激光红外干扰技术的发展动向与分析＊

李海刚 张 洁

（中国电子科技集团公司第五十三研究所 锦州 121000）

1 引言

红外热成像制导具有高灵敏、长距离、全时候的特点，在精确制导武器占主导的现代战争中扮演着极其重要的角色。近期局部战争的战果表明，红外成像型的精确制导武器对一些重点目标的威胁日益严重，如何消除这类威胁是当前研究的重点。为了有效地对抗红外制导导弹的攻击，保护自身目标的安全，各国都加强了红外对抗技术的研制和开发。本文就激光红外对抗技术、发展动向、发展分析等，作进一步的研究和探讨。

2 激光红外干扰技术

红外热成像制导虽具有较高的敏感度，但也极易受到强光的干扰，采用波段匹配的激光束对红外热成像制导实施干扰，使其暂时失效或永久损伤，导致红外热成像制导不能正常工作，而偏离目标。

2.1 激光干扰

目前常用的热像仪都采用微测辐射热计焦平面，经红外成像光学系统聚焦成像。以非制冷热像仪为例，位于微测辐射热焦平面上的半导体薄膜会随温度的升高而发生相变。激光光束经过热像仪前端光学系统会在焦平面处聚焦，对热敏组件造成干扰。焦平面上被干扰的像元和阵列的半径随激光光束能量的增加而增大。由于产生干扰效果需要较高的激光功率密度，连续激光器功率密度普遍较低，因而通常干扰热像仪所采用的激光器为脉冲体制。对激光脉冲重复频率的要求则取决于热像仪帧频频率以及热像仪积分时间间隔。

激光发散角为θ，激光器距离热像仪的距离为L，则激光到达热像仪时的光斑面积S：

热像仪传感器阵元上的激光功率密度I：

式中：P为激光器的输出功率，τ为光学镜头的透过率，α为激光透过单位大气长度的衰减系数。试验中，α＝0.105km－1，L＝3km，τ＝0.8，则

在本试验中，激光光源可以认为距离目标无穷远，其在红外热像仪的探测阵列上成像的直径为Ø1：

D为热像仪光学系统的通光直径，试验中，D＝100mm。f为红外成像系统光学系统焦距，λ为激光波长。以直接瞄准的方式对红外热成像系统进行干扰时，干扰光束基本为平行光，且对热像仪镜头全覆盖，热像仪光学系统的增益G可表示为

将各参量代入式（5），可计算得出试验中所取光学系统的增益G＝1.52×105。

2.2 干扰分析

对非制冷式热像仪进行的干扰试验中，脉冲体制的CO2激光器在平均功率不足射频CO2激光器平均功率1／2的输出时，在干扰效果上仍明显要好于射频CO2激光器。由式（2）和式（5）可知，这主要是由于脉冲体制的CO2激光器有着非常高的峰值功率，经光学系统增益后，很容易使处于焦平面处的光敏探测面上的部分像元达到饱和，进而形成串扰，在整个探测器视场里形成耀斑，达到预期效果。

在对制冷式热像仪进行的干扰试验中，射频CO2激光器在干扰效果上虽不如脉冲CO2激光器显著，但在干扰概率上，优于脉冲CO2激光器，可以达到每帧视频均有干扰亮斑出现，这主要是由于制冷式热像仪的积分时间短，因而对脉冲体制CO2激光器的重复频率有着较高的要求。当脉冲CO2激光器的重复频率为1200Hz时，出现的干扰概率约为40%，当脉冲重复频率为1500Hz时，出现干扰概率约为44.4%，由此可以推算出制冷式热像仪的积分时间在300μs左右。激光脉冲重复频率至少为3400Hz左右时才能保证干扰概率达到100%，射频激光器的调制频率为5kHz，因而每帧视频均有干扰亮斑出现，达到预期效果。

