趙巖 馬洪遠(yuǎn) 南成根 空軍駐吉林地區(qū)軍事代表室，吉林 吉林 132021

激光近炸引信技術(shù)

趙巖 馬洪遠(yuǎn) 南成根 空軍駐吉林地區(qū)軍事代表室，吉林 吉林 132021

本文介紹了激光近炸引信的工作原理。針對(duì)導(dǎo)彈激光引信的主要技術(shù)參數(shù)組成和抗干擾的性能進(jìn)行了研究和分析。

激光引信；作用距離精度；抗干擾

引言

由于激光具有方向性強(qiáng)，高單色性，高相干性，高亮度等優(yōu)點(diǎn)，因此它在武器系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，激光引信就是其中之一。激光引信是隨著激光技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種利用激光束探測(cè)目標(biāo)的引信。利用激光束探測(cè)目標(biāo)的光學(xué)近炸引信，相對(duì)于傳統(tǒng)光、電近炸引信，激光近炸引信具有引爆時(shí)間準(zhǔn)、命中概率高、抗干擾能力強(qiáng)的突出特點(diǎn)，因此，在現(xiàn)代導(dǎo)彈、火箭彈、炮彈，炸彈、水雷等領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。1.激光引信工作原理

激光引信是一種主動(dòng)型的引信，它本身發(fā)射激光，這一束光通常以重復(fù)脈沖形式發(fā)送光束到達(dá)目標(biāo)后發(fā)生反射，有一部分反射激光被引信接收系統(tǒng)接收變成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，使引信在距目標(biāo)一定距離上引爆戰(zhàn)斗部。

激光引信的測(cè)距原理與脈沖無(wú)線電引信是相同的，只要測(cè)出激光束從發(fā)射瞬間到遇目標(biāo)后發(fā)射光波返回到引信出的時(shí)間t，便可得出目標(biāo)的距離R，即

這是理想的情況，實(shí)際設(shè)計(jì)還要考慮延時(shí)時(shí)間。

圖1所示為主動(dòng)式激光引信原理方框圖。主要由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩大部分組成。

圖1 主動(dòng)式激光引信原理圖

發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生所要求的頻率、能量的激光，并以光束的形式向空間輻射光能量，在空間形成所需的探測(cè)場(chǎng)，同時(shí)給出同步信號(hào)。該系統(tǒng)包括：控制電路、激光器激勵(lì)電路、同步信號(hào)電路和激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)?？刂齐娐分杏挟a(chǎn)生所需頻率信號(hào)的振蕩電路、公放電路及延遲電路。如果是編碼體制的激光引信，還要有編碼電路。目前，大峰值功率的激光器大多采用進(jìn)口的。對(duì)于單通道小視場(chǎng)的激光引信采用非球面透鏡或復(fù)合球面系統(tǒng)。對(duì)于360°探測(cè)場(chǎng)的激光引信，比較簡(jiǎn)便的方法是采用光錐來(lái)完成。在激光器功率一定的條件下，發(fā)射光的發(fā)散角越小，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。

接收系統(tǒng)包括：接收光學(xué)系統(tǒng)、光敏元件、前肢放大電路、信號(hào)處理電路和執(zhí)行級(jí)。在國(guó)內(nèi)研究的激光引信中，接收光學(xué)系統(tǒng)大都為球面復(fù)合系統(tǒng)，要求接收市場(chǎng)在能覆蓋發(fā)射激光波束的前提下盡可能小，保證所要求的有效接收面積極高的光學(xué)透過(guò)率。在某些主動(dòng)式激光引信中，將發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為同軸系統(tǒng)，如圖2所示，這種設(shè)計(jì)可縮小引信的體積和增大有效接收面積。而采用非同軸三角交叉系統(tǒng)，接收和發(fā)射系統(tǒng)中間由隔板隔開(kāi)，這樣可以避免發(fā)射和接收系統(tǒng)光信號(hào)的相互干擾。如圖3所示。

