激光引偏距離測(cè)試與評(píng)定研究*

劉靜梅

(91404部隊(duì)　秦皇島　066001)

?

激光引偏距離測(cè)試與評(píng)定研究*

劉靜梅

(91404部隊(duì)秦皇島066001)

摘要論文介紹了激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理和引偏距離解算方法，針對(duì)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的要求和條件，對(duì)引偏距離測(cè)量布站要素分析、實(shí)現(xiàn)方法和評(píng)定方法進(jìn)行了初步研究，以評(píng)價(jià)其有效對(duì)抗激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測(cè)試與評(píng)估提供了理論研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞激光; 引偏距離; 測(cè)試方法; 結(jié)果評(píng)定

Class NumberTN219

1引言

激光引偏干擾是對(duì)抗激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器實(shí)施的一種欺騙式有源干擾方式[1]，通過(guò)在艦船外制造一個(gè)激光反射點(diǎn)，形成與敵方激光照射相似的引導(dǎo)光斑，導(dǎo)致半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器最終跟蹤假的目指光斑，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的保護(hù)。激光引偏距離是評(píng)價(jià)激光引偏干擾性能的重要指標(biāo)，開(kāi)展激光引偏距離測(cè)量與評(píng)定是激光引偏干擾裝備研制過(guò)程中不可缺少的一項(xiàng)科研活動(dòng)[2]。本文從分析激光引偏距離的測(cè)量原理入手，針對(duì)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的要求和條件，對(duì)引偏距離測(cè)量布站要素分析、實(shí)現(xiàn)方法和評(píng)定方法進(jìn)行了初步研究，以評(píng)價(jià)其有效對(duì)抗激光制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測(cè)試與考核提供了理論研究基礎(chǔ)。

2激光引偏距離測(cè)量原理

激光引偏距離是間接測(cè)量值，實(shí)施測(cè)量時(shí)一般首先使用具有激光導(dǎo)引頭模擬功能的引偏角測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量記錄引偏角，再根據(jù)設(shè)備架設(shè)高度、測(cè)試距離等參數(shù)計(jì)算得到引偏距離。激光引偏角是導(dǎo)激光引頭受干擾后光軸在方位和俯仰方向的偏轉(zhuǎn)角度，是計(jì)算引偏距離、評(píng)判引偏效果的前提和依據(jù)。激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)由激光跟蹤器、可變視場(chǎng)CCD攝像機(jī)、陀螺穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)及控制與處理計(jì)算機(jī)組成。測(cè)試時(shí)首先使用激光目標(biāo)指示器照射目標(biāo)，激光導(dǎo)引頭搜索并跟蹤激光目標(biāo)指示器照射光斑。然后發(fā)射引偏干擾激光，激光導(dǎo)引頭受到干擾后跟蹤激光引偏光斑。由于引偏角測(cè)量系統(tǒng)中的CCD攝像機(jī)光軸與激光跟蹤器光軸平行，則CCD攝像機(jī)的光軸也指向激光引偏光斑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光目標(biāo)指示器照射點(diǎn)和激光引偏光斑跟蹤點(diǎn)之間的角度測(cè)量，即激光引偏角測(cè)量?？勺円晥?chǎng)CCD攝像機(jī)像面上兩個(gè)像點(diǎn)的夾角與測(cè)量的兩個(gè)光斑目標(biāo)的夾角相對(duì)應(yīng)，由CCD攝像機(jī)兩個(gè)像點(diǎn)之間的像素?cái)?shù)和碼當(dāng)量，即可計(jì)算激光引偏角[3]。引偏距離測(cè)量示意圖如圖1所示。

