光電偵察告警設備

光電偵察告警是光電對抗體系的組成部分。光電對抗是敵對雙方在光波段的抗爭,是指敵對雙方在光波段(紫外、可見光、紅外波段)範圍內,為削弱、破壞或摧毁敵方光電偵察裝備和光電制導武器的作戰使用效能,並保證己方光電裝備及制導武器作戰使用效能的正常發揮而採取的戰術行動。在現代高技術戰場上,光電偵察、觀瞄裝備和光電制導武器異軍突起,在戰爭中發揮著越來越大的威力。工作在紅外或可見光波段的照相偵察衛星,能在200千米以上的高空拍攝到地面0.1米大小的物體;工作在紅外和紫外線波段的飛彈預警衛星,能根據飛彈發射時排出的燃氣輻射,及時偵察到敵方彈道飛彈的發射,為己方防禦爭取寶貴的反應時間;夜視儀器能夠利用夜晚微弱的星光或物體本身的紅外輻射,將隱蔽在夜幕中的戰場目標一覽無餘;雷射制導武器更是彈無虛發,它能從大樓的通氣道鑽人後爆炸,令整座大樓頃刻間化為廢墟。在現在和未來的戰場上,光電對抗已成為戰爭能力的一個有機組成部分、克敵制勝的有效手段。光電對抗技術在發展中逐步形成了光電偵察告警技術、光電干擾技術、反光電對抗偵察與干擾技術三個分支。

光電偵察告警是實施有效光電干擾的前提。根據工作波段屬性,一般分為雷射偵察告警、紅外偵察告警、紫外偵察告警等。將各單項告警綜合起來就是光電綜合告警。光電偵察告警能快速判明威脅,並將威脅資訊提供給被保護目標,使其採取對抗措施或規避行動。

(1)雷射偵察告警裝備

雷射偵察是指利用雷射技術手段獲取雷射武器及其他光電裝備技術參數、工作狀態、使用性能的軍事行為。雷射告警是一種特殊用途的偵察行為,它針對戰場複雜的雷射威脅源,及時準確地探測敵方雷射測距機或目標指示器等發射的雷射信號,發出警報。

20世紀70年代初的雷射告警器,僅可實時判斷雷射威脅的存在,並粗濾判斷雷射來襲方向。當前具有多種性能的高級形式的雷射告警接收機,不僅能實時告警,而且能探測某些雷射參數,包括雷射威脅的位置(方向)、波長、能量、重複頻率及編碼等。雷射告警裝備不斷向著高精度、低虛警、模塊化、小型化、通用化的方向發展成為雷射對抗技術發展的先導。

①地面雷射告警裝備:1993年,美國制定了21世紀的「陸戰勇士」計畫。「陸戰勇士」未來士兵系統包括6個子系統:綜合頭盔子系統、軟體子系統、計算機/無線電子系統、武器子系統、防護服和單兵裝備子系統、系統接口和控制子系統。其中,綜合頭盔子系統是整個系統的核心部分,它與計算機/無線電系統配合操作,構成整套士兵裝備的雷射告警系統。雷射告警系統能探測360°水準範圍內的雷射威脅源,並對雷射信號的能量、類型、方位以及位置進行分析識別,向士兵提供視訊和聲音的雙重告警,使士兵能夠及時採取相應措施,從而大大提高了士兵面對威脅時的作戰能力和生存能力。

②艦載雷射告警裝備:德國研製的通用光電雷射探測系統(COLDS)是艦載雷射告警裝備的代表。COLDS可為所有海軍平台提供可靠的光電干擾/光電對抗多光譜雷射告警系統。該系統採用了光纖延遲和偏振編碼等多項專利技術,能探測0.4~2.0微米、2.0~5.0微米和5.0~12.0微米三個波段的雷射威脅,並能精確測量和識別威脅雷射束的方向、類型、脈衝重複頻率和脈衝編碼,是現有的較為先進的多波段雷射告警系統。COLDS與艦艇作戰管理系統配合使用,可提高艦艇自身防禦雷射威脅的能力。

③機載雷射告警裝備:AN/AVR—2是美國第一種投入生產的雷射告警器,也是相干識別型告警器的代表產品,目前已廣泛裝備美軍及其他國家的各種直升機。它能夠探測低空防禦系統的雷射測距機、雷射目標指示器和雷射駕束制導武器的雷射威脅,並提供告警。

AN/AVR—2雷射告警接收機具備威脅信號處理、程式邏輯、電子對抗措施綜合及控制、與雷達告警接收機的接口以及內部測試(包括光學和電子)等特性。

整套AVR—2裝備包括4個傳感器元件和一個接口元件比較器,能從假信號和複雜信號中探測和識別雷射威脅,測定威脅雷射的波長,並確定威脅雷射的類型和入射角度。該雷射告警接收機可與AN/APR—39雷達告警接收機配套使用,對雷射威脅源進行截獲、定位和識別,從而為陸軍、艦隊以及海軍直升機提供雷達/雷射威脅的綜合告警。

