红外有源干扰机的干扰原理和典型设备

红外有源干扰机作用机理

及典型设备报告指导老师：付小宁（老师）制作人：丁腾欢（04085010姚林涛（04085014王攀（04085037）红外有源干扰机是一种有源红外对杭装置，能发出经过调制精确编码的红外脉冲，使来袭红外导弹产生虚假跟踪信号，从而失控而脱靶。本文根据国外文献，仔细分析了红外有源干扰机的干扰机理，并综述了发展现状。v y▲1、前言随着光学制导技术的迅速发展，小型高速、无源制导的红外导弹改变了空战的规律。1972年越南人曾报道，每发射三枚红外寻的SAM-7导弹就可击落一架美军飞机。最新统计资料表明，战场上损失的飞机有90%以上是红外导弹的牺牲品。红外导弹在战场上显示出命中率高、使用灵活、维修简单和成本低等优点，各国均大量装备，服役的红外导弹已达10万枚。红外导弹威胁的日趋严重，不仅因为其技术性能不断改进，而且因为进行近距攻击的红外导弹使飞机自卫的时间很短，这就迫使人们不断开发出先进的红外对抗(IRCM)手段。而红外有源干扰机是一种非常有效的红外对抗装置。能发出经过调制精确编码的红外脉冲，使来袭导弹产生虚假跟踪信号，从而失控而脱靶。在固定翼飞机和直升机上装备红外有源干扰机，可以有效地对抗红外导弹，确保自身平台的安全。目前，红外有源干扰机己在作战飞机上广泛装备成为飞机自卫的最有效手段之一。本文根据国外文献，仔细分析了红外有源干扰机的干扰机理，并综述了国外红外有源干扰机的发展现状。2、红外寻的器工作原理红外导弹寻的器的调制盘（riticle系统类型相当多，如调幅、调频、调相、脉冲调制等，但实际采用的主要有下列两种，即同心旋转调制盘系统和圆锥扫描调制盘系统。2.1、 同心旋转调制盘系统调制盘与光轴的交点为调制盘的旋转中心时，这种系统称为同心旋转调制盘系统。这种系统原理简单，应用较广泛，并经过多年的发展，技术比较成熟。导引头光学系统将来自目标的红外辐射聚焦在调制盘上形成一弥散圆，调制盘的分格与此弥散圆匹配，既能有效地调制，又能滤除大面积的背景干扰。调制盘多数设计成调制后为调幅信号，调制度表示目标的偏差大小，相位表示目标的方位，经信息处理电路，将目标的偏差大小和相位解调出来，使导弹跟踪目标，即目标的象点接近中心。2.2、 圆锥扫描调制盘系统这种系统是调制盘不动，而次反射镜偏转一角度并旋转，使目标象点在调制盘上作圆周运动，达到光学调制目的。这种调制盘系统可以做到在相同视场条件下，红外探测器面积小、灵敏度高，加之其线性段偏差小、跟踪精度高、振动噪声小，且由于调制盘不旋转，不易产生热噪声等。与同心旋转调制盘系统相比，圆锥扫描调制盘系统有很好的线性，很大的斜率，可实现高质量的目标跟踪。其主要缺点是易于将目标与背景相混淆。3、红外寻的器上的目标信号与干扰信号为了深人了解红外干扰机对红外寻的器的作用原理，我们以同心旋转调制盘系统为例，首先定义调制盘调制函数和干扰机调制函数，这两个函数都可由付里叶系列进行表示。当所保护的飞机等军事目标装备有红外干扰机时，红外寻的器所接收到的辐射功率可表示为：P(t)=[A+P(t)]m(t)(1)djr其中：A--调制盘接收到的目标辐射功率；P(t)--调制盘接收到的随时间调制的干扰机辐射功率；jm(t)一调制盘调制函数。r调制盘的调制函数以角频率山为周期，可用付里叶展开m式表示为：m(t)吃囂一8Cnexp(jn%t) (2)这里，Cn=J0Tmmr(t)exP(-jn^mt)dt (3)

