激光紅外干擾技術的發展動向與分析＊

李海剛 張 潔

（中國電子科技集團公司第五十三研究所 錦州 121000）

1 引言

紅外熱成像制導具有高靈敏、長距離、全時候的特點，在精確制導武器占主導的現代戰爭中扮演著極其重要的角色。近期局部戰爭的戰果表明，紅外成像型的精確制導武器對一些重點目標的威脅日益嚴重，如何消除這類威脅是當前研究的重點。為了有效地對抗紅外制導導彈的攻擊，保護自身目標的安全，各國都加強了紅外對抗技術的研制和開發。本文就激光紅外對抗技術、發展動向、發展分析等，作進一步的研究和探討。

2 激光紅外干擾技術

紅外熱成像制導雖具有較高的敏感度，但也極易受到強光的干擾，采用波段匹配的激光束對紅外熱成像制導實施干擾，使其暫時失效或永久損傷，導致紅外熱成像制導不能正常工作，而偏離目標。

2.1 激光干擾

目前常用的熱像儀都采用微測輻射熱計焦平面，經紅外成像光學系統聚焦成像。以非制冷熱像儀為例，位于微測輻射熱焦平面上的半導體薄膜會隨溫度的升高而發生相變。激光光束經過熱像儀前端光學系統會在焦平面處聚焦，對熱敏組件造成干擾。焦平面上被干擾的像元和陣列的半徑隨激光光束能量的增加而增大。由于產生干擾效果需要較高的激光功率密度，連續激光器功率密度普遍較低，因而通常干擾熱像儀所采用的激光器為脈沖體制。對激光脈沖重復頻率的要求則取決于熱像儀幀頻頻率以及熱像儀積分時間間隔。

激光發散角為θ，激光器距離熱像儀的距離為L，則激光到達熱像儀時的光斑面積S：

熱像儀傳感器陣元上的激光功率密度I：

式中：P為激光器的輸出功率，τ為光學鏡頭的透過率，α為激光透過單位大氣長度的衰減系數。試驗中，α＝0.105km－1，L＝3km，τ＝0.8，則

在本試驗中，激光光源可以認為距離目標無窮遠，其在紅外熱像儀的探測陣列上成像的直徑為?1：

D為熱像儀光學系統的通光直徑，試驗中，D＝100mm。f為紅外成像系統光學系統焦距，λ為激光波長。以直接瞄準的方式對紅外熱成像系統進行干擾時，干擾光束基本為平行光，且對熱像儀鏡頭全覆蓋，熱像儀光學系統的增益G可表示為

將各參量代入式（5），可計算得出試驗中所取光學系統的增益G＝1.52×105。

2.2 干擾分析

對非制冷式熱像儀進行的干擾試驗中，脈沖體制的CO2激光器在平均功率不足射頻CO2激光器平均功率1／2的輸出時，在干擾效果上仍明顯要好于射頻CO2激光器。由式（2）和式（5）可知，這主要是由于脈沖體制的CO2激光器有著非常高的峰值功率，經光學系統增益后，很容易使處于焦平面處的光敏探測面上的部分像元達到飽和，進而形成串擾，在整個探測器視場里形成耀斑，達到預期效果。

在對制冷式熱像儀進行的干擾試驗中，射頻CO2激光器在干擾效果上雖不如脈沖CO2激光器顯著，但在干擾概率上，優于脈沖CO2激光器，可以達到每幀視頻均有干擾亮斑出現，這主要是由于制冷式熱像儀的積分時間短，因而對脈沖體制CO2激光器的重復頻率有著較高的要求。當脈沖CO2激光器的重復頻率為1200Hz時，出現的干擾概率約為40%，當脈沖重復頻率為1500Hz時，出現干擾概率約為44.4%，由此可以推算出制冷式熱像儀的積分時間在300μs左右。激光脈沖重復頻率至少為3400Hz左右時才能保證干擾概率達到100%，射頻激光器的調制頻率為5kHz，因而每幀視頻均有干擾亮斑出現，達到預期效果。