2.3 定向红外干扰

定向红外干扰可以采用常规的红外光源也可以采用激光，而激光能在干扰光束中集中更大的能量。同其它红外对抗方法相比，相干光（激光）定向红外对抗（CDIRCM）技术能提供更远的作用距离和更大的灵活性，能有效干扰制导系统先进的新一代红外导弹。

为使红外干扰光束及时准确指向来袭导弹，必须跟踪导弹并给出导弹的方位数据。这项功能是由导弹逼近报警系统完成的。一般采用无源红外或紫外探测的导弹逼近报警系统，它具有360°覆盖范围。由于导弹逼近报警系统无源探测，且红外干扰能量定向发射，所以大大提高了载机的隐蔽性。

将激光辐射用于干扰装置，已成为光电对抗技术中的一个重要分支，并称为定向红外干扰（DIRCM）技术。

实现DIRCM有两种不同的方法：一是非闭环技术，通过将一束由非相干的闪光灯或激光产生的红外能指向红外导引头使之受到干扰或工作混乱。另一种是闭环技术，它发射激光并接收导引头反射的激光能量，通过分析反射回波来确定红外导弹的参数，然后选择最有效的方式来对抗红外导引头。

在DIRCM系统中，AN／AAR－54探测来袭导弹的排气羽烟，并将方向数据提供给转向子系统。转塔（或转塔组）经过适当校准后，跟踪子系统生成一个目标框，计算出将要出现的威胁，在攻击期间保持转塔在框中对准。这种系统已安装到C－17和特种部队的C－ISO飞机上。

为了提升F－16战斗机的防御能力，Terma公司开发出了AN／ALQ－213电子战管理系统。该系统利用一个基于计算机的电子战管理装置和一个电子战主指示装置取代F－16战斗机上原有的AN／ALR－69雷达告警接收机、AN／ALQ－162干扰机和AN／ALE－40投放器的大部分控制器和指示装置。系统可以进行自保护编程，有手动、半自动和全自动三种模式供飞行员选择。通过自动分析来袭威胁，系统可以选择出最有效的对抗组合。系统进一步的改进包括提高计算机性能以及增加战术威胁显示器等。一些国家已经将这种系统装备到运输机和直升机上。

安装在最新战斗机上的一种系统是泰利斯公司／MBDA公司共同开发的SPECTRA系统。该系统可以对抗雷达、红外和激光的威胁。SPECTRA包括相控阵雷达干扰机，安装在"阵风"战斗机的机身内，组件通过专用数据总线和中央系统处理器集成。同时系统中还包括MBDA公司提供的红外导弹发射探测传感器以及红外诱饵和箔条投放器。SPECTRA系统采用的技术包括干涉测量法、数字频率存储、电子扫描、多光谱红外探测、图像处理以及人工智能、单片微波集成电路和超高速集成电路。

在攻击直升机上也可以发现类似的系统。其中的典型产品是Selex公司的HIDAS。HIDAS由Selex公司的“天空卫士2000”雷达告警接收机、1223系列激光告警接收机、BAE系统（北美）公司生产的AN／AAR－57导弹告警系统、泰利斯光电子公司的Victon 78系列455型投放器系统以及防御辅助套件控制器组成。系统还可以增加一个雷达干扰机和一个诸如“复仇女神”DIRCM的定向红外对抗系统。目前该系统集成在WAH－64攻击直升机以及希腊和科威特的“阿帕奇”直升机上。

3 发展动向

1）激光定向红外对抗系统成功挽救多架面临防空导弹威胁的直升机。美国《每日航宇》2010年1月8日报道：美陆军负责人表示，首架CH－47D在经历多种红外制导防空导弹攻击后仍得以幸存，该直升机刚刚完成激光定向红外对抗系统改进。美国陆军负责红外对抗（IRCM）的产品经理皮克林表示，“支奴干”在应对多种红外制导便携式防空导弹这一复杂战场环境方面是很成功的。阿富汗和伊拉克极端分子攻击的主要目标就是美国陆军的CH－47D“支奴干”重型运输直升机，这种直升机可以搭载30名士兵和重要的军事设备。皮克林表示，“对于极端分子的攻击行动来说，击落一架直升机将是巨大的胜利。搭载30人的‘支奴干’若被击落将是一个轰动全球的新闻。如果每周被击落一架并持续6周，那么意味着战争即将结束了。”

