實現(xiàn)激光角度欺騙干擾的幾個條件

丁振東，王娟鋒，朱 祺

(63880部隊技術(shù)部，河南 洛陽 471003)

精確制導(dǎo)武器在近年來高科技局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用。激光半主動制導(dǎo)武器為精確制導(dǎo)武器的一員，具有較高的制導(dǎo)精度和高命中概率，因此對抗激光半主動制導(dǎo)武器已經(jīng)成為對抗精確制導(dǎo)武器的一個重要方面。角度欺騙干擾是一種有效的對抗激光半主動制導(dǎo)武器的手段。

激光角度欺騙干擾主要是針對激光導(dǎo)引頭的目標(biāo)搜索階段和末制導(dǎo)階段實施的，其原理是根據(jù)激光告警給出的來襲方向，選擇合適的假目標(biāo)或自然物，用與敵方指示器的波長和編碼相同的激光，以超前同步的方式照射，形成具有欺騙功能的干擾激光信號，欺騙敵方激光制導(dǎo)系統(tǒng)，使激光導(dǎo)引頭得出錯誤的方位信息，在目標(biāo)跟蹤過程中出現(xiàn)角度偏差，偏離被攻擊目標(biāo)，最終導(dǎo)向假目標(biāo)，實現(xiàn)引偏干擾［1］。

1 激光角度欺騙干擾條件

實施激光角度欺騙干擾時，如果假目標(biāo)反射的干擾信號能進入激光導(dǎo)引頭的接收波門，且干擾信號與制導(dǎo)信號相比強度更強，到達激光導(dǎo)引頭的時間也比制導(dǎo)信號超前［2］，則激光導(dǎo)引頭可能將干擾信號當(dāng)作制導(dǎo)信號處理，那么激光半主動制導(dǎo)武器就會把假目標(biāo)當(dāng)作攻擊對象，從而達到將激光制導(dǎo)武器從被保護目標(biāo)引偏的目的，使目標(biāo)得到有效地保護。因此，實現(xiàn)激光有源角度欺騙干擾需要以下幾個條件:(1)布設(shè)假目標(biāo)時，要保證假目標(biāo)反射激光進入激光導(dǎo)引頭視場;(2)干擾激光信號要與目標(biāo)指示信號模式相關(guān);(3)到達導(dǎo)引頭的干擾信號強度比制導(dǎo)信號更強。

1.1 假目標(biāo)布設(shè)

假目標(biāo)必須處于激光制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭的視場之內(nèi)［3］。激光制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭視場中心是指向所攻擊目標(biāo)，而要使假目標(biāo)處于導(dǎo)引頭的視場之內(nèi)，需使假目標(biāo)與導(dǎo)引頭的連線同導(dǎo)引頭與目標(biāo)連線的夾角α＜θ/2。這里θ為激光制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭的視場角。假目標(biāo)距離被保護目標(biāo)必須足夠遠，使被保護目標(biāo)處于激光制導(dǎo)武器殺傷半徑之外，即使被保護目標(biāo)與假目標(biāo)的距離大于激光制導(dǎo)武器的殺傷半徑R。

1.2 干擾信號模式

為實現(xiàn)有效欺騙干擾，干擾信號的模式最為關(guān)鍵。激光干擾裝備在接收到激光威脅信號后，檢測并分析該信號，最終按照威脅激光信號的特性進行復(fù)制，形成與激光威脅信號特性相同或相關(guān)的激光信號，相同是指干擾信號與制導(dǎo)信號編碼、波長、脈寬、能量等級等特征參數(shù)相同，在時間上同步，且干擾激光脈沖要超前目標(biāo)指示激光脈沖進入導(dǎo)引頭波門，如圖1所示。相關(guān)是指干擾信號雖然不能與制導(dǎo)信號完全相同，但包含與之相關(guān)的成分，即包括時間上的相關(guān)，空間上的相關(guān)及特征上的相關(guān)。時間上相關(guān)是指干擾信號與制導(dǎo)信號在時間上具有同步的成分;空間上相關(guān)是指干擾信號必須進入被干擾目標(biāo)接收視場;特征上的相關(guān)是指激光信號的頻譜、體制、脈寬和能量等級等激光特征參數(shù)相關(guān)［4］。