2.3 定向紅外干擾

定向紅外干擾可以采用常規的紅外光源也可以采用激光，而激光能在干擾光束中集中更大的能量。同其它紅外對抗方法相比，相干光（激光）定向紅外對抗（CDIRCM）技術能提供更遠的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾制導系統先進的新一代紅外導彈。

為使紅外干擾光束及時準確指向來襲導彈，必須跟蹤導彈并給出導彈的方位數據。這項功能是由導彈逼近報警系統完成的。一般采用無源紅外或紫外探測的導彈逼近報警系統，它具有360°覆蓋范圍。由于導彈逼近報警系統無源探測，且紅外干擾能量定向發射，所以大大提高了載機的隱蔽性。

將激光輻射用于干擾裝置，已成為光電對抗技術中的一個重要分支，并稱為定向紅外干擾（DIRCM）技術。

實現DIRCM有兩種不同的方法：一是非閉環技術，通過將一束由非相干的閃光燈或激光產生的紅外能指向紅外導引頭使之受到干擾或工作混亂。另一種是閉環技術，它發射激光并接收導引頭反射的激光能量，通過分析反射回波來確定紅外導彈的參數，然后選擇最有效的方式來對抗紅外導引頭。

在DIRCM系統中，AN／AAR－54探測來襲導彈的排氣羽煙，并將方向數據提供給轉向子系統。轉塔（或轉塔組）經過適當校準后，跟蹤子系統生成一個目標框，計算出將要出現的威脅，在攻擊期間保持轉塔在框中對準。這種系統已安裝到C－17和特種部隊的C－ISO飛機上。

為了提升F－16戰斗機的防御能力，Terma公司開發出了AN／ALQ－213電子戰管理系統。該系統利用一個基于計算機的電子戰管理裝置和一個電子戰主指示裝置取代F－16戰斗機上原有的AN／ALR－69雷達告警接收機、AN／ALQ－162干擾機和AN／ALE－40投放器的大部分控制器和指示裝置。系統可以進行自保護編程，有手動、半自動和全自動三種模式供飛行員選擇。通過自動分析來襲威脅，系統可以選擇出最有效的對抗組合。系統進一步的改進包括提高計算機性能以及增加戰術威脅顯示器等。一些國家已經將這種系統裝備到運輸機和直升機上。

安裝在最新戰斗機上的一種系統是泰利斯公司／MBDA公司共同開發的SPECTRA系統。該系統可以對抗雷達、紅外和激光的威脅。SPECTRA包括相控陣雷達干擾機，安裝在"陣風"戰斗機的機身內，組件通過專用數據總線和中央系統處理器集成。同時系統中還包括MBDA公司提供的紅外導彈發射探測傳感器以及紅外誘餌和箔條投放器。SPECTRA系統采用的技術包括干涉測量法、數字頻率存儲、電子掃描、多光譜紅外探測、圖像處理以及人工智能、單片微波集成電路和超高速集成電路。

在攻擊直升機上也可以發現類似的系統。其中的典型產品是Selex公司的HIDAS。HIDAS由Selex公司的“天空衛士2000”雷達告警接收機、1223系列激光告警接收機、BAE系統（北美）公司生產的AN／AAR－57導彈告警系統、泰利斯光電子公司的Victon 78系列455型投放器系統以及防御輔助套件控制器組成。系統還可以增加一個雷達干擾機和一個諸如“復仇女神”DIRCM的定向紅外對抗系統。目前該系統集成在WAH－64攻擊直升機以及希臘和科威特的“阿帕奇”直升機上。

3 發展動向

1）激光定向紅外對抗系統成功挽救多架面臨防空導彈威脅的直升機。美國《每日航宇》2010年1月8日報道：美陸軍負責人表示，首架CH－47D在經歷多種紅外制導防空導彈攻擊后仍得以幸存，該直升機剛剛完成激光定向紅外對抗系統改進。美國陸軍負責紅外對抗（IRCM）的產品經理皮克林表示，“支奴干”在應對多種紅外制導便攜式防空導彈這一復雜戰場環境方面是很成功的。阿富汗和伊拉克極端分子攻擊的主要目標就是美國陸軍的CH－47D“支奴干”重型運輸直升機，這種直升機可以搭載30名士兵和重要的軍事設備。皮克林表示，“對于極端分子的攻擊行動來說，擊落一架直升機將是巨大的勝利。搭載30人的‘支奴干’若被擊落將是一個轟動全球的新聞。如果每周被擊落一架并持續6周，那么意味著戰爭即將結束了?！?/p>