(2)紅外偵察告警裝備

紅外偵察告警是通過紅外探測頭探測飛機、飛彈、炸彈或炮彈等目標本身的紅外輻射或該目標反射其他紅外源的輻射,並根據測得數據和預定的判斷準則發現和識別來襲的威脅目標,確定其方位並及時告警,以便採取有效的對抗措施。

紅外偵察告警裝備可安裝在各種固定翼飛機、直升機、艦船、戰車和地面重點目標內,用於對來襲的威脅目標進行告警,並同其他設備一起構成多種光電自衛系統。紅外偵察告警作為單獨的偵察裝備或監視裝備時,多配有全景或一定區域的顯示幕,還可以與火控系統連接作為搜索與跟蹤的指示器。

①機載紅外偵察告警裝備:美國的AN/AAR—44機載紅外告警裝備能連續對半球空域進行邊搜索邊跟蹤,探測飛彈的發射。它能及時向飛行員提供飛彈的方位,並自動控制干擾裝備。AN/AAR—44採用掃描透鏡型傳感器,具有對付多種威脅的能力,對抗的目標主要是SA—7、SA—9和類似美國「紅眼睛」的紅外製導飛彈。該系統的設計特點是自動向飛行員告警和提出對抗指令建議,連續地邊搜索邊跟蹤處理,有對付多威脅的能力和選擇對抗方案的能力。該系統具有多種鑑別模式以對付陽光輻射以及地面和水面反射,有效地消除虛警。

②艦載紅外偵察告警裝備:海面艦艇對來襲飛彈的紅外告警,多採用紅外搜索與跟蹤裝備來完成。美國和加拿大聯合研製的AN/SAR—8艦載紅外搜索跟蹤裝備,採用全景紅外探測器進行全方位掃描。它可探測空中目標,可產生水面艦艇和海岸線地形特徵的紅外圖像,可告警、瞄準、傳送、監視及進行戰鬥態勢估計。該裝備實現了紅外搜索和告警一體化,可補充艦載雷達警戒系統功能,確保探測掠海飛行飛彈。

③陸基紅外偵察告警裝備:從現役的裝備來看,車載(或陸基)紅外偵察告警的功能側重於偵察,如法國研製的「威普瑞」(Vi—pere)紅外監視裝備和「波羅西」紅外偵察告警裝備。「威普瑞」用於測定處於中、低空仰角範圍內的飛機;「波羅西」具有全方位偵察能力,能發現1.5千米內隱蔽的坦克和直升機。英國宇航公司還研製了可裝在小型拖車上的紅外偵察告警系統,用於低空防空系統,其探測概率為96%。另外,俄羅斯的坦克載紅外偵察告警裝備還利用紅外照明的方法增強目標的紅外特徵,構成紅外主動偵察,提高對目標和景物的探測能力。

另外,除了上述裝載平台,紅外偵察告警裝備還可以裝載在衛星上,如美國的「曲棍球」系統,用6000像素的紅外探測器實現了大視場、高分辨率的遠距離偵察。

(3)紫外告警裝備

紫外告警是利用紫外波段來探測飛彈的火焰與尾焰的輻射,並根據測得數據和預定的判斷準則發現和識別來襲的威脅目標,確定其方位並及時告警,以採取有效的對抗措施。

①第一代紫外告警裝備:第一代紫外告警裝備稱為概略型告警裝備,其紫外探測頭主要由光學整流罩、濾光片、光電倍增管及其高壓電源和輔助電路組成,以被動方式工作。典型裝備是美國的AN/AAR—47飛彈逼近告警系統。AN/AAR—47是用於對抗紅外尋的飛彈的小型、輕型無源告警系統,可用於保護直升機、低空飛行飛機免遭來襲飛彈的襲擊。系統採用多個光學傳感器探測來襲飛彈羽煙,並把信號輸送給計算機處理器進行處理,光學傳感器安裝在機身外部的不同部位以提供全方位保護。指示控制器顯示最大威脅來襲方向,使飛行員能夠實施人工操作。

