激光干擾技術(shù)的發(fā)展動向與分析＊

徐大偉

（海軍駐錦州地區(qū)軍事代表室 錦州 121000）

1 引言

激光對紅外制導導彈的有效干擾是通過用激光飽和或損傷導彈導引頭中的光學系統(tǒng)、電子線路、電子元器件、紅外探測器件和調(diào)制盤等實現(xiàn)的。本文就激光干擾技術(shù)的發(fā)展動向、發(fā)展分析等，作進一步的研究和探討［1］。

2 激光干擾技術(shù)

當激光作用于紅外探測器的能量大于其破壞閾值時，導引頭無信號輸出，導引規(guī)律失效，導彈變?yōu)闊o控彈飛行，從而形成對導彈的有效干擾［2］。

2.1 干擾光斑估算

設(shè)激光發(fā)射處距紅外制導導彈的距離為R，由于衍射引起的垂直于導彈表面的激光束擴散半徑a：

式中θ為光束發(fā)散角，包括光束衍射發(fā)散角θy和激光光源抖動θd的影響。

式中λ為入射激光波長，D0為激光發(fā)射望遠鏡孔徑，β為光束質(zhì)量因子，取D0＝0.4m，β＝3，θd＝θy／2，可以求出當R＝5km時，在紅外制導導彈導引頭表面的激光光斑半徑5.5cm；當R＝8km時，在紅外制導導彈導引頭表面的激光光斑半徑8.7cm；當R＝10km時，在紅外制導導彈導引頭表面的激光光斑半徑10.9cm。

2.2 干擾能量估算

設(shè)激光器距離紅外制導導彈探測器的距離為R，激光波長為λ，激光器輸出功率為P0，瞄準跟蹤系統(tǒng)的精度為θ，大氣透過率系數(shù)為τ1，整流罩透過系數(shù)為τ2，濾光片透過系數(shù)為τ3，調(diào)制盤透過系數(shù)為τ4，a是導彈表面激光束擴散半徑，紅外制導導彈光學鏡頭直徑為D1，探測器光敏面直徑為D2，探測器接收到的功率密度為P：

0.838 是分布在Airy斑第一暗環(huán)內(nèi)的光能百分比。由上式可得：

假設(shè)光學鏡頭直徑D1＝5cm，探測器光敏面直徑為D2＝4mm。大氣透過率系數(shù)τ1按前面的研究結(jié)果取值，導彈整流罩的透過率約為0.7，濾光片的透過率約為0.7，調(diào)制盤的透過率約為0.5，激光波長1.06μm，采用波長為1.06μm的激光照射該型CCD探測器的熔化破壞功率密度閾值為80w／cm2。

在中緯度夏季水平能見度為23km，垂直高度為400m的條件下，將以上各數(shù)據(jù)代入式（5）可得到激光干擾不同距離的探測器需要發(fā)射的最小能量。當R＝5km時，所需激光功率為479W；當R＝8km時，所需激光功率為1796W；當R＝10km時，所需激光功率為4652W。

3 發(fā)展動向

1）美陸軍為高能激光移動演示項目尋求光束控制器。美國《軍事與航空航天電子學》網(wǎng)站2013年8月12日報道：美國陸軍激光武器專家正在進行商業(yè)調(diào)研，尋求能夠設(shè)計制造在未來能擊落無人機（UAV）、火箭彈、榴彈和迫擊炮彈的車載50kW～100kW高能激光器的光束控制器的公司［3］。

位于阿拉巴馬州亨茨維爾的美國陸軍空間與導彈防御司令部8月9日發(fā)布了一項用于高能激光移動演示（HEL MD）項目的光束控制子系統(tǒng)（BCS）的需求信息（編號為 W9113M－07－C－0177）。

波音公司在圣路易斯的定向能系統(tǒng)分部一直與美國陸軍合作，致力于HEL MD項目的研究，即在八輪重型軍用卡車上安裝能夠擊落無人機，火箭彈、榴彈和迫擊炮彈的激光武器。