由于“支奴干”飞行升限高，正好适应了阿富汗高山较多的地形特点，因此“支奴干”在阿富汗使用的数量很大。美国陆军在阿富汗现已装备了13架升级的“支奴干”，伊拉克先前也已装备了一架升级过的“支奴干”。驻扎在伊拉克和阿富汗那些未进行升级的“支奴干”机队将在阶段性维护期间完成升级工作。配备有新型防护系统的升级直升机飞行时间已超过1000小时。先进威胁红外对抗系统（ATIRCM）是旋翼机应对作战威胁的分层防御的重要组成部分，ATIRCM中包含了激光设备。皮克林表示，我们有能识别出导弹类型的告警系统，我们也有能对抗红外导弹的曳光弹，以及配有激光器并能击毁任何现役红外导弹的ATIRCM，但我们也知道将来会出现更大、更好的导弹。《航空周刊》从其他陆军官员那获知，ATIRCM可以对抗俄罗斯研制的SA－16，尽管现在黑市上已经在出售SA－18，但在作战中还没遇到SA－18。在阿富汗，“支奴干”作战高度较高的特点已变得非常重要，重型运输平台的需求使它们更易成为被攻击的目标。BAE系统公司负责生存力和防护的首席技术官员表示，我所看到的能保持我们警醒的一个倾向是许多低技术武器的使用，尤其是在像阿富汗这样复杂、非对称威胁环境下。任何人在互联网上花费1万美元就可以买到激光测距仪、夜视仪或微光热成像硬件，而且极端分子一点也不缺钱。当他们将这些高技术传感器和低技术武器相结合，就会很明显地提高攻击效率。应对这些威胁对于我们来说是真实的挑战。装备 AN／ALQ－212（V）ATIRCM是美国陆军2008年7月预定的第一波快速反应能力的一部分，AN／ALQ－212（V）包括用于发现敌方防空导弹的红外传感器和用于迷惑红外导引头并使其偏转的激光干扰机。更好的是，通过使用威胁信号的系统库，ATIRCM可以控制一束经过调制的干扰能量去误导或压制特定的敌方导弹的导引头。

2）诺·格公司开发用于直升机的多波段红外反导弹系统。英国《国际飞行》2010年1月28日报道］ 诺·格公司声称，最近进行的一系列试验验证了专为美国陆军直升机开发的一种基于直升机的反导系统的可靠性，这为在美军数千架直升机上装备反导弹系统提供机遇。美国陆军最关注的情况之一是在将为固定翼飞机设计的多波段干扰机缩小成用于直升机的系统时所产生的可靠性方面的风险问题。

诺·格公司的这种系统包括一个重4.4kg的激光器，累积试验时间超过655小时。尽管这只是一种预生产的原型产品，但该系统验证了与成熟技术有关的可靠性水平。诺·格公司／Selex公司的系统是基于单一干扰头，而一些竞争对手已采用了一种分布式口径方案。诺斯罗普公司也曾考虑过这种设计方案，但考虑到用于在各个分布式的口径间传输信号的光纤技术的成熟性等问题，最终放弃了这种技术方案。采用分布式口径方案需要给激光器配装一个光纤耦合器，而这种技术目前还不成熟。诺·格公司称：“未来这种技术是很有希望的，但仍需进行多年的研发工作”。