由于“支奴干”飛行升限高，正好適應了阿富汗高山較多的地形特點，因此“支奴干”在阿富汗使用的數量很大。美國陸軍在阿富汗現已裝備了13架升級的“支奴干”，伊拉克先前也已裝備了一架升級過的“支奴干”。駐扎在伊拉克和阿富汗那些未進行升級的“支奴干”機隊將在階段性維護期間完成升級工作。配備有新型防護系統的升級直升機飛行時間已超過1000小時。先進威脅紅外對抗系統（ATIRCM）是旋翼機應對作戰威脅的分層防御的重要組成部分，ATIRCM中包含了激光設備。皮克林表示，我們有能識別出導彈類型的告警系統，我們也有能對抗紅外導彈的曳光彈，以及配有激光器并能擊毀任何現役紅外導彈的ATIRCM，但我們也知道將來會出現更大、更好的導彈?！逗娇罩芸窂钠渌戃姽賳T那獲知，ATIRCM可以對抗俄羅斯研制的SA－16，盡管現在黑市上已經在出售SA－18，但在作戰中還沒遇到SA－18。在阿富汗，“支奴干”作戰高度較高的特點已變得非常重要，重型運輸平臺的需求使它們更易成為被攻擊的目標。BAE系統公司負責生存力和防護的首席技術官員表示，我所看到的能保持我們警醒的一個傾向是許多低技術武器的使用，尤其是在像阿富汗這樣復雜、非對稱威脅環境下。任何人在互聯網上花費1萬美元就可以買到激光測距儀、夜視儀或微光熱成像硬件，而且極端分子一點也不缺錢。當他們將這些高技術傳感器和低技術武器相結合，就會很明顯地提高攻擊效率。應對這些威脅對于我們來說是真實的挑戰。裝備 AN／ALQ－212（V）ATIRCM是美國陸軍2008年7月預定的第一波快速反應能力的一部分，AN／ALQ－212（V）包括用于發現敵方防空導彈的紅外傳感器和用于迷惑紅外導引頭并使其偏轉的激光干擾機。更好的是，通過使用威脅信號的系統庫，ATIRCM可以控制一束經過調制的干擾能量去誤導或壓制特定的敵方導彈的導引頭。

2）諾·格公司開發用于直升機的多波段紅外反導彈系統。英國《國際飛行》2010年1月28日報道］ 諾·格公司聲稱，最近進行的一系列試驗驗證了專為美國陸軍直升機開發的一種基于直升機的反導系統的可靠性，這為在美軍數千架直升機上裝備反導彈系統提供機遇。美國陸軍最關注的情況之一是在將為固定翼飛機設計的多波段干擾機縮小成用于直升機的系統時所產生的可靠性方面的風險問題。

諾·格公司的這種系統包括一個重4.4kg的激光器，累積試驗時間超過655小時。盡管這只是一種預生產的原型產品，但該系統驗證了與成熟技術有關的可靠性水平。諾·格公司／Selex公司的系統是基于單一干擾頭，而一些競爭對手已采用了一種分布式口徑方案。諾斯羅普公司也曾考慮過這種設計方案，但考慮到用于在各個分布式的口徑間傳輸信號的光纖技術的成熟性等問題，最終放棄了這種技術方案。采用分布式口徑方案需要給激光器配裝一個光纖耦合器，而這種技術目前還不成熟。諾·格公司稱：“未來這種技術是很有希望的，但仍需進行多年的研發工作”。

