李海廷， 胡鑫， 曾雙， 李少波， 周國家， 高志峰

(西南技術(shù)物理研究所， 四川 成都 610041)

0 引言

半主動激光制導(dǎo)武器作為激光技術(shù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，由于其具有制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、通用性強(qiáng)等優(yōu)勢，一直在局部戰(zhàn)爭中占據(jù)重要地位，從20世紀(jì)60年代開始就得到了廣泛的應(yīng)用。

由半主動激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)的工作原理可知，系統(tǒng)中的激光照射器獨(dú)立于導(dǎo)彈之外，可由單兵地面手持照射目標(biāo)，也可由機(jī)載照射吊艙由空中照射目標(biāo)。照射器照射到目標(biāo)的激光束在大氣中傳輸不可避免地會受到大氣湍流效應(yīng)的影響, 大氣湍流對激光傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)在光強(qiáng)閃爍、光束漂移、到達(dá)角起伏以及光束擴(kuò)展等4個方面。其中：光強(qiáng)閃爍是指大氣湍流造成的探測器上接收到激光的強(qiáng)度隨機(jī)起伏；光束漂移和到達(dá)角起伏是指在湍流影響下照射到目標(biāo)上的光斑中心位置發(fā)生隨機(jī)抖動的現(xiàn)象；光束擴(kuò)展是指受湍流的影響，照射到目標(biāo)上的光斑幾何尺寸會有所增大。在上述幾種效應(yīng)的綜合作用下，實(shí)際照射到目標(biāo)上的光斑會產(chǎn)生畸變，并在中心位置附近區(qū)域內(nèi)隨機(jī)抖動，最終導(dǎo)致接收端解算出的光軸在俯仰、偏航兩個方向上與目標(biāo)的偏差角發(fā)生隨機(jī)變化，從而降低激光制導(dǎo)武器的制導(dǎo)精度。所以研究大氣湍流對半主動激光制導(dǎo)技術(shù)中光斑檢測精度的影響非常必要。目前可查閱到的論述大氣湍流對激光束傳輸影響的文獻(xiàn)大部分是以激光通信技術(shù)為應(yīng)用背景[1-2]，專門研究大氣湍流對半主動激光制導(dǎo)精度影響的文獻(xiàn)較少，而且對該問題的研究大部分都停留在理論分析、數(shù)值計(jì)算、仿真和實(shí)驗(yàn)室測試[3]，很少看到關(guān)于大氣湍流對半主動激光制導(dǎo)精度影響機(jī)理的論述，以及針對實(shí)際的激光制導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容。本文旨在研究大氣湍流對半主動激光制導(dǎo)精度影響機(jī)理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)據(jù)分析，以期為提高激光制導(dǎo)精度的研究提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 半主動激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)組成和工作原理

半主動激光制導(dǎo)武器工作原理如圖1所示。激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭大都采用四象限激光探測器進(jìn)行探測，在導(dǎo)引頭搜索、跟蹤目標(biāo)過程中，接收激光照射器照射到目標(biāo)上的漫反射回波，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)會聚在四象限探測器光敏面上，形成光斑，如圖2所示。通過計(jì)算四象限探測器上光斑重心的位置，得到光軸在俯仰、偏航兩個方向上與目標(biāo)的夾角，并發(fā)送給綜合控制器，形成制導(dǎo)回路。

圖1 半主動激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)的工作原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of semi-active laser guided weapon system

圖2 激光制導(dǎo)基本原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of basic principle of laser guidance

假設(shè)UA、UB、UC和UD分別為入射光斑在激光探測器A、B、C、D等4個象限產(chǎn)生的光電壓，則導(dǎo)引頭在俯仰和偏航方向相對光軸的偏差可由(1)式和(2)式計(jì)算得到。

(1)

(2)

2 大氣湍流對激光束傳輸特性影響的理論分析

大氣湍流對激光信號傳輸產(chǎn)生的影響是由于大氣對光束傳輸?shù)恼凵渎孰S著空間和時間的不同而隨機(jī)變化。大氣中的折射率變化主要取決于溫度。地球表面及其上空大氣的熱量來源于太陽光的照射，地面附近的空氣因受熱上升和位于高空的冷空氣二者相遇產(chǎn)生溫度的隨機(jī)變化(點(diǎn)對點(diǎn))，這種隨機(jī)變化導(dǎo)致了空氣中大氣湍流的產(chǎn)生[1]。

