半主動激光制導(dǎo)中光斑參數(shù)分析

李響 安巖 王超 謝欣欣

摘要：在激光制導(dǎo)廣泛應(yīng)用于各國的背景下，由于試驗(yàn)場所要求復(fù)雜，天氣影響等問題，提出半主動激光制導(dǎo)方式，在整個試驗(yàn)當(dāng)中，激光光斑的分析至關(guān)重要，決定著整個試驗(yàn)的成敗，分析了影響激光光斑變化的影響因素，從而采取相關(guān)措施進(jìn)而提高試驗(yàn)的總體性能。

關(guān)鍵詞：激光制導(dǎo)；激光半主動導(dǎo)引頭；半實(shí)物仿真；光斑尺寸；

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（B）-0000-00

1激光半主動制導(dǎo)的發(fā)展意義

由于激光具有單色性好、方向性好，發(fā)射束散角小等優(yōu)點(diǎn)，所以敵方很難進(jìn)行有效的電子信息干擾。可采取多種編碼的方式，使得不同武器擁有同時攻擊很多目標(biāo)的殺傷性能力。半主動制導(dǎo)導(dǎo)彈的實(shí)戰(zhàn)效率高，它也存在一些問題，比如容易受到天氣和戰(zhàn)場條件的影響。世界各國正加速研制高性能的目標(biāo)捕獲、跟蹤系統(tǒng)，從而在未來戰(zhàn)爭里發(fā)揮最大的優(yōu)勢。

2光斑尺寸分析：

半主動激光制導(dǎo)中，光斑的尺寸分析以及變化特別重要，直接影響激光制導(dǎo)的參數(shù)。本文采用不同波段的光源進(jìn)行分析。光斑尺寸的變化由分析可知，主要由兩個方面引起，首先是激光照射器與攻擊目標(biāo)間的距離會引起光斑的大小發(fā)生改變，激光照射器發(fā)射激光照到目標(biāo)后，其光斑的大小由激光照射器的發(fā)射束散角決定，由于目標(biāo)距離的變化使得導(dǎo)引頭所接收到的光斑尺寸也在變化。按基本的幾何光學(xué)設(shè)計(jì)，可仿真出下圖1（a）的結(jié)果：

（a）光斑尺寸隨導(dǎo)彈距離變化曲線 （b） 光斑尺寸隨導(dǎo)彈距離的變化速率

但是由于實(shí)際情況會有些出入，對于導(dǎo)引頭的探測器的四象限光電探測器，在捕獲階段，目標(biāo)進(jìn)入探測器視場，如果跟蹤穩(wěn)定，光斑應(yīng)該集中在某一象限上，它只可以檢測出大致的方位，但是由于檢測精度比較差，需調(diào)節(jié)導(dǎo)彈的視軸角度，進(jìn)而將光斑引入到探測器的中心位置，之后再引入跟蹤部分。當(dāng)光斑的尺寸很小難以觀測時，視軸的檢測精度比較高，但是檢測的范圍有限、較小，光斑過小，在探測器的死區(qū)內(nèi)，信號將會丟失，捕獲失敗，通常取光斑的大小為近似四象限探測器的光敏面，這樣可以保證效果，當(dāng)導(dǎo)引頭的距離與目標(biāo)間隔比較遠(yuǎn)時，成像在探測器光敏面的光斑非常小，至少要大于探測器的溝道寬度，所以需要安裝變焦系統(tǒng)，解決離焦或散斑問題，使得光斑的大小變化成線性關(guān)系，由于視軸檢測精度的降低，卻增加了檢測范圍。通過對總體系統(tǒng)中導(dǎo)引頭接收到的光斑尺寸的理論數(shù)據(jù)可知，影響導(dǎo)引頭接收到光斑尺寸變化的主要因素為：導(dǎo)彈距目標(biāo)的實(shí)際距離以及導(dǎo)彈的地平角?？梢酝ㄟ^計(jì)算機(jī)仿真得出下圖2（b）的結(jié)果。

從圖中我們可以得到以下的結(jié)論，導(dǎo)引頭接收到的光斑尺寸會隨著導(dǎo)彈距離的減小而增大，當(dāng)距離特別大時，光斑的尺寸變化比較緩慢，有一個平緩的過程，當(dāng)距離小于盲區(qū)后，光斑尺寸會迅速的變大，曲線特別陡，上圖進(jìn)一步證明了上述觀點(diǎn)。

3不同波段光斑特性分析

本文選擇1064nm和650nm波長的光源進(jìn)行試驗(yàn)，由于兩個波長一個是不可見光，一個是可見光，這樣給試驗(yàn)的理論以及實(shí)際論證提供了很大的參考價值。

上面三幅圖片中，圖a是經(jīng)過光纖的激光最大光斑圖，圖b圖c分別是激光器經(jīng)過能量衰減最強(qiáng)和最弱的最大光斑圖片，從圖片中可明顯看出激光器激光圖片的雜散光比較強(qiáng)，光斑信號強(qiáng)度分布相對不均勻。下圖3為圖像處理后激光器輸出所對應(yīng)的圖片。

4結(jié)束語

本文從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合了本實(shí)驗(yàn)室的條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，得出了導(dǎo)引頭接收不同波段激光的光斑大小，亮度變化，以及分析了影響導(dǎo)彈導(dǎo)引頭接收光斑尺寸變化的因素，符合半主動激光制導(dǎo)的要求，具有進(jìn)一步研究的意義。

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