红外诱饵弹最佳干扰方法研究
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干扰条件下的红外目标检测方法研究作者:黄成王红梅来源:《航空兵器》2017年第05期摘要:为了实现红外诱饵弹干扰下的红外目标检测,提出了一种基于相对位置的综合决策算法。
该算法首先使用多尺度形态学去除背景和诱饵的高亮度影响,在此基础上分别进行基于特征块的阈值分割以及边缘检测,根据目标和诱饵的物理、运动特征的差别分别检测出候选目标区域,并对该区域进行基于相对位置的综合决策,判定出真实目标的位置。
结果表明,使用基于相对位置的综合决策得到的结果远优于单独使用这两种方法得到的检测结果。
关键词:红外目标检测;多尺度形态学;特征块;边缘检测;综合决策中图分类号: TJ760; TP391.4文献标识码: A文章编号: 1673-5048(2017)05-0031-060引言随着红外诱饵弹的普及和发展,出现了各式各样新型的大载荷、大面积、宽光谱的红外诱饵弹[1],因此空中对抗的抗干扰能力显得愈发重要,如何在各种复杂背景以及干扰条件下检测出目标就成了当下研究的重点和难点。
文献[2]使用快速直方图聚类后进行双映像后映射,将目标和干扰映射到不同的通道,实现了干扰条件下目标的识别和跟踪。
文献[3]利用目标和干扰在不同波段下的信息差别,实现了基于双波段信息融合的红外诱饵识别。
文献[4]使用边缘检测的方法,根据目标和诱饵的几何特征,实现了红外面目标的识别。
文献[5]基于多光谱与显著性,根据离差平方和准则将目标和干扰分类,从而检测出目标。
文献[6]基于谱尺度空间使用非负矩阵分解、 Gabor小波以及信息熵实现了复杂条件下红外目标的检测。
此外,还存在其他更加复杂的算法,如小波自适应滤波[7]、模拟退火算法[8]等在复杂条件下识别出红外目标。
1相对位置的综合决策方法针对现有目标和干扰检测算法复杂及准确性不高的问题,本文提出了一种基于相对位置的综合决策方法,对基于特征块的阈值分割和边缘检测的结果进行特征提取后综合决策,实现了干扰条件下目标的检测,图1为该算法流程。
〈制导与对抗〉红外空空导弹抗干扰性能验证方法研究陈晓娟(中国空空导弹研究院,河南洛阳 471009)摘要:抗干扰性能是衡量红外空空导弹作战效能高低的重要指标之一,如何有效地进行测试与验证是当前研究的重点。
提出了一系列包括静态验证,虚拟样机仿真,半实物仿真以及实物试验等完整的验证方法,可以全面考核红外空空导弹的抗干扰性能,其试验效果真实、有效。
关键词:红外空空导弹;抗干扰性能;静态验证;虚拟样机仿真;半实物仿真中图分类号:TJ762.2+3,TB114.3 文献标识码:A 文章编号:1001-8891(2013)09-0425-05 Verification Method for Anti-jamming Performance of Infrared Air-to-air MissileCHEN Xiao-juan(China Airborne Missile Academy,Luoyang 471009,China)Abstract:The anti-jamming performance is one of the important indexes to measure the combat effectiveness of infrared air-to-air missile. How to test and verify it effectively is the focus of the current study. This paper puts forward a series of verification methods, including static verification, virtual prototype simulation, semi-physical simulation and outfield test, which can completely evaluate the anti-jamming performance of infrared air-to-air missile, the test result is real and effective.Key words:infrared air-to-air missile,anti-jamming performance,static verification,virtual prototype simulation,semi-physical simulation0引言随着红外对抗技术的迅猛发展,光电对抗战已经贯穿到整个空战过程中,抗干扰能力的强弱直接影响导弹作战效能的高低。
红外有源干扰技术发展探讨【摘要】红外有源干扰技术包括红外干扰弹、红外干扰机、定向红外对抗和激光致盲等。
综述了国外红外有源干扰技术的发展现状。
【关键词】红外干扰;红外对抗;激光致盲式干扰1.引言对红外制导技术的研究起始于1948年,该技术首先应用于空空导弹,并于1956年起装备部队,经过几十年的发展,它已经广泛应用于反坦克导弹、空地导弹、地空导弹、空空导弹、末制导炮弹、末制导子母弹以及巡航导弹等等。
据统计资料报道,全世界红外导弹的生产量已超过了20万枚,装备使用的国家和地区有40多个。
红外制导武器由于具有制导精度高、抗干扰能力较强等优点,成为精确制导武器中最广泛采用的制导技术。
红外制导包括红外点源制导和更先进的红外成像制导。
红外成像可以提供二维图像信息,并用计算机进行信息处理,具有很强的抗干扰能力、很高的制导精度和空间分辨率,易于实现智能化。