在描述光波在大氣中的傳輸特性時，常常用到描述大氣湍流特性的物理量——大氣湍流折射率結(jié)構(gòu)函數(shù)Dn，考慮各向同性的湍流介質(zhì)，Dn定義[1-2]為

Dn(r)=〈[n(r2)-n(r2)]2〉，Li?r?Lo，

(3)

式中：n(r1)、n(r2)分別為空間中r1、r2兩點(diǎn)的折射率；r為兩點(diǎn)間距離，即r=|r1-r2|；Li和Lo分別為湍流內(nèi)、外尺度；〈〉表示系綜平均。為了充分具體地描述大氣湍流的物理特征和規(guī)律，提出了大氣折射率功率譜Φn(k)(k為空間頻率)，它與折射率結(jié)構(gòu)函數(shù)Dn(r)為傅里葉變換關(guān)系，最常用的湍流譜模型為Kolmogorov譜模型(見(4)式)和Von Karman譜(見(5)式)模型[3]如下：

(4)

(5)

表征大氣湍流強(qiáng)度的另一個物理量為大氣相干長度RF(也被稱作Fried參數(shù))，是反映大氣湍流強(qiáng)度的一個特征尺度，定義為激光在湍流大氣中傳輸?shù)骄嚯x發(fā)射端z處時，光束橫截面上的外差距離，RF越小表示湍流強(qiáng)度越強(qiáng)，光波波前畸變越嚴(yán)重。根據(jù)Kolmogorov湍流理論，大氣相干長度與折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的空間分布之間關(guān)系[3-4]為

(6)

式中：N為波數(shù)，N=2π/λ，λ為光波波長；L為光傳輸?shù)木嚯x。

由前面分析可知，當(dāng)激光束在湍流大氣中傳輸時，湍流大氣中折射率的隨機(jī)起伏致使光束的偏振態(tài)、振幅以及相位也發(fā)生隨機(jī)波動，從而引起到光強(qiáng)閃爍、光束漂移、到達(dá)角起伏和光束擴(kuò)展等大氣湍流效應(yīng)。這些因素勢必會造成激光制導(dǎo)導(dǎo)彈(或者炸彈)接收光斑發(fā)生隨機(jī)抖動和畸變，從而導(dǎo)致制導(dǎo)精度的下降。

3 大氣湍流對激光制導(dǎo)精度影響的理論分析

3.1 光強(qiáng)閃爍

光強(qiáng)閃爍現(xiàn)象也稱大氣閃爍，是指激光信號在湍流大氣中傳播時，當(dāng)其直徑dl較大而湍流尺寸l較小，即dl?l，在光束截面內(nèi)將會出現(xiàn)許多微小的湍流漩渦，它們的作用是對直射于其上的光束進(jìn)行獨(dú)立的散射和衍射，從而導(dǎo)致光束強(qiáng)度和相位隨時間和空間隨機(jī)變化，其是最常見、也是對激光信號影響最嚴(yán)重的湍流現(xiàn)象。

若湍流為弱湍流起伏時，湍流近似符合對數(shù)正態(tài)分布，其概率密度函數(shù)[3-4]可表達(dá)為

(7)

式中：I為光強(qiáng)度；σ為對數(shù)強(qiáng)度起伏方差，對于水平穿過大氣湍流的光場而言，平面波的對數(shù)強(qiáng)度方差可以寫為

(8)

h是波爾茲曼常數(shù)，h=1.38×10-23。則光強(qiáng)起伏的強(qiáng)度方差可以寫做

(9)

