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1.1 反輻射武器發展現狀與趨勢

自1965年越南戰爭中首次得到成功應用后,反輻射導彈在現代戰爭中得到了廣泛使用,取得了令人矚目的戰績,包括1973年10月第四次中東戰爭、1982年6月貝卡谷地襲擊戰、1982年英阿馬島戰爭、1986年3月美國對利比亞的襲擊、1991年海灣戰爭、1995年波黑沖突,以及2003年伊拉克戰爭,直至2011年北約多國空襲利比亞的戰爭中,反輻射武器都扮演了重要角色。可以說,反輻射武器是現代化戰爭中爭奪“制電磁權”不可或缺的手段。

1.1.1 反輻射武器發展現狀

到目前為止,反輻射武器已歷經三代。第一代反輻射導彈的主要缺點是易受干擾、命中率低,一旦目標雷達關機,導彈便易失控,并且導彈的射程較近,只能攻擊特定頻段的雷達目標,對于具有捷變特性的雷達無能為力。到了第二代反輻射導彈,在射程、威力和性能方面均有了極大提高,截獲地面雷達信號的頻段范圍也大大擴展,而且初步具有一定的對付目標雷達突然關機的能力,也就是在導彈發射一定時間后即使目標雷達突然關機,導彈的被動導引頭仍能根據記憶的目標位置求出彈道參數,并引導導彈飛向預定目標。不過實戰表明,當時采用的目標位置和頻段記憶法對付目標雷達的突然關機還不是很有效。目前,第三代反輻射導彈的綜合性能有了很大提高,能覆蓋現役各種雷達的工作頻段,反應快、射程遠、威力大、精度高、抗干擾性能好,且不受載機發射速度和機動性的限制,最主要的是其對付目標雷達突然關機的能力得到了極大提高。第三代反輻射導彈的另一個突出特點是采用復合制導技術,大大提高了攻擊的成功率。

美國是研制反輻射導彈最早的國家,也是使用反輻射導彈最多的國家。此外,俄、英、法等國也相繼研制了多種類型的反輻射導彈,已有一些型號在服役,有的甚至已經發展了幾代。近年來,其他一些國家,包括東南亞一些國家和地區也紛紛加入到反輻射導彈的研制行列中,圖1.1所示為世界各國的典型反輻射武器。

圖1.1 世界各國典型反輻射武器

1.美國

1)“百舌鳥(Shrike)”AGM-45A/B反輻射導彈

該導彈是美國海/空軍裝備使用的第一代空地反輻射導彈,主要用于摧毀地空導彈陣地、高炮指揮雷達和其他雷達設施。“百舌鳥”導彈從20世紀60年代初開始研制,1963年開始投產,1965年投入越南戰場使用,為美國保障空襲行動發揮了巨大作用。據統計,在使用“百舌鳥”之前,越南北方平均每使用10枚“薩姆-2”防空導彈便可擊落一架美軍飛機;使用“百舌鳥”等對抗措施之后,平均70枚導彈才能擊落一架飛機。此后“百舌鳥”反輻射導彈幾經改進,在20世紀70年代的中東戰爭、1982年的英阿馬島之戰,以及1986年美國對利比亞的空襲中都取得了令人矚目的戰績。

“百舌鳥”導彈彈長3.05m,彈徑203mm,翼展914mm,最大射程為45km,使用高度為1500~10000m,制導系統為被動雷達導引,引信為觸發或非觸發引信,戰斗部為破片殺傷戰斗部,動力裝置為一臺固體火箭發動機。

該導彈的主要優點是結構簡單、通用性強,可裝備多種型號的作戰飛機,它已于1981年停產。

2)“標準(Standard)”AGM-78反輻射導彈

該導彈是美國海/空軍裝備使用的第二代機載反輻射導彈,于1966年7月開始研制,1967年開始飛行試驗,1968年研制成功并投入批量生產,同年AGM-78A進入軍隊服役。

“標準”反輻射導彈彈長4.575m,彈徑343mm,翼展1070mm,最大射程為55km,使用高度為3000~6000m,其制導系統為被動雷達導引,有一定的抗雷達關機能力,引信為觸發或非觸發引信,戰斗部為預制破片殺傷戰斗部,動力裝置為一臺固體火箭發動機。

“標準”反輻射導彈同“百舌鳥”反輻射導彈相比,射程遠,覆蓋的頻率范圍較寬,具有一定的記憶能力,威力和性能方面均有較大提高。但實戰表明,其采用的目標位置和頻率記憶法對抗雷達關機并不是很有效。“標準”導彈結構復雜、比較笨重,影響飛機的裝載。另外,其生產成本為“百舌鳥”反輻射導彈的5倍。因此現已被第三代反輻射導彈——“哈姆”AGM-88高速反輻射導彈所取代。

3)“哈姆(Harm)”AGM-88高速反輻射導彈

該導彈是美國海/空軍裝備使用的第三代機載反輻射導彈,也是至今在戰場上使用過的最先進的反輻射導彈,于1972年4月開始研制,1975年開始飛行試驗,1980年投產,1983年5月開始服役。

早期的“哈姆”導彈導引頭使用兩個分離的天線,一個是平面螺旋天線,另一個是線列天線。天線波束寬度為50°~60°,跟蹤角為4°~8°。天線固定在彈體上,省去了復雜昂貴的萬向支架;天線線陣由彈上計算機控制,被動雷達導引頭的超外差接收機具有很高的中頻頻率,并裝有幾個預選射頻濾波器來提供不同的通向前端的射頻路徑,選擇合適的接收路徑是由彈上計算機來控制的。導引頭裝有10塊微波電路、對數集成放大器和一個視頻數字處理器。由于采用新的微波電路和信號處理器件,信號處理分系統能儲存各種已知雷達的信號特性數據,視頻數字處理器可對各種雷達信號進行探測、分選、識別等處理并產生制導信息。導引頭能探測各種常規脈沖雷達、連續波雷達、頻率捷變雷達。接收機靈敏度很高,可以截獲電動機電磁輻射源。20世紀80年代后,美研制了它的改進型AGM-88C,以對付前蘇聯先進雷達采用的頻率捷變和瞬時短脈沖等技術,新導引頭用一個尺寸更小的天線代替了原來的兩部天線,而且將天線安裝在常平架上,配置天線穩定系統,提高了天線的搜索范圍和跟蹤精度邵姚定.寬帶被動導引頭技術的分析[J].制導與引信,1995(3):27-39.

