劉靜梅

(91404部隊　秦皇島　066001)

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激光引偏距離測試與評定研究*

劉靜梅

(91404部隊秦皇島066001)

摘要論文介紹了激光引偏角測量系統(tǒng)測量原理和引偏距離解算方法，針對測量實現(xiàn)的要求和條件，對引偏距離測量布站要素分析、實現(xiàn)方法和評定方法進(jìn)行了初步研究，以評價其有效對抗激光半主動制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測試與評估提供了理論研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞激光; 引偏距離; 測試方法; 結(jié)果評定

Class NumberTN219

1引言

激光引偏干擾是對抗激光半主動制導(dǎo)武器實施的一種欺騙式有源干擾方式[1]，通過在艦船外制造一個激光反射點，形成與敵方激光照射相似的引導(dǎo)光斑，導(dǎo)致半主動激光制導(dǎo)武器最終跟蹤假的目指光斑，實現(xiàn)對目標(biāo)的保護(hù)。激光引偏距離是評價激光引偏干擾性能的重要指標(biāo)，開展激光引偏距離測量與評定是激光引偏干擾裝備研制過程中不可缺少的一項科研活動[2]。本文從分析激光引偏距離的測量原理入手，針對測量實現(xiàn)的要求和條件，對引偏距離測量布站要素分析、實現(xiàn)方法和評定方法進(jìn)行了初步研究，以評價其有效對抗激光制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測試與考核提供了理論研究基礎(chǔ)。

2激光引偏距離測量原理

激光引偏距離是間接測量值，實施測量時一般首先使用具有激光導(dǎo)引頭模擬功能的引偏角測量系統(tǒng)測量記錄引偏角，再根據(jù)設(shè)備架設(shè)高度、測試距離等參數(shù)計算得到引偏距離。激光引偏角是導(dǎo)激光引頭受干擾后光軸在方位和俯仰方向的偏轉(zhuǎn)角度，是計算引偏距離、評判引偏效果的前提和依據(jù)。激光引偏角測量系統(tǒng)由激光跟蹤器、可變視場CCD攝像機、陀螺穩(wěn)定跟蹤平臺及控制與處理計算機組成。測試時首先使用激光目標(biāo)指示器照射目標(biāo)，激光導(dǎo)引頭搜索并跟蹤激光目標(biāo)指示器照射光斑。然后發(fā)射引偏干擾激光，激光導(dǎo)引頭受到干擾后跟蹤激光引偏光斑。由于引偏角測量系統(tǒng)中的CCD攝像機光軸與激光跟蹤器光軸平行，則CCD攝像機的光軸也指向激光引偏光斑，從而實現(xiàn)對激光目標(biāo)指示器照射點和激光引偏光斑跟蹤點之間的角度測量，即激光引偏角測量?？勺円晥鯟CD攝像機像面上兩個像點的夾角與測量的兩個光斑目標(biāo)的夾角相對應(yīng)，由CCD攝像機兩個像點之間的像素數(shù)和碼當(dāng)量，即可計算激光引偏角[3]。引偏距離測量示意圖如圖1所示。

圖1　引偏距離測量示意圖

圖中繪出了引偏干擾過程中激光引偏角測量系統(tǒng)、目標(biāo)和引偏激光光斑三維坐標(biāo)位置關(guān)系，D點是激光引偏角測量系統(tǒng)的空中位置，M點是指示器在目標(biāo)上的照射點，引偏設(shè)備布站在M點附近，G點是引偏光斑位置。激光引偏干擾實施過程中，引偏角測量系統(tǒng)以一定采樣頻率實時測量記錄引偏角數(shù)據(jù)，解算引偏距離數(shù)據(jù)。按式(1)計算各采樣時刻俯仰引偏距離:

(1)

式中:Lv為俯仰引偏距離，m；R為測試距離，m；h1為激光引偏角測量系統(tǒng)架設(shè)高度，m；h2為引偏設(shè)備架設(shè)高度，m；βv為俯仰引偏角，°。

