F-22 “猛禽”战斗机作为全球首款进入服役的第五代隐身战斗机，自诞生以来便在美军空战体系中占据着举足轻重的地位。上世纪80年代，为应对苏联先进战机的威胁，美国启动“先进战术战斗机”（ATF）计划 ，F-22应运而生。其融合了隐身、超音速巡航、超机动性和先进航电系统等诸多先进特性，在很长一段时间内成为空中优势的代名词，改变了空战的规则和理念。

在过去的实战和演习中，F-22 凭借卓越的隐身性能和先进的航电系统，多次展现出强大的作战能力。在空对空作战中，它能够在敌方雷达探测范围外发起攻击，多次成功模拟击落敌方战机，确立了其在空战中的统治地位；在空对地作战中，F-22可凭借精确的导航和武器系统，对地面目标实施精准打击。然而，随着时间的推移与技术的飞速发展，F-22面临的威胁环境发生了显著变化。一方面，中俄等国新型战斗机不断涌现并装备部队，如中国的歼- 20和俄罗斯的苏- 57等，这些战机在隐身性能、航电系统和武器装备等方面取得了长足进步，与F-22形成了有力竞争。另一方面，现代空战环境日益复杂，电子战、网络战等新型作战形式不断涌现，对战斗机的战场感知、生存能力和作战效能提出了更高要求。在此背景下，F-22原有的探测和跟踪手段逐渐暴露出局限性，难以满足新形势下的作战需求。

新一代战术红外搜索与跟踪系统（IRST）的出现，为F-22提升作战能力提供了新的契机。IRST系统能够在不发射电磁信号的情况下，通过探测目标的红外辐射实现对空中目标的搜索、跟踪和识别，具有隐蔽性强、抗干扰能力强等优点，可有效弥补F-22现有雷达探测系统在复杂电磁环境下的不足。IRST系统还能对隐身目标进行有效探测，为F-22在面对新型隐身战机威胁时提供了重要的应对手段。因此，研究F-22配备新一代战术红外搜索与跟踪系统具有重要的现实意义。从军事战略角度看，这有助于维持美国空军的空中优势，确保其在全球范围内的军事行动能力；从技术发展角度看，有助于推动航空探测技术的进步，为未来战斗机的设计和改进提供参考。

在国外，针对 F-22 战斗机升级及红外搜索与跟踪系统的研究较为深入。美国作为F-22的研发和使用国，一直致力于提升其作战性能。美国空军及相关军工企业，如洛克希德・马丁公司，长期开展对F-22升级的研究与实践。在IRST系统方面，美国不断探索新型IRST技术在F-22上的应用，如洛克希德・马丁公司研发的紧凑型TacIRST分布式红外搜索与跟踪传感器阵列，旨在为F-22提供更强大的被动探测能力。美国的研究重点在于如何将IRST系统与F-22的现有航电系统深度融合，以实现更高效的目标探测、跟踪与识别，提升F-22在复杂电磁环境下的作战效能 。相关研究还涉及IRST系统的性能优化，包括提高探测精度、扩大探测范围以及增强对隐身目标的探测能力等。

欧洲一些国家在红外搜索与跟踪技术领域也有一定的研究成果，虽然其研究并非直接针对 F-22，但相关技术原理和应用经验具有一定的参考价值。例如，法国的达索公司、瑞典的萨博公司等在航空红外探测技术方面有深入研究，其研发的IRST系统在欧洲一些战斗机上得到应用，这些系统在探测距离、分辨率和多目标跟踪能力等方面取得了进展，为F-22配备IRST系统的研究提供了技术借鉴和对比参考。

在F-22与IRST系统融合方面，虽然国外开展了相关研究和实践，但如何在不影响F-22隐身性能的前提下，实现IRST系统的最优布局和性能发挥，仍有待进一步探索。对于IRST系统与F-22现有航电系统的兼容性和协同工作能力，还需要更深入的研究和测试。在IRST系统性能方面，尽管在探测距离和精度上有一定提升，但对于复杂背景下弱小目标的探测能力，以及对多种隐身目标的有效识别能力，仍需进一步加强。国内研究在借鉴国外经验的同时，如何更好地结合我国实际需求和技术基础，实现对F-22相关技术的深入理解和应用，也是需要进一步思考的问题。本文将在这些方面展开研究，通过对F-22战斗机配备新一代战术红外搜索与跟踪系统的深入分析，探讨其技术实现、性能提升以及对未来空战的影响，以期为相关领域的研究和发展提供有益的参考。