其发展的重点是采用红外焦平面阵列探测器的凝视成像系统和自动目标识别技术。
在过去的30至40年时间里,据不完全统计,在战场上损失的飞机中,被红外导弹击落和击伤的约占93%,而雷达制导导弹和高射炮火仅占5%左右。
面对红外导弹威胁的日趋严重,迫使人们不断开发出先进的红外对抗(IRCM)手段。
采用红外干扰弹、红外干扰机、定向红外对抗和激光致盲等红外有源干扰手段,可以有效对抗红外导弹,确保自身平台的安全。
2.红外干扰弹红外干扰弹是指用来诱骗敌方红外制导武器脱离真目标,具有较高温度的红外辐射弹,亦称红外干扰弹、红外曳光弹。
红外干扰弹它广泛地应用于飞机、舰船的自卫。
红外诱饵弹大多数为投掷式燃烧型,内装的烟火剂多为镁粉、硝化棉和聚四氟乙烯的混合物。
这种弹药通过辐射强大的红外能量,制造一个与所要保护的目标相同的红外辐射源,诱骗敌方红外制导导弹上当受骗。
它主要对付敌方全向红外寻的导弹和双色红外制导导弹,属于有源欺骗式红外干扰弹。
其他还有烟火型红外干扰弹、复合型红外干扰弹和燃料型红外干扰弹。
基于GA-BP算法的直升机红外诱饵弹投放策略训练研究在现代战争中,直升机作为重要的空中力量,其生存能力直接关系到战场的胜负。
而红外诱饵弹作为一种有效的防御手段,其投放策略的优化对于提高直升机的生存率具有重要意义。
本文旨在探讨基于遗传算法(GA)和反向传播神经网络(BP)算法的直升机红外诱饵弹投放策略训练研究。
首先,我们需要明确直升机红外诱饵弹投放策略的目标。
简单来说,就是在敌方导弹攻击时,通过投放红外诱饵弹来干扰敌方导弹的制导系统,使其无法准确命中目标。
这个过程就像是一个巧妙的魔术师在舞台上表演,通过手法和道具的变换,让观众产生错觉,从而达到预期的效果。
然而,要实现这一目标并非易事。
直升机在飞行过程中,受到风速、风向、高度等多种因素的影响,使得红外诱饵弹的投放位置和时机变得异常复杂。
这就像是在狂风暴雨中放风筝,需要精准地掌握风的方向和力度,才能让风筝在空中稳定飞翔。
为了解决这个问题,我们可以借鉴自然界中的一些现象。
比如,蜜蜂在采蜜时会通过舞蹈来传递信息,告诉同伴花蜜的位置和距离。
同样地,我们可以利用遗传算法(GA)来模拟这一过程,通过不断迭代和优化,找到最佳的红外诱饵弹投放策略。
具体来说,我们可以将直升机的飞行参数(如速度、高度、航向等)作为输入,将红外诱饵弹的投放位置和时机作为输出,构建一个神经网络模型。
然后,利用遗传算法对模型进行训练和优化,使其能够根据不同的飞行状态自动调整红外诱饵弹的投放策略。
在这个过程中,我们需要注意以下几点:1.数据的准确性和完整性:神经网络模型的训练需要大量的数据支持,而这些数据必须真实可靠且覆盖各种飞行状态。
否则,模型的训练效果将大打折扣。
2.模型的复杂度和泛化能力:神经网络模型的复杂度越高,其拟合能力越强,但同时也容易过拟合。
因此,在训练过程中需要合理控制模型的复杂度,以提高其泛化能力。
3.算法的稳定性和收敛速度:遗传算法虽然具有较强的全局搜索能力,但也存在收敛速度慢、易陷入局部最优解等问题。
第!"卷!第#期#"$%年&月制!导!与!引!信’()*+,-./0(1.!2345!",35#6785#"$%文章编号!$&9$:";9&!#"$%""#:""$#:";红外抗诱饵干扰技术研究邵晓光!北京遥感设备研究所#北京$""Y ;!"!!摘!要"红外成像制导导弹因其具有隐蔽性好&精度高等优点!在近年的武器装备中得到了迅猛发展#提高导弹的精确打击能力和抗干扰能力!提高打击的有效性是现在精确制导武器发展的重大课题#就红外诱饵弹干扰机理&红外抗诱饵干扰技术现状和展望等方面论述了红外抗干扰技术的研究成果和后续的发展方向#关键词"红外导引头%诱饵弹%抗干扰技术中图分类号"<6!W %<69&#X W !!!!!!文献标识码"+!"#"$%&’(1+’":)+34F $663)/-"&’)3G,"K "-=/’.L (+7.*+!>H C U C 8B )8J I C I 7I H 3N=H G 3I H?H 8J C 8B .E 7C F G H 8I #>H C U C 8B $""Y ;!#-@C 8A "!!:;#+%$&+$<@H C 8N K A K H D !)="B 7C D A 8L HG C J J C 4H@A J B 3I K A F C DD H S H 43F G H 8I K H L H 8I 4M D 7H I 3C I J B 33D L 38L H A 4G H 8I A 8D@C B @F K H L C J C 385)I C J A 8C G F 3K I A 8I K H J H A K L @N C H 4D I 3C G F K 3S H I @H A 8I C :C 8I H K N H K H 8L H F H K N 3K G A 8L H3N I @H )=B 7C D A 8L H G C J J C 4H 5<@C J F A FH K@A JD C J L 7J J H DI @H C 8I H K N H K :H 8L HG H L @A 8C J G 3N I @H C 8N K A K H DD H L 3M #I @H F K H J H 8IJ C I 7A I C 38A 8D F K 3J F H L I3NA 8I C :U A GG C 8B I H L @8C E7H 5<"0=(%5#$C 8N K A K H D J H H O H K &C 8N K A K H DD H L 3M &A 8I C :U A GG C 8B I H L @8C E 7H 收稿日期$#"$%:"!:$&作者简介$邵晓光!