3）美国海军将发展半导体激光器技术以对抗红外制导武器。美国《军用航空航天电子学》网站2010年5月19日报道：美国海军正在积极探索多波长直接宽带隙半导体激光器技术，该技术可干扰精确制导武器中的红外传感器。海军研究办公室（ONR）上周授予Daylight Solutions公司一项140万美元的合同，研制可对抗红外制导武器的激光器。这种激光器可干扰现役红外制导武器中波长在1～2、3～5和8～12μm的扫描和焦平面阵列成像传感器。Daylight Solutions公司主要从事量子级联激光器（QCL）探测和成像系统的研究，尤其在外腔量子级联激光器（ECQCL）方面具有一定的技术优势。

4）红外对抗的日光防御第四代量子级联激光系统完成环境试验。美国《军事与航空航天电子学》网站2011年5月17日报道：日光解决方案公司的全资子公司—日光防御公司的军事和航空应用的基于量子级联激光器（QCL）JammIR系列B.4激光系统已通过环境试验。日光基于量子级联激光器系统已经完成了几架直升机平台上的飞行试验，并通过了美国陆军的可靠性鉴定试验（RCT），显示了较高的技术准备水平（TRL）。旨在降低系统重量和提高可制造性的Solaris激光集成了直接耦合指针／跟踪器组件，并充分利用直接耦合指针／跟踪器广泛的传输特性。因此，它可以提供比可能的传统硫与光纤耦合的指针／跟踪器更有效的干扰线。Solaris的设计改进提供了能力上的显着增加，同时保持产品系列高的TRL完整性。

新的军用级Solaris系统代表了日光系列B家族多瓦，多波长激光系统产品的第四代。系列B族的先辈已被证明是符合美国军方环保耐用性和可靠性的要求。

5）萨博公司为奥古斯塔·韦斯特兰公司直升机提供对抗防护装置。法国《航宇防务》2013年1月3日报道：近日，瑞典萨伯公司获得了一份价值约1亿瑞典克朗（约1529万美元）的合同，将为奥古斯塔·韦斯特兰公司提供一批直升机自卫与电子情报系统。

这批防护系统由电子监视载荷（ESP）和集成防护辅助套件（IDAS）组合而成。集成防护辅助套件由多传感器告警系统和轻型烟幕布撒系统（BOP／L）组成，其中的传感器含有导弹告警、激光告警和导弹临近告警装置。电子监视载荷专为直升机平台设计，是一种结构紧凑、性能先进的电子情报系统。两者组合可显著提高系统高精度测向和发射机定位的性能，可在恶劣、复杂威胁环境下增强直升机平台的生存能力。按照合同，系统开发和生产工作将分别在南非和瑞典进行，交付将于2013～2015年完成。

萨伯公司的集成防护辅助套件可装备多种旋翼及固定翼飞机，包括萨伯公司的萨伯2000，奥古斯塔·韦斯特兰公司的A109、A129和“超级山猫”300、波音公司的CH－47“支奴干”，丹尼尔公司的“茶隼”和“羚羊”，欧直公司的“美洲豹”、“超美洲豹”和“美洲狮”，NH工业公司的NH90，洛克希德·马丁公司的C－130B、C－130H 和 L－100，苏 霍 伊 公 司 的 Su－30MKM，以及印度正在开发的“北极星”直升机。

6）美国研发60kW激光用以摧毁空中威胁。美国军事与航空航天电子学网站9月4日报道：洛克希德·马丁公司下属Aculight分公司的（位于美国华盛顿州巴索）激光武器专家，将帮助美国陆军为车载激光武器系统研发一个60kW光纤激光器模块，用以击落敌人无人机、火箭、炮弹和迫击炮。

“稳健电子激光器倡议”（RELI）基础项目介绍RELI项目是在早期“联合高能固体激光器”（JHPSSL）和“高能液体激光区域防御系统”（HELLADS）项目中研发的激光武器技术基础上进行的研究。RELI项目是利用这两个项目研发的技术进行的一个后续项目。“联合高能固体激光器”和“高能液体激光区域防御系统”项目为未来激光武器研发了包装、冷却和火控能力技术。RELI项目研究重点在于激光效率的大幅改善，以及包装足够小的可在战术飞机和车辆上部署的激光武器。RELI项目的研究成员包括位于埃尔塞贡多的雷声空军系统公司，位于新墨西哥州阿尔伯克基的波音定向能项目部门，以及洛克希德·马丁Aculight公司。其合作伙伴是美国陆军和空军，美国海军也将参与其中。