本研究采用了多种研究方法，力求全面、深入地剖析美国空军 F-22 战斗机配备新一代战术红外搜索与跟踪系统这一课题。通过广泛查阅国内外相关文献，包括学术期刊论文、军事报告、技术手册以及各大军工企业的官方资料等，对F-22战斗机的发展历程、技术特点、作战性能以及红外搜索与跟踪系统的原理、发展现状和应用情况进行了梳理和总结。借助这些文献，了解了F-22在不同阶段的技术改进方向，以及IRST系统在全球范围内的技术演进，为研究提供了坚实的理论基础。

收集了 F-22 战斗机在实战、演习以及测试中的具体案例，深入分析IRST系统在不同场景下对F-22作战能力的影响。以美军在中东地区的军事行动中F-22的作战表现为例，探讨IRST系统如何帮助其在复杂电磁环境下实现对目标的有效探测和跟踪，提升作战效能。通过对这些案例的分析，总结出IRST系统在实际应用中的优势与不足，以及与F-22现有系统协同工作时存在的问题。

运用对比分析的方法，将 F-22 战斗机配备IRST系统前后的作战性能进行对比，包括探测能力、跟踪精度、目标识别能力以及在复杂电磁环境下的生存能力等方面。同时，将F-22与其他配备IRST系统的战斗机，如俄罗斯的苏- 57、中国的歼- 20等进行对比，分析它们在IRST技术应用上的差异和各自的特点，从而更清晰地认识F-22配备IRST系统后的优势与差距。

在研究过程中，本论文也具有一定的创新点。在系统分析方面，突破了以往仅对 F-22 某一单项技术或IRST系统本身进行研究的局限，将F-22战斗机作为一个整体系统，深入分析IRST系统与F-22现有航电、武器、隐身等系统的融合与协同工作机制，探讨如何通过系统优化实现作战效能的最大化提升。在技术与战略结合层面，不仅关注IRST系统的技术性能和应用效果，还从军事战略角度出发，分析F-22配备IRST系统对美国空军空战战略、全球军事布局以及未来空战模式的影响，为军事战略研究提供了新的视角和思路。

F-22 战斗机的研发历程可追溯至上世纪80年代，当时美国空军启动“先进战术战斗机”（ATF）计划，旨在应对苏联先进战机的威胁，如苏- 27和米格- 29等 。1985年，洛克希德公司、波音公司和通用动力公司组成团队参与竞争，经过激烈角逐，1991年，洛克希德公司的YF-22方案击败诺斯罗普公司的YF-23方案，赢得了ATF计划的合同。此后，F-22进入全面研制阶段，1997年9月7日，F-22首飞成功，标志着其技术验证取得重大突破。经过多年的试飞和改进，2005年12月15日，F-22正式服役，成为世界上第一款进入服役的第五代战斗机，开启了五代机的时代。

在服役初期，F-22 凭借其卓越的隐身性能、超音速巡航能力、超机动性和先进航电系统，成为美国空军的王牌武器。其隐身设计采用了多种先进技术，如独特的外形设计、吸波材料的广泛应用等，使其雷达反射截面积（RCS）极小，大幅降低了被敌方雷达探测到的概率。F-22装备的普惠F119-PW-100涡扇发动机，赋予其强大的推力，使其能够实现1.5马赫以上的超音速巡航，在空战中具备更快的反应速度和更强的机动性。先进的航电系统，如AN/APG-77有源相控阵雷达，具备强大的目标探测和跟踪能力，可同时跟踪多个目标并对多个目标发起攻击。

随着时间的推移，F-22 逐渐暴露出一些问题。从数量上看，美国原计划采购750架F-22，但由于成本高昂、苏联解体后外部威胁减弱等因素，最终仅生产了187架（包括8架生产型试验飞机） 。这一数量在面对日益复杂的全球军事局势时显得相对不足。在部署方面，F-22主要部署在美国本土以及一些海外军事基地，如阿拉斯加埃尔门多夫空军基地、关岛安德森空军基地等。在阿拉斯加的部署旨在应对俄罗斯的空中威胁，而在关岛的部署则着眼于亚太地区的战略布局。

F-22 面临着老化和技术相对落后的困境。部分早期批次的F-22所使用的技术已经难以满足现代空战的需求，其航电系统在数据处理速度、信息融合能力等方面逐渐落后于新型战机。F-22缺乏先进的光电探测手段，如红外搜索与跟踪系统（IRST），在复杂电磁环境下，仅依靠雷达探测存在一定局限性，难以有效应对敌方的电子干扰和隐身目标的威胁。F-22的运营成本也居高不下，每架F-22每年的开销大约在2200万美元左右，高昂的维护和运营成本给美国空军带来了较大的经济压力。