“哈姆”導彈彈長4.148m,彈徑254mm,翼展1130mm,使用高度為12200m,其射程大于40km,最遠達到90km以上,導彈飛行速度達到3馬赫,最大彈速可達4馬赫。“哈姆”導彈的導引頭比以前的產品有了很大改進,其頻率覆蓋范圍達到0.8~20GHz,包括了目前絕大多數防空雷達的工作頻率,因此不必像“百舌鳥”導彈那樣需要根據作戰對象事先更換導引頭。導引頭靈敏度高,測量精度也較高,保證了遠距離的高精度打擊。導引頭信號處理能力大大加強,可以對付具有頻率捷變等復雜信號的雷達。該導彈采用微處理器技術,提供了自衛、隨機和預編程三種工作方式,大大提高了導彈的自動化程度。“哈姆”導彈可以在載機沒有對準雷達的情況下發射,在飛行過程中自主搜尋目標。“哈姆”導彈的戰斗部系“百舌鳥”反輻射導彈的戰斗部改進而來,采用高爆炸藥預制破片殺傷戰斗部,并采用激光近炸引信,可在目標上空最佳高度引爆戰斗部。飛行控制艙裝有數字式自動駕駛儀、捷聯式慣導系統和機電式控制舵機,即使目標雷達關機,通過該慣導系統仍可以繼續對其跟蹤,采用比例導引律使導彈飛向目標。其動力裝置為固體火箭發動機。

該導彈的主要特點是:發射范圍廣、視界寬、反應快、威力大、精度高、抗干擾能力強,抗雷達關機能力顯著提高。其缺點是造價太高。

4)“響尾蛇”AGM-122A/B反輻射導彈

該導彈是美國海軍和海軍陸戰隊使用的機載近距反輻射導彈,由攻擊直升機和固定翼攻擊機用來攻擊敵高炮射擊指揮雷達和近距地空導彈制導雷達。

“響尾蛇”導彈彈長2.90m,彈徑127mm,翼展630mm,最大射程為17.7km,使用高度為1525m。其制導方式為被動雷達導引,引信為主動激光引信,動力裝置為固體火箭發動機。

該導彈裝備美國海軍和海軍陸戰隊武裝直升機和攻擊機,在作戰使用時須與有關機載設備配合工作。可在發現目標后發射導彈,也可對導引頭預先編程,利用地形掩護,超低空發射導彈,發射后導彈按預編程序爬升到一定高度捕獲目標。

5)“沉默彩虹”AGM-136A反輻射導彈

“沉默彩虹”AGM-136A反輻射導彈是美國海軍和空軍聯合研制的第一種巡邏型中程反輻射導彈。“沉默彩虹”導彈于1983年開始研制,1987年4月進行首次飛行試驗,到1990年9月完成全部研制工作。目前,該項計劃已經終止,但相關研究并未中斷,“沉默彩虹”導彈的許多技術已經移植到智能化的戰斧巡航導彈中。

“沉默彩虹”導彈呈正常氣動布局,彈長2.54m,彈體直徑0.7m,翼展最大高度0.695m,全彈重575kg,速度為高亞音速,射程為1000km。“沉默彩虹”導彈由4大部分組成:彈體、彈翼與尾翼,制導與控制系統,戰斗部與引信,動力裝置。制導與控制系統包括導引頭、計算機、舵機系統等。導引頭中的反輻射導引頭可覆蓋超高頻(2~36GHz)。戰斗部和引信包括一個重18.1kg的高能炸藥戰斗部及一個觸發和近炸引信。動力裝置為一臺小渦輪風扇發動機,其額定推力為2.7kN,該發動機燃燒效率高,所以“沉默彩虹”導彈有較遠的動力航程,續航時間超過3h。

“沉默彩虹”導彈是自主系統,可以在沒有任務預先目標指示的情況下,自動搜索和攻擊目標,也可按射前預編程飛到預定的地區,具有較大的戰術靈活性。在飛行過程中,它可以由數據傳輸裝置控制,臨時變更原預置的飛行程序,以適應戰場環境的要求。發射“沉默彩虹”導彈后,載機即可撤離作戰區域。捕獲目標后,導彈即以高亞音速飛向目標,俯沖攻擊雷達發射機;如果敵雷達關機,導彈可根據預先存儲的目標信息完成攻擊任務;也可在目標區上空巡邏飛行,直到雷達發射機重新輻射電磁波后進行攻擊。

6)“電子間諜(Ferret)”反輻射導彈

“電子間諜”導彈是美國陸軍正在試驗的一種巡邏型多用途反輻射導彈,它可從輕型車輛或直升機上發射,執行空中偵察和攻擊地面雷達的精確打擊任務。

“電子間諜”導彈彈長1.8m,質量為65.83kg,戰斗部為破片戰斗部,彈翼和舵面均可折疊,可裝入儲運發射箱中。導彈的作戰高度為914~1524m,續航時間為2h,活動半徑為600km。“電子間諜”導彈可以與E-3預警飛機、E-8監視系統、RC-7飛機配合作用,可在雷達探測盲區中進行偵察,可對目標自主搜索。當不易區分目標或接近己方陣地時,可由人來控制。該導彈適用于條件惡劣的戰場環境。