$%Y !V "#男#高级工程师#博士#主要从事目标检测识别与抗干扰技术的研究("!引言红外成像制导导弹因其具有隐蔽性好’精度高等优点#在近年武器装备中得到了迅猛发展#广泛应用于各种战术常规导弹武器系统中#大幅度提高了制导武器的命中精度(在最近几次局部战争中红外制导导弹都发挥了极其重要的作用#成为威胁各种作战平台#特别是飞机的杀手锏武器(但作为红外制导导弹末制导关键设备的红外导引头在作战过程中也面临着各种复杂干扰条件下的工程应用难点(红外导引头在复杂战场环境下目标识别和抗干扰能力直接关系到武器系统的综合作战效能#是红外导引头亟需解决的关键问题之一(红外干扰包括背景’环境干扰和人工干扰两大类(背景与自然环境干扰如天空’云彩’太阳光’地面山峦’水面的海天线’地物!烟囱’水塔等"干扰等(人工干扰又可分为主动型干扰和被动型干扰(红外抑制技术就是一种被动型的人工干""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""第#期邵晓光"红外抗诱饵干扰技术研究扰#采用大量减少自身的红外特征和辐射能量的措施#使对方的红外导弹很难发现和探测到#减少了被攻击的可能性(主动型的人工红外干扰主要分为五类$红外诱饵弹干扰’红外干扰机干扰’+热砖,干扰’红外定向干扰和激光致盲(红外诱饵弹是用于造成一个假的红外目标的有源红外干扰器材#可从地面’飞机或舰艇上发射#诱骗地空’空空’空地和反舰导弹#使其脱离对目标的追踪(红外诱饵弹结构简单#成本较低#并且可在短时间内大量投放#造成强劲的干扰#是目前对付红外导弹的主要干扰手段($!红外诱饵弹及干扰机理目前红外制导武器绝大多数为被动式的#通过探测目标的热辐射来发现’识别并捕获目标(被动式红外制导武器系统能够正常工作必须具备如下三个条件)$*$A"入射的辐射波长应与探测器工作的波长相匹配#且入射的辐射能量大于探测器工作的灵敏度阈值&P "目标与背景具有一定的辐射对比度#即满足如下公式5?0<A 0>0<@0>!$"式中$5为目标和背景的对比度&0<为背景的辐射强度&0>为目标的辐射强度&L"目标应具有足够的线度(由此可见#如果能够改变目标和背景的辐射特性#减少两者之间的对比度#或者大幅度地衰减进入导引头红外成像传感器系统的辐射强度#都可以使被动式红外成像导引头系统受到干扰(如果干扰的强度足够大#红外成像导引头分辨不出目标的热图像#便可达到干扰的目的#如图$所示是典型的平台投放诱饵场景(红外诱饵弹通常以镁聚四氟乙烯’镁铝氧化铁粉和镁钠硝酸盐等作为发光材料#其红外辐射波长一般为!$%&"&G #燃烧时间为!;%W ""J #辐射强度比飞机大几倍甚至是几十倍#波段覆盖了飞机发动机及尾焰的辐射波段#可有效保护飞机)#*(在诱饵弹的起燃时间内#温度急剧上升#红外辐射能量快速增加#其火焰燃烧的温度在图$!典型人工干扰场景!#"""%#;"""d #光谱辐射的最大值波长在$X !&G 至#X "&G 之间(而在有效燃烧时间过后#诱饵的温度迅速降低#红外辐射能量快速下降并消失(干扰弹动态光谱分布与静态基本一致#但当飞机在一定飞行高度状态抛射干扰弹时#红外辐射强度变化的特征与静态时有明显差别#随着载机的飞行高度和飞行速度增大#干扰弹的红外辐射降低#上升时间和燃烧时间延长#如图#所示(图#!干扰弹辐射强度随高度和速度变化曲线美国将诱饵分为四种类型$常规点诱饵’动力飞行诱饵’自燃面源诱饵’多光谱诱饵(我国国内装备的大量诱饵均为第一代常规点诱饵(该类诱饵主要以提升辐射能量’导致导引头跟踪重心偏移来实现干扰功能#主要针对空空导弹#诱饵的辐射强度在设计时考虑与战斗机的发动机辐射(提高红外诱饵弹的辐射强度’扩展红外辐射的波长和使红外辐射特性!光谱分布’辐射强度’形状大小等"更接近所要保护的目标#是红外诱饵弹当前的主要发展趋势(#!抗红外诱饵干扰难点防御愈强#进攻愈艰难#在如此复杂多变的电磁干扰环境下#如何提高导弹的精确打击能力和W$!!!!!!制!导!与!引!信!!第!"卷抗干扰能力#提高打击的有效性是现在精确制导武器发展的重大课题(由于红外诱饵形成场景的随机性和复杂性#在红外抗干扰技术领域存在着共性难题#尤其是诱饵长时间遮挡目标’目标机动’截获目标前出现诱饵干扰等因素会严重影响红外导引头的抗干扰成功概率(!$"作战场景的复杂性人工诱饵弹的投放可能处于复杂的环境下#包括太阳’月亮’云’地物以及高速飞行导弹遇到的头罩热等问题#使得本来就困难的诱饵抗干扰攻关变得更加复杂(红外场景具有的随机性’多变性#使得基于场景设计的对策存在局限性(不同的目标遭遇方式’诱饵投放时机’时间间隔以及数量等严重影响着导引头的抗干扰能力(!#"真实红外场景获取的有限性通过诱饵动态投放录取试验#特别是高空的投放#可获得最接近真实的干扰场景基础信息#但由于试验的进度’代价’组织和技术难度#此类试验的数据有限(根据有限的数据建立完善的场景模型#难度比较大(同时导引头的抗干扰效能是统计意义#如果采用飞行试验的考核方式#则飞行试验子样的有限性将影响评价结果的合理性#因此必须依据大量的地面仿真试验验证结果来综合评价(!W"诱饵长时间遮挡目标带来的影响红外导引头在抗干扰过程中#某些投放条件下诱饵与目标会存在较长时间不分离(在目标被诱饵遮挡的情况下#红外导引头只能采取已有的记忆信息对潜在的目标进行预测判断(红外导引头预测的偏差随着预测时间的变长而变大#从而引起红外导引头抗干扰概率的下降(因此#红外导引头在抗干扰对抗中要采取各种措施来解决长时间遮挡过程中的特性预测问题(!!"