随着科技的飞速发展，现代空战环境发生了翻天覆地的变化，各种新型威胁不断涌现，对战斗机的作战能力提出了前所未有的挑战，这也凸显了 F-22 升级探测能力的紧迫性。

隐身战机的出现改变了空战的格局。除了 F-22 自身，中俄等国也相继研发并装备了先进的隐身战斗机，如中国的歼- 20和俄罗斯的苏- 57。这些隐身战机采用了先进的隐身技术，大幅降低了雷达反射截面积，使得传统雷达探测面临巨大困难。歼- 20运用了独特的鸭式布局和先进的吸波材料，在保证高机动性的同时，有效降低了被雷达探测到的概率；苏- 57则通过优化机体外形和采用吸波涂层，具备了出色的隐身性能。在实战或模拟对抗中，隐身战机之间的对抗成为新的作战模式，谁能率先发现对方并发起攻击，谁就能掌握战场主动权。在这种情况下，F-22仅依靠传统雷达探测手段，难以在与其他隐身战机的对抗中占据优势，因此急需具备更强大的被动探测能力，以应对隐身战机带来的威胁。

无人机技术的飞速发展也为空战带来了新的变数。无人机具有成本低、机动性强、可执行高危任务等特点，在现代战争中得到了广泛应用。在俄乌冲突中，双方都大量使用无人机执行侦察、打击和干扰等任务。无人机的种类繁多，包括察打一体无人机、自杀式无人机等，它们可以集群作战，对敌方防空系统造成饱和攻击。一些小型无人机体积小、雷达反射截面积小，难以被传统雷达探测到，容易突破防空防线，对 F-22 等战斗机的安全构成威胁。而且无人机还可以携带电子战设备，对敌方雷达和通信系统进行干扰，削弱其战场感知能力。面对无人机带来的威胁，F-22需要具备更全面的探测手段，以便及时发现和应对无人机的攻击。

巡航导弹的威胁也不容忽视。现代巡航导弹具有高精度、高速度和低空突防能力，能够对地面和海上目标进行精确打击。一些先进的巡航导弹采用了隐身技术和地形匹配技术，能够在低空飞行，避开敌方雷达探测，突然发动攻击。在海湾战争中，美军大量使用 “战斧”巡航导弹对伊拉克的军事目标进行打击，取得了显著效果。巡航导弹的飞行速度快，留给防空系统的反应时间短，F-22需要具备快速探测和跟踪巡航导弹的能力，以便及时进行拦截。

电子战干扰在现代空战中愈发激烈。随着电子技术的发展，电子战装备的性能不断提升，干扰手段日益多样化。在实战中，敌方可能会使用电子战飞机、无人机或地面电子战设备对 F-22 的雷达、通信和导航系统进行干扰，使其失去战场感知能力。电子战干扰不仅会影响F-22的探测能力，还会干扰其武器系统的正常工作，降低其作战效能。在科索沃战争中，南联盟军队利用电子战手段，对北约的雷达和通信系统进行干扰，给北约的空中作战带来了很大困难。在这种复杂的电磁环境下，F-22仅依靠雷达探测存在很大局限性，一旦雷达受到干扰，就可能陷入被动局面。因此，为了在电子战环境下保持作战能力，F-22急需配备新一代战术红外搜索与跟踪系统，该系统不依赖电磁信号，能够在雷达受到干扰时，依然实现对目标的探测和跟踪，从而有效提升F-22在复杂电磁环境下的生存能力和作战效能。

F-22 战斗机原有的探测系统主要依赖AN/APG-77有源相控阵雷达，这一雷达系统在F-22服役初期展现出了强大的性能优势。它采用了先进的有源相控阵技术，拥有多个发射/接收模块，具备快速扫描和多目标跟踪能力。其工作频率范围广，能够在复杂的电磁环境中对目标进行探测和识别，可同时跟踪多个目标，并引导导弹对多个目标发起攻击 。在一些早期的空战模拟和演习中，AN/APG-77雷达帮助F-22成功探测并锁定了远距离的目标，展示了其在超视距空战中的优势。