“高能激光移动演示”（HEL MD）项目介绍美国陆军空间与导弹防御司令部官员，上周宣布他们计划授予Aculight公司一个独家合同，为美国陆军和波音公司定向能系统分部的联合项目HEL MD研发60kW激光器模块。即将签署的合同将让Aculight公司专家利用美军“稳健电子激光器倡议”项目研发的技术，将激光武器能量从在“稳健电子激光器倡议”项目中演示的25kW提高到60kW。根据即将签署的合同条款，Aculight公司将制造和集成额外的“稳健电子激光器倡议”2kW的光纤激光器模块（该模块与那些“稳健电子激光器倡议”下25kW实验室激光器所要求模块的相同），最终达到60kW输出功率。Aculight公司专家还将描述RELI叠加光纤阵列和光谱波束聚合器在施加更强的功率下更高的热负荷情况。

“高能激光移动演示”（HEL MD）项目的HEL MD项目是通过增加激光束能量，使它们在未来激光武器中成为足够强大的一个连续系列的激光武器研究项目。60kW激光将被集成到HEL MD项目中，用以支持即将进行的演示。项目最终目的是研发一种利用50～100kW激光，用以对抗空中威胁的激光武器。目前，合同的价格还没有最终确定，但陆军官员表示他们估计合同将为期3年以上，价值2380万美元。

7）以色列公布新型激光防御系统。美国华盛顿自由灯塔网站2014年2月13日报道：以色列近期在新加坡航空展上公布了一种由拉斐尔公司开发的激光防御系统——“铁束”系统，该系统将能够使用高能激光束击落火箭弹和炮弹。据拉斐尔公司称，“铁束”系统明年将可投入作战，如此以来，该系统将成为世界上第一个作战激光武器。

“铁束”系统为固体激光拦截器设计，通过发射定向高能激光束来摧毁目标，是一种模块化的、可移动的系统。“铁束”可以安装在独立的卡车上，与另一辆载有雷达设备的卡车协同作战，可有效对抗近程战术威胁，包括火箭炮、火炮和迫击炮等空中目标，以及无人机或地面目标。

“铁束”固态激光器由发电机驱动，可进行“多发、多目标交战”，能够通过摧毁所有目标挫败大型齐射火炮攻击。其最大拦截距离为4.5英里（约7.24km），在保证以色列边境安全上可发挥重要作用。此外，该系统可作为防空系统的一部分或作为一个独立的系统，全天候作战。

“铁束”系统的优点是附带损害较小，对环境影响较小。同时，一般的制导拦截器每次打击成本为千万美元，相比而言，“铁束”高能激光武器系统成本很低，只需计算用于发电的燃料成本，甚至可以忽略不计。

拉斐尔公司还开发了可拦截50英里外火箭炮的“铁屋顶”系统，其射程可能还要延长。该系统三年前已具有作战能力，在阻止从加沙地区发射的火箭炮上已被证明高度有效，但不能拦截从以色列边界的集体农场发射的近程火箭炮。

4 发展分析

激光红外干扰技术的发展趋势：1）采用旋转阵列窗定向成像与激光干扰；2）采用激光主动侦察干扰；3）采用精确时序同步控制；4）综合化；5）一体化；6）立体化。

1）采用旋转阵列窗定向成像与激光干扰。为实现将多种精密机构和光学装置统一密封，同时又可使全向详查成像及激光干扰独立于连续旋转扫描侦察机构，采用了旋转阵列窗成像及干扰技术，通过精确地同步时序即可实现，同时可达到详查及干扰应用效果。