7)美軍的反輻射導彈發展計劃

在“沉默彩虹”AGM-136A和RGM-136(陸射型)導彈計劃之后,美國又開始了“先進反輻射導彈(Advance Anti-Radiation Guidedmissile,AARGM)”、“空射飽和反輻射系統(Air-Launched Saturation System,ALSS)”和“更高速反輻射導彈(Higher Speed Anti-Radiationmissile,HSARM)”的研制。

“先進反輻射導彈”AARGM由美國海軍航空系統司令部和空軍研究試驗中心負責組織研制工作。導彈將采用復合導引頭,即傳統的被動導引頭加先進的紅外或毫米波導引頭,導彈的射程將增大,機動能力也將提高。AARGM采用“哈姆”的彈體,以GPS/INS進行中段制導,末段則采用由毫米波主動雷達和進一步改進的寬頻帶被動雷達組成的雙模導引頭。目前關于該導彈作戰方式的描述是:發射后導彈沿曲線彈道飛行,將寬頻帶被動雷達導引頭快速轉向目標以進行被動三角測量,如果目標雷達關機,導彈先在GPS/INS引導下靠近目標,然后啟動毫米波主動雷達導引頭,尋找雷達天線或導彈金屬發射架的強回波以進行攻擊。由此可見,AARGM將能有效地摧毀關機雷達,并且可以節約打擊成本、增強打擊效果。科學與應用技術公司的負責人還宣稱AARGM在交付時,導引頭將采用與導彈頭部共形的天線陣列,并將具有“自動目標識別”(Automatic Target Recognition,ATR)能力,這樣AARGM將還能用來打擊敵方彈道導彈發射架、指揮控制中心、雷達電源車等目標。

“空射飽和反輻射系統”ALSS是一種射前預編程的低成本巡邏型反輻射導彈,由海軍武器中心負責執行研制計劃。它既可以作為誘餌使用,又可以直接攻擊敵防空系統的雷達。它既具有摧毀/壓制敵防空系統的能力,又具備飽和攻擊敵防空系統的能力,研制成功后將取代“沉默彩虹”反輻射導彈。該導彈將使用小型渦噴發動機,其射程為100~200km。

除此之外,2001年11月,美國海軍提出了“高速反輻射驗證(High Speed Anti-Radiation Demonstration,HSAD)”項目招標書,目的是研制新型發動機,提高正在改進中的反輻射導彈速度和射程。2002年初,美國海軍選擇了大西洋研究公司新研制的變流量涵道式發動機進行高速反輻射驗證,如果驗證成功它將轉入型號項目研制的系統發展與驗證(SDD)階段,與AARGM計劃發展的先進技術集成優化,改進后的導彈將被稱為“更高速反輻射導彈(Higher Speed Anti-Radiationmissile,HSARM)”,它是一種全新的第四代多功能反輻射導彈。HSARM除了整合AARGM計劃發展的先進技術外,還將整合尾部操縱技術和大幅度降低雷達散射截面積的技術。美國海軍要求HSARM能和現有的HARM導彈平臺兼容,可由F/A-18C/D戰斗機發射,射程約為185km。

2.蘇聯/俄羅斯

1)早期系統

20世紀70年代初埃及空軍從蘇聯得到少量KSR-2P(AS-5)反輻射導彈,這些導彈在1973年的戰爭中用來攻擊以色列的霍克導彈及其雷達設施。到了20世紀70年代后期,前蘇聯空軍裝備了第一種能用單座戰術飛機攜帶的小型反輻射導彈Kh-25MP,它采用被動雷達導引頭,而不是常用的無線電指令制導系統,同美國的“百舌鳥”導彈大小相當,可由米格-21或雅克-38一類小型戰斗機攜帶。比Kh-25MP先進的是Kh-28導彈,它是一種非常大而且重的武器,裝備在專用防空壓制飛機。Kh-28導彈在尺寸上與美國的標準反輻射導彈相似,它至少有三個可選擇的導引頭,以適應北約防空體系和海軍雷達的不同頻帶。

2)新式武器

20世紀70年代末,蘇聯反輻射導彈發展的重點集中在幾個方面,包括改進導引頭以對付北約新一代配有ECCM系統的防空雷達,這其中有兩個突出的挑戰:一是相控陣雷達的出現,如美國的“愛國者”防空雷達系統AN/MPQ-53;二是空中預警機目標日益重要。傳統的機械掃描雷達使用寬的波束掃描,這種波束為反輻射導彈提供了跟蹤信號,新式電子掃描的相控陣雷達常常使用具有極短照射目標時間的窄波束,這使得導引頭很難覺察。蘇聯新一代的反輻射導彈就能對付這種威脅。

(1)X-58(AS-11)反輻射導彈。該導彈是蘇聯自行研制并裝備部隊使用的第三代機載反輻射導彈,于20世紀70年代初開始研制,1978年服役,裝備戰術攻擊飛機,用來補充第二代機載反輻射導彈X-28(AS-9),裝備戰術轟炸機和重型攻擊機。

該導彈是為對付北約組織的地面防空雷達,尤其是像美國“愛國者”(Patriot)地空導彈系統的相控陣雷達AN/MPQ-53而設計的。在設計思想和戰術使用上,該導彈和美國廣泛裝備使用的第三代反輻射導彈——“高速反輻射導彈(HARM)”AGM-88A相似,但在技術性能和破壞威力上要更勝一籌。

