反辐射武器的工作原理

1前言从50年代末美国开始研究乌鸦座反辐射导弹开始，至今反辐射武器技术的发展已有30多年历史。其发展历程大致可分为如下几个阶段：第一代反辐射导弹以国外60年代装备部队的反辐射导弹，如美国的百舌鸟AGM-45A/B和标准AGM-78，法国的玛特尔和前苏联的鲑鱼AS-5为代表。其特点是：导引头只能对准一个较窄的频段，射程较短，速度低，因而性能较差，无法对抗雷达关机，命中率较低。第二代反辐射导弹以70年代装备部队的反辐射导弹，如美国百舌鸟和标准反辐射导弹的改进型以及前苏联的王鱼AS-6为代表。与第一代反辐射导弹相比，其战术性能有所提高，射程远、速度高、威力大、频带宽，并具有记忆能力，但体积与重量都比较大。第三代反辐射导弹于80年代装备部队。这一代反辐射导弹有美国的哈姆AGM-88A/B/C、英国的阿拉姆、法国的阿玛特和前苏联的海峡AS-9、凯尔勒AS-11等。其中以美国的哈姆反辐射导弹为代表型号。其主要特点是：导引头频带宽、灵敏度高，采用复合制导、射程远、速度快、战术使用灵活。新研制的反辐射导弹，如美国研制的默虹AGM-136、北约的斯拉姆、俄罗斯的AS-17以及以色列的星-1和德国的ARAMIS反辐射武器系统等，采用毫米波技术、其覆盖频段将大为扩展，具有远距离发射，自主搜索和锁定目标及巡逻能力，而且可截获多种体制的雷达信号。2.反辐射武器的工作原理反辐射武器的工作可分为电子侦察、武器发射、自动跟踪和武器引爆四个阶段。在这里我们主要研究电子侦察和自动跟踪原理部分。2.1无源定位系统的分析电子侦察中的无源定位系统是对目标雷达信号参数的获取。通过预先编程和机载侦察系统引导来完成。预先编程是在载机起飞前，借助于便携式程序装置(数据库)将优先的目标类型和优先的攻击方式存入导弹存储器中，必要时也可以在飞行中改变。载机上必须备有高精度机载探测系统。它可以精测目标雷达的方位角、载频、脉宽、重频等参数。并可以判断威胁等级，选定要攻击的目标。通过导弹控制板调定导引头所要截获跟踪的目标。利用远程预警机的侦察系统，在远离敌方防空导弹阵地的空中，侦察目标的位置和性能参数，判别威胁程度，并把数据传送给反辐射导弹的载机，由载机上的接收系统调定反辐射导弹的导引头所截获跟踪的目标雷达，并引导导弹发射。导弹可按预编写程序或搜索识别随机工作方式自动探测、判别、评定、选择攻击目标。以美国的哈姆反辐射导弹武器系统为例。哈姆导弹的无源定位系统是装配在狂风ECR(电子战及侦察)型飞机上的。机上设置的电子支援设施可实施侦察，无源定位系统实施对目标的精确方位，还能识别和显示敌人的雷达辐射源。所设置的红外成象系统可用于全天候(包括夜间)的侦察，其操作数据口还能将截获的实时侦察数据送给随机的飞机或地面控制中心；前视红外雷达能够使飞机在恶劣的气象条件下和夜间实施低空隐蔽飞行；先进的显示设备和大容量的计算机可允许操纵人员有相对比较充裕的时间作出战术决定。机上的辐射源无源定位系统可显示操作的全部信息。在操作过程中，目标一经确定，系统自动将目标参数送至哈姆导弹，并同时将参数自动存储，还将此参数通告随行的飞机。ECR机中的数据链可以在UHF/VHF和HFs三种频段范围内工作，不断地将近似实时侦察信息送至随行飞机和地面指挥中心。数据接口能将数字信号与模拟信号相互转换；机上的前视红外雷达能在夜间和气候恶劣的条件下提供导航信息、侦察和威胁信息，从而提高了武器的隐蔽性和突防攻击能力。它的红外成象系统能够对某一区域或某一点位置进行侦察，并能将侦察过程中所记录的图象以近似实时的速度显示在操作屏幕上。操作人员对图象完成评估后，其结果可通过数据链向地面指挥中心和随行飞机提供侦察报告，图象的记录媒体是采用高分辨率的干式银盐胶片，它在摄取目标后数秒中内即可将图象非常清晰地显示出来。辐射源无源定位系统是一高截获率系统，可对敌辐射源进行探测、识别和定位。该系统为多信频程，覆盖RF频域，并设有干涉仪天线阵，装有信道化接收机和1750A多数字处理机，因而可实现精确测向和无源测距，并能实现多倍频程工作。