3）美國海軍將發展半導體激光器技術以對抗紅外制導武器。美國《軍用航空航天電子學》網站2010年5月19日報道：美國海軍正在積極探索多波長直接寬帶隙半導體激光器技術，該技術可干擾精確制導武器中的紅外傳感器。海軍研究辦公室（ONR）上周授予Daylight Solutions公司一項140萬美元的合同，研制可對抗紅外制導武器的激光器。這種激光器可干擾現役紅外制導武器中波長在1～2、3～5和8～12μm的掃描和焦平面陣列成像傳感器。Daylight Solutions公司主要從事量子級聯激光器（QCL）探測和成像系統的研究，尤其在外腔量子級聯激光器（ECQCL）方面具有一定的技術優勢。

4）紅外對抗的日光防御第四代量子級聯激光系統完成環境試驗。美國《軍事與航空航天電子學》網站2011年5月17日報道：日光解決方案公司的全資子公司—日光防御公司的軍事和航空應用的基于量子級聯激光器（QCL）JammIR系列B.4激光系統已通過環境試驗。日光基于量子級聯激光器系統已經完成了幾架直升機平臺上的飛行試驗，并通過了美國陸軍的可靠性鑒定試驗（RCT），顯示了較高的技術準備水平（TRL）。旨在降低系統重量和提高可制造性的Solaris激光集成了直接耦合指針／跟蹤器組件，并充分利用直接耦合指針／跟蹤器廣泛的傳輸特性。因此，它可以提供比可能的傳統硫與光纖耦合的指針／跟蹤器更有效的干擾線。Solaris的設計改進提供了能力上的顯著增加，同時保持產品系列高的TRL完整性。

新的軍用級Solaris系統代表了日光系列B家族多瓦，多波長激光系統產品的第四代。系列B族的先輩已被證明是符合美國軍方環保耐用性和可靠性的要求。

5）薩博公司為奧古斯塔·韋斯特蘭公司直升機提供對抗防護裝置。法國《航宇防務》2013年1月3日報道：近日，瑞典薩伯公司獲得了一份價值約1億瑞典克朗（約1529萬美元）的合同，將為奧古斯塔·韋斯特蘭公司提供一批直升機自衛與電子情報系統。

這批防護系統由電子監視載荷（ESP）和集成防護輔助套件（IDAS）組合而成。集成防護輔助套件由多傳感器告警系統和輕型煙幕布撒系統（BOP／L）組成，其中的傳感器含有導彈告警、激光告警和導彈臨近告警裝置。電子監視載荷專為直升機平臺設計，是一種結構緊湊、性能先進的電子情報系統。兩者組合可顯著提高系統高精度測向和發射機定位的性能，可在惡劣、復雜威脅環境下增強直升機平臺的生存能力。按照合同，系統開發和生產工作將分別在南非和瑞典進行，交付將于2013～2015年完成。

薩伯公司的集成防護輔助套件可裝備多種旋翼及固定翼飛機，包括薩伯公司的薩伯2000，奧古斯塔·韋斯特蘭公司的A109、A129和“超級山貓”300、波音公司的CH－47“支奴干”，丹尼爾公司的“茶隼”和“羚羊”，歐直公司的“美洲豹”、“超美洲豹”和“美洲獅”，NH工業公司的NH90，洛克希德·馬丁公司的C－130B、C－130H 和 L－100，蘇 霍 伊 公 司 的 Su－30MKM，以及印度正在開發的“北極星”直升機。

6）美國研發60kW激光用以摧毀空中威脅。美國軍事與航空航天電子學網站9月4日報道：洛克希德·馬丁公司下屬Aculight分公司的（位于美國華盛頓州巴索）激光武器專家，將幫助美國陸軍為車載激光武器系統研發一個60kW光纖激光器模塊，用以擊落敵人無人機、火箭、炮彈和迫擊炮。

“穩健電子激光器倡議”（RELI）基礎項目介紹RELI項目是在早期“聯合高能固體激光器”（JHPSSL）和“高能液體激光區域防御系統”（HELLADS）項目中研發的激光武器技術基礎上進行的研究。RELI項目是利用這兩個項目研發的技術進行的一個后續項目?！奥摵细吣芄腆w激光器”和“高能液體激光區域防御系統”項目為未來激光武器研發了包裝、冷卻和火控能力技術。RELI項目研究重點在于激光效率的大幅改善，以及包裝足夠小的可在戰術飛機和車輛上部署的激光武器。RELI項目的研究成員包括位于埃爾塞貢多的雷聲空軍系統公司，位于新墨西哥州阿爾伯克基的波音定向能項目部門，以及洛克希德·馬丁Aculight公司。其合作伙伴是美國陸軍和空軍，美國海軍也將參與其中。