圖2 同軸光學(xué)系統(tǒng)

圖3 三角交叉光學(xué)系統(tǒng)

光敏元件即硅光二極管是激光引信中的關(guān)鍵部件，它的作用是將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，它的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。要求它具有高的靈敏度及響應(yīng)速度，等效噪聲功率低。常用PIN管和雪崩二極管。

信號(hào)處理電路有兩個(gè)作用：

一、識(shí)別目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)，干擾信號(hào)包括人工干擾和背景干擾及引信內(nèi)部產(chǎn)生的干擾；

二、判斷目標(biāo)的位置，當(dāng)目標(biāo)處于戰(zhàn)斗部最有力殺傷位置時(shí)，輸出啟動(dòng)信號(hào)使執(zhí)行級(jí)工作，引爆戰(zhàn)斗部。

2 引信主要技術(shù)參數(shù)的確定

2.1 作用距離的確定

激光引信的作用距離與接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)的性能有關(guān)，也與目標(biāo)特性和背景有關(guān)。設(shè)目標(biāo)對(duì)激光具有漫反射特性，接收機(jī)所接收到的激光功率可按下式計(jì)算

由于激光引信的作用距離近，大氣傳輸衰減可忽略不計(jì)，即

將（2）、（3）式代入（1）式中,則可得到

為了可靠地檢出有用信號(hào)，必須使接收到的功率超過(guò)接收器通帶內(nèi)的等效噪聲功率（NEP）n倍，n即為所要求的信噪比。由式（4）得到計(jì)算激光引信作用距離的公式

由上述測(cè)距公式顯示出影響激光引信作用距離的因素主要有：發(fā)射激光功率及其波束角，接收機(jī)的固有噪聲，背景噪聲，接收孔徑，光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量，目標(biāo)特性等。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在滿足接收孔徑的條件下，使光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)率達(dá)到最大值，或者，在光學(xué)透過(guò)率達(dá)到最大值時(shí)，整個(gè)接收孔徑必須完全有效。在地對(duì)空，空對(duì)空導(dǎo)彈中，激光引信體積都很小，只能在允許的情況下，盡量增加接收孔徑面積。在空對(duì)地導(dǎo)彈中，由于激光引信探測(cè)距離較遠(yuǎn)，除了增加接收孔徑外，還要適當(dāng)增加激光發(fā)射功率。

2.2 作用距離精度

作用距離精度是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，它直接影響引戰(zhàn)配合效率。由于激光的特點(diǎn)，目前，它的作用距離精度優(yōu)于其他體制的近炸引信。

激光引信的測(cè)距精度依據(jù)其測(cè)距原理而異。激光引信所對(duì)付的目標(biāo)，其反射特性很復(fù)雜，既有漫反射，也有鏡面反射，反射系數(shù)也不同。在相同的距離上由于作用目標(biāo)光束的傾角不同，目標(biāo)反射信號(hào)的幅值可有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。這些都會(huì)對(duì)測(cè)距精度產(chǎn)生影響。目前，國(guó)內(nèi)的激光近炸引信的定距精度完全可以達(dá)到0.5米以內(nèi)。

3.抗干擾設(shè)計(jì)

激光引信的干擾主要有兩種，內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾包括：發(fā)射接收電路的串?dāng)_，發(fā)射接收之間的光信號(hào)泄露等。外部干擾有陽(yáng)光、海浪、云霧、雨雪等自然干擾和激光干擾機(jī)、假目標(biāo)等人工干擾。這些干擾可能使引信早炸、誤炸，因此必須采取措施提高激光引信的抗干擾性能。