目标机动的影响从红外导引头自身能够获取的信息分析#目标的红外特性和运动特性是抗干扰的主要使用手段(目标在机动时会引起红外导引头和目标的视线急剧变化#从而导致目标红外特征和运动特性的突变(红外导引头赖以使用的对抗手段无法准确使用#引起抗干扰能力的下降(!;"对诱饵投放时机的要求目前#红外导引头对飞机类目标的作用距离一般在十几公里左右#此时目标属于点或者斑点目标#可使用的判断信息非常少(如果在红外导引头截获目标前就存在诱饵干扰#则红外导引头将极有可能会错误截获跟踪诱饵(因此#目前国内外的红外导引头在抗干扰试验中#均采取红外导引头稳定跟踪目标后再投放目标的试验方式#避免提前投射的诱饵弹的影响(W!红外诱饵抗干扰技术A?>!基于图像特征的抗干扰技术要正确识别目标与诱饵#首先应该明确目标与诱饵成像在红外探测器上有哪些相同点和不同点(当目标探测到威胁后#由人在回路主观控制红外诱饵投放#释放的红外诱饵与目标具有相似的特性#但其与目标在辐射通量’形状以及运动特性等方面与目标还是有着或大或小的差异#这种差异正是区分目标与诱饵的依据(红外抗干扰的总体思路是基于目标与诱饵的特性进行区分#区分的前提为红外导引头必须知道自身是否处于诱饵干扰状态中#因此判断诱饵出现成为关键的一步(根据试验数据#诱饵投放时刻#目标面积和灰度特性会出现明显的突变过程(因此#可以将目标面积和灰度总和的变化作为诱饵出现的判断依据#准则设置$当前目标的面积和灰度连续一定时间大于设定阈值即判断为干扰出现(在远距离小目标阶段#目标经过点扩散函数成像为一个很小的亮斑#当干扰还没完全和目标分离时#导引头此时可以等待#输出原有视线转率&当诱饵和目标分离时#诱饵会出现明显的拖尾#呈现近似彗星的形状#与目标差别很大#因此可以利用此特性进行识别#剔除诱饵(在中距离或近距离阶段#此时目标已经开始成像#可以利用以下图像特征及策略进行识别$ A"利用幅值鉴别法来判别目标和诱饵$红外诱饵形成的热图像比被保护目标红外辐射强度大若干倍&P"形状特性$诱饵弹和舰船目标在形状细节#如宽高比’面积大小等方面有一定的区别&L"利用灰度’外形时间序列法判别目标和诱! $第#期邵晓光"红外抗诱饵干扰技术研究饵$诱饵随时间的灰度变化起伏要大#外形面积变化率也要大&D"利用相关跟踪法来剔除干扰)W*$依据多帧图像中目标灰度’大小’位置的连续性来区分&H"如果目标被诱饵完全覆盖#目标暂时丢失#可以利用记忆外推法#通过时间演推的弹目距离预测外推目标遮挡后的红外特性以及运动轨迹#从而实现对目标的重新捕获跟踪#弹目距离与目标大小的近似关系如下)!#;*$-?81M$Y"I#;&$I!X#!"#!#"式中$81为靶机翼展长度&M为弹目距离&-为目标在红外导引头上成像大小(基于目标信息建链的数据#开展其特性预测模块#特性拟合充分考虑弹目距离和弹目相对速度#依据目标特性与距离的相对关系#计算拟合系数(与此同时#从现有数据拟合结果可知#不同数据样本的随机性和离散性会对拟合结果产生较大的影响(且随着拟合时间的增加#预测误差也在逐渐变大(因此#在特性预测过程中#加入了目标复现特性对已有拟合系数修正的环节#始终以最新段的真实目标数据预测后续诱饵出现后的目标特性(A?@!红外导引制导一体化抗干扰技术目标和红外诱饵弹在红外图像上呈现的成像特性与诸多因素有关#例如成像器特性’红外诱饵弹的辐射特性’运动特性’投放方式’目标和红外诱饵弹的相对运动关系’成像器观测角度’气象条件等#由于干扰模式复杂多变#对红外导引头抗干扰技术提出极高要求(图像处理算法经过几十年的发展已经日趋成熟#所有算法使用都具有一定的前提条件#在一定范围内的使用可以达到最好的效果#超出了该范围性能可能急剧下降(除此以外#某些特别复杂的环境下#任何算法可能都无法有效工作#此时需要从总体设计的角度进行考虑#开展红外导引制导一体化抗干扰技术研究#提升导引头抗干扰性能(通过红外导引头与弹上控制系统的各种信息的交互#增加红外导引头可用的信息维度#为红外导引头抗干扰提供有利的平台(根据战术概率确定导弹在攻击区内发射导弹有效对抗诱饵干扰的高’低概率区#红外导引头与弹上制导控制系统配合#营造良好的目标识别和干扰对抗条件#从而实现对抗干扰能力的提升#解决红外导引头本身抗干扰的技术限制难题(A?A!多色"双色#探测识别抗干扰技术为简单起见#把目标’干扰弹’背景都看成绝对黑体#普朗克公式给出了绝对黑体辐射的光谱分布$,N%?5$%;/$15#%%O A$!W"式中$为绝对黑体的光谱辐射能量&为波长&O为绝对温度&5$’5#为辐射常数(普朗克公式计算的结果是单位面积黑体光谱辐射通量(在实际情况下#目标和干扰弹不仅具有不同的温度#而且具有不同的辐射表面积#表面积越大#同温度辐射体辐射的能量就越多(但一个辐射体在某一波长%$上辐射能量的大小不能全面地表现其辐射温度的大小#这也就是单波段导引头很难辨别目标温度特性的原因(对于不同温度的黑体#具有不同的辐射曲线#黑体在两个波段上的辐射通量之比只与辐射通量密度有关#与黑体的辐射面积无关)&*(对于不同温度的黑体#在不同波段具有不同的辐射曲线#黑体在两个波段上的辐射通量之比只与辐射通量密度有关#与黑体的辐射面积无关(图W给出了红外诱饵弹与飞机尾喷管的典型光谱辐射(图W!红外诱饵弹与飞机目标典型光谱辐射将两波长对应的普朗克公式相除#得出%$’%#波长处的双色比C值#C值能够表现辐射体的;$!!!!!!制!导!与!引!信!!第!"卷温度特性(双色比定义为在某个温度O下的黑!灰"体在两个波段中的辐射能量之比$C?,"%$,"%#?#%P$%$&!%#M"’!%",%!%#O""!%"D%#%P#%#&!%#M"’!%",%!