該導彈在結構和氣動外形設計上,采用了正常式氣動布局方案,在內部結構上采用固體火箭發動機。該導彈系高超音速反輻射導彈,馬赫數達到3.60(HARM導彈的馬赫數為3)。

為對付不同頻段的雷達目標,該導彈有多種可互換使用的被動雷達導引頭,其計算機具有多目標存儲記憶能力,具有抗雷達關機能力,并在飛行中具有重新瞄準能力和選擇優先攻擊目標能力。戰斗部除采用通常的單一式爆破殺傷戰斗部外,還有一種內裝小炸彈的子母式戰斗部。導彈戰斗部采用主動雷達引信,動力裝置為一臺兩級推力固體火箭發動機。該導彈射程為10~160km。

(2)X-31П(AS-12)反輻射導彈。X-31是蘇聯/俄羅斯自行研制并裝備部隊使用的第四代空射巡航導彈,分為反輻射和反艦兩個型號,X-31П是反輻射型。該導彈頭部裝有被動雷達導引頭和高爆炸藥戰斗部,引信為觸發引信,動力裝置為一臺組合式火箭/沖壓發動機。X-31П是俄羅斯第一個采用組合式火箭/沖壓發動機的反輻射導彈,正是這種發動機使導彈獲得很高的平均機動飛行速度,能有效地攻擊諸如美國“愛國者”(Patriot)防空導彈系統的地面相控陣雷達。

X-31П導彈彈長4.70m,彈徑360mm,射程10~150km,最大速度為3.5馬赫。X-31П導彈需與機載雷達告警接收機配合工作,也可與臨時裝在飛機上的雷達定位吊艙配合工作。為對付范圍廣泛的不同頻段的雷達目標,采用可互換使用的對應不同頻段的被動雷達導引頭,現有3種這樣的導引頭,既可攻擊地面雷達目標,還可攻擊空中預警指揮飛機。

3.英國——“阿拉姆(ALARM)”反輻射導彈

該導彈是英國皇家海/空軍裝備使用的第三代機載反輻射導彈,于1983年開始研制,用于取代法、英兩國聯合研制生產的“瑪特爾(Martel)”AS37被動雷達型導彈和美國的“百舌鳥”AGM-45反輻射導彈。

該導彈也具有覆蓋頻率范圍寬、信號處理能力強的特點。導引頭的頭錐為塑料制成的雷達天線罩,內裝全固化寬頻帶單脈沖被動雷達導引頭。導引頭采用數字式信號處理技術和預編程技術,頻率覆蓋范圍寬,并且通過修改軟件就能對付新出現的威脅雷達,無須研制新的導引頭。戰斗部為爆破殺傷戰斗部,引信為觸發和近炸引信,近炸引信為紅外激光引信,引爆高度可根據目標類型進行調整。“阿拉姆”彈速比“哈姆”低,適合低空作戰。最特別的是“阿拉姆”設計了一種待機工作方式,當導彈飛行過程中雷達突然關機,則導彈會先爬升到10000m以上的高空,打開降落傘,使導彈徐徐下降,延長了導彈在空中的停留時間。這時如果有雷達開機,被導引頭探測到,并且是屬于預定的威脅,導彈就拋棄降落傘,依靠重力俯沖攻擊雷達。

4.法國——“阿瑪特(ARMAT)”反輻射導彈

該導彈是法國空軍裝備使用的第三代機載反輻射導彈,用于取代“瑪特爾”(Martel)AS37被動雷達型導彈。

該導彈采用法國達索電子公司研制的新型被動雷達導引頭和先進的電子設備,制導系統能夠應付頻率捷變、雷達關機、各種誘餌及各種電子對抗技術,備有數個可互換使用的被動雷達導引頭。該導彈動力裝置為固體火箭發動機,射程為93km。此外,該導彈加裝了慣性導航系統,采用中段慣性制導加末段被動雷達制導,使導彈獲得晝夜全天候、近距防區外發射、發射后不管的作戰能力。因此,該導彈在作戰性能水平上與同時代的美國“哈姆”高速反輻射導彈和英國“阿拉姆”空射反雷達導彈相比,射程遠、戰斗部大,防區外攻擊能力更強。

5.以色列

1)“哈比”反輻射無人機

反輻射無人機的發展是無人機在未來電子戰領域應用的重要擴展。相比于反輻射導彈,反輻射無人機的成本更低,攻擊的機動性更強。特別是反輻射無人機可以長時間在目標上空巡邏搜索,待敵方雷達開機時再發起攻擊。目前,世界上許多國家都在研制反輻射無人機,其中以色列的“哈比”、德國的“達爾”及南非的“云雀”最為典型。

“哈比”反輻射無人機是以色列飛機工業公司研制的能自主探測、攻擊和摧毀敵防空系統的“自殺”性無人機,該機采用一臺26馬力(1馬力=75kgf·m/s)的雙缸雙沖程活塞式發動機和推進式螺旋槳,帶有被動導引頭,可全天候作戰使用。飛行速度200km/h,巡航速度165km/h,飛行高度3000m,航程100km以上,續航時間3~5h,攻擊精度達5m。

2)“星-1(Star-1)”反輻射導彈

“星-1”導彈是以色列飛機工業公司研制的一種巡邏型反輻射導彈,由戰斗機在防區外發射,壓制或摧毀敵防空系統雷達。

“星-1”導彈是一種中單翼飛行器,彈長為2.70m,彈徑為330mm,翼展1.15m。該彈采用NPT151-4渦噴發動機,由飛行控制計算機通過控制箱進行控制,最大射程可達400km,巡邏時間為20min,巡航速度為0.4~0.5馬赫,巡航高度為0~7.5km。

