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张颜伟，白春华，蔡 猛
(1.光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471000；
2.陆装航空军代局，北京 100000；
3.中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000)
近些年来，红外制导导弹对飞机的威胁日益增加，已经从第一代发展到第四代。为了应对红外武器的威胁，红外对抗技术应运而生，其主要方式有：改变、降低载机的红外辐射强度和特性，尽可能减少被红外导引头发现的可能性；
采取各种红外干扰手段，对红外导引头进行干扰、诱骗等[1]。其中，干扰红外导引头的方法主要有投放红外干扰弹和定向红外对抗(DIRCM)等。目前，对这两种干扰方式的研究已有很多，但如何协同使用红外干扰弹和定向红外对抗尚少有研究。因此，探讨二者的协同使用，做好干扰资源的分配，使得载机即使在应对最新一代红外制导导弹时也能达到较为有效的干扰效果显得十分重要。
1.1 红外干扰弹
红外干扰弹(红外诱饵弹)自20世纪60年代产生起就随着红外制导导弹不断发展[2]。按照其作用原理可以分为MTV体制的点源红外干扰弹、面源红外干扰弹和自燃液体红外干扰弹等[3-6]。
红外制导导弹依靠探测飞机蒙皮、发动机和尾焰产生的红外辐射，对飞机进行识别和跟踪[7]。在飞机遭遇红外制导导弹攻击时，通过采取恰当的投放策略投放红外干扰弹，可使红外导引头视场内出现多个能量源，对导弹造成干扰，从而增大逃脱概率。
1.2 定向红外对抗系统
定向红外对抗系统将激光能量集中到导弹到达角的狭小立体角内，照射红外导引头，利用高精度光学仪器持续跟踪红外制导导弹，从而干扰或者饱和导引头的探测器和电路(见图1[8])，引起导引头工作紊乱，达到导弹解锁或无法找到目标的目的；
甚至可以利用高功率激光，实现对红外导引头的致眩、致盲甚至硬破坏[9]。
图1 导引头探测器饱和Fig.1 Seeker detector saturation
2.1 协同使用背景
随着制导技术的发展，红外制导导弹从最开始的近红外探测红外导引头发展到目前的红外凝视成像导引头，抗干扰能力不断增强[10]。与此同时，干扰手段也层出不穷，如红外干扰弹、红外隐身材料和定向红外对抗系统等。可以说，对抗与反对抗互相抗衡、此消彼长。
为了应对不断发展的红外制导导弹，实现干扰资源效能最大化，将定向红外对抗系统与红外干扰弹恰当协同，将大大提升载机的生存率。假定定向红外对抗系统对导弹的干扰成功率为Pd，干扰弹对导弹的干扰成功率为Pg，那么二者协同使用的干扰成功率Pz可近似地认为是二者独立作用于目标的效能之和，即Pz≈1-(1-Pd)(1-Pg)[11-12]。因此，提出了定向红外对抗与红外干扰弹协同使用策略，系统框图见图2。
图2 综合红外对抗系统框图Fig.2 Block diagram of integrated infrared countermeasure system
2.2 协同使用流程
通过将定向红外对抗系统与红外干扰弹投放器交联，构成综合红外对抗系统，同时制定协同规则库，把DIRCM和红外干扰弹协同使用(协作干扰流程如图3所示)，利用有限的干扰资源实现干扰效能最大化。
图3 协作干扰流程图Fig.3 Flow chart of cooperative interference
考虑到红外干扰弹数量有限且一旦投放容易暴露目标，而激光干扰资源较多，所以考虑二者资源均可用的情况下优先使用DIRCM进行干扰。其干扰流程可描述如下：
1) 导弹逼近告警系统告警并上报信息(此时无法确认是否为虚警)；
2) 自卫管理系统收到告警信息即调转DIRCM指向目标并进行激光干扰；
3) 导弹逼近告警系统和DIRCM对目标信息进行周期性更新，自卫管理系统根据上报信息进行威胁确认(排除虚警)；
4) 若经分析确定是虚警或已干扰成功，则该威胁解除；
5) 若经分析确定非虚警且干扰未成功，则持续进行激光干扰的同时,根据态势按照投放策略投放红外干扰弹。
为了更好地理解协同使用的过程和规则，图4展示了典型作用场景(红外导引头视角)。