%#O""!%"D%!!"式中$,"%$为两个波段的灰体在大气窗口#%e)%$#%#*波段内红外辐射经大气传播到达探测器#由探测器捕获到的光谱辐射出射度&O为辐射体绝对温度!B"&"!%"为探测器的光谱传输函数&&为红外辐射传输媒质的衰减系数#与波长与传输距离有关&’为光谱发射率#多数应用环境中#取常数&,%!%#O"为灰体在波长为%的光谱辐射出射度#可由普朗克公式计算(为了有效对抗红外诱饵弹的干扰#必须充分利用目标与诱饵在光谱分布特征及动态特性上的差异性#提取目标与诱饵在红外双波段图像中的双波段能量比及其变化等特征信息来对它们进行辨别#以使系统能够正确地对真实目标进行稳定的跟踪(双色比特性综合了两个波段的光谱辐射特性#具有良好的比对效果#成为区分目标和诱饵的重要特征(在导弹攻击过程中#诱饵为达到足够大的辐射强度#其温度必须远高于目标的温度#使得目标和诱饵在不同波段上的辐射强度呈现明显差异(因此#根据目标和诱饵在两个波段上积分能量比值的大小#即双色比可将它们区分出来(多色探测识别已成为对抗红外诱饵的有效手段#对于新型多色探测识别技术而言#导引头的波段选择显得尤为重要#根据目标和红外诱饵的光谱特性研究结果#选用合适的成像波段#既可以提高探测信噪比#又可以实现有效的目标探测(A?H!复合制导抗干扰技术复合制导是采用两种或两种以上不同物理特性的探测器组成的制导系统(在制导时#若探测器串行使用#为复合制导&若并行使用#为多模制导或并联复合制导(任何一种制导方式都有其优缺点#如能取长补短则能趋利避害(远程精确制导武器都采用两种以上的制导方式构成复合制导系统#这样不仅能提高制导精度而且也能增强抗干扰能力(远程精确制导武器都采用两种以上的制导方式构成复合制导系统#这样不仅能提高制导精度而且也能增强抗干扰能力(在导引头设计时#采用射频和红外复合制导的体制#发挥射频作用距离远的优势实现远距离截获目标#在红外作用距离上进行射频和红外交班#发挥红外制导精度高的优势#实现对目标的精确打击(在射频或红外制导模式被干扰无法准确反馈制导信息时#充分利用另一模式的有效信息完成制导跟踪过程(!!红外抗干扰技术未来发展趋势上述只是列举了红外成像导引头的一些常用的抗干扰措施#当然各种抗干扰方法都有其一定的应用局限性#因此#在具体应用中应根据实际需要将多种抗干扰方法结合使用(当然#未来比较理想的抗干扰方法是从以下几个方面不断提高导引头的软’硬件水平#充分挖掘各类对红外抗干扰有利的测量信息并大力发展多模复合制导抗干扰技术(!$"发展智能化红外成像寻的制导技术随着人工智能’成像制导’微型计算机和自适应控制技术的发展和突破#人们已经探索研究使精确制导武器实现完全自动化和智能化的智能制导技术(智能化寻的制导是采用图像处理’人工智能和计算机技术#对目标自动探测’自动目标识别’自动捕获和跟踪实现无人化#并进行瞄准点选择和杀伤效果评估(智能化寻的制导系统的核心是导引头信号处理目标检测识别和抗干扰算法的不断优化#能够在复杂战场环境下准确识别打击目标(!#"积极重视和推进多色%多模复合寻的制导技术的开发研究提高抗干扰能力的一个很好的选择是发展多模复合寻的制导(复合寻的制导兼有两种或多种频谱的性能优点#既可以充分发挥各自模式的优势#又可以相互弥补对方的劣势(在战术使用上将大大提高寻的制导系统的抗干扰性能和全天候性能(在众多种复合形式中#红外成像%毫米波复合技术性能最佳(该系统光电互补#克服了各自的不足#综合了光电制导的优点#是当前世界各国’下转第W;页(& $第#期孙富礼!等"低信噪比下f0^:>a?d复合调制信号参数估计频斜率较大的信号#比信号$在信噪比较低时的参数估计误差略高#且对码速率的估计误差要大于对初始频率和调频斜率的估计误差#但两个信号的参数估计整体效果接近#充分说明本文采用的参数估计算法的稳定性(!!结论本文针对f0^:>a?d复合调制信号的特点提出一种0=0<和循环谱相关联合参数估计方法(对f0^:>a?d复合信号的起始频率’调频斜率和码元速率进行了估计(该方法具有较好的抗噪性和估计精度#在没有任何先验知识的条件下即可在低信噪比下精确估计复合信号的参数(通过对不同信号的仿真实验结果表明本文方法具有良好的稳定性(但是由于需要在分数阶域的二维平面进行峰值搜索#所以运算量较大(参考文献)$*!崔晓明#张春杰#曲志昱#等5基于0=0<和相位差分法的f0^:>a?d复合信号识别)6*5航空兵器##"$Y#W";!W"$!;:!%5)#*!薛妍妍#刘渝5f0^一>a?d复合调制信号识别参数估计)6*5航天电子对抗##"$###Y!$"$&":&!5 )W*!胡鑫磊#张国毅#王春雨5低信噪比下f0^:>a?d 复合信号参数估计新方法)6*5电子信息对抗技术##"$;#W"!W"$$&:##5)!*!沈伟#赵拥军#刘成城#等5高斯噪声下伪码一线性调频复合信号参数提取方法)6*5数据采集与处理##"$###9!!"$!;":!;;5);*!王佩#祝俊#唐斌5伪码V线性调频复合信号参数估计理论性能分析5)6*5电子与信息学报##"$&#W Y!#"$!9#:!9Y5)&*!渠莹#杨俊5基于分数阶傅里叶变换的f0^信号参数估计)6*5物联网技术##"$9#9!$$"$W":W#5 )9*!b R A O I A J_^#+K C O A8b#d7I A M^+#H I A45*C B:C I A4L3G F7I A I C383N I@H N K A L I C38A4037K C H K I K A8J N3K G)6*5)...<K A8J A L I C38J38?C B8A4a K3L H J J C8B#$%%&#!!!%"$#$!