式中：I0表示無大氣湍流時自由空間傳輸中的光強(qiáng)度。

四象限探測器在工作過程中，暗電流、背景光、散粒噪聲和電噪聲等因素，都會對光斑坐標(biāo)解算結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。由第1節(jié)光斑檢測基本原理可知，在利用(1)式和(2)式解算光斑坐標(biāo)時，UA、UB、UC和UD一般取探測器A、B、C、D等4個象限輸出的脈沖信號幅度的最大值Umax，如圖3所示，探測器輸出的激光脈沖信號上疊加了各種噪聲，致使波形失真，所以實(shí)際采集的脈沖信號峰值中包含了噪聲電壓成分。當(dāng)系統(tǒng)信噪比較低時，噪聲疊加在激光脈沖信號上所占比重較大，對由(1)式和(2)式解算出的光斑位置數(shù)據(jù)有較大影響；而當(dāng)系統(tǒng)信噪比較高時，噪聲疊加在激光脈沖信號上所占比重較小，對由(1)式和(2)式解算的光斑坐標(biāo)影響較?。划?dāng)噪聲信號過大時，有用信號甚至?xí)煌耆蜎]，造成探測失效。

圖3 探測器輸出的激光脈沖波形圖示意圖Fig.3 Schematic diagram of laser pulse waveform outputted by detector

由上一段分析可知，提高系統(tǒng)信噪比對于提高光斑位置檢測精度起到關(guān)鍵作用。假設(shè)采用直徑為10 mm的PIN單四象限探測器，光斑直徑D=5 mm，光斑位于光敏面正中心，光斑位置標(biāo)準(zhǔn)差隨信噪比變化的仿真曲線如圖4所示。當(dāng)SNR小于5時，曲線急劇下降，此時的光斑檢測精度較低。因此當(dāng)系統(tǒng)信噪比變化時，光斑位置檢測精度會受到較大影響。

圖4 不同信噪比下光斑位置標(biāo)準(zhǔn)差仿真曲線Fig.4 Simulation curve of standard deviation of spot position under different SNRs

在激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)中，由于大氣湍流效應(yīng)作用于照射光束而引起的光強(qiáng)閃爍，使得接收端激光探測器在固定位置接收到的激光回波強(qiáng)度不再是一個恒定值，而是在一定范圍內(nèi)隨機(jī)起伏，從而其輸出的響應(yīng)電壓也隨機(jī)波動，其效果等效于激光探測器接收系統(tǒng)的信噪比隨機(jī)波動，最終結(jié)果表現(xiàn)為探測器光斑位置檢測精度隨系統(tǒng)信噪比的波動而隨機(jī)波動，即會導(dǎo)致制導(dǎo)精度的下降。

3.2 光束漂移和到達(dá)角起伏

光束漂移是指當(dāng)光束直徑較小而湍流尺寸較大，即dl?l時，大氣湍流會使得光路出現(xiàn)隨機(jī)偏折，進(jìn)而引起光束的隨機(jī)起伏，導(dǎo)致光束不再按原來的路徑進(jìn)行傳播的現(xiàn)象。在平面波中傳輸時，光束漂移的程度可用(10)式[5-6]來描述:

(10)

(11)

光束漂移和到達(dá)角起伏，會使得激光束照射到目標(biāo)上的光斑中心位置圍繞瞄準(zhǔn)點(diǎn)在特定平面區(qū)域范圍內(nèi)隨機(jī)跳動,即引起光斑漂移，如圖5所示。

圖5 照射光斑漂移示意圖Fig.5 Schematic diagram of illumination spot drift

在導(dǎo)引頭跟蹤目標(biāo)過程中，由于照射到目標(biāo)上的光斑位置和光束到達(dá)角發(fā)生隨機(jī)變化，導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)接收的漫反射光的入射方向隨之變化。如圖6所示，當(dāng)入射光從Z軸方向入射后，在焦距為f′的光學(xué)系統(tǒng)會聚下，在光敏面上形成的聚焦光斑如圖6中黃色部分所示，其中光斑中心為O′，光敏面的中心為O. 假設(shè)入射光束發(fā)生偏移，相對于Z軸產(chǎn)生了一個夾角Δβ，ΔβX為激光束在OXZ平面的角度分量，ΔβY為激光束在OYZ平面的角度分量。這時由(1)式和(2)式計(jì)算出的光斑質(zhì)心位置坐標(biāo)就會分別在X軸和Y軸方向產(chǎn)生一個偏移量ΔX和ΔY，測試ΔX、ΔY、Δβ、ΔβX和ΔβY之間存在以下?lián)Q算關(guān)系：