该系统几乎覆盖了全部的地空和空空导弹威胁频率，它通过MIL/STD-1553B数据总线将系统截获的数据送至操作员观测的战术显示屏上。该系统不仅能够监视电磁频率的动态，还可以对被截获的信息进行识别、分选和定位，以配合反辐射武器的军事行动。因而机载无源定位系统在对敌人辐射源的信号处理中，能够实现搜索、截获和定位，并同时实现信息的记录和对参量分析的功能。该系统中的分析接收机采用了信道化器件，信道化接收机不仅具有超外差接收机的灵敏度和频率范围，而且还具备能实现瞬时测频的截获频率。因而倍受青睐，而且被越来越广泛地应用在密集脉冲环境的态势中，以实现精确测频信道化接收机利用数个并联窄带接收机来同时实现窄带和宽带工作。这样就具有很高的瞬时动态范围，以便允许接收系统正确测量多种信号。这种接收机结构中的处迟线可以实现在调谐情况下对外来信号的接收和测量，并移交窄带接收机，进一步分析和进行脉冲测量。信道化接收机提供了窄带瞬时带宽内高质量的、连续的信号选择性能，这是由于其内部有许多并行的SAN滤波器组，从而形成了多信道。在对敌人辐射信号搜索过程中，数据中心处理器可以确立一个初始调谐条件，之后，系统就可以自动对每一个频段分辨进行扫描。一旦捕捉到信号，即停止对频率的扫描而转入对信号信息的特征分析过程。这些信息包括脉宽频率、方位和扫描频率。上述特性分析接收后，就将其结果数据与预先装订的存储参数进行比较，以识别辐射源，并将结果送至战术显示器，由操作员对威胁做出评估，并选择对抗措施。以被系统定位的威胁也能够通过操作数据口送至随机的飞机。这一过程是由一可编程的扫描程序来实现的，该程序的使用需要根据威胁信息的频率预测来决定。该系统的瞬时接收机具有良好的频率精度和较大的瞬时带宽，并能在200百万次的脉冲流率下工作。辐射源目标位置可以在两个不同位置点所取得的两个相关数据而确定，一旦目标位置确定，该目标的数据就与跟踪数据相关。辐射源无源定位系统可以实现高速、实时辐射源信号分析，同时该系统的信息处理机构还能实现精确测向和无源测距，并能将处理后的结果及时全部送至武器系统。总之，对于电子侦察无源定位系统来讲，在实施对敌信号的处理过程中，能否实现对敌信号的识别，还取决于所截获的敌辐射源信号是否有足够的脉冲量。当系统中的瞬时带宽接收系统接收到待定信息后，就将该信息与预置存储在辐射源数据库中的全部参数相比较，以实现对待定辐射源的识别。该数据库包括了在作战环境中可能遇到的全部雷达辐射源的详尽参数。在识别信号源信息参数时，需要考虑到的因素包括发射频率、脉宽、脉冲重复扫描速率和极化方式等，根据这些即可判定辐射源信号的个体特征。此外，计算机还可以对辐射源进行分类(如敌我识别等)。2.2导引头跟踪技术及主要技术指标反辐射导弹的被动导引头完成对目标的捕捉和跟踪，其主要功能是：检测、指示和判别目标；自动引导反辐射导弹攻击目标。这两项任务分别在导弹待发射状态和制导飞行阶段完成。被动导引头在这两个阶段均能搜索和捕捉目标。被动导引头实际上是个无源雷达侦察机。它由天线、测频接收机、测向接收机和信号处理器组成。测频接收机测量电信号的频率，测向接收机测量弹目视线与导弹轴线的方位角，信号处理器完成对信号的分选、识别，并形成角误差控制信号控制导弹舵翼。被动导引头要有较大的瞬时视野，较高的测角精度和角度分辨力，以实现较高的角度截获概率、跟踪精度和抗干扰能力。被动导引头要实现超宽频带，以在频率上覆盖敌方大部分雷达。被动导引头有足够大的动态范围，防止反辐射导弹逐渐接近目标时，无法正常工作、测向和精度变差。被动导引头要有足够的灵敏度，以保持反辐射导弹能够远距离或从雷达副瓣方向攻击目标。被动导引头还应具有一定的目标分选、识别能力。3反辐射武器的抗干扰及局限性3.1反辐射武器的抗干扰技术3.1.1导引头技术反辐射武器能否有效地打击目标，关键取决于导引头的性能。反辐射武器的导引头基本上是一部雷达，在现代战争中它面临的信号环境极为复杂，频率范围极宽。