早在2011年6月波音公司已完成了HEL MD的低功率測試。去年10月波音公司取得了一項為期三年的雙相HEL MD項目的研發(fā)合同，開發(fā)、測試能擊落無人機的10kW激光器。其中一些測試定于今年進行，這些測試將展示波音公司的激光器在捕獲、跟蹤和摧毀目標方面的能力。

目前陸軍新設(shè)了一個研究項目，計劃研制5～10倍現(xiàn)有功率的激光武器，并能按照HEL MD的指揮與控制系統(tǒng)工作。為此，他們正在尋找能設(shè)計可靠光束控制系統(tǒng)的企業(yè)參與到該項目中來。

由于該光束控制系統(tǒng)將被安裝在軍用越野車上，因此要求該系統(tǒng)不僅具有能夠擊落火箭彈、榴彈、迫擊炮彈、無人機和其他外露的引爆裝置的定位精度，而且還能經(jīng)受住車輛自身的震蕩和振動。

陸軍研究人員解釋說，目前的光束控制系統(tǒng)是由若干程序集組成的，因此軟件是系統(tǒng)集成最基本的組成部分。

目標攻擊始于光束控制系統(tǒng)，目標感知傳感器會顯示目標位置，然后光束控制系統(tǒng)從待機模式切換到作戰(zhàn)模式，激光器轉(zhuǎn)動、瞄準、照亮目標，最終鎖定一個精確的攻擊點發(fā)射激光。

HEL MD系統(tǒng)采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，模塊化的設(shè)計方法。HEL MD系統(tǒng)可接收多個傳感器的軌道數(shù)據(jù)，從中獲取目標信息，進行跟蹤、識別，并按目標的重要性進行分級排序，通過排除障礙信息鎖定目標的軌道信息，避免軌道丟失，進一步瞄準攻擊點，確定攻擊時間，確保激光束擊中目標，并核實目標是否已摧毀。

HEL MD系統(tǒng)包括激光子系統(tǒng)（LSS），熱管理子系統(tǒng)（TMS），光束控制子系統(tǒng)（BCS），指揮、控制和通信（C3）子系統(tǒng)，車載平臺子系統(tǒng)（VPS）和電源子系統(tǒng)（EPS）。

陸軍官員稱，射頻干擾（RFI）技術(shù)只是規(guī)劃建設(shè)，不作為此次詢價的要求。

2）美國陸軍開發(fā)直升機激光威脅告警系統(tǒng)。美國《軍事與航空航天電子學》2013年8月23日報道：美國陸軍航空專家需要激光檢測系統(tǒng)以保護直升機免受使用激光測距儀、激光指示器和激光致盲武器的防空武器的威脅。專家們在美國UTC航空系統(tǒng)公司ISR系統(tǒng)分部找到解決方案。陸軍合同司令部宣布向UTC航空公司授予2.085億美元多年合同，用于開發(fā)陸軍／海軍有人駕駛飛機／可視化和可見光／接收、無源檢測（AN／AVR－2B）激光檢測系統(tǒng)（LDS）［4］。

AN／AVR－2激光檢測直升機航電系統(tǒng)是一個接收、處理和顯示威脅信息的被動激光告警系統(tǒng)，當直升機被激光照射到時以提醒機組人員采取回避行動。短程防空導彈和防空火炮通常使用激光制導。激光檢測系統(tǒng)（LDS）顯示座艙內(nèi)AN／APR－39A（V）1雷達檢測裝置指示器的威脅信息。系統(tǒng)有一個接口單元比較儀和四個相同的傳感器單元。

能夠裝載AN／AVR－2激光檢測裝置的直升機包括美國海軍陸戰(zhàn)隊的AH－1F眼鏡蛇武裝直升機、陸軍AH－64阿帕奇攻擊型直升機、陸軍 MH－60K和EH－60A黑鷹直升機、MH－47E重型運輸直升機和OH－58D基奧瓦武裝偵察直升機。