(12)

(13)

(14)

圖6 光束偏轉(zhuǎn)角度與偏移量的關(guān)系圖Fig.6 Relational chart of deflection angle and offset of light beam

對于穩(wěn)定平臺激光導(dǎo)引頭，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤，伺服平臺需要根據(jù)計(jì)算得到的偏差角ΔβX和ΔβY的值，相應(yīng)地產(chǎn)生一個控制量驅(qū)動伺服平臺運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。但是這個平臺運(yùn)動不是由于真正的目標(biāo)移動引起的，而是由于照射光束漂移和到達(dá)角起伏引起的。對于伺服平臺而言，偏差角ΔβX和ΔβY就是噪聲輸入，而該噪聲會降低導(dǎo)引頭的制導(dǎo)精度。

3.3 光束擴(kuò)展

光束擴(kuò)展是指從發(fā)射端發(fā)出的光束，經(jīng)湍流信道傳輸后，實(shí)際照射到目標(biāo)上的光束直徑大于原始直徑的現(xiàn)象。對于高斯光束而言，照射到目標(biāo)上的光束直徑[5]應(yīng)為

DT=D0(1+1.33Σ2Λ5/6)1/2，

(15)

在強(qiáng)湍流區(qū)，該直徑為

DT=D0(1+1.63Σ2Λ5/6)1/2，

(16)

式中：D0為光束在真空中傳播時接收平面上的光束直徑；Σ為光斑形狀參數(shù)；Λ為高斯光束參數(shù)。

在激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)中，光束擴(kuò)展會使得激光束照射到目標(biāo)上的光斑直徑變大，如圖7所示。

圖7 光束擴(kuò)散導(dǎo)致的激光照射光斑增大效果示意圖Fig.7 Schematic diagram of laser spot enlargement caused by beam diffusion

結(jié)合導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)圓型光瞳的理想衍射成像的光強(qiáng)分布?xì)w一化高斯函數(shù)得到等效高斯寬度W[9]為

W=0.431λF，

(17)

對于本文研究的激光制導(dǎo)：λ為1 064 nm；F=f′/d，d為物鏡有效通光口徑。當(dāng)大氣湍流導(dǎo)致照射光束擴(kuò)展時，照射到目標(biāo)上的光斑尺寸將增大，如果相干長度為RF，則光斑的高斯寬度W[9]為

W=0.431λF(1+(d/RF)2(1-0.37(RF/d)1/3)1/2.

(18)

由(18)式可見，光斑檢測精度與高斯寬度有直接關(guān)系，當(dāng)大氣湍流導(dǎo)致光束擴(kuò)展時，高斯寬度增大，接收光斑也隨之增大，從而導(dǎo)致光斑位置檢測精度下降[10-12]。

3.4 光斑畸變

以上3.1～3.3節(jié)分別對光強(qiáng)閃爍，光束漂移和到達(dá)角起伏以及光束擴(kuò)展因素對激光制導(dǎo)精度的影響作了理論分析，而激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中，隨著大氣溫度、密度、壓強(qiáng)和流速等不同氣象因素的隨機(jī)變化，3.1～3.3節(jié)中每一種因素的影響程度會有差異，而這種差異是隨機(jī)性的。實(shí)際照射到目標(biāo)上的光斑會在這些因素綜合作用下產(chǎn)生畸變[13]，如圖8所示，畸變程度無法定量描述和計(jì)算，只能通過實(shí)驗(yàn)方式探索其對制導(dǎo)精度的影響程度[14]。

圖8 照射光斑畸變示意圖Fig.8 Schematic diagram of illumination spot distortion

4 大氣折射率常數(shù)測試方法

由第3節(jié)的分析可知，根據(jù)Tatarski理論，在中等或弱湍流條件下，到達(dá)角起伏方差的表達(dá)式[15]為

(19)

(20)

5 大氣湍流對激光制導(dǎo)精度影響的實(shí)驗(yàn)研究

5.1 接收機(jī)技術(shù)指標(biāo)

