常规的对付激光制导导弹的方法是在制导导弹和被保护舰船之间布放烟幕干扰弹,以使激光的反射和散射被遮蔽和消弱,从而达到保护舰船的目的。弹烟幕干扰受风影响较大,干扰效果十分有限。而有源激光干扰技术复杂,设备昂贵,核心解码技术一时难以掌握,且解码后的假目标反射特征易失真,干扰成功率有限。激光诱饵弹直接反射激光目标指示器的入射激光,不改变激光的特征(编码、相位等),假目标特征好。对激光的反射率比舰船高得多,在进行激光引偏质心干扰时,易引偏激光制导武器,作战使用成功率高。成本低,干扰作战时使用方法灵活,武器效费比高。因此,激光诱饵弹是未来我们在应对激光制导反舰导弹时的最佳选择。

  反舰导弹的威胁日益严重,但它并不是不可战胜的。只要我们认真研究最新的导弹制导技术的发展方向,并及时的采取相应的干扰对抗措施,开发与之相适应的电子对抗装备。在未来海战中,舰船的反导自我保护能力一定会大大提高。

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