式中，T=2n/s。mm如果红外干扰机的辐射波形以角频率3周期，傅里叶展j开式表示为：Pj(t)=Yn=—8dkexp(jk3jt) (4)这里，dk=1dk=1/TJJpj(t)exP(-jk3jt)dt(5)式中,T=2n/s。mj把(2)式和(4)式代入(1)式,可得Pd(t)=[A+Y詮-8dkexP(jk3jt)]冷=-8CnexP(jn3mt)(6)在红外寻的器的探测器上，P」t)转变为电压量或电流量，并通过载频放大器、包络检波器和前置放大器进行处理，然后用处理后的信号来驱动导引头。为了更清楚、更直观地了解红外干扰机对导引头的干扰机理，我们对调制盘的调制函数和干扰机的调制函数作以下合理简化。假定调制盘的调制函数简化为：mr(t)=1/2[1+amt(t)sin3ct] (7)其中，a--调制效率的简单描述参数，是象点直径和调制盘直径的比率。mt(t)--载波门函数(一个方波)；3c--载波频率。

mt(t)的傅里叶展开式为:TOC\o"1-5"\h\zmt(t)=1+2S^=0(-l)n/(2n+l)sin[(2n+l)Dmt] (8)2 L假定干扰机辐射功率P0)以3为载频，以件为门限值进行调制,Pj(t)=B/2mj(t)(1+sin3ct) (9)其中，mj(t)同mt(t)除了％被件替代外具有相同的形式，B是干扰机峰值功率。mj(t)的傅里叶展开式为mj(t)=1+2Sn=0(-1)k/(2k+1)sin{(2k+1)[(Djt+0j(t)]}(10)2 nl其中，0j是相对mj(t)的一个随机相位角。在这种特殊的情况下，前面的(1)式变为：Pd(t)=1[A+1Bmj(t)(1+sinsct)][(1+amt(t)sinsct)](11)假定载频放大器仅仅通过载频或其频率附近的信号,载频放大器的输出可近似表示为：Sc(t)=a[A+1Bmj(t)mt(t)sin^c+1Bmj(t)sin^ct](12)(13)而(11)式中载频调制的包络为：(13)Sc(t)=aAmt(t)+1Bmj(t)[1+amt(t)]2包络信号进一步被前置放大器处理，以调制盘旋转频率进行调频。假定3和3相近，则导引头的驱动信号为：jmPd(t)ua(A+B/4)sin%t+B/2(1+a/2)sin[3jt+0j(t)](14)驱动信号驱动旋转陀螺，旋转陀螺和导引头转动力矩信号相互作用，使进动率正比于和。因为陀螺对过流或缓慢变化的交流分量有较好的响应，跟踪误差率正比于Pd(t)ua(A+B/4)+B/2(1+a/2)exp[jp(t)] (15)其中，B(t)=(3m-3j)t-0j(t)。没有干扰时，目标的象点沿着相位角方向以正比的速度向调制盘中心移动，直到到达平衡点。干扰调制在常向量的基础上加人了正旋扰乱，在中心就不存在一个平衡点。在向量旋转的某些时段内，目标的象点被拉向中心。当干扰功率B大于2aA时，目标的象点被拉离中心；如果p(t)的变化率较慢(3m和件的频率是很接近的)时，目标的象点就可被拉出调制盘，从而达到了干扰的目的。4、对同心旋转调制盘系统干扰的分析对寻的器为同心旋转调制盘系统的干扰，我们在干扰机干扰功率不变而调制频率变化、功率变化而频率不变和功率与频率都变的三种情况下作以分析。4.1、干扰机干扰功率固定而调制频率变化干扰机的角频率扫描会引起寻的器跟踪误差率的变化。不仅扫描误差相位变化，而且跟踪误差幅度也变化。当干扰机角频率与扫描器调频相差大时，跟踪误差率也将变化很快这时，红外干扰机打破寻的器的锁定比较困难。只有在跟踪误差率变化较慢时，才能容易地打破寻的器的锁定。4.2、干扰机干扰功率变化而调制频率固定干扰机功率的变化将引起寻的器跟踪误差率的变化，不仅相位发生变化而且幅度也发生变化。