為了通過實(shí)驗(yàn)研究大氣湍流對激光制導(dǎo)位置檢測精度的影響，采用一個穩(wěn)定平臺式激光半主動導(dǎo)引頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。該導(dǎo)引頭采用兩軸伺服穩(wěn)定平臺，激光探測器采用某公司生產(chǎn)的光敏面直徑為10 mm的PIN單四象限探測器。在實(shí)驗(yàn)中，利用該導(dǎo)引頭接收漫反射激光回波，經(jīng)過信息處理后通過RS422串口實(shí)時輸出激光光斑位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1) 工作波段：1 064 nm；

2) 接收光學(xué)口徑：60 mm；

3) 視場范圍：±8°；

4) 線性區(qū)：±4°.

由于在本文進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究中，接收距離為2 km，故在光學(xué)設(shè)計(jì)軟件CODE V上對光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖進(jìn)行仿真，2 km物距時的仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 物距為2 km時的點(diǎn)列圖Fig.9 Point-by-point diagram with object distance of 2 km

5.2 實(shí)驗(yàn)條件描述

目前半主動激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)，在實(shí)際使用時綜合考慮照射精度、照射瞄準(zhǔn)難度和操作人員安全等因素，照射距離一般選定在1～4 km范圍內(nèi)?？紤]到絕大部分激光制導(dǎo)導(dǎo)彈和炸彈，在實(shí)際使用時都是在彈目距(導(dǎo)彈距離目標(biāo)的距離)小于4 km時開始利用導(dǎo)引頭輸出的制導(dǎo)信號進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)驗(yàn)中將導(dǎo)引頭放置在距離靶標(biāo)2 km處接收漫反射激光回波，實(shí)時輸出激光光斑位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。為了從接收方向真實(shí)地記錄靶標(biāo)上照射光斑的信息，在靠近導(dǎo)引頭的位置放置一臺互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)攝像機(jī)，用于拍攝和存儲靶標(biāo)上的激光照射光斑圖像信息。為了對靶標(biāo)上照射激光光斑成像，攝像機(jī)光學(xué)鏡頭中增加了中心波長為1 064 nm、半帶寬為50 nm的窄帶濾光片。攝像機(jī)的幀頻為50 Hz，分辨率為1 024×1 024像素。

實(shí)驗(yàn)場景布置如圖10所示，激光照射器分別布置在距離靶標(biāo)1 km和4 km的位置，激光導(dǎo)引頭放置在距離靶標(biāo)2 km處接收激光回波，激光發(fā)射和接收方向的夾角約為20°.

圖10 外場實(shí)驗(yàn)場地布局示意圖Fig.10 Schematic layout of field experimental site

實(shí)驗(yàn)所選用的激光照射器主要技術(shù)指標(biāo)：

1) 激光波長：1 064 nm；

2) 脈沖寬度：20ns±5ns；

3) 輸出能量：60 mJ；

4) 束散角：0.3 mrad；

5) 激光編碼：50 000 μs±2.5 μs固定頻率。

實(shí)驗(yàn)所選用的靶標(biāo)采用反射率為0.2的標(biāo)準(zhǔn)漫反射靶標(biāo)，靶面尺寸為4 m×3 m，實(shí)物照片如圖11所示。

圖11 靶標(biāo)實(shí)物架設(shè)照片F(xiàn)ig.11 Photo of physical erection of a target

5.3 較好天氣條件下的光斑檢測精度測試

為了測試在弱大氣湍流下的激光導(dǎo)引頭光斑檢測精度，選擇天氣情況相對較好的2020年1月8日,時間段為12：00～14：00時。天氣條件為：晴轉(zhuǎn)多云，氣溫-5 ℃～-13 ℃，空氣濕度17%，西北風(fēng)2～3級，能見度10 km.