3.1 內(nèi)部抗干擾措施

發(fā)射接收之間的光信號(hào)泄露在實(shí)際中遇到過(guò)，采取在發(fā)射和接收之間用隔板隔開(kāi)的方法解決。由于發(fā)射驅(qū)動(dòng)電流為脈沖大電流，存在串?dāng)_接收電流的可能性，得出距離錯(cuò)誤，可以通過(guò)兩個(gè)技術(shù)途徑解決：一是加強(qiáng)屏蔽隔離，良好地線設(shè)計(jì)，減小地回路串?dāng)_；二是通過(guò)軟件控制各路驅(qū)動(dòng)分時(shí)工作，避免大電流疊加，增加串?dāng)_強(qiáng)度。

3.2 外部抗干擾措施

由于激光引信的接收光學(xué)系統(tǒng)有窄帶濾光片，濾除大量太陽(yáng)光能量，同時(shí)在頻域上，太陽(yáng)光為連續(xù)信號(hào)，頻譜特征為直流或極低頻分量，而激光引信為幾十納秒的窄脈沖，接收電路可以很容易將太陽(yáng)光濾除；時(shí)域上，可以從脈寬特征識(shí)別剔除非激光信號(hào)，且信號(hào)處理加有較窄的波門(mén)技術(shù)，可防止太陽(yáng)光影響正常測(cè)距。

云霧對(duì)激光得影響主要表現(xiàn)在衰減和散射。衰減產(chǎn)生的效果是測(cè)距能力降低，散射是各個(gè)方向均有，特別是向后散射產(chǎn)生的效果是回波提前和脈沖展寬，回波提前導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤距離信息，導(dǎo)致誤動(dòng)作。解決措施有:脈寬識(shí)別剔除、時(shí)間相關(guān)性剔除，空間相關(guān)性剔除。對(duì)于空對(duì)地導(dǎo)彈的激光引信還要考慮高大樹(shù)木及地表復(fù)雜背景物的干擾，產(chǎn)生的影響是回波脈沖展寬和回波信號(hào)雜亂，可以通過(guò)時(shí)域?yàn)V波和時(shí)間相關(guān)性剔除。

敵方可能利用假目標(biāo)干擾激光引信識(shí)別真實(shí)目標(biāo)。如果假目標(biāo)的外觀特征，布設(shè)方式，布設(shè)地點(diǎn)等于真實(shí)目標(biāo)完全相同，激光引信是無(wú)法識(shí)別的。顯然，假目標(biāo)的外觀特征、布設(shè)方式完全可以以假亂真，但布設(shè)地點(diǎn)則值得推敲。首先，激光引信的載體攻擊的目標(biāo)非常明確，

激光引信的探測(cè)范圍離真實(shí)目標(biāo)很近，假目標(biāo)不可能離真實(shí)目標(biāo)很近，太近也達(dá)不到保護(hù)真實(shí)目標(biāo)的目的。假目標(biāo)離真實(shí)目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)，一是很難進(jìn)入激光引信探測(cè)范圍，二是導(dǎo)彈攻擊路徑的不確定，對(duì)方假目標(biāo)不可能涵蓋全部路徑。

4.結(jié)論

雖然應(yīng)用激光作為探測(cè)手段的激光引信在探測(cè)精度、探測(cè)距離、抗自然和人為干擾能力等許多方面有其特有的優(yōu)點(diǎn)，但是如何提高引信探測(cè)距離精度和抗干擾能力，發(fā)揮激光近炸引信的最佳效能，對(duì)于研究激光近炸引信具有重要意義。國(guó)內(nèi)激光引信的研究起步較晚，相關(guān)產(chǎn)品寥寥可數(shù)。隨著激光技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，激光引信技術(shù)也會(huì)不斷提高。

［1］羅積軍，侯素霞，徐軍，趙曉銘.導(dǎo)彈激光引信探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究.航天制造技術(shù).2004，（3）

［2］伍朝剛.激光引信技術(shù)及其發(fā)展.應(yīng)用科學(xué)

［3］王德.激光引信及其發(fā)展.長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào).2001,（1）

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.034