“高能激光移動演示”（HEL MD）項目介紹美國陸軍空間與導彈防御司令部官員，上周宣布他們計劃授予Aculight公司一個獨家合同，為美國陸軍和波音公司定向能系統分部的聯合項目HEL MD研發60kW激光器模塊。即將簽署的合同將讓Aculight公司專家利用美軍“穩健電子激光器倡議”項目研發的技術，將激光武器能量從在“穩健電子激光器倡議”項目中演示的25kW提高到60kW。根據即將簽署的合同條款，Aculight公司將制造和集成額外的“穩健電子激光器倡議”2kW的光纖激光器模塊（該模塊與那些“穩健電子激光器倡議”下25kW實驗室激光器所要求模塊的相同），最終達到60kW輸出功率。Aculight公司專家還將描述RELI疊加光纖陣列和光譜波束聚合器在施加更強的功率下更高的熱負荷情況。

“高能激光移動演示”（HEL MD）項目的HEL MD項目是通過增加激光束能量，使它們在未來激光武器中成為足夠強大的一個連續系列的激光武器研究項目。60kW激光將被集成到HEL MD項目中，用以支持即將進行的演示。項目最終目的是研發一種利用50～100kW激光，用以對抗空中威脅的激光武器。目前，合同的價格還沒有最終確定，但陸軍官員表示他們估計合同將為期3年以上，價值2380萬美元。

7）以色列公布新型激光防御系統。美國華盛頓自由燈塔網站2014年2月13日報道：以色列近期在新加坡航空展上公布了一種由拉斐爾公司開發的激光防御系統——“鐵束”系統，該系統將能夠使用高能激光束擊落火箭彈和炮彈。據拉斐爾公司稱，“鐵束”系統明年將可投入作戰，如此以來，該系統將成為世界上第一個作戰激光武器。

“鐵束”系統為固體激光攔截器設計，通過發射定向高能激光束來摧毀目標，是一種模塊化的、可移動的系統?！拌F束”可以安裝在獨立的卡車上，與另一輛載有雷達設備的卡車協同作戰，可有效對抗近程戰術威脅，包括火箭炮、火炮和迫擊炮等空中目標，以及無人機或地面目標。

“鐵束”固態激光器由發電機驅動，可進行“多發、多目標交戰”，能夠通過摧毀所有目標挫敗大型齊射火炮攻擊。其最大攔截距離為4.5英里（約7.24km），在保證以色列邊境安全上可發揮重要作用。此外，該系統可作為防空系統的一部分或作為一個獨立的系統，全天候作戰。

“鐵束”系統的優點是附帶損害較小，對環境影響較小。同時，一般的制導攔截器每次打擊成本為千萬美元，相比而言，“鐵束”高能激光武器系統成本很低，只需計算用于發電的燃料成本，甚至可以忽略不計。

拉斐爾公司還開發了可攔截50英里外火箭炮的“鐵屋頂”系統，其射程可能還要延長。該系統三年前已具有作戰能力，在阻止從加沙地區發射的火箭炮上已被證明高度有效，但不能攔截從以色列邊界的集體農場發射的近程火箭炮。

4 發展分析

激光紅外干擾技術的發展趨勢：1）采用旋轉陣列窗定向成像與激光干擾；2）采用激光主動偵察干擾；3）采用精確時序同步控制；4）綜合化；5）一體化；6）立體化。

1）采用旋轉陣列窗定向成像與激光干擾。為實現將多種精密機構和光學裝置統一密封，同時又可使全向詳查成像及激光干擾獨立于連續旋轉掃描偵察機構，采用了旋轉陣列窗成像及干擾技術，通過精確地同步時序即可實現，同時可達到詳查及干擾應用效果。