随着空战技术的不断发展，AN/APG-77 雷达逐渐暴露出诸多局限性，难以满足现代空战的需求。在面对隐身目标时，其探测能力受到严重挑战。现代隐身战机采用了先进的隐身技术，如独特的外形设计、吸波材料和吸波涂层等，大幅降低了雷达反射截面积。F-22自身虽具备隐身性能，但在与其他隐身战机对抗时，AN/APG-77雷达对同类隐身目标的探测距离大幅缩短。当面对中国歼- 20或俄罗斯苏- 57等隐身战机时，AN/APG-77雷达的探测距离可能会降低至正常探测距离的三分之一甚至更低，这使得F-22在空战中难以率先发现敌方隐身战机，失去了先敌攻击的优势。

在复杂的电磁环境下，AN/APG-77 雷达的抗干扰能力不足。现代电子战技术日益发达，敌方可以通过电子战飞机、无人机或地面电子战设备发射强大的电磁干扰信号，对F-22的雷达系统进行干扰。在干扰环境下，AN/APG-77雷达可能会出现信号丢失、误判目标等问题，导致F-22无法准确探测和跟踪目标。在2018年的一次军事演习中，模拟敌方使用电子战手段对F-22的雷达进行干扰，结果AN/APG-77雷达的探测性能大幅下降，无法有效识别目标，使得F-22在演习中处于被动地位。

F-22 原有的探测系统缺乏多频谱探测能力。在现代空战中，单一的雷达探测手段已无法满足对复杂目标的探测需求。空中目标的特性各异，如无人机体积小、雷达反射信号弱，巡航导弹飞行速度快、低空突防能力强，仅依靠雷达难以对这些目标进行全面、准确的探测。在面对小型无人机群时，AN/APG-77雷达可能会因为目标信号过于微弱而无法及时发现，导致F-22面临被无人机攻击的风险。在探测低空飞行的巡航导弹时，雷达信号容易受到地面杂波的干扰，影响对巡航导弹的探测精度和跟踪能力。

F-22 原有探测系统在数据融合和信息共享方面也存在不足。现代空战强调体系作战，需要战斗机与其他作战平台，如预警机、无人机、地面指挥中心等进行高效的数据融合和信息共享，以实现战场态势的全面感知和协同作战。F-22装备的IFDL数据链只能同机型共享数据，无法与其他作战单位进行有效的数据交互，这限制了其在体系作战中的能力发挥。在实战中，F-22无法及时获取预警机提供的目标信息，也无法将自身探测到的信息传递给其他作战平台，导致作战效率低下，难以形成有效的作战合力。

F-22 战斗机原有的探测系统在面对现代空战中的隐身目标、复杂电磁环境、多样化目标以及体系作战需求时，暴露出了诸多局限性。为了提升F-22在现代空战中的作战能力，迫切需要引入新一代战术红外搜索与跟踪系统，以弥补原有探测系统的不足，增强F-22的战场感知能力和作战效能。

新一代战术红外搜索与跟踪系统（IRST）的工作基于红外辐射的物理特性，利用目标与背景之间的红外辐射差异来实现对目标的探测、搜索和跟踪。任何物体只要其温度高于绝对零度，都会向外辐射红外线，且温度越高，辐射的红外线强度越大。在空战场景中，飞机、导弹等目标由于发动机工作、机体与空气摩擦等原因，会产生强烈的红外辐射，与周围环境形成明显的红外辐射反差，这为IRST系统提供了探测目标的基础。

IRST 系统主要由红外探测器、光学系统、信号处理单元和数据处理单元等部分组成。当目标的红外辐射进入IRST系统时，首先由光学系统收集和聚焦这些红外信号。光学系统通常包括各种透镜、反射镜等光学元件，其作用是将目标的红外辐射准确地引导到红外探测器上，确保探测器能够接收到足够强度的红外信号。一些先进的IRST系统采用了大口径的光学天线，以提高对微弱红外信号的收集能力，从而增加探测距离。

红外探测器是 IRST 系统的核心部件，其作用是将接收到的红外辐射转换为电信号。目前，IRST系统中常用的红外探测器主要有碲镉汞（HgCdTe）探测器、锑化铟（InSb）探测器等。这些探测器具有高灵敏度、快速响应等特点，能够有效地探测到目标的红外辐射信号。碲镉汞探测器的探测波长范围较宽，可覆盖中波红外和长波红外波段，对不同类型目标的红外辐射都有较好的响应能力；锑化铟探测器则在中波红外波段具有较高的探测灵敏度，适用于对高温目标的探测 。当目标的红外辐射照射到探测器上时，探测器内部的半导体材料会吸收红外光子，产生电子-空穴对，这些电子-空穴对在外加电场的作用下形成电流，从而将红外辐射信号转换为电信号。