攝像機(jī)采集的靶標(biāo)上激光光斑圖像如圖12所示。后期對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過計(jì)算得到光斑圖像中心的位置信息，從而能夠計(jì)算出接收光斑的到達(dá)角起伏方差。

圖12 不同照射距離時的光斑圖像Fig.12 Spot images at different irradiation distances

圖13 照射距離為1 km時的光斑位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)Fig.13 Spot position coordinates at 1 km

圖14 照射距離為1 km時光斑位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.14 Statistical histogram of spot location data at 1 km

圖15 照射距離為4 km時的光斑位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)Fig.15 Spot position coordinates at 4 km

圖16 照射距離為4 km時的光斑位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.16 Statistical histogram of spot location data at 4 km

5.4 較差天氣條件下的光斑檢測精度測試

為了測試在較強(qiáng)大氣湍流下的激光導(dǎo)引頭光斑檢測精度，選擇天氣情況相對較為惡劣的2020年1月11日，測試時間段為12：00～14：00。天氣條件為：多云轉(zhuǎn)陰，氣溫-8～-15 ℃，空氣濕度21%，西南風(fēng)5～6級，能見度8 km，地面有霧氣。

圖17 不同照射距離時的光斑圖像Fig.17 Spot images at different irradiation distances

圖18和圖20為照射距離分別是1 km和4 km時導(dǎo)引頭輸出的俯仰和偏航方向的偏差值數(shù)據(jù)。圖19和圖21為照射距離分別是1 km和4 km時俯仰和偏航方向偏差值數(shù)據(jù)直方圖統(tǒng)計(jì)柱狀圖，從中可以看出偏差數(shù)據(jù)近似服從正態(tài)分布。

圖19 照射距離為1 km時光斑位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.19 Statistical histogram of spot location data at 1 km

圖20 照射距離為4 km時的光斑位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)Fig.20 Spot position coordinates at 4 km

圖21 照射距離為4 km時光斑位置數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖Fig.21 Statistical histogram of spot location data at 4 km

5.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由圖11和圖16可知，大氣湍流越強(qiáng)，照射到目標(biāo)上的光斑畸變越嚴(yán)重，光斑幾何尺寸也越大。在照射距離為1 km時，圖12(a)和圖17(a)中的光斑圖像差異并不明顯，但是在照射距離為4 km時，圖17(b)中的光斑圖像相比圖12(b)，光斑畸變更為顯著。

由圖12和圖17可知，大氣湍流越強(qiáng),照射到目標(biāo)上的光斑畸變越嚴(yán)重，特別是在1月11日進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，由于地面積雪融化蒸發(fā)后產(chǎn)生的水蒸氣與沙塵混合形成的氣溶膠，對激光衰減和散射更為嚴(yán)重,在風(fēng)吹動下產(chǎn)生的大氣湍流效應(yīng)對激光束傳輸產(chǎn)生的不利影響也更為嚴(yán)重。

表1 1月8日照射距離為1 km和4 km時的和光斑位置數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差

表2 1月11日照射距離為1 km和4 km時的和光斑位置數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差

由5.3節(jié)和5.4節(jié)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，大氣折射率常數(shù)不僅與天氣條件有關(guān)，還與照射距離有關(guān)，而大氣折射率常數(shù)越大，光斑檢測精度越差，也證明了第4節(jié)提出的大氣折射率常數(shù)測試方法的有效性。

以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法用第3節(jié)中的單一數(shù)學(xué)模型描述，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)是由光強(qiáng)閃爍、光束漂移、到達(dá)角起伏以及光束擴(kuò)展等效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分展現(xiàn)了在大氣湍流作用下激光光斑檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征。

6 結(jié)論

本文在接近實(shí)彈應(yīng)用的條件下對大氣湍流對激光制導(dǎo)精度的影響進(jìn)行研究。弱大氣湍流條件下：照射距離為1 km時, 大氣折射率常數(shù)為1.371×10-15，光斑位置數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.011；照射距離為4 km時，大氣折射率為3.183×10-15，光斑位置數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.023. 在強(qiáng)大氣湍流條件下：照射距離為1 km時，大氣折射率常數(shù)為1.162×10-14，光斑位置數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.031；照射距離為4 km時，計(jì)算得到的大氣折射率常數(shù)為2.041×10-14，光斑位置數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為0.043. 通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，大氣折射率常數(shù)不僅與天氣條件有關(guān)，還與照射距離有關(guān)，并且大氣折射率常數(shù)越大，光斑檢測精度越差。本文不僅為提高激光制導(dǎo)精度的研究提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，還對半主動激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用具有指導(dǎo)意義。

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