雷達/紅外雙模導引頭技術在空空導彈上的應用展望

劉珂 李麗娟 郭玲紅

摘 要：????? 本文介紹了近年來國內外制導武器雷達/紅外雙模導引頭的應用情況， 分析了雷達/紅外雙模導引頭技術在空空導彈上的應用前景， 提出了下一代空空導彈用雙模導引頭的技術方案。 本文認為雷達/紅外雙模導引頭技術對于提高空空導彈的反隱身和抗干擾性能具有重大意義。

關鍵詞：???? 紅外/雷達復合; 雙模導引頭; 空空導彈; 多模復合制導

中圖分類號：??? TJ765? 文獻標識碼：??? A 文章編號：??? ?1673-5048（2018）01-0015-05

0 引? 言

未來戰場上的主力戰斗機如美國的F-22， F-35均有較好的隱身能力和綜合電子干擾能力。 特別是目前干擾技術發展較快， 且普遍裝備于第三代和第四代戰斗機上。 隨著關鍵技術的突破， 如數字射頻存儲（DRFM）干擾技術以及干擾發射裝置的小型化， 新型的機載電子干擾設備對當前作為空戰主力裝備的雷達型空空導彈威脅迅速增大[1]。 因此， 下一代空空導彈對導引頭提出了更高的要求， 主要包括： 必須具有優良的反隱身能力和目標綜合探測性能; 必須具有更強的抗干擾能力， 以有效對抗各種新型和復合干擾。

由于雷達制導與紅外制導在工作體制上有著良好的互補性（通常雷達為主動/半主動體制， 紅外為被動體制）， 在工作波段上有著較廣的分布性（不易被敵方在工作波段上同時干擾）， 因此雷達/紅外雙模導引頭是國內外多模復合制導技術優先發展的主要方式[2]。

目前雷達/紅外雙模導引頭已在空面導彈、 面空導彈、 反導攔截彈等武器領域得到了實際應用， 國內外都有相應的型號裝備。 在空空導彈領域， 雖然也開展了大量的研究工作， 但是受到導彈體積重量小、 目標場景復雜、 作戰任務多樣等多種因素的制約， 迄今為止國內外都沒有實際裝備列裝。

1 國內外制導武器雷達/紅外雙模導引頭發展狀況

多模復合制導技術研究始于20世紀70年代中期， 目前正處于迅速發展中， 并開始廣泛應用于各種武器系統中。 國內外采用雷達/紅外雙模導引頭的制導武器種類繁多。 按照參與復合的導引頭工作體制劃分， 主要有如下類型。

1.1 被動雷達/紅外復合導引頭

美國RIM-ll6“拉姆”導彈（見圖1）的雙模導引頭采用被動雷達/紅外（成像）分口徑復合方式， 紅外導引頭設于彈體前端， 直徑70 mm（導彈彈徑127 mm）， 兩根桿裝被動雷達天線位于彈體前端兩側。 早期的Block 0型由于采用的是多元非成像的“毒刺”導彈紅外導引頭， 迎頭作用距離較近， 只能用于末段制導， 初、 中段依靠被動雷達制導， 這就使得其只能對付主動雷達尋的反艦導彈; Block Ⅰ型采用了機電掃描的紅外成像導引頭，其視場和靈

敏度均大于早期型號， 可以實現全程制導[3]。

德國BGT公司已研制出的雙模制導導彈ARMIGER（如圖2所示）采用寬帶被動雷達/紅外成像分口徑復合方式， 紅外成像導引頭設于彈體前側下方。 導彈彈徑200 mm。 作戰使用時， ARMIGER側掛在飛機上， 使雷達導引頭能更好地探測目標; 發射后， 在

初制導階段， 彈體滾轉到合適姿態， 使紅外成像導引頭能夠探測目標[4]。

1.2 主動雷達/紅外復合導引頭

中國臺灣的“雄風”-2反艦導彈（如圖3所示）采用主動雷達/紅外成像分口徑復合方式。 紅外成像導引頭設于彈體前上方， 直徑70 mm。 導彈彈徑340 mm。 據報道， “雄風”-2的導引頭屬于轉換式雙模導引頭。 當紅外導引頭在探測距離之內時， 該導引頭通過雷達末制導的裝置所發出的開鎖指令開機， 此時紅外成像探測器與末制導雷達一起工作。 導彈跟蹤到目標之后， 當末制導雷達未受到任何干擾時， 導彈將會一直由末制導雷達進行自動導引， 而紅外成像探測器雖然也跟蹤目標， 但紅外成像導引頭并不制導; 當末制導雷達導引頭被干擾后， 其接收機接近飽和或是導彈跟蹤不穩定時， 干擾鑒別電路將關閉雷達導引頭。 此時， 導彈由紅外成像導引頭進行導引[5]。

