機載導彈告警技術的裝備與發展*

劉 波

(陸軍航空兵學院 北京 101123)

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機載導彈告警技術的裝備與發展*

劉 波

(陸軍航空兵學院 北京 101123)

機載導彈告警技術主要包括激光告警、紅外告警和紫外告警。文章介紹了國外載導彈告警機技術的裝備與現狀,最后論述了機載導彈告警技術的發展動向與分析。

紅外告警; 紫外告警; 雙色告警

Class Number TN97

1 引言

對來襲導彈的偵察告警是作戰飛機獲取威脅信息、啟動激光/紅外干擾并進行戰術規避的關鍵技術,它可以連續工作,對相當大空域內的威脅以很低的虛警率并能及時、精確地告警,提示平臺采取相應對抗措施,從而提高了作戰飛機在低空突防、空中格斗、近距支援、對地攻擊、起飛和著陸等情況下對近距激光/紅外制導的空-空導彈和短程地-空導彈的對抗能力。本文就導彈告警技術、裝備概況、發展動向、發展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 導彈告警技術

導彈告警技術主要包括激光告警、紅外告警、紫外告警[2]。

2.1 激光告警

激光告警是作戰飛機針對戰場復雜的激光威脅源,及時準確地探測敵方發射的激光信號,確定其入射方向,發出警報。激光告警的特點:接收視場大,覆蓋空域廣;頻帶寬,包括短、中、長激光波長;虛警率低、探測概率高、動態范圍寬;方向識別能力強;反應的時間短;體積小(重量輕)。

2.2 紅外告警

紅外告警是作戰飛機采用紅外掃描或凝視成像探測器,并且多采用中波波段實現對遠距離高溫小目標(導彈)的被動探測。其特點:自身隱蔽性好、抗干擾能力強、探測目標范圍廣、作用距離比紫外告警遠。紅外告警系統既能探測到導彈發動機的強紅外輻射,也能探測導彈蒙皮氣動加熱形成的高溫。

2.3 紫外告警

機載紫外告警技術通過導彈發射或飛行時,發動機噴出的尾焰中含有的較強紫外輻射,采用相應紫外探測器測出導彈飛行運動情況。

3 裝備概況

機載導彈告警設備主要包括激光告警設備、紅外告警設備和紫外告警設備[3]。

3.1 激光告警設備

激光告警設備主要由激光光學接收系統、光電傳感器、信號處理器、顯示與告警裝置等部分組成。

例如,美國的AN/AVR-2相干型告警器已廣泛裝備水面艦艇和直升機,其成像型高精度激光接收機(HALWR)的測量精度接近1毫弧度(0.06°)。

美空軍SLIPAR短脈沖激光告警接收器,由Tracor公司開發,其技術性能比AN/AVR-2更先進。SLIPAR采用電池供電,可安裝在各種平臺上,這種告警器最適合作戰飛機,其大小相當于車載雷達監視器。

Skylight是Tracor公司研制的供高性能飛機使用的高精度、高靈敏度激光告警系統。Skylight采用光纖耦合技術,有很強的抗電磁干擾能力。

俄羅斯的艦載Spektr-F激光告警系統能對付嚴重的背景干擾,單脈沖截獲概率為95%,最大探測距離達20km～25km。

德國通用激光探測系統(COLDS)的工作波段為0.4μm～1.7μm、2.0μm～6.0μm和5.0μm～12.0μm。

英國Avimo公司研制的-LWD-21ES增強型告警器。它使用多個探測器陣列,每個陣列覆蓋方位180°,其分辨率為±7.5°。光譜覆蓋擴展到1.6μm。Avimo公司已制造了三種類型的LWD-21ES,并配有煙幕發射裝置的一體化自衛系統。

救星(Saviour)告警器由Racal雷達防御系統公司研制,它裝備直升機成功地探測出15km遠的激光輻射。Saviour在坦克、直升機上和保護橋梁的試驗中,告警器自動控制發射煙幕,使目標得到了完全的遮掩。

以色列Moked工程公司研制的第三只眼(ThirdEye)告警系統。這種告警器用來裝備坦克、裝甲車輛以及出口,而新研制的產品可裝備戰斗機和直升機。在以色列工業公司的基座操作多裝彈發射系統(POMLS)中,采用了Amcoram LWS-2激光告警器。

3.2 紅外告警設備

紅外告警設備主要包括美國的AAR-44、AAR-56,德國的PIMAWS,法國的SAMIR導彈告警系統等。

其中,AAR-58紅外告警設備的前身為AAR-44(V),改進后的AAR-58采用單一裝置的設計,探測頭、掃描器和處理器均安裝在一起,重量9kg,導彈報警系統的全部計算功能都包括在容器中。采用這種單一裝置的設計,便于安裝和與定向相干對抗投放系統組合。掃描器采用雙波段轉動掃描器,能覆蓋75%的全球空域。