AN／AVS－2B（V）型激光檢測系統(tǒng)采用的技術(shù)源于被取消的RAH－66科曼奇項目的開發(fā)技術(shù)。該系統(tǒng)與先前的AN／AVR－2A（V）型相比體積減小40%，重量減輕45%，功耗減少45%。系統(tǒng)提供增強的威脅檢測和數(shù)據(jù)接口能力，并且驗證可靠性增強500%。其模型已在2004年服役。

3）波音計劃2013年底進行高能激光移動演示項目實彈射擊試驗。《簡氏防務周刊》2013年10月22日報道：波音公司計劃2013年底，在新墨西哥州的白沙導彈靶場進行高能激光移動演示（HEL MD）系統(tǒng)的實彈射擊試驗。屆時，這一全新的戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)將有望擊落迫擊炮彈和小型無人機［6］。

HEL MD是少數(shù)幾個設(shè)計用于擊落火箭彈、迫擊炮彈和小型無人機的戰(zhàn)術(shù)激光武器計劃之一。鑒于美軍在阿富汗戰(zhàn)場受到日益增長的迫擊炮、火箭彈等常規(guī)武器攻擊的威脅，美軍近年來加強了戰(zhàn)術(shù)激光武器的研究。2011年底美國防部終止了空基反導激光器（ABL）項目，但美國通過該項目在激光器技術(shù)、能源制備和光束控制等領(lǐng)域均取得了很大進展，為其新型機載激光器的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。HEL MD系統(tǒng)是一種低功率電子激光器，可以安裝在A4型奧什科什重型擴展機動性戰(zhàn)術(shù)卡車（HEMTT）上，用于擊落火箭彈、迫擊炮和小型無人機。

早在2011年6月，波音公司已完成HEL MD的低功率測試。2012年10月波音公司取得了一項為期三年的HEL MD10kW功率激光器的研發(fā)合同。波音公司定向能系統(tǒng)分部副總裁邁克爾·林恩在10月21日舉行的美國陸軍協(xié)會（AUSA）2013年年會上表示，波音公司已完成HEL MD系統(tǒng)初步測試，證明其具備使用低功率激光器跟蹤火箭彈、迫擊炮和小型無人機的能力。波音公司計劃2013年底進行實彈射擊試驗，驗證該系統(tǒng)跟蹤、識別和擊落迫擊炮彈的能力。計劃2014年初進行HEL MD系統(tǒng)附加的“自適應光學”測試，測試激光在灰塵或其他光學失真環(huán)境下的跟蹤能力。林恩期待美國陸軍空間與導彈防御司令部（SMDC）批準波音公司在2016年或2017年開始HEL MD的低速初期生產(chǎn)。

4）美國洛馬公司驗證30kW的武器級高功率纖維激光。美國洛克希德·馬丁公司網(wǎng)站2014年1月28日報道：美國洛克希德·馬丁公司最近測試了功率為30kW的電力驅(qū)動的纖維激光［7］。

試驗簡介。此次試驗驗證了有記錄以來功率最高的激光，同時保持光束質(zhì)量和電效率。該試驗將許多纖維激光器組合成一個質(zhì)量幾近完美的光束，比起替代方案的固態(tài)激光技術(shù)，用電量約減少了50%。此過程稱為光束組合，由多個纖維激光器模塊發(fā)出光束，送入一臺組合器，進而合成一個高功率、高質(zhì)量的光束。每個模塊所發(fā)送光束具有獨特的波長。

試驗意義。對于在廣泛的空中、陸上和海上軍事平臺部署作戰(zhàn)任務相關(guān)的激光武器系統(tǒng)來說，此次成功試驗標志著重要里程碑。先前行業(yè)中進行的激光武器試驗演示了目標捕獲、跟蹤和摧毀。然而，這些解決方案對于戰(zhàn)術(shù)軍事應用來說效能有限，所生成的激光效能低下，從而對大尺寸、高功率和冷卻能力有所需求，但關(guān)鍵軍事地面和空中平臺無法很好地支持這些需求。