“星-1”導彈的制導由導航系統和被動導引頭組成。導航系統使用GPS接收機,被動導引頭是一種寬頻帶被動傳感器。戰斗部為高爆破殺傷戰斗部,質量為30kg。“星-1”導彈還有一種地面和海上發射型。

6.反輻射炮彈和反輻射炸彈

英國馬可尼公司曾于20世紀70年代研制過155mm反輻射炮彈。同一時期,美國陸軍設想發展反輻射炮彈(ARP)作為“銅斑蛇”激光制導炮彈的下一個型號,用來攻擊戰場上的各種雷達及干擾發射機。20世紀80年代,由于考慮到“銅斑蛇”射程有限等問題,ARP計劃演變成了一項由美國陸軍和海軍陸戰隊聯合研制的項目——增程的制導炮彈(ERGP)。2005年1月左右,美國防高級研究計劃局同BAE系統公司簽訂了一項合同,對射頻制導彈藥(RFGM)項目所需的技術進行開發和驗證,其目標是發展一種口徑為81mm的反輻射制導迫擊炮彈,采用被動式、全天候導引頭,可以接收射頻信號確定其發射源所在位置,然后制導炮彈摧毀發射源目標。

反輻射炸彈的組成和工作原理大體上與反輻射導彈類似。主要區別是反輻射炸彈是沿自由落體以滑翔方式搜索、跟蹤目標雷達進行攻擊。其特點是控制簡單、命中精度低,但具有較大的戰斗部,殺傷半徑較大,彌補了精度低的不足,因而是一種低成本的制導武器。典型的反輻射炸彈是MK-82反輻射炸彈,爆炸時其彈片可飛出300m以外。

表1.1列出了幾種典型反輻射導彈的參數。

表1.1 典型反輻射導彈的參數

1.1.2 反輻射武器發展趨勢

經過幾十年的開發和研究,反輻射武器目前正向超寬頻帶、復合制導、高精度、遠射程(航程)的方向發展,以提高其攻擊效果及攻擊目標范圍。

(1)采用復合制導,和其他精確制導武器界限日益模糊化。早期的反輻射武器制導方式一般采用單一的微波被動尋的導引方式,可以采用雷達關機和欺騙干擾方法來破壞其導引頭的正常工作,從而影響反輻射武器的命中精度。為了提高命中率和使用靈活性,在制導方式上可采用復合制導方式,這樣一來,新的反輻射導彈對輻射源的依賴將大大減少,再也不是傳統意義上的反輻射導彈,它成為一種包含被動雷達制導方式的復合精確制導彈藥。新一代反輻射導彈的技術特點使得它和其他精確制導武器日趨接近。可以采取的復合制導方式包括以下幾種。

① 被動尋的+主動雷達末制導(厘米波和毫米波雷達):該方式主要用于反輻射導彈,可有效地對付攻擊末段的各種干擾,實現高精度的攻擊。

② 被動尋的+電視末制導:該方式可用于反輻射導彈和反輻射無人機。

③ 被動尋的+紅外末制導:該方式可用于反輻射導彈和反輻射無人機,特別適用于對運動目標的攻擊。

④ GPS中段制導+被動尋的+紅外、主動雷達、電視末制導、激光制導:該方式主要用于實施遠程攻擊的反輻射無人機。

第四代反輻射導彈中段普遍采用了GPS/INS制導技術,而在末段采用雙模制導體制:紅外+被動雷達或者主動毫米波+被動雷達。

(2)更加先進的信號處理方式。超分辨陣列測向技術是被動導引頭發展的趨勢,這種體制解決了瞬時視野、測角精度和分辨力三者之間的矛盾。此外,更加先進的信號處理方式能夠滿足復雜電磁環境下目標的分選和識別等。

(3)增大航程,增加巡航時間。“百舌鳥”、“哈姆”等反輻射導彈的作用距離都在20~30km,屬于近程導彈,通過改進動力裝置加大射程,使反輻射導彈能從敵防區外發射,提高攻擊的隱蔽性和載機的安全性。例如,美國正在研制的“先進能力反輻射導彈”和正在預研的“空射飽和系統”反輻射無人機,前者是“哈姆”的后繼型,后來用來取代“沉默彩虹”反輻射無人機,既可作為誘餌使用,又可從敵防區外直接發起攻擊。

空中巡邏型反輻射武器是直接攻擊反輻射導彈的一種補充,主要靠長時間滯空巡邏搜索來壓制防空雷達的正常使用。這種武器多數可以陸基發射,系統較為簡單,成本相對低廉。高速反輻射導彈與巡邏型反輻射武器結合使用,將會在防空壓制作戰中取得更好的效果。

(4)擴展工作帶寬,擴大攻擊范圍。攻擊目標正在由單一的雷達發展到各種輻射源武器;導引頭工作頻帶由傳統的雷達頻帶分別向兩端延伸,低到米波頻段,高到毫米波頻段,從而能將世界上現有的各種輻射源都列入其攻擊范圍(包括各種通信設施的電磁輻射、電視臺、核電站的電磁泄漏等)。另外,導引頭還將具有瞬時擴頻能力,以對付頻率捷變雷達。

(5)提高反輻射武器在復雜的電磁環境中識別和攻擊目標的能力,實現制導系統數字化,以提高反應速度。

(6)增大爆炸威力。采用高效能的戰斗部,提高單位體積炸藥的爆炸威力以擴大戰斗部的有效殺傷半徑;采用高性能的引信,以便當反輻射武器處于對雷達破壞力最大的位置時使戰斗部起爆。