$:#$;"5)Y*!吴昊#茅玉龙#曹俊纺#等5基于循环谱相关的雷达信号脉内分析改进算法)6*5火力与指挥控制##"$&#!$!%"$$#W:$#95)%*!夏楠#邱天爽#李景春#等5一种卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的非线性滤波算法)6*5电子学报##"$W#!$!$"$$!Y:$;#522222222222222222222222222222222222222222222222’上接第$&页(研究的重点(国外复合制导技术发展的趋势可以大致看出#复合制导武器由微波雷达%红外复合为主转向毫米波雷达%红外复合)9*(;!结束语本文就红外诱饵弹干扰机理’红外抗诱饵干扰技术现状和展望等方面论述了红外抗干扰技术的研究成果和后续的发展方向(红外干扰与抗干扰技术是一个相互迭代#共同发展的过程#随着新型诱饵和干扰技术的不断出现#新的干扰对抗策略和技术也将不断升级与发展(参考文献)$*!贾秋锐#周立柱#孙媛媛5红外成像制导抗干扰分析)6*5制导与引信##"$"#W$!$"$#":#;5)#*!刘永昌#朱虹5红外成像制导对抗技术分析)6*5红外技术##"""###!$"$$W:$&5)W*!+8A J I A J J3F3743J2#f A G F K3F3743J’+5?I A I C J I C L A4 )8N K A K H D)G A B H+8A4M J C J)-*5a K3L H H D C8B J3N?a).#$%%;##;;W$#9$:#Y$5)!*!何友#王国宏#彭应宁#等5多传感器信息融合及应用)^*5北京$电子工业出版社##"""$W;:!#5);*!李润顺#袁祥岩#范志刚5红外成像系统作用距离的估算)6*5红外与激光工程##""$#W"!$"$$:W5 )&*!贾明勇#董德新#陈勇5多元双色红外导引头抗干扰分析技术研究)6*5航空兵器##""&#!W"$$%:##5 )9*!赵永亮#张天孝5红外成像导引头抗干扰技术研究)6*5航天电子对抗##""%##;!$"$$!:$95;W。
•工程麁用•航天电子对抗2017年第5期先进的机载红外诱饵对抗技术措施发展研究陈宁,王刚,王鹏,陈元泰,刘玥晗(中国航天科工集团8511研究所,江苏南京210007)摘要:介绍当前机载红外诱饵的技术原理和性能特征,针对先进红外制导武器常用的抗 干扰技术,分析了现有红外诱饵存在的不足和局限性,在此基础上系统分析了国外正在发展的多种先进的机载红外诱何对抗技术措施,为未来机载红外对抗发展研究提供参考。
关键词:机载自卫;红外诱饵;发展中图分类号:TN972;TN976 文献标识码:AResearch on the development of advanced airborne infrareddecoy countermeasuresChen Ning,Wang Gang,Wang Peng,Chen Yuantai,Liu Yuehan(No.8511 Research Institute of CASIC,Nanjing 210007 ,Jiangsu,China)Abstract:The technical principles and characteristics of current airborne IR decoy are introduced. The limitations and imperfections of existing IR decoy are pointed out in consideration of the application of antijamming technology to advanced IR guided weapon. Based on the analysis of abroad multiple advanced IRdecoy countermeasures, the reference for the research of further development of IR decoy countermeasures isprovided.Key words:airborne self-defense;IR decoy;development〇引言据统计,1973 —2001年有49 %的飞机损失来自 红外导弹,其中1984 —2001年90%的飞机损失来自 红外导弹。
靶弹弹载红外干扰技术研究与应用摘要本文以某型靶弹为搭载平台,以美国“拉姆”舰空导弹为作战对象,对弹载红外干扰技术的作用机理、实现途径等问题进行分析讨论;通过对搭载平台的红外特性、作战对象红外制导性能的分析比较,论证了面源红外干扰弹的主要技术指标,对靶弹干扰技术的研究与工程应用具有一定的借鉴作用。
关键词红外干扰;面源干扰;点源干扰;目标特性0 引言为检验新型舰空导弹导引头的抗干扰性能指标,某型靶弹拟加装舰载红外干扰设备。
弹载红外干扰设备能在靶弹起飞后的特定时间段内,按一定的投弹序列,连续投放红外干扰弹,在靶弹周围形成与靶弹红外辐射特征的相似的红外辐射源,对舰空导弹的红外导引头进行干扰。
干扰设备主要用于投放面源红外干扰弹和点源红外干扰弹,也根据试验需要,投放满足特定外形尺寸要求的箔条干扰弹。
本文对弹载红外干扰技术的作用机理、实现途径等问题进行分析讨论,通过对搭载平台的红外特性、作战对象红外制导性能的分析比较,详细论证了面源红外干扰弹的主要技术指标。
1 红外干扰技术分析根据干扰弹的不同类别,红外干扰可分为点源干扰、多点源干扰和面源干扰三种形式。