洛克希德·馬丁公司高級副總裁兼首席技術(shù)官雷·喬納森博士稱，公司為軍事應用提供了合適的高功率、電力驅(qū)動的激光系統(tǒng)。激光部件的發(fā)展、光束組合技術(shù)的成熟和提高，都將支持軍事目標，為飛機、直升機、艦艇和裝甲車等軍事平臺提供重量輕、堅固的激光武器系統(tǒng)。該高能激光可用作激光武器系統(tǒng)的核心。

4 發(fā)展分析

激光干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢：定向紅外激光干擾、一體化激光干擾、小功率化學激光干擾、發(fā)展固體激光器、發(fā)展化學激光器［9］。

1）定向紅外激光干擾。定向紅外激光干擾（CDIRCM）技術(shù)能提供更遠的作用距離和更大的靈活性，能有效干擾新一代紅外導彈。

2）一體化激光干擾。為使紅外激光干擾光束能及時準確指向來襲導彈，必須跟蹤導彈并給出導彈的方位數(shù)據(jù)。這項功能是由導彈逼近報警系統(tǒng)完成的。一般采用無源紅外或紫外探測的導彈逼近報警系統(tǒng)，它具有360°覆蓋范圍。

3）小功率化學激光干擾。采用TRW公司的小功率化學激光器，可在適當距離發(fā)射紅外激光束，欺騙、迷惑紅外導彈，使其脫靶。

4）發(fā)展固體激光器。固體激光器輸出波長短、有利于大氣傳輸、適合遠程作戰(zhàn)的要求，能夠方便地按比例放大到高功率，還具有體積小、使用靈活、轉(zhuǎn)化效率高、采用電驅(qū)動、后勤保障簡單等特點，能廣泛應用于各種平臺，是新一代激光器的杰出代表。

5）發(fā)展化學激光器?；瘜W激光器在各類激光器中亮度、連續(xù)平均功率最高，輸出功率最高達兆瓦級。氧碘型高能激光器的工作波段低于水蒸氣吸收截止波長（1.72μm），可用于機載或地面作戰(zhàn)平臺（如空軍機載激光器采用氧碘型），氟氫型的波段正處于大氣吸收嚴重的2.6μm～3μm范圍內(nèi)，用于天基反導武器，而氟氘型的波長正處于3.6μm～4μm大氣窗口波段，用于艦載及陸軍的綜合反導武器。

5 結(jié)語

當激光作用于紅外探測器的能量大于其破壞閾值時，導引頭無信號輸出，導引規(guī)律失效，導彈變?yōu)闊o控彈飛行，從而形成對導彈的有效干擾。文章分析了干擾光斑估算，干擾能量估算，最后論述了激光干擾技術(shù)的發(fā)展動向與分析。在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部戰(zhàn)爭中，適時運用激光干擾技術(shù)，就能夠有效地保護自己、消失敵人［10］。

［1］李楠，何友金，艦載激光武器淺談［J］.光電技術(shù)應用，2005（3）：11－13.

［2］柯常軍，萬重怡.紅外光電探測器的激光損傷分析［J］.光學技術(shù)，2002，28（2）：118－122.

［3］美陸軍為高能激光移動演示項目尋求光束控制器［N］.每日防務快訊，2013－08－20.

［4］美國陸軍開發(fā)直升機激光威脅告警系統(tǒng)［N］.每日防務快訊，2013－09－02.

［5］美國研發(fā)60千瓦激光用以摧毀空中威脅［N］.每日防務快訊，2013－09－12.

［6］波音計劃2013年底進行高能激光移動演示項目實彈射擊試驗力［N］.每日防務快訊，2013－10－29.

［7］美國洛馬公司驗證30千瓦的武器級高功率纖維激光［N］.每日防務快訊，2014－02－07.

［8］以色列公布新型激光防御系統(tǒng)［N］.每日防務快訊，2014－02－18.

［9］范金榮，趙文平.激光武器及其在防空防天體系中的作用［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2006，34（5）：13－18.

［10］任國光.高能激光武器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［N］.激光與光電子學進展，2008（9）：62－69.