德國EADS公司研制的雙色紅外導彈告警系統,采用先進的紅外超點陣探測器技術,在保持紅外探測器測距性能的情況下,其虛警率大幅降低,是世界上第一種應用單片多色紅外同時探測技術的導彈告警系統。

法國SAGEM、MatraBAE動力系統公司聯合研制了SAMIR導彈告警系統,采用了先進的信號處理技術和紅外雙色探測技術、綜合冷卻裝置,有對多導彈威脅的探測能力,具有高探測概率和低虛警率,并能及時啟動有效的電子對抗措施,能安裝在各種類型的飛機平臺,其探測器采用了3m～5m波段MCT線陣(10元×2列)掃描式雙光譜探測,覆蓋區域:水平180°,垂直85°,角分辨率1°,重量:9kg。尺寸:295×170×160。

諾斯羅普·格魯曼公司為美國空軍大型飛機紅外定向對抗(LAIRCM)系統研制的多成像、多光譜(MIMS)雙色紅外導彈告警系統,以及由歐洲航空防務與航天公司(EADS)和泰利斯公司合作為歐洲A400M大型軍用運輸機開發制造的雙色紅外導彈告警系統(MIRAS)裝備在F-35上的AN/AAQ-37紅外分布孔徑系統由六個雙色紅外傳感器提供360°覆蓋。[5]。

3.3 紫外告警設備

第三，精心挑選制度籠子的設計、施工人員。編織限制領導干部權力之制度籠子是一項嚴肅的政治任務，這一任務的順利完成除了設計科學合理、用料質優外，還必須有責任意識強、編織技藝高超的能工巧匠。在人員選擇上，應當把所有承擔了領導職務的人員通通排除在外，而盡可能地選擇那些無職無權的平頭百姓、專家學者和其他社會精英，放手讓他們來承擔制度籠子的規劃、計設與施工。為此，應當以切實有效的措施，把握住人員入選關，以防止心術不正者通過不正當的方式混入設計、施工隊伍，偷工減料而制造偽冒假劣產品。

紫外告警系統的探測器可對導彈尾焰的紫外輻射進行探測并確定來襲導彈的方向和飛行時間。

第一代紫外告警設備采用日盲型光電信增管為探測器,如美國的AN/AAR-47、以色列的吉他-300、吉他-320和南非的MAW型。其中,AN/AAR-47系統是為美海軍直升機、輕型固定翼飛機和A-16、C-130等運輸機研制的。該系統由四個紫外光電倍增管組件組成,可在導彈到達前2s～4s發出聲光告警,并能顯示來襲導彈的高度和方向。

第二代紫外告警系統AAR-47A和AAR-47B型是AN/AAR-47的加強型,在紫外光學設備的周圍加裝了四個激光探測器,構成紫外/激光復合告警系統。

第三代告警系統采用了高性能凝視紫外成像探測器。如美國的(AMAWS)、AN/AAR-60、法德聯合研制的MILDS-2,以及以色列的吉他-350型紫外告警設備。其中,MILDS告警系統可探測超音速導彈,其反應時間0.5s、角分辨率為1°、探測距離為5km。AMAWS系統是以面陣列器件對所警戒的空域進行成像探測,采用八個紫外成像增強器,其中六個紫外成像增強器單元就可覆蓋全球空域。

4 發展動向

1) 直升機地形狀態感知及告警系統與雷達高度表結合提高告警能力。2009年2月,FreeFlight系統公司正在與Sandel航空電子公司合作,將Sandel公司的ST3400H直升機地形狀態感知和告警系統(HTAWS)與FreeFlight系統公司高性能的RA-4000系列雷達高度表(包括帶有ARINC 429接口的新型產品RA-4500)集成。Sandel公司的ST3400H直升機地形狀態感知和告警系統是一種自備式系統,取得了TSO-C194認證。該系統采用了一種專利的、帶LED背光的3-ATI高亮度/高分辨率顯示技術。ST3400H系統與FreeFlight系統公司取得了TSO-C87認證的雷達高度表(RA-4000或RA-4500)集成后,將使HTAWS能夠在給飛行員提供超高分辨率地形、障礙物、空中交通情況以及離地高度等信息連續顯示的同時,還具有告警能力。當與RA-4000或RA-4500雷達高度表集成后,ST3400H將提供A-級告警能力,除了基本的TAWS告警以外,還有話音高度告警功能等[4]。

2) ATK公司研制直升機用炮火告警系統。2009年9月,阿連特技術系統公司(Alliant Techsystems/ATK)將開始為美國海軍直升機研制一種能夠探測炮火射擊的新型傳感器,8月20日,海軍與該公司簽署了一項價值200萬美元的額外測試和數據收集工作合同,此合同中還包括激光告警器錯報問題的作戰飛行解決方案[5]。