按式(2)計算各采樣時刻方位引偏距離:

Lh=(R-Lv)tgβh

(2)

式中:Lh為方位引偏距離，m；βh為方位引偏角，°。

按式(3)計算各采樣時刻引偏距離:

(3)

式中:Li為引偏距離，m。

3激光引偏距離測試設(shè)計要素與分析

由于引偏角測量系統(tǒng)四象限探測器結(jié)構(gòu)所限[4]，對目標(biāo)探測時存在一定的角度盲區(qū)，為了保證測量的引偏角數(shù)據(jù)滿足一定置信度要求，引偏角測量數(shù)據(jù)應(yīng)大于測角誤差一定的倍數(shù)。在實際應(yīng)用中，指示光斑在目標(biāo)上照射點的高度和引偏激光發(fā)射距離變化范圍不大，因此引偏角測量系統(tǒng)架設(shè)高度、測試距離是影響引偏角變化的主要因素。在進(jìn)行引偏距離測試時，設(shè)置架設(shè)高度和測試距離要進(jìn)行以下影響分析。

3.1海面激光反射能量分析

利用海面作為激光反射體實施引偏時，海面在觀測方向上反射激光能量是否滿足激光引偏角測量系統(tǒng)探測靈敏度要求，是能否成功實施引偏的關(guān)鍵因素。在引偏干擾過程中，測量設(shè)備所接收的引偏激光能量，與引偏光在方位和俯仰方向的束散角、觀測視線方向與海面反射激光能量中心方向的夾角、觀測視線方向與海平面的夾角有關(guān)，同時海面的波動，也會對引偏光能量傳輸產(chǎn)生較大的影響。

若引偏引偏光斑尺寸與測試距離相比較小，可將激光光斑視為小面源朗伯輻射源，應(yīng)用小面源產(chǎn)生的輻照度公式，根據(jù)引偏角測量系統(tǒng)光學(xué)口徑對引偏光斑的張角θs、θc和引偏角測量系統(tǒng)光學(xué)窗口的面積ΔAs，計算出引偏光斑對引偏角測量系統(tǒng)光學(xué)窗口的照度E，對引偏光斑的散射能量進(jìn)行估算[5]，見式(4)。對測試距離、架設(shè)高度進(jìn)行設(shè)計時，要保證散射激光能量到達(dá)引偏角測量系統(tǒng)的輻照度要高于測量設(shè)備的接受靈敏度[6]，以滿足設(shè)備的探測要求。

(4)

3.2海面引偏激光光斑散射區(qū)域分析

海面對引偏激光光斑的散射與海面粗糙度σ和激光入射角有關(guān)[7]，海面粗糙度σ與海面風(fēng)速v的關(guān)系見式(5):

σ2=0.003+5.12×10-3v

(5)

海面散射改變了光束分布的均勻性，其能量密度隨反射角增大而增大。能量重心與入射角與海面起伏特性相關(guān)，并偏向海面一側(cè)最大反射角處。當(dāng)海浪起伏斜率δ一定時，激光入射角由0°～90°變化時，反射光束峰值輻射功率密度由光束的中心位置不斷偏向海面。散射光束服從反射定律，并在原入射光束發(fā)射角基礎(chǔ)上在高低方向上又拓寬了一定的角度。當(dāng)入射角較小時拓寬了4δ，當(dāng)入射角很大時只向上拓寬了2δ，向下拓寬角很小，拓寬角度與入射角度與海面起伏統(tǒng)計斜率相關(guān)[8]。

進(jìn)行架設(shè)高度、測試距離設(shè)計時，還要考慮引偏激光的入射角度，以及海面粗糙度σ與海面風(fēng)速v的影響程度，以確保引偏角測量系統(tǒng)的觀測位置處于引偏激光光斑的有效散射區(qū)。