圖1 角度欺騙激光干擾原理

1.3 功率要求

為實現(xiàn)有效的角度欺騙干擾，進入激光導(dǎo)引頭的激光干擾信號強度要大于目標(biāo)指示激光強度。

現(xiàn)設(shè)定一個干擾半主動制導(dǎo)武器攻擊的作戰(zhàn)態(tài)勢，激光精確制導(dǎo)武器攻擊任務(wù)由雙機協(xié)同完成，一架飛機進行目標(biāo)指示，另一架投放激光精確制導(dǎo)武器后撤離［5］。為方便計算，這里用兩個漫反射板分別充當(dāng)真、假目標(biāo)，如圖2所示。

設(shè)激光干擾機峰值功率為P1，激光干擾機光學(xué)系統(tǒng)透過率為t1，干擾激光束散角為θ1，干擾激光信號照射假目標(biāo)表面入射角為α1;目標(biāo)指示激光峰值功率為P3;目標(biāo)指示激光器光學(xué)系統(tǒng)透過率為t3;目標(biāo)指示激光束散角為θ2;目標(biāo)指示激光信號照射真目標(biāo)表面入射角為α2;導(dǎo)引頭接收到激光干擾機的功率為P2;導(dǎo)引頭接收到目標(biāo)指示激光功率為P4;導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)透過率為t2;導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)接收面積Al;真目標(biāo)面積為A2;真目標(biāo)反射率為ρ2;假目標(biāo)面積為A1;假目標(biāo)反射率為ρ1;激光干擾機距離假目標(biāo)R1;假目標(biāo)距導(dǎo)引頭R2;目標(biāo)指示器距真目標(biāo)R3;真目標(biāo)距導(dǎo)引頭R4。

圖2 激光角度欺騙干擾態(tài)勢圖

由于目標(biāo)指示任務(wù)由飛機完成，因此R3比較大，此時真目標(biāo)可看作小目標(biāo)，目標(biāo)指示器發(fā)射功率為P3，其被導(dǎo)引頭接收的功率為P4，二者關(guān)系為

激光干擾機照射假目標(biāo)是在地面真目標(biāo)附近完成，在此情況下，需將假目標(biāo)分為小目標(biāo)與大目標(biāo)兩種情況進行討論。

1.3.1 將假目標(biāo)視為小目標(biāo)

此時，導(dǎo)引頭接收到激光干擾機的功率為

將式(2)除以式(1)，由于在激光制導(dǎo)武器攻擊目標(biāo)過程中目標(biāo)指示飛機需在空中盤旋進行目標(biāo)指示，則R3可視為定值，地面激光干擾武器為固定位置，則R1為定值;激光制導(dǎo)武器與真、假目標(biāo)相對位置相同，可認(rèn)為是同一路徑，兩者大氣透過率相同，即e－μR2≈e－μR4;又真、假目標(biāo)均為漫反射，所以 Ω1= Ω2=2π;另外 α1≈α2，t1≈t3，ρ1≈ρ2，P2≥P4則得到

此時定義兩個變量，令A(yù)1/A2=σ，定義為目標(biāo)面積比，θ1/θ2=β，定義為激光信號束散比。則式(3)變?yōu)?/p>

1.3.2 將假目標(biāo)視為大目標(biāo)

此時，導(dǎo)引頭接收到激光干擾機的功率為

將式(5)除以式(1)，同樣上述近似，則得到

如圖3所示，此時的測量條件地面濕度75%、地面溫度20℃、能見度12 km等，干擾激光照射在假目標(biāo)上的光斑尺寸小于假目標(biāo)面積，激光能量全部被假目標(biāo)反射，假目標(biāo)的面積與其反射干擾激光功率大小無關(guān)，僅與目標(biāo)指示激光束散角及真目標(biāo)面積有關(guān)。