由于干扰机角频率接近寻的器调制频率，因此，跟踪误差率将变化很慢，这样打破寻的器的锁定将更容易些。当然，必须考虑干扰机的功率。4.3、干扰机干扰功率和调制频率都变化干扰机功率的变化将引起寻的器跟踪误差相位的变化。当干扰机调制频率接近寻的器调制频率时，跟踪误差变化将很慢。当干扰机调制频率等于寻的器调制频率时，将产生相位延迟。从上面的分析可以看出，红外有源干扰机对同心旋转调制盘系统的干扰，由于干扰机与红外导弹所攻击的目标配置在一起，所以寻的器将对同一方向观察到的假目标和真目标成像。我们必须考虑干扰机的效率和调制频率。当干扰频率与寻的器的频率相同时，那么相位延迟就是非常重要的参数了。为了更有效的打破寻的器的锁定，我们必须控制干扰调制频率和干扰机功率。5、对圆锥扫描调制盘系统干扰的分析5.1、 干扰机调制频率与寻的器相同在干扰机调制频率与寻的器相同的情况下，由于寻的器的运转要使导弹的跟踪误差输出为零，但因为干扰机和目标的合成信号己进人寻的器，驱动信号要根据这个合成信号调整Ts（目标相对于干扰机调制的相位延迟），这将使导弹的跟踪失败。5.2、 干扰机调制频率与寻的器不同当干扰机调制频率与寻的器不同，干扰效果不仅取决于干扰率和在调制盘上的时间比值，而且也取决于干扰机调制和调制盘调制之间的频率差异。这将导致导弹跟踪误差的更加不稳定。目标在调制盘上的时间和干扰率等决定的相位角（新出现的目标位置），将由跟踪误差所调整，从而使跟踪误差输出为零。在这种情况下，导弹的跟踪将更为复杂。国外进行的实验证明，在干扰机功率和调制频率固定，而干扰机相位延迟变化及时的情况下，导弹跟踪误差输出比没有干扰情况下大十倍。这证明，在这种情况下，干扰效果不取决于调制频率，而是仅取决于干扰率。国外进行的另一项实验证明，在干扰机功率固定且调制频率和干扰机相位延迟时间变化的情况了，干扰效果不仅取决于干扰率，而且取决于不同的调制频率。综上所述，对圆锥扫描调制盘系统的干扰，当干扰调制频率与目标调整频率相同，且跟踪误差输出信号竭力使其在平衡点上时，它将不仅调整在调制盘上的时间，而且也调整相位延迟。所以，对于干扰效率来说，相位延迟将是一个重要的参数。干扰效果不仅取决于干扰功率，而且取决于干扰机调制盘时间系数，从而使寻的器接收到的干扰功率发生变化。当干扰调制频率与目标调制频率不同时，寻的器接收到的干扰功率将取决于调制频率。跟踪误差输出将调整相位以找到一个平衡点。对于干扰机调制频率和功率的正确控制，能最有效地破坏寻的器的锁定。6、红外有源干扰机的典型设备目前己装备部队的红外有源干扰机多采用0.4〜1.5肝的非相干光光源。主要有以下三种:(1)强光灯型。如艳灯，氮弧灯和蓝宝石灯等。(2)加热型。是由电加热或燃油加热红外辐射元件而产生所需的红外辐射。(3)燃油型。当目标受威胁对，由发动机喷出一团燃油，延时一段时间后，发出与发动机类似的红外能量。6.1、强光灯型美国Northrop公司的AN/AAR-4型,70年代初生产，现停产仍服役。己装备美空军的几种直升机。通常采用机内安装方式，也可装人吊舱。它采用对蓝宝石灯进行电子调制以提供高效红外干扰信号。长84cm，直径33cm，重63.5kg,电源4kw。由于这种用于亚音速飞行作战的设备是可重编程的，通过修改软件，至今仍能有效对抗新的红外威胁。为适应美军HH-53直升机的作战要求，,1984年重新组装后形成AAQ-3(V)型，使其具有对多威胁进行干扰的能力。另一种新的改型AAQ-4(B),正在研制。AN/AAQ-8是Northrop公司生产的又一种红外干扰机,采用吊舱安装方式，适于亚音速飞行环境。AAQ-8(A)是第二代系统，用来对新的红外威胁实施干扰。