(7)采用隱身技術,提高反輻射武器的空間生存能力。

(8)形成系列化研制和生產,大大降低成本。

1.1.3 反輻射武器抗誘偏技術發展現狀與趨勢

被動導引頭采用單脈沖技術來對輻射源進行定位并實施攻擊,受客觀條件的限制,導引頭的天線不能太大,并且為了捕捉目標,其天線波束寬度不能太窄。這使得在導引頭分辨距離之外攻擊密集目標或帶有誘餌站的制導雷達時,由于不能分辨目標,而不能準確實施攻擊(導引頭跟蹤的是多目標的能量中心);當距離目標較近可以分辨目標時,由于導彈(或其他載體)速度較高,機動過載有限,此時已不能擊中目標。這是目前反輻射武器的弱點,也是有源誘偏技術對抗反輻射武器攻擊的突破口。只要合理布站,就可以有效地避免反輻射導彈的攻擊。這些技術削弱了反輻射導彈作戰效能,對反輻射導彈提出了嚴峻的挑戰。

作為反輻射武器的核心傳感器,被動導引頭可能遇到以下幾種情況的多輻射源干擾問題:

(1)多個雷達脈沖源;

(2)連續波信號中同時有脈沖信號;

(3)多個同時到達、時域和頻域完全重疊的信號。

對于第一種情況,可采用基于脈沖描述字的分選方法來解決,這是目前主要的方法;對于第二種情況,可利用相位和幅度變化信息來進行連續波中脈沖信號的檢測,以及強脈沖抑制下的參數測量與估計;對于第三種情況,理論上可以采用譜估計、時頻分析、陣列空間譜估計等方法對多個干擾源進行聯合參數估計和干擾源數目估計。但是,對于被動導引頭這樣的無源探測系統,系統受陣元個數及天線尺寸的限制,采用上述方法分辨時域、頻域完全重疊且空域上無法依靠波束分辨的兩個或兩個以上的輻射源信號是很困難的。

國內外有關PRS抗多點源干擾的方法有以下幾種。

(1)采用脈沖前沿跟蹤和時間選擇技術,鑒別跟蹤單一信號和抗多路徑干擾、多源干擾。時間選擇技術就是用選定的信號本身產生選通波門,對信號在時域上進行選擇,對感興趣的信號實現穩定跟蹤。

必須說明的是,脈沖前沿跟蹤和時間選擇技術只適用于對抗兩個或兩個以上發射脈沖信號的干擾源,對于兩個發射連續波信號的干擾源將是無效的。

(2)窄帶鎖相環路和角度波門技術。與脈沖前沿跟蹤類似,窄帶鎖相環路是在頻域上實現對某單個輻射源的穩定跟蹤,而角度波門技術雖然不能提高PRS的角度分辨力,但是可以通過搜索角和跟蹤角的變換實現對于某個輻射源的穩定跟蹤。

(3)采用數據積累取均值的方法。文獻司錫才,查玉峰.兩點源抗反輻射導彈誘偏(騙)技術[J].航空學報,1989,10(6):288-296.通過實驗發現,當兩點源發射信號的振幅比β>1.25時,SY-2G導引頭不再跟蹤兩源的功率重心,而是跟蹤功率大的那個源。文獻Dunlop A J.AGC Response and Target Gliant.現代雷達,1986(5). L.V.McWhorter.Response of variousmonopulse seeker to amulti-source environment.South East Con'81.P698-709. Kanter, I.Varieties of averagemonopulse responses tomultiple targets.IEEE Trans.AES-17, no.1, January 1981, P25-28.指出:快速AGC跟蹤系統中,被動導引頭對多個數據積累取均值后不再跟蹤兩源的功率重心,而是跟蹤功率大的那個源。因工藝和器件上的原因,兩源的功率不可能完全相等,天線方向圖不可能完全一樣,使得到達導引頭處兩點源的功率不可能完全相等,這就為PRS對抗兩點源干擾提供了可能。并且對于發射脈沖信號或連續波信號的兩點源,都適合采用對多個數據積累取均值的方法跟蹤兩點源中的大功率源。此外,文獻呂彤光.被動雷達導引頭抗干擾技術研究[D].博士學位論文.長沙:國防科技大學研究生院.2001,10.對于數據積累的抗誘偏效果進行了進一步分析,得到了跟蹤兩個輻射源中較大功率輻射源的方法和條件。

(4)采用邊帶跟蹤和孤立脈沖的方法。在戰場環境下,敵方有可能使用兩(多)個噪聲調頻干擾源對我方反輻射武器進行干擾,由于同時在一個小角度方向上可能有兩個干擾源,ARM要攻擊其中一個干擾源是很困難的,所以,在同時存在兩個連續波噪聲調頻源時,怎樣使導引頭穩定跟蹤其中一個源是保證在實際戰場環境下反輻射武器正常發揮作用的關鍵。同時存在的兩個干擾源可能有以下兩種情況:

① 頻帶不相同;

② 頻帶基本重疊。

對于頻帶不相同的兩點源,文獻被動導引頭多干擾模式分選技術研究報告[R].長沙:國防科技大學電子技術系,1996,5. 郭志剛.多干擾源信號分選算法研究[D].長沙:國防科技大學碩士學位論文,1998,1.采用邊帶跟蹤的方法實現對其中一個源進行跟蹤。即接收機帶寬小于干擾總帶寬的一半,因為兩干擾源的頻帶不完全覆蓋,通過改變接收機本振頻率,使得兩干擾源混頻后落入接收機帶通濾波器的功率變得有差別,對測得的角度進行均值處理或找出測得角度直方圖的最大峰,就有可能對大功率源進行跟蹤。

