張拴勤，連長春，盧言利

(總裝工程兵科研一所，江蘇 無錫214035)

0 引言

激光制導(dǎo)彈藥具有投擲精度高、捕獲目標(biāo)靈活，對目標(biāo)識別能力強(qiáng)等特點(diǎn)，激光制導(dǎo)武器還有良好的抗干擾能力。因?yàn)槿魏巫匀晃矬w都不可能輻射激光，故對激光制導(dǎo)武器而言，不存在自然干擾，這是它優(yōu)于紅外制導(dǎo)武器的顯著特點(diǎn)［1－3］。由于激光制導(dǎo)彈藥具有這些優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快。目前，用于防激光制導(dǎo)武器的手段不多，而激光偽裝涂料是最基本、使用最便利的一種裝備形式。本文采用高溫?zé)Y(jié)法制備出關(guān)鍵的激光吸收顏料，利用制備的顏料配置出深綠、中綠和黃土3 種兼容可見光偽裝色的激光吸收涂料，研究結(jié)果表明該涂料能有效對抗激光制導(dǎo)武器的打擊。

1 激光大氣傳輸理論模型

激光能量經(jīng)過大氣傳輸介質(zhì)的吸收散射效應(yīng)，被目標(biāo)表面反射，反射能量又通過大氣返回到接收光學(xué)系統(tǒng)，只要反射能量大于激光接收系統(tǒng)的最小可探測能量，就可探知目標(biāo)的存在。距離R 處激光光斑單位面積的激光能量［4］為

式中:ER為距離R 處激光光斑單位面積的能量;Et為激光器每個脈沖的能量;τt為發(fā)射激光系統(tǒng)的透過率;θt為光學(xué)系統(tǒng)出射光束的束散角;μa為激光能量通過大氣單位長度的衰減系數(shù).

當(dāng)激光光束照射的目標(biāo)面積為As，且被照射部分平均表面法線與入射線的夾角為θ 時，則被目標(biāo)所截獲的激光能量

如果目標(biāo)是漫反射目標(biāo)，即目標(biāo)表面的不平整度超過入射激光波長時，漫反射系數(shù)記為ρ，那么目標(biāo)在截獲入射激光能量后，向入射方向的半球空間均勻漫反射的總能量

當(dāng)它反射回激光尋的器處，被有效接收面積為Aγ、透過率為τγ的接收系統(tǒng)所接收，而到達(dá)光敏元件光敏面上的回波能量

換成功率表示為

在激光近場條件下，即目標(biāo)尺寸大于光斑時，Ascosθ 取光斑尺寸，即則

當(dāng)激光反射功率等于激光尋的器的最小可探測功率時，得到的即是激光制導(dǎo)武器的最大可探測距離。令(5)式右邊等于pmin，得到

改變(6)式的反射系數(shù)ρ，得到下面方程式:

對車載激光制導(dǎo)炮彈，制導(dǎo)距離通常為3 km，取R1=3 km;考慮在2 種典型的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，大氣能見度分別為23 km 和5 km，此時1.06 μm 激光的大氣衰減系數(shù)分別為0.094 和0.454［5］.

如圖1和表1所示，可看出目標(biāo)在涂覆激光吸收材料后的最大探測距離大大縮短，要使目標(biāo)的有效探測距離降低一倍，即有效探測距離為1.5 km，在23 km 和5 km 的大氣能見度下對應(yīng)的目標(biāo)表面的反射系數(shù)分別約為0.100 和0.045.

圖1 1.06 μm 近場條件Fig.1 Calculation results under 1.06 μm near－field condition

表1 1.06 μm 近場條件下有效探測距離Tab.1 Effective detection range under 1.06 μm near－field condition km

2 材料制備與性能試驗(yàn)

2.1 激光吸收顏料制備

采用高溫?zé)Y(jié)法，以氧化錫為主要原料，摻雜氧化銅、氧化銻、氧化鈣、二氧化硅等以調(diào)節(jié)載流子濃度，采用高溫熔融燒結(jié)方法制備，合成溫度1 280 ℃～1 300 ℃，制備出不同顏色和激光吸收性能的陶瓷顏料。采用X 射線衍射分析儀:工作電壓40 kV，工作電流100 mA，掃描速度0.02°/s，對這類顏料進(jìn)行物相分析，掃描范圍5°～80°;如圖2所示測試的X－ray譜圖，分析認(rèn)為這類顏料的主晶相是SnO2.