3.3激光引偏角測量視場和像元分辨率分析

根據(jù)引偏設(shè)備工作原理，引偏激光的發(fā)射方向是朝向目標(biāo)指示器方向[9]。由于激光告警角分辨力的影響，引偏激光發(fā)射方向與目標(biāo)指示器方向可能存在一個角度，測試航路設(shè)計必須保證目標(biāo)和引偏光斑同處于引偏角測量系統(tǒng)跟蹤視場內(nèi)[10]，且引偏角度不大于引偏角測量系統(tǒng)半跟蹤視場。

在不同距離識別同一引偏距離的電視視場像元分辨率不一樣，測試距離設(shè)置除了要保證目標(biāo)和引偏光處于引偏角測量系統(tǒng)跟蹤視場內(nèi)，還要滿足一定的像元分辨率要求。

4激光引偏距離測試與結(jié)果評定

4.1激光引偏距離測試方法

引偏角測量系統(tǒng)搭載配試空中平臺或水面平臺，由遠(yuǎn)及近向裝載引偏干擾設(shè)備的目標(biāo)靠近，航路滿足引偏角測量系統(tǒng)的測量視場和測量精度要求，引偏角測量系統(tǒng)的觀測角度滿足激光半主動制導(dǎo)武器攻擊角度要求；跟蹤設(shè)備引導(dǎo)激光目標(biāo)指示器瞄準(zhǔn)并跟蹤目標(biāo)，激光目標(biāo)指示器發(fā)射激光目標(biāo)指示信號，引偏角測量系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤目指照射點后實施激光引偏干擾，引偏角測量系統(tǒng)測量跟蹤情況，重復(fù)進(jìn)行n次測量。

4.2引偏距離結(jié)果評定方法

在一次測試過程中，引偏干擾效果依據(jù)引偏角測量系統(tǒng)跟蹤狀態(tài)和引偏距離數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，引偏角測量系統(tǒng)跟蹤指向海面引偏光斑且引偏距離平均值不小于規(guī)定值，則判為引偏干擾有效，其余情況判為干擾無效。

按式(6)計算每次測試各采樣時刻引偏距離平均值:

(6)

在多次引偏干擾效果測試后，采用驗證引偏干擾設(shè)備在滿足規(guī)定引偏距離上的干擾成功率的方法對引偏距離進(jìn)行測試結(jié)果評定，統(tǒng)計干擾有效次數(shù)，按式(7)計算干擾成功率，成功率滿足規(guī)定值則引偏距離測試結(jié)果合格。

(7)

式中:ξ為干擾成功率，%；ne為干擾有效次數(shù)；n為測試次數(shù)。

5結(jié)語

本文從分析激光引偏角測量系統(tǒng)測量原理和引偏距離解算方法入手，對海面激光反射能量、引偏激光光斑散射區(qū)域和引偏角測量視場和像元分辨率等測量布站要素進(jìn)行分析，提出了測試距離、架設(shè)高度設(shè)置要求和引偏距離測試方法，并采用驗證引偏干擾設(shè)備在滿足規(guī)定引偏距離上的干擾成功率的方法對引偏距離進(jìn)行測試結(jié)果評定，以評價其有效對抗激光半主動制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測試與考核提供了理論研究基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

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Measurement and Evaluation for Laser Deception Distance

LIU Jingmei

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractIn the article，the work theory of laser deception angle system and computing method of are introduced.According to the measuring requirements and conditions，the design factors of deception distance measurement are analysed,the realizing method and evaluation method are researched.Thus it can evaluate the ability of efficient countermove to semi-active laser-guided weapons.The theoretical basis of deception distance measurement and evaluation is provided.

Key Wordslaser, deception distance, test method, resulting evaluation

* 收稿日期：2015年11月12日,修回日期：2015年12月17日

作者簡介：劉靜梅，女，工程師，研究方向：光電對抗試驗。

中圖分類號TN219

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.036