ATK將在其AAR-47導彈告警系統中加入敵方炮火指示器。這種組合系統將能夠為直升機機務人員提供導彈和小型火力武器攻擊告警。

這種敵方炮火指示器的能力同樣也是聯合威脅獲知系統(joint and allied threat awareness system,JATAS)的一項關鍵要求。美國海軍現已取代了AAR-47系統。

3) 臺灣為P-3C海上巡邏機訂購導彈來襲告警系統。2009年9月,美國艾利安特技術系統公司綜合系統部為臺灣提供一批AAR-47導彈來襲告警系統(MAWS)、總價值170萬美元的合同已經簽署[6]。

AAR-47是一種被動導彈預警系統。上述這批系統現已裝在臺灣向洛·馬公司已訂購的12架P-3C獵戶海上巡邏機上。

4) 斯洛文尼亞警用直升機將裝備HELLAS障礙物告警系統。2009年11月,歐洲航空防務及航天公司將在年底前為斯洛文尼亞警用直升機飛行中隊的貝爾直升機提供直升機激光雷達(Helicopter Laser Radar,HELLAS)障礙物告警系統[7]。

HELLAS系統能夠在能見度非常低的情況下甚至是夜間工作,可幫助飛行員探測和規避小型障礙物,如高壓線等。系統利用人眼安全的激光束掃描直升機前方領空,對電線等的精確探測距離可達1km。HELLAS的顯示器可為飛行員顯示前方地形灰度圖。潛在障礙物以紅色顯示,直升機駕駛員可以及時識別,并采取適當的規避措施。

目前,已有50多套HELLAS系統裝備到了德國警用直升機、德國營救直升機和泰國空軍直升機等。德國和芬蘭NH90運輸直升機也已裝備該系統。

5) 阿連特公司為美國及盟軍飛機提供AAR-47導彈告警系統。2010年10月,ATK公司已收到美國海軍一份價值6700萬美元的不定期交付不定數量(IDIQ)合同,以生產AAR-47導彈告警系統的武器可更換組件(WRAs)。該合同涵蓋新組件和改造組件的生產,包括光學傳感器、控制指示器和計算機處理器[8]。

ATK公司的AAR-47導彈告警系統是一種電子戰系統,旨在保護直升機和飛機,抵御地對空導彈的威脅。它還提醒飛行員辨別來自激光制導和激光輔助武器的威脅。AAR-47導彈告警系統安裝在美國及其超過16個盟國的飛機上。該系統安裝在2600多架固定和旋轉翼飛機,包括C-5、C-17、C-130、P-3、AH-1W、UH-1N、V-22等飛機。

ATK公司國防電子系統副總裁比爾卡斯廷說:AAR-47系統是經過作戰驗證的飛機生存系統,拯救無數的飛機機組人員。我們開發提供經濟可靠的電子戰系統,以保護美國及其盟國的軍事飛行員。

6) ATK公司為AAR-47導彈告警系統提供敵火力指示能力。2011年5月,ATK公司宣布其最新研制的敵火力指示技術將用于升級海軍的AAR-47導彈告警系統。除了探測來襲導彈外,新敵火力指示技術還可幫助探測小口徑武器火力和火箭彈,提供增強的防護能力。ATK公司是首個為導彈告警系統提供這種重要能力的公司[9]。

ATK公司的AAR-47導彈告警系統是經過作戰驗證的電子戰系統,可用于保護直升機和固定翼飛機免受面空導彈的襲擊。AAR-47系統增加敵火力指示能力后,可幫助直升機和固定翼飛機乘員探測各種威脅。敵火力指示技術僅是對軟件升級,無需調整AAR-47的硬件組件。

7) 美國陸軍為C-RAM系統訂購傳感和告警系統。2011年11月,美國陸軍與美國諾斯羅普·格魯曼公司簽訂一份合同,為部署在阿富汗和伊拉克的反火箭彈、炮彈和迫擊炮彈(C-RAM)系統訂購傳感和告警系統[10]。

雙方簽訂的合同總價值1.24億美元。該合同包括2部分,一部分是2010年簽訂的價值7600萬美元第一年任務訂單的備選合同;另外一部分是4800萬美元的擴展合同,美國陸軍為部署在阿富汗和伊拉克的C-RAM系統訂購傳感和告警系統。

C-RAM系統的設計采用傳感器,指揮和控制(C2)和可視化的工具,可針對來襲的間接火力為士兵提供早期告警。該系統已經被美國陸軍部署到阿富汗,用以保護部隊,支持駐阿富汗的持久自由行動。