2）采用激光主動偵察干擾。激光主動偵察干擾技術，以廣泛使用的808nm激光源作為激光輻射源，結合高靈敏度CCD器件及窄帶光學濾光提高探測信噪比，采用基于DSP的數字圖像處理技術提取目標回波圖像，從而進一步解算可疑目標的方向信息，以引導進一步詳查、實施激光干擾或記錄存儲圖像。

3）采用精確時序同步控制。采用精確時序同步控制及復合軸伺服機構，綁定激光干擾及小視場詳查功能，在滿足重頻綠光干擾效能的前提下，通過適應性降低輔助詳查成像幀率在伺服連續旋轉過程中對指定方向獨立進行詳查或激光干擾。

4）綜合化。把多個單一的干擾設備有機地結合在一起，集紅外光、可見光、激光，紫外光等多個波段于一身，集有源干擾和無源干擾手段于一體，同時通過對威脅源的分析和識別，確定最佳對抗方案和時機，從而達到最佳的對抗效果。例如，研制大面積、大載荷、高效能和寬光譜的面源紅外誘餌、氣溶膠煙幕及多波段隱身技術，可同時對抗來自敵方的紅外光、激光、可見光、紫外光等各波段制導及成像制導的威脅。

5）一體化。采用單一波段的光電對抗設備來對抗多波段光電探測和光電精確制導武器是難以奏效的，必須采用可探測干擾各主要波段光電威脅的光電探測干擾一體化、軟硬殺傷一體化的綜合光電對抗系統，來對抗多類型、多目標、多批次的光電精確制導武器。例如，定向紅外對抗系統就是一種多光譜一體化的對抗設備，它采用紫外波段做導彈逼近告警，并可實施定向紅外激光干擾。

6）立體化。為了爭奪制空權，在積極發展衛星技術的同時，利用激光技術研制反導和反衛星武器，即利用激光武器摧毀敵方彈道導彈、巡航導彈和衛星。例如，發展各類星載光電偵察、告警系統；星載無源干擾、有源干擾、反干擾技術與系統等。

5 結語

隨著激光／紅外探測和紅外成像制導技術的研制和開發，激光紅外技術也越來越成熟，已快速向綜合化、一體化、立體化等方向發展。在未來現代化戰爭或局部戰爭中，適時運用激光紅外對抗技術，就能夠有效地保護自身目標的安全。

［1］車進喜，許曉軍，張恒偉，等.紅外成像系統中激光耀斑成因機理 ［J］.紅外與激光工程，2011，40（8）：1537－1541.

［2］車進喜，張恒偉，王東，等.10.6μm CO2激光對非制冷紅外熱像儀飽和閾值的實驗研究［J］.激光與紅外，2010，40（8）：855－859.

［3］張來明，徐東東，亓風杰，等.CO2激光輻照氧化礬熱像儀的實驗［J］.光學精密工程，2011，19（2）：348－353.

［4］激光定向紅外對抗系統成功挽救多架面臨防空導彈威脅的直升機［N］.每日防務快訊，2010－01－22.

［5］諾·格公司開發用于直升機的多波段紅外反導彈系統［N］.每日防務快訊，2010－03－15.

［6］美國海軍將發展半導體激光器技術以對抗紅外制導武器［N］.每日防務快訊，2010－05－31.

［7］紅外對抗的日光防御第四代量子級聯激光系統完成環境試驗［N］.每日防務快訊，2011－05－19.

［8］薩博公司為奧古斯塔·韋斯特蘭公司直升機提供對抗防護裝置［N］.每日防務快訊，2013－01－06.

［9］美國研發60千瓦激光用以摧毀空中威脅［N］.每日防務快訊，2013－09－12.

［10］以色列公布新型激光防御系統［N］.每日防務快訊，2014－02－18.

［11］魏光輝，楊培根.激光技術在兵器工業中的應用［M］.北京：兵器工業出版社，1995：2－5.

［12］朱陳成，聶勁松，童忠誠.高重頻激光干擾模式的分析［J］.紅外與激光工程，2009，38（6）：1060－1063.