图4 协同使用典型作用场景Fig.4 Typical scenario of collaborative usage
当导引头锁定飞机后，机上DIRCM指向导引头并进行激光干扰，此时导引头仍正常工作且锁定飞机；
飞机按照预定规则投放干扰弹，在DIRCM和干扰弹的共同作用下，导引头解锁、不再跟踪飞机，从而确保飞机安全。
2.3 协同使用规则
在实际使用中，一般会将飞机划分为若干防御区域或象限，针对不同方位的来袭导弹，将首先调用该区域防护设备[13]。不妨将某飞机防护区域划分为4个象限，如图5所示，每个区域可配备一个或若干个红外干扰弹投放器以及一个DIRCM。
表1给出了象限Ⅲ的协同使用规则库，覆盖了该区域各种可能情形，其余象限规则库类似。通过制定这些规则库，红外对抗系统能够在应对来袭导弹时实时响应，将DIRCM和红外干扰弹兼容有序地配合，实现现耗费较少的干扰资源,得到较好的干扰效果。
图5 飞机防护区域划分Fig.5 Division of aircraft protection area
表1 协同使用规则库示例Table 1 Example of a collaborative usage rule base
将载机、红外干扰弹、DIRCM和红外制导导弹综合起来，建立一个复杂仿真平台，如图6所示。
仿真平台由4个模块组成:载机模块、红外干扰弹模块、DIRCM模块和导弹模块。其中，载机和红外干扰弹的运动和辐射模型参考文献[14]，DIRCM模型参考文献[15-17]，导弹模型参考文献[18]。在红外对抗过程中，以脱靶量作为干扰是否有效的判断依据。同时，为简化仿真流程，没有对载机进行防护区域划分，仅对协同使用流程和规则进行仿真验证。
某三代红外制导导弹采用正交四元导引头，工作波段为3～5 μm，瞬时视场角为1.5°，飞行速度为600 m/s，有效杀伤半径为13 m，采用比例导引法进行制导。载机红外辐射强度为2700 W/sr，飞行速度为400 m/s，配备有点源红外干扰弹，红外干扰弹辐射强度为4000 W/sr,红外干扰弹初速为30 m/s。
正交四元探测器会对其视场内出现的所有辐射源识别并选择其中一个目标跟踪，而且由于采用了多种抗干扰技术，单一的对抗手段干扰效能较低。据研究，当视场内目标机和红外干扰弹的像点重合时导引头会进入抗干扰状态，此时干扰成功率更高[14,19]。所以，可以考虑协同使用DIRCM和红外干扰弹，达到较好的干扰效果。
根据上述条件，进行了大量的仿真实验。代表性实验结果如图7所示。
在仿真过程中，若不使用任何干扰手段，只采取机动策略，导弹很多时候仍能精准跟踪目标机并成功摧毁目标，目标采取S形机动,如图7(a)所示。
若采取投放红外干扰弹和飞机机动配合，仿真结果如图7(b)所示。在导弹逼近载机过程中，按照文献[13]干扰策略进行投放干扰弹，在多次实验中，干扰成功率并不理想。
若采取DIRCM和红外干扰弹协同干扰，如图7(c)所示。在飞机采用DIRCM干扰后，导弹仍不断逼近载机，导弹飞行轨迹几乎不受影响，仍是飞向飞机；
此时，系统根据当前态势，按照预定规则投放干扰弹并采取机动，导弹受影响较大并偏离飞机。
图7 仿真实验结果Fig.7 Simulation results
在多次实验中，红外干扰弹和定向红外对抗系统的协同使用有力提升了干扰成功率，相较单一干扰措施更加高效。之所以出现这种情况，原因可能是：正交四元导引头具有波门设置、幅值记忆的功能[20]。当采用定向红外对抗系统进行激光干扰时，由于激光光斑的存在，导引头进入抗干扰状态，此时投放点源干扰弹，干扰成功率增加，因为红外干扰弹辐射强度与飞机类似，而导引头进入抗干扰状态之前记录了飞机幅值，导致导引头误将某个干扰弹识别为目标，从而达到了干扰目的。
本文梳理了红外干扰弹与红外定向干扰系统的干扰原理，提出了二者协同使用策略并搭建了综合红外对抗仿真平台，仿真验证了综合对抗四元正交导引头的有效性。面对导弹制导方式的升级换代，如何利用有限的干扰资源达到良好的干扰效果是需要重点考虑的问题，下一步的重点工作是验证二者协同使用干扰成像型导引头制导导弹的效果。
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