圖3 1.064 μm激光大氣斜程及水平透過率變化曲線

在式(4)和式(7)式中，e－μR3為目標(biāo)指示飛機至真目標(biāo)路徑的斜程大氣透過率，其斜程R3設(shè)為10.44 km(高度3 km，水平距離 10 km 處)，e－μR1為地面激光干擾武器至假目標(biāo)路徑的水平大氣透過率，其水平距離R1設(shè)為1 km。對于1.064 μm激光使用LOWTRAN7計算得出如圖3所示的大氣斜程及水平透過率隨距離的變化，可知斜程R3的大氣透過率為0.4492，水平距離R1的大氣透過率為0.8601。

假定目標(biāo)指示器的峰值功率為P3=60 mJ/15 ns=4 mW，經(jīng)仿真計算，分別得到如圖4所示激光干擾機干擾功率隨激光信號束散比β和目標(biāo)面積比σ變化的關(guān)系曲線，以及圖5所示激光干擾機干擾功率隨目標(biāo)指示激光束散角和真目標(biāo)面積變化的關(guān)系曲線。

由圖4可以看出:(1)目標(biāo)面積比一定時，激光信號束散比越大所需干擾激光功率越大。激光信號束散比越大，干擾激光信號的束散角相對于目標(biāo)指示激光束散角變大，則在假目標(biāo)面積不變的情況下，激光干擾裝備照射在假目標(biāo)的能量變小，若要達到同樣的干擾效果，則需增加干擾激光功率。(2)激光信號束散比一定時，目標(biāo)面積比越大所需干擾激光功率越小。目標(biāo)面積比越大，假目標(biāo)面積相對于真目標(biāo)面積變大，則在干擾激光束散角不變的情況下，激光干擾裝備照射在假目標(biāo)的能量變大，一定程度的減小干擾激光功率，也可達到同樣的干擾效果。

由圖5可以看出:(1)真目標(biāo)面積一定時，目標(biāo)指示激光的束散角越大，所需干擾激光功率越小。目標(biāo)指示激光的束散角越大，其到達真目標(biāo)的功率密度越小，真目標(biāo)反射至導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)的激光能量就會越小，則所需干擾激光功率就越小。(2)目標(biāo)指示激光的束散角一定時，真目標(biāo)面積越大，所需干擾激光功率越大。真目標(biāo)面積越大，目標(biāo)指示激光照射在真目標(biāo)的激光能量越大，真目標(biāo)反射至導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)的激光能量就會越多，則所需干擾激光功率就越大。

比對圖4和圖5可以看出，相同條件下假目標(biāo)作為大目標(biāo)時比作為小目標(biāo)時，所需的激光干擾功率約小1/2。

2 結(jié)束語

由以上激光干擾功率要求的討論可知，用于有源角度欺騙干擾的假目標(biāo)存在兩種情況:(1)是干擾激光光斑小于等于假目標(biāo)面積，此時將其視為大目標(biāo)，激光能量完全打在假目標(biāo)上。計算可知:此時激光干擾功率只與目標(biāo)指示激光束散角和真目標(biāo)面積有關(guān)。(2)是干擾激光光斑大于假目標(biāo)面積，此時將其視為小目標(biāo)，激光能量部分打在假目標(biāo)上，計算可知:所需激光干擾功率與干擾激光束散角和目標(biāo)指示激光束散角的比例系數(shù)以及假目標(biāo)面積和真目標(biāo)面積的比例系數(shù)有關(guān)。

經(jīng)過仿真計算，可知在針對激光半主動制導(dǎo)武器實施角度欺騙干擾時，對假目標(biāo)選取應(yīng)考慮激光干擾武器的激光束散角與假目標(biāo)之間的匹配，盡量選取可滿足大目標(biāo)條件的漫反射體或自然物作為假目標(biāo)，這樣可將所需干擾激光功率降低約1/2。

［1］孫曉泉，呂躍廣.激光對抗原理與技術(shù)［M］.北京:解放軍出版社，2000.

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［3］童忠誠，焦洋，孫曉泉.激光角度欺騙干擾技術(shù)的改進研究［J］.應(yīng)用激光，2007，27(1):25 －27，36.

［4］童忠誠.激光角度欺騙干擾信號超前時間的仿真研究［J］.兵工學(xué)報，2008，29(5):633 －636.

［5］黨冬妮，李斌，范東啟.激光角度欺騙干擾半實物仿真試驗系統(tǒng)設(shè)計［J］.激光與紅外，2007，37(5):398 －401.