美國海軍的“標準”-2 Block Ⅳ導彈（如圖4所示）采用了半主動雷達/紅外成像雙模導引頭。 該導彈的彈徑為340 mm， 采用分口徑復合方式， 在雷達導引頭的側面安裝了一個小型的紅外導引頭， 沒有正式列裝[6]。

以色列Stunner導彈（如圖5所示）用于攔截彈道導彈。 其雙模導引頭由美國雷神與以色列拉斐爾公司聯合研制， 采用了雙波段紅外探測器和毫米波有源共形相控陣天線[7]。 導引頭采用了“海豚鼻”的不對稱設計， 屬于分口徑復合方式。 紅外導引頭位于彈體最前端， 斜著側向一邊， 而共形雷達天線則位于彈體的另一側。 據報道， 雷神公司有意在該導彈的基礎上， 研發一種新型的雷達/紅外雙模制導空空導彈。

美國的AIM-7R 型導彈（見圖6）是半主動雷達/紅外雙模制導空空導彈， 于1988年開始研制， 1993年進行飛行試驗。 但由于預算原因， 該項目于 1997 年被取消。 研制該導彈的目的是改進“麻雀”導彈對付先進電子干擾的能力。 其采用了雙模導引頭， 即在 AIM-7P BlockⅡ型導彈的制導與控制艙中加裝縮小尺寸的AIM-9紅外導引頭。 派生型有艦空導彈RIM-7R[6]。歐洲泰利斯公司曾展出一種空空導彈用主動雷達/紅外雙模導引頭原理樣機（如圖7所示）， 采用共口徑復合的方式。 其最大特點是雷達系統采用了卡塞格倫天線， 而紅外窗口偏置于拋物面天線的一側， 很可能采用了透射式的紅外光學系統。

2 關于下一代空空導彈用雙模導引頭方案的思考

對于空空導彈的末制導系統來說， 主動毫米波制導、 紅外成像制導分別是雷達、 紅外精確制導技術的發展方向。 毫米波制導與微波制導相比制導精度高、 抗干擾能力強， 體積小、 重量輕; 紅外成像制導則是當今世界提高紅外制導系統抗干擾能力和命中精度最有效的手段之一。 雙模導引頭的制導模式能在充分發揮毫米波制導與紅外成像制導自身先進性的基礎上， 利用雷達制導與紅外制導的互補性進一步提高空空導彈導引頭的制導效能， 具有以下優勢： 全天時、 全天候工作能力; 抗多種電子干擾、 光電干擾和反隱身目標能力; 復雜環境下識別目標能力[8]。

如前所述， 雷達/紅外雙模成像導引頭可以分為共口徑復合與分口徑復合兩大類。

共口徑復合位標器的優點是體積小、 重量輕、 氣動阻力小， 只使用一套伺服機構， 并且紅外光軸與雷達電軸重合， 兩個傳感器坐標一致， 避免基準校準誤差， 提高了跟蹤精度。 缺點是雙模頭罩材料在設計上必須兼顧光學性能和電學性能要求， 設計制造比較困難， 而且雷達天線與紅外光學系統相互遮擋， 影響各自的探測能力。

分口徑復合位標器的優點是由于光學系統和天線安裝位置不同， 可以避免雙模頭罩相互遮擋的問題， 設計實現上比較簡單; 缺點是加大了系統的體積和重量， 而且氣動外形往往不對稱， 阻力大且彈體控制復雜; 同時， 兩套系統之間的空間校準也將引入新的誤差， 不利于對目標的精確探測和跟蹤[9]。

國內相關單位對于雷達/紅外復合導引頭技術的研究工作已開展多年， 積累了許多經驗和教訓， 對于下一代空空導彈用雙模導引頭的方案有更深入的認識。 雙模導引頭絕不是簡單地將雷達導引頭和紅外導引頭集成在一起。 共口徑和分口徑復合位標器方案各有利弊， 需要根據導彈的作戰需求來決定雙模導引頭的構成方案。

2.1 以抗干擾為作戰需求的空空導彈雙模導引頭構成方案

如果下一代空空導彈強調以雷達制導方式為主， 紅外制導方式只用于解決彈目距離較近時（<10 km）的抗角度欺騙干擾和目標要害點識別等雷達制導不易解決的問題， 那么采用雙模分口徑復合導引頭技術方案最為合適。