要在复杂环境中捕获、鉴定并跟踪有时差异很小的信号，很大程度上取决于导引头的复杂程度和成本，并对宽带高速微波器件、高速信号处理技术方面提出了很高的要求。第三代反辐射武器导引头的覆盖频率一般都达到2～18GHz，有的甚至更宽。几乎覆盖了现在所有引导雷达和制导雷达使用的频率，一般能对付调频、闪烁和其它电子对抗手段。采用超外差接收机，提高密集信号环境中的目标鉴别能力。接收机装有多个预选滤波器，以提供多条前向射频通路。弹载计算机选择合适的射频路径，可以覆盖要攻击的目标雷达的工作频段。3.1.2捷联惯导技术国外新一代的反辐射武器都采用了捷联惯导和被动雷达导引头复合制导系统。这可以在雷达发现来袭到达关机后仍能以合理摧毁率攻击目标。具有抗雷达关机的能力；捕捉目标快，雷达开机几秒钟就可完成锁定。跟踪过程中如果雷达关机，反辐射武器可根据记忆的目标位置，控制导弹继续飞向目标；一旦雷达再开机，导引头可重新捕获和跟踪目标，以确保命中精度。还能以多种攻击弹道进行攻击，并可实现离轴发射。3.1.3数字信号处理技术和数字控制技术新一代反辐射武器大多有信号识别处理能力，具有自动捕获和锁定目标的能力。既可以发射前锁定，又可以发射后锁定；对新出现的威胁雷达，只要改变软件就能对付，而无需研制新的导引头。另外采用数字式自动驾驶仪，实现全数字化控制，也成为重要的发展趋势。这可以提高导弹的响应速度，还有助于进一步提高导弹的智能化程度，并减小体积和重量。3.2反辐射武器的局限性从辐射武器的特点中我们不难看出，反辐射武器经历了几十年的发展之后，其技术已日益成熟。但是万能的武器是不存在的，反辐射武器也存在着许多不足之处。它的局限性正是我们防御反辐射武器要利用的方面，是我们实施对抗的突破口。反辐射武器的局限性主要包括：3.2.1空间运动的局限性a.速度特性除少数反辐射巡航导弹和反辐射无人机外，反辐射导弹的飞行速度均比一般的空中目标要快，多数在2～3马赫；b.方向特性由于反辐射导弹是靠其被动式雷达导引头单脉冲测角技术导向目标，因此反辐射导弹通常的运动规律是在离开载机后向目标连续的径向移动。根据反辐射导弹的这两个运动特点，可以较快地将反辐射导弹与其它目标区别开来，从而采取对抗措施。c.导引头的局限性尽管大多数新型反辐射导弹的导引头已具有很宽的工作频率范围，被动导引头的分辨角大，抗两点源干扰能力差，又由于反辐射导弹的弹径受限制，天线孔径尺寸较小，对于工作频率较低的雷达、甚高频雷达仍难以实现精确定向。3.2.2性能的限制由于反辐射导弹的体积小，其性能也受到了一些限制，除上述的导引头频带宽度外，还包括以下几个方面：战斗部装药较小，威力不足，难以摧毁具有坚固防护设施的雷达装置；导引头的灵敏度虽已有了很大提高，但仍感不足，特别是对配有超低副瓣的平面阵天线的环扫监视雷达，难以实现精确跟踪；无目标识别能力，既不能识别敌我，也不能将真目标(雷达)和假目标区分出来。3.2.3工作原理的限制反辐射导弹的工作原理决定了它只能攻击正在辐射电磁波的雷达和虽已停止辐射，但其位置已知并被反辐射导弹引头记忆住的雷达。因此，反辐射导弹必须有辐射源辐射信号才能正常工作，也就是说，没有信号，那么反辐射导弹就失去控制而失效，利用反辐射导弹对辐射源的依赖性这一点，只要设计具有良好机动性和很高隐蔽能力的雷达，同样也可以对付反辐射导弹。从雷达体制上看双(多)基地雷达、分布阵列雷达以及低截获概率雷达在对抗反辐射导弹方面都有较好的效果。3.2.4被动导引头与目标信号失配被动导引头被动接收各种体制雷达和各种调制式样的信号，所接收信号是未知的，因此，被动导引头接收机与所接收信号是失配的，而不象雷达，发射的信号是已知的，而接收的信号是发射信号经过反射体回来的信号，所以雷达接收机可以比较容易的与接收信号匹配，而被动导引头无法知道所接收信号的详细结构模型，因此就无法实现匹配，如对脉冲压缩信号，只能作为低幅值宽脉冲信号处理，这样就相对地降低了被动导引头的灵敏度。3.2.5价格因素反