對于頻帶基本重疊的兩點源,可以分為“寬帶”和“窄帶”干擾信號進行討論。對于寬帶信號,文獻被動導引頭多干擾模式分選技術研究報告[R].長沙:國防科技大學電子技術系,1996,5. 郭志剛.多干擾源信號分選算法研究[D].長沙:國防科技大學碩士學位論文,1998,1.采用孤立脈沖形成的方法實現對其中一個源進行跟蹤,即通過選取適當的接收機帶寬,使得中放輸出形成孤立脈沖并且兩干擾信號的孤立脈沖重疊概率小于50%,這樣對一段時間內測角值進行直方圖統計,理論上會出現在兩個源的偏角處出現峰值,因此可以得到兩個源的偏角,可以選擇其中一個進行跟蹤。但對于頻帶基本重疊的窄帶干擾信號,尚無有效的方法對其中一個進行跟蹤。

(5)文獻王軍寧.多源信號的角分辨和角跟蹤[D].西安:西安電子科技大學碩士學位論文,2002,1.將聚類分析方法應用到導引頭跟蹤兩個干擾源的過程中,提高了對于多目標的角度分辨能力。

(6)超分辨算法。空間譜估計方法提供了超過“瑞利限”的角度分辨能力,它所具有的對來波方向估計的漸進無偏性和超分辨特性,完全可以用于高密度信號環境下的無線電測向,其在被動導引頭上的應用前景被各軍事大國所看好。

空間信號的方向估計與時間信號的頻率估計十分相似。在理論上,它們均可表述為基本的非線性參數問題。許多時域非線性譜估計方法推廣成為空域譜估計方法,于是便產生了所謂的高分辨譜估計方法(技術)。在過去的30多年時間里,許多專家學者對空間譜估計這一技術進行了廣泛而深入的研究,取得了極為豐碩的成果。

自20世紀70年代以來,主要的高分辨譜估計方法有Pisarenko的譜波分析法、Burg的最大熵法(MEMBurg J P.Maximum entropy spectral analysis.Proc.of the 37thmeeting of the Annual int[C].SEGmeeting, Oklahoma City, OK, 1967.)、Capon的最小方差法(MVMCapon J.High-resolution frequency-wave number spectrum analysis[J].Proc.of IEEE, 1969, 57(8): 1408-1418.)。Tufs和Kumaresan研究認為,基于線性預測理論的超分辨算法不能有效利用加性噪聲的統計特性,因而其分辨性能較差Kumaresan R, Tufts D W. Estimating the angles of arrival of multiple plane waves[J]. IEEE Trans. on AES,1983, 19(1): 134-139.。他們利用特征分解方法,使得基于線性預測理論的DOA方法的信噪比門限大大降低。美國的Schmidt R O.等人提供的多重分類(MUSICSchmidt R O.Multiple emitter location and signal parameter estimation[J].IEEE Trans.on AP, 1986, AP-34(3): 276-280. Schmidt R O.Multilinear arraymanifold interpolation[J].IEEE Trans.on Signal Processing, 1992, 40(4): 857-866.)算法,實現了空間譜算法向現代超分辨測向技術的飛躍。MUSIC算法的提出也促進了特征子空間類(也稱為子空間分解類)算法的興起,利用兩個子空間的正交特性構造出針狀空間譜峰,從而大大提高算法的分辨力。子空間分解類算法從處理方法上可分為兩類:一類是以MUSIC為代表的噪聲子空間算法,另一類是以旋轉不變子空間(ESPRIT)為代表的信號子空間類算法。以MUSIC算法為代表的算法包括特征矢量法Cadzow J A, Kim Y S, Shiue D c.General direction-of-arrival estimation: a signal subspace approach[J].IEEE Trans.on AES, 1989, 25(1): 31-46.、MUSICSchmidt R O.Multilinear arraymanifold interpolation[J].IEEE Trans.on Signal Processing, 1992, 40(4): 857-866.、求根MUSICRao B D, Hari K V S.Performance analysis of Root-MUSIC[J].IEEE Trans.on ASSP, 1989, 37(12): 1939-1949.法及MNMKumaresan R, Tufts D W.Estimating the angles of arrival ofmultiple plane waves[J].IEEE Trans.on AES, 1983, 19(1): 134-139.等。以ESPRIT為代表的算法主要有TAMKung S Y, Arum K S, Rao D V B.State space and SVD based approximationmethods for the harmonic retrieval problem[J].J.Opt.Soc.Amer, 1983, 73(12): 1799-1811.、LS-ESPRITRoy R, Kailath T.ESPRIT a subspace rotation approach to estimation of parameters of cissoids in noise[J].IEEE Trans.on ASSP.1986, 34(10): 1340-1342.及TLS-ESPRITRoy R, Kailath T.ESPRIT- estimation of signal parameters via rotational invariance techniques[J].IEEE Trans.on ASSP, 1989, 37(7):984-995.等。20世紀80年代后期開始,最大似然MLStoica P, Nehorai A.MUSIC,maximum likelihood, and Cramer-Rao bound[C].In Proc.ICASSP, 1988:2296-2299. Ottersten B, Vibergm, Stoica P, Nehorai A.Exact and large samplemL techniques for parameter estimation and detection in array processing[C].IN Haykin, Litva, and shepherd, editors, Radar array processing, Springer-Verlag, Berlin, 1993: 99-151.算法、加權子空間擬合WSFCadzow J A.Ahigh resolution direction-of-arrival algorithm for narrow-band coherent and incoherent sources[J].IEEE Trans.on ASSP, 1988, 36(7): 965-979.算法及多維MUSIC(即MD-MUSICClergeot H, Tressens S, Ouamri A.Performance of high resolution frequencies estimationmethods compared to the Cramer-Rao bounds[J].IEEE Trans.on ASSP, 1989, 37(11): 1703-1720.)算法等的相繼提出進一步完善了空間譜估計理論。最大似然ML,包括確定性最大似然算法DMLStoica P, Nehorai A.MUSIC,maximum likelihood, and Cramer-Rao bound[C].In Proc.ICASSP, 1988:2296-2299. Ottersten B, Vibergm, Stoica P, Nehorai A.Exact and large samplemL techniques for parameter estimation and detection in array processing[C].IN Haykin, Litva, and shepherd, editors, Radar array processing, Springer-Verlag, Berlin, 1993: 99-151.和隨機性最大似然參數估計方法SMLOttersten B, Vibergm, Stoica P, Nehorai A.Exact and large samplemL techniques for parameter estimation and detection in array processing[C].IN Haykin, Litva, and shepherd, editors, Radar array processing, Springer-Verlag, Berlin, 1993: 99-151.,應用于波達方向估計。由于方向估計似然函數是非線性的,求解其最優解需要進行多維搜索,運算量巨大。Wax提出了用輪換投影APZiskind I, Waxm.Maximum likelihood localization ofmultiple sources by alternating projection[J].IEEE Trans.on ASSP, 1988, 36(10): 1553-1559.算法求解似然函數的最優解,大大減少了運算量,但是只能得到局部最優,并不保證全局最優。WSF算法同樣按子空間特性分為兩類:一類是信號子空間擬合算法Cadzow J A.Ahigh resolution direction-of-arrival algorithm for narrow-band coherent and incoherent sources[J].IEEE Trans.on ASSP, 1988, 36(7): 965-979.,另一類是噪聲子空間擬合算法Krim H, Vibergm.Two decades of array signal processing research[J].IEEE signal processingmagazine, 1996, 13(4): 67-94.。ML算法的實現過程和WSF算法的實現過程可以通用,如MODE算法Stoica P, Sharman K C.Novel eigenanlysiamethod for direction estimation[J].IEE Proceeding.Pt.F, 1990.137(1): 19-26.、MVP算法Vibergm, Ottersten B, Kailath T.Detection and estimation in sensor arrays using weighted subspace fitting[J].IEEE Trans.on SP, 1991, 39(11): 2436-2449.、迭代二次型最大似然IQMLBresler Y,macovski A.Exactmaximum likelihood parameter estimation of superimposed exponential signals in noise[J].IEEE Trans.on SP, 1991, 39(11): 2436-2449.等均可用ML和WSF算法的實現過程。