方案一， 建議選用類似于以色列的Stunner雙模分口徑復合導引頭。 其優點是不存在多模頭罩問題， 而且偏置于前端的紅外導引頭既減少了對雷達天線前向的遮擋， 又可以有較大的前半球跟蹤場， 利于彈目交匯狀態下的彈體控制。 缺點是位于前端的紅外導引頭容易受氣動加熱的影響， 導彈飛行速度不能太快， 而且不對稱的氣動布局給導彈飛控帶來挑戰。

方案二， 建議采用基于側置可彈出式微型紅外探測系統的雷達/紅外雙模分口徑復合導引頭， 具體見圖8。 采用側置可彈出式微型紅外探測系統; 紅外導引系統不工作時將紅外探測系統收納于彈體內， 工作時將其展開于彈體外; 紅外探測系統采用潛望式光學系統， 將紅外探測器組件垂直安裝于彈體內， 利用斜置安裝于光學系統內的平面反射鏡實現垂直于彈軸方向的光路折轉向彈體前方。 其優點是作為導彈主作戰模式的主動雷達導引系統性能不受復合系統的影響; 微型紅外導引系統單獨組成一個艙段位于導彈彈體內， 不會影響作為導彈主工作模式的雷達導引系統的性能， 可以充分發揮雷達導引系統對空中目標作用距離遠的優勢; 微型紅外導引系統工作前不伸出彈體外部， 不會增加導彈飛行阻力; 由于只在彈道末端使用， 因此對于導彈的射程影響較小; 微型紅外導引系統不工作時收納于彈體內， 并有隔熱層保護， 不會被導彈高速飛行段的氣動熱傳導加熱， 影響紅外探測系統的后續工作; 基于反射鏡的潛望式光學系統可以使得紅外導引系統工作時伸出彈體外部的尺寸最小， 而且紅外探測器組件始終位于彈體內部， 受到隔熱層保護， 工作溫度穩定， 有利于紅外導引系統對目標的檢測與跟蹤。

配備這種狀態雙模導引頭的下一代空空導彈最大的缺點是遠距離探測只能依賴雷達系統， 反隱身飛機和抗遠距電子干擾的能力不強。

2.2 以反隱身為作戰需求的空空導彈雙模導引頭構成方案

如果下一代空空導彈以復雜戰場環境下的反隱身為主要作戰任務， 那么雙模導引頭就必須具備雙模信息融合探測、 識別能力， 兩套探測系統的作用距離都不能太近。 這就要求紅外和雷達的探測口徑都不能太小。 那么采用雙模共口徑復合導引頭技術方案最為合適。

綜合前述的復合方案， 建議選用毫米波縫陣天線-卡塞格倫光學系統共口徑復合方式， 如圖9所示。 毫米波天線采用平板縫陣天線， 在縫陣天線的中心開孔作為紅外光學系統光路。 毫米波天線前放置有紅外主反射面和次反射面， 紅外主反射面能夠透過毫米波， 反射紅外。 紅外能量通過主反射面和次反射面進入位于天線中心放置的紅外探測器中。

此方案的最大優點是各分系統技術成熟， 紅外口徑和雷達口徑都能達到較高的水準， 有利于實現較遠的作用距離。 紅外和雷達探測系統的處理結果可以經過雙模特征層融合處理， 將同時具備雷達與紅外特征的目標作為候選目標， 可用于識別的特征較多， 因此可以通過降低單模截獲信噪比的方式來提高各自系統的作用距離。 缺點是需要雙模頭罩; 球形頭罩易于滿足光學和電學性能， 但是氣動阻力大; 保形頭罩雖然能夠有效降低氣動阻力， 但是其電學性能不易保證。 此外， 透射雷達波能量的主反射鏡會對天線的幅相一致性產生不利影響， 需要采用專門的電學性能校正措施， 減小雷達信號的衰減程度。

3 結? 論

本文對雷達/紅外雙模導引頭技術在空空導彈上的應用做了初步分析。 雙模導引頭可以有效增加探測系統的信息量， 有助于解決復雜場景下的自動目標識別和復合對抗的難題。 從空空導彈作戰需求來看， 雷達型空空導彈作為主戰模式的地位是非常穩固的， 但是在抗有源拖曳誘餌類的角度欺騙干擾及電子寬譜壓制方面具有體制上的缺陷， 而這種缺陷是可以通過加裝紅外制導體制形成雙模探測識別較完美地解決。 前文提及的雙模分口徑復合導引頭技術成熟度要優于雙模共口徑復合導引頭， 近期有望在雷達/紅外雙模制導空空導彈研究方面得到應用。

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