点源干扰是第一代干扰红外干扰,技术上已落后,目前红外干扰技术研究的重点是多点源干扰和面源干扰。
多点源红外干扰弹是将多个烟火型燃烧材料装在诱饵筒内,投放后干扰弹在空中引爆形成多个燃烧点。
当采用多发齐射或多方位齐射等战术投放方式时,多点源干扰弹可迅速在一定空域形成红外高辐射区,并在导引头瞬时视场内形成持续的多个干扰源,将目标信号淹没,导引头就必须处理多组脉冲信号,降低了导引头检测目标的概率,红外导引头即使启动了抗干扰措施,但因探测器的噪声几何级数增大,而难以提取有效的制导信号,从而起到保护载机的作用。
多点源干扰本质上属于烟火型诱饵,干扰机制仍然是一种压制干扰,与导弹特性仍有较大差异多点源红外干扰弹的,当面对具有光谱鉴别能力或具有强度抑制鉴别能力的先进红外导引头时,其干扰效果将受到较大影响。
第21卷第1期系统仿真学报©V ol. 21 No. 1 2009年1月Journal of System Simulation Jan., 2009红外诱饵弹最佳干扰方法研究童中翔,刘鹏飞,王晓东,李传良(空军工程大学工程学院, 西安 710038)摘要: 针对红外对抗中如何实现红外诱饵弹的最佳干扰的难题,研究了红外制导导弹工作原理和爆炸机理,同时,为配合主动干扰方法结合现有红外诱饵弹技术指标提出新的要求。
依据红外诱饵弹辐射特性与载机尾后辐射特性相似的特点,提出了精确控制红外诱饵弹发射时机、发射方向、发射速度,使红外诱饵弹与载机、来袭导弹在同一条直线上,诱使引信工作主动引爆来袭导弹从而保护载机的最佳干扰方法,通过仿真算例表明该干扰方法的可行性。
关键词: 红外诱饵弹; 最佳干扰方法;精确控制; 红外制导导弹中图分类号:TN972+.1 文献标识码:A 文章编号:1004-731X (2009) 01-0069-04Research Optimal Jamming Method of IR DecoyTONG Zhong-xiang, LIU Peng-fei, WANG Xiao-dong, LI Chuan-liang(Institute of Engineering of the Air Force Engineering University, Xi’an 710038, China)Abstract: Aiming at how to achieve the optimal jamming of decoy in IR countermeasure, Work principle and exploding mechanism of IR guided missile was researched. For cooperating the active jamming measure, the new index of IR decoy was put forward to combine with the existing one. According to the similar radiant characteristic between the aircraft tail and the IR decoy, the optimal jamming method of IR decoy was put forward, which made the IR decoy move to the line linking the target warcraft with the coming missile.That made the IR decoy explode the coming missile initiatively; The IR decoy was controlled precisely launch opportunity direction and velocity. This is feasible proved by simulation.Key words: IR decoy; optimal jamming; precise control; IR guided missile引言随着小视域探测器连续扫描技术、多模抗干扰技术和红外成像技术等先进红外制导技术的迅速发展,红外制导导弹对飞行平台构成了严重威胁,原有的红外对抗手段已经落后[1]。
世界军事强国正在积极寻求新的红外对抗方法,一方面大力发展新型红外干扰技术和多元红外诱饵技术[2];另一方面积极寻求红外对抗中最佳战法。
目前空战中载机对红外诱饵弹的使用缺少一套较好的战法,并且存在有较大地盲目性:一次干扰过程,发射的红外诱饵弹数量较多,且对具有目标识别能力的红外制导导弹的干扰效果并不理想。
通常干扰敌方红外系统的方法主要有两类,即“隐真”和“示假”。
所谓“隐真”,是指消除目标的红外观察特征或者使目标与背景在红外观察条件下一致。
所谓“示假”,则是通过制造假目标或模拟原型设备的可探测特征,分散敌方火力,转移其对真目标的注意力。
其主要途径是施放各种红外诱饵来干扰、迷惑敌方的红外制导武器[3]。
红外诱饵是一种欺骗式的红外干扰器材多属烟火型,主要通过烟火剂的燃烧产生的红外辐射来模拟各种战场军事目标,干扰、迷惑敌方红外制导系统引偏来袭导弹,达到保护己方收稿日期:2007-12-05 修回日期:2008-04-11基金项目:国家自然科学基金(60772162)作者简介:童中翔(1958-), 男, 河南洛阳人, 博士, 教授, 研究方向为飞行器红外对抗技术;刘鹏飞(1982-), 男, 河南南阳人, 硕士生, 研究方向为红外对抗仿真。
的目的[4]。
通常红外诱饵弹采用的是质心式干扰机理。