②第二代紫外告警裝備:第二代紫外告警裝備是一種成像告警裝備,採用類似紫外攝像機的原理。光學系統以大視場、大孔徑對空間紫外資訊進行接收。若飛彈出現在視場內,則以點源形式表徵于圖像上,通過解算圖像位置,得出空間相應的位置並進行距離的粗略估算。典型的成像告警裝備是美國的AN/AAR—54(V)飛彈逼近告警系統。AN/AAR—54(V)飛彈逼近告警系統包括凝視型、大視場、高分辨率紫外傳感器和先進的綜合航空電子組件電路。它可提供1秒的截獲時間和1°的角精度,共有兩種形式,一種是獨立應用的被動式飛彈逼近告警系統,另一種是作為AN/AAQ—24(V)「復仇女神」定向紅外對抗系統的一部分。該系統可裝在各種戰鬥機、攻擊機、寬體飛機、直升機和美國陸軍坦克、佈雷德利步兵戰車上,當發現逼近的紅外製導飛彈時告警。AN/AAR—54(V)在高雜波環境下可同時對抗各種威脅,可在全天時、各種高度運行,可為戰術和運輸飛機、直升機和裝甲戰車提供先進飛彈告警。

(4)光電綜合告警裝備

光電綜合告警可對紅外、紫外、雷射不同波段的光電威脅資訊進行綜合探測處理,在探測頭上有機結合,在數據處理上有效融合併充分利用資訊資源,實現優化配置、功能相互支援及任務綜合分配。近十幾年來,國外出現了雷射、紅外、紫外、雷達等多種告警綜合應用的裝備。美國F—22戰鬥機上的告警裝備,可對毫米波、紅外、可見光一直到紫外波段內的威脅進行告警。光電綜合告警主要包括雷射、紅外、紫外等各種形式的綜合。

①紫外雷射綜合告警裝備:紫外雷射綜合告警通常以成像型紫外告警和雷射告警構成一體化系統,以結構緊湊、安裝靈活的陣列探測頭實現紫外、雷射威脅源的定向探測,滿足機動平台定向干擾的需求。

紫外雷射綜合告警裝備由探測頭、信號處理器和顯控盒等組成。紫外探測頭對空間進行準成像探測,對雷射波長進行識別。當雷射威脅源或紅外製導飛彈出現在視場內時,產生告警信號並在顯示幕上顯示出相應的位置。

20世紀80年代末期,美國研製了帶有雷射告警的AN/AAR—47紫外告警改進型,將探測頭更新換代,採用4個雷射探測器,裝在現有紫外光學設備周圍,同時使用了一套小型化實時處理設備。雷射探測器工作波長0.4~1.1微米,可對類似於瑞典博福斯公司生產的RBS70雷射制導飛彈告警。同時,該公司研製了一種印製電路板,加裝到AN/AAR—47紫外告警系統上後,不用改動原布線就能提供雷射告警能力。

②紅外雷射綜合告警裝備:紅外雷射綜合告警通常採用共孔徑、探測器分立設置的方式,接收的輻射經過統一光學系統會聚和分束器分光後,分別送到不同的濾光片上,經過濾光片選擇濾波後,送至相應的探測器上,探測器每個像素視場內的光學信號隨後轉換成電信號。裝備一般採用凝視型,以多元探測器件實現對光電威脅的精確探測,同時可抑制假目標。

紅外雷射資訊量較大,通常採用分布式計算機系統進行數據綜合處理。輔機以並行方式對來自探測器的紅外、雷射威脅資訊處理後,通過數據鏈送到資訊集成及融合處理器進行處理。經資訊相關把原來數據庫中的一部分數據同新來的資訊一起進行處理,利用各種算法使結論達到所要求的目的。資訊融合通過閉環控制,對紅外、雷射各信道輸入的資訊融合的最終結果和中間結果實施反饋控制,實時進行特徵提取並對威脅進行綜合處理判斷,如威脅源分類、多目標處理、目標等級識別及自動排序等,對雷射、紅外威脅源的方向、種類自動進行戰場威脅態勢圖顯示,實時優先告警並提出對抗決策和建議。

③紅外紫外綜合告警裝備:在飛彈逼近告警過程中,紅外紫外綜合告警是大視場紫外告警和小視場紅外告警的綜合。紫外告警由多個成像型探測頭構成,對空域進行全方位監視;紅外告警則是一個小視場的跟蹤系統。紫外告警探測、截獲威脅目標後,把威脅方位資訊傳給中央控制器,中央控制器通過控制多軸轉向設備完成對紅外告警的引導。由於飛彈發動機燃燒完畢後繼續有較低的紅外輻射能量,紅外告警可對目標繼續跟蹤,它具有極高的靈敏度和分辨率,能在任何方式下跟蹤飛彈。前者對威脅目標進行探測、截獲,後者對目標進行跟蹤,二者工作以「接力」方式進行。將飛彈的精確來襲方向提供給光電干擾系統,對來襲飛彈進行致盲或欺騙干擾。紅外紫外綜合告警效能互補,為先進紅外對抗提供了一種新的行之有效的告警形式。它通過探測、截獲、跟蹤威脅目標,可使干擾裝備更加有效地對抗制導飛彈。美國1997年推出的AN/AAQ—24紅外定向對抗系統採用的即是這種告警系統。

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