5 發展分析

機載導彈告警技術的發展趨勢:發展分布孔徑紅外系統、多光譜紅外告警、雙色告警技術、全波段激光告警、一體化的綜合告警技術[11]。

1) 發展分布孔徑紅外系統。分布孔徑紅外系統(DAIRS)是基于紅外告警系統,可實現連續的高分辨率全空間覆蓋,其多種功能包括導彈逼近告警、近距紅外態勢感知(SAIRST)、下視紅外目標指示、輔助導航等,可與頭盔瞄準系統耦合使飛行員能下視、側視或后視。

2) 發展多光譜紅外告警。通過多光譜光電傳感器獲取目標的光譜信息以及對主目標、背景光譜維信息的處理,提高對目標的識別能力并充分降低虛(誤)警技術,是導彈告警技術未來發展的重要趨勢。雙色紅外告警是目前最為先進的光電告警機制。

3) 發展雙色告警技術。雙色紅外波段和圖像識別算法的大幅改進,可對復雜的背景進行抑制,提高對目標的探測效果,并降低虛警率,使紅外導彈逼近告警設備具有實際應用的能力,已越來越受到世界各國的重視。例如,紅外/紫外復合告警是大視場紫外告警和小視場紅外告警的綜合。紫外告警由多個成像型探測頭構成,可對空域進行全方位監視;紅外告警則是一個小視場的跟蹤系統,紫外告警探測截獲威脅目標后,把威脅方位信息傳給中央控制器,中央控制器通過控制多軸向轉動裝置完成對紅外告警的引導,由于導彈發動機燃燒完畢后仍有較低的紅外輻射量,紅外告警可對目標繼續跟蹤,所以二者可以“接力”方式工作。

例如,美國F-22戰斗機裝備的告警系統,可利用紫外輻射、可見光、紅外輻射直至毫米波實施偵察告警;英國普萊西雷達公司研制的復合光電偵察告警器能有效地探測紅外探照燈和兩種激光。

4) 發展全波段激光告警。研制全波段激光告警器和激光警戒接收機,使其范圍覆蓋可見光、近紅外、中紅外直至遠紅外波段,并具有一定的波長識別能力。

5) 發展一體化的綜合告警技術。紅外告警→紫外告警→雙色告警這一技術發展沿革構成了幾十年來機載導彈告警發展的路線圖,先進的探測器陣列和處理技術更促使越來越多的小型傳感器在飛機上應用,同時雙色紅外告警系統已形成裝備,并與其他光電裝備形成搭配,將導彈告警、態勢感知、輔助導航、編飛等多功能綜合一體化。

6 結語

隨著激光告警、紅外告警、紫外告警和一體化綜合告警技術的不斷研制和開發,其告警精度越來越高,其效果越來越好,在未來現代化戰爭或局部戰爭中,對于防空反導來說,適時運用一體化綜合告警技術,就能夠有效地保護自身目標的安全[12]。

[1] 趙勛杰,張英遠,高稚允.紫外告警技術[J].紅外與激光工程,2004,33(1):5-9.

[2] 陳健,于洪君.光電對抗與軍用光電技術研究進展[J].光機電信息,2010,27(11):12-17.

[3] 周玉龍.超大視場紅外告警系統的成像特點分析[J].應用光學,2010,31(6):871-875.

[4] 直升機地形狀態感知及告警系統與雷達高度表結合提高告警能力[N].2009-03-12.

[5] ATK公司研制直升機用炮火告警系統[N].每日防務快訊,2009-09-18.

[6] 臺灣為P-3C海上巡邏機訂購導彈來襲告警系統[N].每日防務快訊,2009-09-30.

[7] 斯洛文尼亞警用直升機將裝備HELLAS障礙物告警系統[N].每日防務快訊,2009-11-16.

[8] 阿連特公司為美國及盟軍飛機提供AAR-47導彈告警系統[N].每日防務快訊,2010-11-10.

[9] ATK公司為AAR-47導彈告警系統提供敵火力指示能力[N].每日防務快訊,2011-06-07.

[10] 美國陸軍為C-RAM系統訂購傳感和告警系統[N].每日防務快訊,2011-11-10.

[11] 陳兆兵,郭勁,姜偉偉.紅外告警設備的應用現狀與發展趨勢[J].光機電信息,2008,25(9):0037.

[12] 趙勛杰.導彈逼近光電綜合告警[J].紅外與激光工程,2001,30(6):447-450.

Equipment Technique and Development of Airborne Missile Warning Technology

LIU Bo

(Institute of the Army Aviation, Beijing 101123)

The airborne missile warning technology includes laser warning alarm, infrared and ultraviolet warning. The paper introduces the present situation of equipment and missile warning machine technology abroad, finally discusses the development trend and analysis of airborne missile warning technology.

IR Warning, UV warning, two-color warning

2014年9月7日,

2014年10月23日

劉波,女,碩士,講師,研究方向:航空儀表電氣控制。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.004