质心干扰是指一个或多个红外辐射源出现在红外制导导弹的攻击视场内时,红外制导导弹不是跟踪其中的任何一个辐射源,而是跟踪多个红外辐射源的能量中心,通常将这个能量中心称为质心[5]。
因此,通常的干扰方法增加红外诱饵弹的弹道密度、调整投放时间间隔、扩大发射空域等数量型、规模型干扰。
如程序发射、分组间隔发射、多发齐射、多方位齐射等都是通过多发红外诱饵弹在一定空域内形成高辐射区加大导弹的探测噪声或增大遮蔽载机的概率,因而具有盲目性且效费比低,对抗干扰能力较强的红外制导导弹干扰效果不佳[6]。
本文提出了红外诱饵弹的准确发射时机并加以精确控制使红外诱饵弹干扰的目的性、针对性强,同时利用自身的红外辐射主动引爆来袭导弹,充分发挥了红外诱饵弹的最大干扰效能,起到更好的保护载机的作用。
结合该主动干扰方法对红外诱饵弹本身提出新的技术指标。
1 红外诱饵弹的辐射特性根据主动干扰方法的要求,结合现有红外诱饵弹技术指标对红外诱饵弹起燃时间、投放速度以及等效温度提出新的要求。
采用火箭投放器发射使红外诱饵弹投放速度大于载机的运动速度[7],同时通过燃烧延迟技术[8],控制起燃时间T 使红外诱饵弹在该时间内刚好运动到弹目线上。
2009年1月 系统 仿 真 学 报 Jan., 20091.1 红外诱饵弹的技术指标为[9](1) 起燃时间T :0.5~2s ; (2) 持续燃烧时间:≥ 4s ;(3) 等效温度:略大于尾喷管温度;(4) 辐射强度:静态时≥ 4102×sr W ,动态时≥ 3210×sr W ; (5) 投放速度:100~400m/s ; (6) 工作波段:1~3µm 和3~5µm 。
1.2 光谱分布特征从载机尾后观测,其辐射特征仅为飞机喷管的辐射,飞机尾喷管与红外诱饵弹的光谱辐射在工作波段(3~5µm)非常接近(如图1所示),因此对导弹的尾后攻击干扰效果好。
图1 红外诱饵弹与载机尾喷管的光谱辐射曲线2 红外制导导弹工作原理及引爆机理2.1 红外制导导弹工作原理红外制导导弹包含两个工作回路[10]:跟踪回路和制导回路。
目标的红外辐射经红外导引头的光学系统汇聚到红外探测器光敏面,经光电转换后将目标辐射转换为电信号送前置放大器放大,然后再送信号处理电路。
信号处理结果分两路输出,一路送导引头转矩电路处理后驱动旋转陀螺对目标实现跟踪,另一路经调制解调器、尾舵控制电路处理后驱动和变更尾舵来不断修正导弹的运动方向,使导弹始终朝目标方向飞去。
2.2 红外制导导弹引爆机理红外制导、红外末制导地空或空空导弹大多采用近炸引信[11](通常采用红外光引信),它能在弹道的某一点上引爆战斗部,而这一点由战斗部与目标的相对位置确定,在该位置能使战斗部爆炸对目标有最大的破坏力,即在导弹的有效杀伤半径R 之内。
当战斗部与目标之间的距离达到了使引信工作的条件(目标处于导弹的有效杀伤半径R 之内),引信电路工作,发出引爆战斗部的起爆指令[12]。
3 红外诱饵弹最佳干扰方法分析目前,新型红外导引头采用抗干扰技术,使导引头并不是跟踪红外辐射源的能量中心,而是通过导引头内部的目标识别判别算法[13],使其能够跟踪真实目标。
红外诱饵弹传统的数量型、规模型干扰不再适用,必须有新的干扰方法来提高红外诱饵弹的干扰效能。
假设红外对抗中,载机被攻击机锁定的情况下,载机通过导弹逼近告警系统检测到导弹威胁,应迅速调整方向做置尾机动[14](针对采用比例导航导弹),使得载机速度方向与导弹速度方向相同,确保载机与来袭导弹在一条直线上,从而使弹目线的空间方位保持不变[15]。
当导弹逼近时,红外诱饵弹与载机、来袭导弹在同一条直线上,载机红外辐射被红外诱饵弹遮蔽,起到“隐真示假”的作用,同时利用红外诱饵弹辐射特征与载机尾后辐射特征相似性,诱使导弹红外引信工作,从而提前使导弹爆炸保护载机。
3.1 发射红外诱饵弹的时机诱饵弹发射时机对干扰效果有重要的影响,发射过早由于红外诱饵弹与载机运动特性差异容易被导弹识别;发射过晚起不到干扰作用。
来袭导弹逼近载机,当满足min max r r r <<时(min r 弹目线的最小长度,max r 弹目线的最大长度),载机以初始速度0V 和角度0θ(红外诱饵弹对地初始速度0V 与水平面的夹角)发射红外诱饵弹,确保红外诱饵弹精确发射到弹目线上并且导弹在此时恰好逼近红外诱饵弹,即l R <(l 是T时刻导弹到红外诱饵弹的距离)。
因此,弹目线的最小长度min r (m in M r L V T >+),弹目线的最大长度max r (max M d r L V T R D ≤++<)其中,L 是红外诱饵弹质心运动的位移,导弹的有效探测距离d D ,载机速度T V ,导弹速度M V ,起燃时间T 。
3.2 红外诱饵弹的精确控制对红外诱饵弹的精确控制分两个阶段来分析:一是发射红外诱饵弹到弹目线上,红外诱饵弹起燃并迅速到达其额定辐射强度的90%以上,载机保持速度方向不变,导弹沿弹目线追踪载机;二是导弹逼近红外诱饵弹,此时导弹与红外诱饵弹的距离小于导弹的有效杀伤半径R ,红外诱饵弹诱使红外引信工作。
3.2.1 红外诱饵弹发射的精确控制红外诱饵弹的发射,要求红外诱饵弹爆炸时,红外诱饵弹的质心位于弹目线上,对地速度相对较小,以消除相对气流的影响,因此,红外诱饵弹发射的出口速度略大于载机的运动速度。
在T 时刻,红外诱饵弹恰好运动到弹目线上,实现红外诱饵弹的精确定位,根据弹目线与水平面的夹角q 以及载机的运动速度T V 确定红外诱饵弹对地初始速度0V 和角度0θ(0V 与水平面的夹角)。
红外诱饵弹发射后受到重力和气动阻力作用而运动,空气浮力可忽略不计,r 是弹目线长度,红外诱饵弹对地初始速度0V 与弹目线的夹角γ,导弹速度M V 。