由于空間譜估計方法提供了超過“瑞利限”的角度分辨能力,將其應用到反輻射武器上,會極大地改善反輻射武器的角度分辨能力,因此有很多學者研究在反輻射武器上應用空間譜估計算法的可能。反輻射武器是電子戰中的“硬殺傷”武器,對其制導和作戰方式都是各國保密的重中之重,公開發表的相關的文獻很少。在文獻AGM-88 High-speed Anti-Radiationmissile(HARM)[M].Janes Electronicmission Aircraft.19, 2007, United States.中給出了HARM導彈各型號的相關數據,在AGM-88A、AGM-88B上除了寬帶被動接收雷達天線外,還存在一組線陣天線陣,為采用空間譜估計算法提供了相應條件。文獻呂彤光,周一宇,李盾,等.兩點源干擾中被動雷達導引頭測角性能分析[J].宇航學報,2001,22(6):15-25.簡單分析了在反輻射武器上應用空間譜估計算法的前景和相應難點,提出天線陣布陣困難、計算量大、空時的欠采樣是PRS上應用空間譜估計算法的難點。文獻司錫才,崔冬槐,司偉建.反輻射導彈對抗低截獲概率雷達和誘餌技術[J].系統工程與電子技術,2005,27(9):1549-1552.利用天線陣子的空間布陣實現對PRS上的空間譜估計,并進行了相關實驗來分析其分辨能力,但是沒有給出具體的實現方法與相應設置參數。文獻劉劍,王豐華,黃知濤,周一宇.陣列擴展用于反輻射導彈抗誘偏的研究[J].系統工程與電子技術,2007,29(3):365-367.利用大的快拍數,用時間換空間對陣列進行擴展,提高PRS的分辨率和分辨精度,但是大的快拍數在實際應用中很難滿足。文獻劉義,趙志超,王雪松,等.反輻射導彈復合測角抗誘騙干擾方法[J].宇航學報,2009,30(5):2122-2127.提出了一種單脈沖-空間譜復合測角方法,通過對兩種方法的信息融合得到目標信息估計,使ARM利用空間譜估計成為可能,但相應地增大了反輻射武器裝備的復雜度。在文獻劉義,趙志超,王雪松,等.反輻射導彈復合測角抗誘騙干擾方法[J].宇航學報,2009,30(5):2122-2127.的基礎上,文獻劉義,羅軍,王雪松,王國玉,馮德軍.誘偏干擾環境下被動雷達導引頭數據灰色處理方法[J].信號處理,2010,26(3):436-440. 劉義,趙春娜,王雪松,王國玉,馮德軍.一種對抗環境下反輻射導彈瞄準點估計方法[J].宇航學報,2010,31(3):764-768. Liu Yi.A Data Processing Approach in Passive-Radar-Seeker Based on Grey Entropy[C].IEEE 2009 ICIECS, Wuhan, China.進一步分析誘偏干擾環境下的被動雷達導引頭的數據處理方法。在PRS上應用空間譜估計算法,還有很多技術問題沒有解決,離實際工程應用還有一段距離。

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