它使用蓝宝石灯，并以电子调制代替机械调制。由于没有活动部件，其可靠性大大提高。该吊舱长2.3m，直径25.4cm，电源4kw。该设备在越南战争中广泛用于固定翼战斗机和运输机上。模块式红外发射机系统(MIRTS)也是Northrop公司所生产，是AAQ-8型的派生型。它采用一个多头蓝宝石灯，模块化结构，既能机内安装，又可吊舱安装，工作波长3~5m和8~14m，全方位干扰。该系统采用先进的干扰装置，包括2011年3月29日一种可变光学设备/反射器，能根据飞机的红外特征提供最佳的保护覆盖；结合最新的数字电子设备和模式转换电源，增强了可靠性、可维护性、灵活性和发展潜力。AN/ALQ-123红外干扰吊舱是美国海军70年代研制的，由LoraI公司生产，现停产。它由一个强光艳弧灯产生红外脉冲。该系统于80年代中期经过改进，具有新的调制速率，使其能对抗新型红外导弹。其平均无故障时间为150h。该设备可作为战术攻击机和轻型近距支援飞机的自卫装置，可对抗原苏AA-2“环礁”空空导弹，SAM-7地空导弹等。己生产和装备了近170部这种吊舱,但大部分没有发挥作用。AN/ALQ-157型是Loral公司研制的,1986年投产并装备部队,己安装在美海军、空军的直升机上，还提供给英国空军用于C-130运输机。该设备参加了海湾战争。ALQ-157(V)1、(V)2型都是为直升机研制的，采用微处理机控制，可编程。为对抗新型红外干扰弹而采用了新的红外光源。该设备由两部红外发射机、电磁干扰滤波器和控制指示器组成。驾驶员可选择预编程5种干扰代码中的一种。当出现新的红外威胁时，可相应改编程序。该干扰机可在飞行前进行自动检测，不需特殊的修理与维护。红外发射机装在直升机的两侧，以提供全方位干扰覆盖。重量99.8kg。1992年7月，LoraI公司又获得另外49套系统的合同。AN/ALQ-204“斗牛士”干扰机也是Loral公司研制的,己装备美空军总统运输机、英空军女王座机和其它国家的首脑/要人专机上。它采用脉冲调制灯,复合干扰码。基本系统包括9多部发射机、控制器单元实现电子同步工作,每部发射机具有4〜12kw红外辐射能力。该系统提供预先编好的多威胁干扰代码,可在操作员控制台上选择使用。当需要对付新威胁时,可编人全新的代码。挑战者红外对抗系统是在AN/ALQ-157和斗牛士基础上研制的紧凑型组件式设备，由LoraI公司生产，用于直升机、小型攻击机、通用飞机和观察飞机。它采用新型发射机,具有成本低、重量轻,且功耗小等优点。目前,正在生产并在英国海军和日本陆军自卫队服役。该系统由以下几个部分组成1个或2个带有可选择多威胁干扰代码的外部发射机单元,每部发射机的输出可覆盖达的360。方位；为发射机供电的电源；飞行员控制指示器,用来连接的电子接口单元,以及电磁干扰滤波器。6.2、加热型加热型采用电加热或煤油加热红外辐射元件以产生所需的红外辐射,而在载机电源功率有限的情况下,采用燃油加热可大大降低电力消耗。AN/ALQ-132红外干扰吊舱由Sanders公司于1975年投2011年3月29日产，已装备A-4、A-6、A-7、A-10和C-130等飞机。该系统将燃油与空气混合后在吊舱内的燃烧室里燃烧，加热陶瓷红外辐射体，以产生经调制的红外辐射。吊舱重66・7kg。AN/ALQ-140型也是Sanders公司生产的，装备F-4等飞机，红外辐射源是电加热陶瓷体。设备安装在飞机的尾部。AN/ALQ-144、AN/ALQ-146、AN/ALQ-147这三种型号都是Sanders公司生产的，为70年代产品，用以保护中型直升机和小型固定翼飞机。ALQ-144具有一个被高