光電告警技術(shù)分析及現(xiàn)狀

朱剛　汪熙

摘 要：光電告警技術(shù)日益成熟發(fā)展，在信息化戰(zhàn)爭中得到了廣泛應(yīng)用，使戰(zhàn)爭的進(jìn)程和結(jié)局產(chǎn)生極速變化。文章介紹了光電告警技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)激光、紅外與紫外告警三種光電告警技術(shù)做了分析比較。

關(guān)鍵詞：光電告警；激光告警；紅外告警；紫外告警

中圖分類號(hào)：TN249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0014-02

光電告警技術(shù)日益成熟發(fā)展，在信息化戰(zhàn)爭中得到了廣泛應(yīng)用，使戰(zhàn)爭的進(jìn)程和結(jié)局產(chǎn)生極速變化。光電告警是指運(yùn)用光電技術(shù)手段，對(duì)敵方光輻射源或光散射源進(jìn)行探測、搜索、定位、辨識(shí)、測定，并確認(rèn)其威脅程度，提供相應(yīng)情報(bào)和發(fā)布告警信息的戰(zhàn)爭行動(dòng)。目前主要的光電告警技術(shù)有激光告警、紅外告警、紫外告警，下面分別進(jìn)行闡述。

1 激光告警

激光告警裝備所告警的主要對(duì)象是1.06 μm、1.54 μm和10.6 μm的激光。最近正在開發(fā)以傷害人的眼睛為目的的激光武器，Nd：YAG激光的2次諧波（波長：0.532 m）和氬激光（波長：0.515 m）等可見光波段的激光也成了威脅。

按照工作原理分為光譜識(shí)別型和相干識(shí)別型兩種，光譜識(shí)別型又分為非成像型和成像型?，F(xiàn)裝備的激光告警器大多為光譜識(shí)別型，并采用直接探測攔截方式。探測光源時(shí)需要將目標(biāo)和背景分離，通過波長識(shí)別和時(shí)間識(shí)別，提取出激光光源。波長識(shí)別利用光譜濾光技術(shù)，能夠探測限定了探測波長范圍的脈沖激光和連續(xù)振蕩激光。時(shí)間識(shí)別探測激光的脈沖重復(fù)頻率，與背景光的直流信號(hào)分離，波長范圍很寬，但只限定脈沖激光。激光告警裝置的告警范圍，水平方向必需做到360 °，采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是采取多個(gè)單元探測器并聯(lián)的方式，二是采用2維陣列凝視探測器方法。

單元探測器并聯(lián)方式通過結(jié)合集光（聚光）透鏡和單元探測器，比較各個(gè)探測器的信號(hào)水平（電平），進(jìn)行方位分辨。方位分辨能力取決于各個(gè)傳感器的視場角和傳感器的數(shù)目。2維陣列探測器配有寬視場光學(xué)系統(tǒng)，探測器自身具有角度分辨能力，能夠進(jìn)行精密的方位測定。單元探測器方式的角度分辨能力為15～ 45 °， 2維陣列方式的為< 1 °。探測波長區(qū)域由使用的光學(xué)系統(tǒng)和探測器的波長來決定，現(xiàn)正在研究開發(fā)有望成為威脅激光波長的0.5～1.1 μm區(qū)域。另外，單元探測器使用的是硅發(fā)光二極管，而2維陣列使用的是硅/CCD固體攝像器件。

經(jīng)過20多年的發(fā)展，各國研制的激光告警設(shè)備已多達(dá)百種，陸軍典型裝備有英國的LWD21車載激光告警器、法國的OBRA車載激光告警系統(tǒng)、南斯拉夫LIRD激光告警器、挪威RL1激光告警器，德國的COLDS通用激光探測系統(tǒng)、美國的HALWR高精度激光告警接收機(jī)和FOALLS離軸激光定位系統(tǒng)等。

例如，美國AIL系統(tǒng)公司研制的“高精度激光告警接收機(jī)”（HALWR），覆蓋范圍為方位角30 °，俯仰角為20 °，靈敏度為

0.28 mW/cm，而測量角精度接近1 mrad，這足以支持激光武器對(duì)抗威脅目標(biāo)。

2 紅外告警

紅外告警器可分為掃描型和凝視型。前者的紅外探測器采用線列器件，靠光機(jī)掃描裝置對(duì)特定空間進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。后者采用紅外焦平面陣列器件，直接搜索特定空間。

紅外告警器主要由光學(xué)接收系統(tǒng)，紅外傳感器，信號(hào)處理器，顯示告警以及伺服系統(tǒng)等部分組成。其中光學(xué)接收系統(tǒng)主要由光敏材料，光學(xué)系統(tǒng)，光信號(hào)處理設(shè)備，和集光裝置組成，光學(xué)系統(tǒng)主要起到濾光的作用，防止受到可能的背景紅外輻射干擾，導(dǎo)致告警失敗，虛警率高。光信號(hào)處理裝置將光信號(hào)處理后經(jīng)集光器把光信號(hào)傳到紅外傳感器上，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在進(jìn)一步在電信號(hào)處理器中完成處理，判別目標(biāo)類型，進(jìn)行告警。

使用紅外探測器在進(jìn)行寬視場預(yù)警時(shí)，云、海面以及地面物體的陽光反射等所謂的背景光噪聲都會(huì)被當(dāng)作目標(biāo)被探測，所以會(huì)發(fā)生虛警。為減少這種虛警，需要進(jìn)行利用探測波長區(qū)域、濾光（波）器特性以及信號(hào)處理技術(shù)等來降低虛警的研究。