圖2 測試樣品的X－ray 譜圖Fig.2 X－ray spectroscopy of test sample

采用PE Lambda 900 可見/近紅外分光光度計(jì)對制備的材料的光譜反射系數(shù)進(jìn)行了測量，測試值如表2所示。

以制備的激光吸收顏料為主顏料，研制出深綠、中綠和黃土3 種偽裝色的激光吸收涂料，迷彩偽裝圖案設(shè)計(jì)參照GJB4004—2000《陸軍裝備變形迷彩圖冊》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其顏色色度學(xué)數(shù)據(jù)參照GJB798—90《偽裝涂料漆膜顏色》標(biāo)準(zhǔn)。采用常規(guī)噴涂方法將涂料噴在方艙車上進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 測試方法

利用Y/MJ/PL66－152 型激光測距目標(biāo)指示器對目標(biāo)靶的激光偽裝性能進(jìn)行外場實(shí)際測試，測試時通過目標(biāo)靶和標(biāo)準(zhǔn)靶在同等條件下對激光的衰減程度進(jìn)行對比，由此來衡量目標(biāo)靶的激光偽裝特性。試驗(yàn)氣候條件選擇無雨、無雪及平均風(fēng)速小于10 m/s，能見度大于3 km，測試靶距離激光探測儀的距離500 m.在這樣的氣候條件和測試距離條件下，激光的大氣衰減效應(yīng)基本可以忽略。標(biāo)準(zhǔn)靶的靶面符合朗伯體條件，靶面積滿足大目標(biāo)要求。

試驗(yàn)時，先測試標(biāo)準(zhǔn)靶在臨界測距狀態(tài)(準(zhǔn)測率為90%)時衰減片組相應(yīng)的分貝值，再測試目標(biāo)靶在同等檢測條件下直到臨界測距狀態(tài)時衰減片組相應(yīng)的分貝值，通過2 者的對比，可推知目標(biāo)對激光的漫反射系數(shù)和目標(biāo)靶對激光的衰減程度。采用的測試儀器為Y/MJ/PL66－152 型激光測距目標(biāo)指示器，對距離指示器445 m 的標(biāo)準(zhǔn)靶和試樣進(jìn)行測距，同時在指示器激光輸出窗口前加衰減片，找出臨界可測距衰減分貝值［6－7］，測試方程如下:

式中:S 為激光照射器的消光比;ρt為目標(biāo)靶的反射系數(shù);ρs為標(biāo)準(zhǔn)靶的反射系數(shù)。

3 結(jié)果和討論

如圖3所示，給出了在軍用方艙車上噴涂激光偽裝涂層的可見光照片。

圖3 方艙車上噴涂激光偽裝涂層Fig.3 Laser camouflage coating on military vehicle

如表2所示，給出了采用激光測距儀測試得到的不同偽裝色的涂層的試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？煽闯?，采用激光測距機(jī)測試的深綠、中綠和黃土涂層在1.06 μm的反射系數(shù)分別為0.013、0.005 和0.025，表中數(shù)據(jù)都是測試次數(shù)在300 次以上得到的平均值，它們相比標(biāo)準(zhǔn)靶的反射率降低了1 個數(shù)量級以上。采用激光測距機(jī)檢測的數(shù)據(jù)同采用分光光度計(jì)檢測的數(shù)據(jù)很接近，后者測試的精度更高。根據(jù)計(jì)算，使用這3 種涂層可使激光最大可照射距離降低約50%.

表2 涂層在1.06 μm 激光反射系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Measurement results of laser reflectance at 1.06 μm

4 結(jié)論

本文從激光大氣傳輸及能量反射原理出發(fā)，建立了材料表面的激光反射系數(shù)與最大制導(dǎo)距離之間的關(guān)系模型，計(jì)算了不同激光反射系數(shù)相對應(yīng)的最大制導(dǎo)距離被降低的倍率，為實(shí)際激光偽裝材料提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上采用高溫?zé)Y(jié)方法制備出激光偽裝顏料，利用這些顏料調(diào)配出深綠、中綠和黃土3 種激光偽裝涂層樣板。測試結(jié)果表明這3 種涂層均可有效對付激光制導(dǎo)武器的打擊。

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