2）采用激光主动侦察干扰。激光主动侦察干扰技术，以广泛使用的808nm激光源作为激光辐射源，结合高灵敏度CCD器件及窄带光学滤光提高探测信噪比，采用基于DSP的数字图像处理技术提取目标回波图像，从而进一步解算可疑目标的方向信息，以引导进一步详查、实施激光干扰或记录存储图像。

3）采用精确时序同步控制。采用精确时序同步控制及复合轴伺服机构，绑定激光干扰及小视场详查功能，在满足重频绿光干扰效能的前提下，通过适应性降低辅助详查成像帧率在伺服连续旋转过程中对指定方向独立进行详查或激光干扰。

4）综合化。把多个单一的干扰设备有机地结合在一起，集红外光、可见光、激光，紫外光等多个波段于一身，集有源干扰和无源干扰手段于一体，同时通过对威胁源的分析和识别，确定最佳对抗方案和时机，从而达到最佳的对抗效果。例如，研制大面积、大载荷、高效能和宽光谱的面源红外诱饵、气溶胶烟幕及多波段隐身技术，可同时对抗来自敌方的红外光、激光、可见光、紫外光等各波段制导及成像制导的威胁。

5）一体化。采用单一波段的光电对抗设备来对抗多波段光电探测和光电精确制导武器是难以奏效的，必须采用可探测干扰各主要波段光电威胁的光电探测干扰一体化、软硬杀伤一体化的综合光电对抗系统，来对抗多类型、多目标、多批次的光电精确制导武器。例如，定向红外对抗系统就是一种多光谱一体化的对抗设备，它采用紫外波段做导弹逼近告警，并可实施定向红外激光干扰。

6）立体化。为了争夺制空权，在积极发展卫星技术的同时，利用激光技术研制反导和反卫星武器，即利用激光武器摧毁敌方弹道导弹、巡航导弹和卫星。例如，发展各类星载光电侦察、告警系统；星载无源干扰、有源干扰、反干扰技术与系统等。

5 结语

随着激光／红外探测和红外成像制导技术的研制和开发，激光红外技术也越来越成熟，已快速向综合化、一体化、立体化等方向发展。在未来现代化战争或局部战争中，适时运用激光红外对抗技术，就能够有效地保护自身目标的安全。

［1］车进喜，许晓军，张恒伟，等.红外成像系统中激光耀斑成因机理 ［J］.红外与激光工程，2011，40（8）：1537－1541.

［2］车进喜，张恒伟，王东，等.10.6μm CO2激光对非制冷红外热像仪饱和阈值的实验研究［J］.激光与红外，2010，40（8）：855－859.

［3］张来明，徐东东，亓风杰，等.CO2激光辐照氧化矾热像仪的实验［J］.光学精密工程，2011，19（2）：348－353.

［4］激光定向红外对抗系统成功挽救多架面临防空导弹威胁的直升机［N］.每日防务快讯，2010－01－22.

［5］诺·格公司开发用于直升机的多波段红外反导弹系统［N］.每日防务快讯，2010－03－15.

［6］美国海军将发展半导体激光器技术以对抗红外制导武器［N］.每日防务快讯，2010－05－31.

［7］红外对抗的日光防御第四代量子级联激光系统完成环境试验［N］.每日防务快讯，2011－05－19.

［8］萨博公司为奥古斯塔·韦斯特兰公司直升机提供对抗防护装置［N］.每日防务快讯，2013－01－06.

［9］美国研发60千瓦激光用以摧毁空中威胁［N］.每日防务快讯，2013－09－12.

［10］以色列公布新型激光防御系统［N］.每日防务快讯，2014－02－18.

［11］魏光辉，杨培根.激光技术在兵器工业中的应用［M］.北京：兵器工业出版社，1995：2－5.

［12］朱陈成，聂劲松，童忠诚.高重频激光干扰模式的分析［J］.红外与激光工程，2009，38（6）：1060－1063.