另外，還要利用導(dǎo)彈和背景光噪聲的紅外反射特性的差異研究識(shí)別處理兩波長光譜的方法。

現(xiàn)已發(fā)展成熟的紅外告警系統(tǒng)有法國的“旺皮爾”（VAMPIR）系列、美國和加拿大聯(lián)合研制的AN/ SAR-8系統(tǒng)、法國和荷蘭聯(lián)合研制的“天狼星”系統(tǒng)等。典型的陸軍紅外告警裝備有英國的ADAD防空紅外告警機(jī)、意大利的ELT/CAT手持紅外導(dǎo)彈告警機(jī)和以色列的“鋼琴”車載無源導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)等。

美國和加拿大聯(lián)合研制的AN/SAR一8紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)，用于補(bǔ)充艦載雷達(dá)警戒系統(tǒng)功能，探測掠海飛行導(dǎo)彈。其技術(shù)性能是：視場方位角360 °，俯仰角20 °；虛警率為1/40 min；工作波段為3～5 μm和8～14 μm；探測距離大于10 km。

3 紫外告警

紫外告警是通過探測導(dǎo)彈羽煙中處于日盲光譜區(qū)的紫外線輻射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的。日盲光譜區(qū)是指波長在200～300 nm波段的紫外輻射，由于太陽輻射（紫外輻射的主要來源）在這一波段的光波幾乎完全被地球的臭氧層所吸收，即在這個(gè)波段，大氣層中的背景輻射幾乎為零，所以稱為日盲。

在該空域內(nèi)，太陽光紫外輻射的能量極其有限，而常見的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈飛行的動(dòng)力是燃料加助燃劑，在低空飛行時(shí)燃燒形成處于日盲光譜區(qū)波段的紫外輻射源，利用紫外探測器就能在微弱的背景下探測出導(dǎo)彈。紫外告警器主要由兩種告警方式：概略型紫外告警，成像型紫外告警。

目前研制的第二代導(dǎo)彈逼近紫外告警系統(tǒng)是以多元或面陣器件為核心探測器，它角分辨率高，探測能力強(qiáng)，可對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行分類識(shí)別，所以具有優(yōu)異的技術(shù)性能。德國宇航公司研制的MILDS22紫外告警系統(tǒng)，用來探測超音速導(dǎo)彈的發(fā)射與逼近。它采用高靈敏度、高分辨率的成像型紫外傳感器，使用實(shí)時(shí)圖像處理和專用軟件算法，并能有效抑制虛警。系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間 0.5 s，角分辨率為17 mrad，總重8 kg，探測距離為5 km。

4 幾種告警技術(shù)的比較

目前在導(dǎo)彈臨近告警方面采用的技術(shù)方法主要有四種：依賴?yán)走_(dá)工作的主動(dòng)式告警系統(tǒng)， 被動(dòng)式的紅外、激光和紫外告警系統(tǒng)。由于雷達(dá)是主動(dòng)式工作， 因此具有易于暴露自身目標(biāo)和目標(biāo)到達(dá)角測量精度較低的缺點(diǎn)。

激光告警方式只對(duì)激光制導(dǎo)導(dǎo)彈有效， 而對(duì)于紅外制導(dǎo)和圖像制導(dǎo)導(dǎo)彈則不起作用。

紅外和紫外告警方式由于分別是探測導(dǎo)彈尾焰中的紅外線和紫外線， 因此對(duì)以任何方式制導(dǎo)的導(dǎo)彈都有效， 被作為主要告警方式。

4.1 紅外型告警系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于紅外型告警系統(tǒng)來說， 其主要優(yōu)點(diǎn)是：

①探測距離遠(yuǎn)。

②采用雙色紅外的告警系統(tǒng)， 8～14 μm 的探測器。當(dāng)燃料已經(jīng)燃盡時(shí)， 在處于最后慣性飛行的導(dǎo)彈仍有探測跟蹤能力。

4.2 紅外告警系統(tǒng)的缺點(diǎn)

①其虛警率較高， 尤其是在中低空的情況下（由于地面的紅外源較多）。

②在體積、重量和造價(jià)方面都劣于紫外型系統(tǒng)。

紫外告警系統(tǒng)由于紫外線受大氣散射的影響，所以在作用距離上， 目前劣于紅外型。但是它具有較低的虛警率， （德國和法國研制的MILDS22的虛警率低于1/90 min ）。

此外，在體積、重量及造價(jià)方面也具有競爭優(yōu)勢(shì)， 特別是對(duì)于中低空飛行的直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)及地面戰(zhàn)車來講， 是一種較好的選擇。根據(jù)目前的分析來看， 高空飛行的飛機(jī)以采用雙色紅外（可降低虛警率） 告警系統(tǒng)為好， 而中低空或地面則需采用紫外告警系統(tǒng)。

此外還有一種將兩者共用的作法， 但值得注意的是， 在紅外紫外共用的系統(tǒng)中，首先由紫外系統(tǒng)確定目標(biāo)（因?yàn)槠涮摼实停?然后轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外系統(tǒng)（因其精度較高， 且8～14 μm 的紅外系統(tǒng)可在導(dǎo)彈燃料燃盡時(shí)仍可探測跟蹤） 來繼續(xù)跟蹤。

從目前國外研制、使用和評(píng)估的情況來看， 紅外和紫外兩種告警系統(tǒng)都是很具有生命力的， 并且具有各自的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。對(duì)于紫外告警系統(tǒng)來講， 如果能進(jìn)一步提高紫外探測器的靈敏度， 將會(huì)因其虛警率低， 體積小、造價(jià)低而得到更廣泛的應(yīng)用。

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