圖1　引偏距離測(cè)量示意圖

圖中繪出了引偏干擾過(guò)程中激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)、目標(biāo)和引偏激光光斑三維坐標(biāo)位置關(guān)系，D點(diǎn)是激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)的空中位置，M點(diǎn)是指示器在目標(biāo)上的照射點(diǎn)，引偏設(shè)備布站在M點(diǎn)附近，G點(diǎn)是引偏光斑位置。激光引偏干擾實(shí)施過(guò)程中，引偏角測(cè)量系統(tǒng)以一定采樣頻率實(shí)時(shí)測(cè)量記錄引偏角數(shù)據(jù)，解算引偏距離數(shù)據(jù)。按式(1)計(jì)算各采樣時(shí)刻俯仰引偏距離:

(1)

式中:Lv為俯仰引偏距離，m；R為測(cè)試距離，m；h1為激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)架設(shè)高度，m；h2為引偏設(shè)備架設(shè)高度，m；βv為俯仰引偏角，°。

按式(2)計(jì)算各采樣時(shí)刻方位引偏距離:

Lh=(R-Lv)tgβh

(2)

式中:Lh為方位引偏距離，m；βh為方位引偏角，°。

按式(3)計(jì)算各采樣時(shí)刻引偏距離:

(3)

式中:Li為引偏距離，m。

3激光引偏距離測(cè)試設(shè)計(jì)要素與分析

由于引偏角測(cè)量系統(tǒng)四象限探測(cè)器結(jié)構(gòu)所限[4]，對(duì)目標(biāo)探測(cè)時(shí)存在一定的角度盲區(qū)，為了保證測(cè)量的引偏角數(shù)據(jù)滿足一定置信度要求，引偏角測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)大于測(cè)角誤差一定的倍數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，指示光斑在目標(biāo)上照射點(diǎn)的高度和引偏激光發(fā)射距離變化范圍不大，因此引偏角測(cè)量系統(tǒng)架設(shè)高度、測(cè)試距離是影響引偏角變化的主要因素。在進(jìn)行引偏距離測(cè)試時(shí)，設(shè)置架設(shè)高度和測(cè)試距離要進(jìn)行以下影響分析。

3.1海面激光反射能量分析

利用海面作為激光反射體實(shí)施引偏時(shí)，海面在觀測(cè)方向上反射激光能量是否滿足激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)靈敏度要求，是能否成功實(shí)施引偏的關(guān)鍵因素。在引偏干擾過(guò)程中，測(cè)量設(shè)備所接收的引偏激光能量，與引偏光在方位和俯仰方向的束散角、觀測(cè)視線方向與海面反射激光能量中心方向的夾角、觀測(cè)視線方向與海平面的夾角有關(guān)，同時(shí)海面的波動(dòng)，也會(huì)對(duì)引偏光能量傳輸產(chǎn)生較大的影響。

若引偏引偏光斑尺寸與測(cè)試距離相比較小，可將激光光斑視為小面源朗伯輻射源，應(yīng)用小面源產(chǎn)生的輻照度公式，根據(jù)引偏角測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)口徑對(duì)引偏光斑的張角θs、θc和引偏角測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)窗口的面積ΔAs，計(jì)算出引偏光斑對(duì)引偏角測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)窗口的照度E，對(duì)引偏光斑的散射能量進(jìn)行估算[5]，見(jiàn)式(4)。對(duì)測(cè)試距離、架設(shè)高度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保證散射激光能量到達(dá)引偏角測(cè)量系統(tǒng)的輻照度要高于測(cè)量設(shè)備的接受靈敏度[6]，以滿足設(shè)備的探測(cè)要求。

(4)

3.2海面引偏激光光斑散射區(qū)域分析

海面對(duì)引偏激光光斑的散射與海面粗糙度σ和激光入射角有關(guān)[7]，海面粗糙度σ與海面風(fēng)速v的關(guān)系見(jiàn)式(5):

σ2=0.003+5.12×10-3v

(5)

海面散射改變了光束分布的均勻性，其能量密度隨反射角增大而增大。能量重心與入射角與海面起伏特性相關(guān)，并偏向海面一側(cè)最大反射角處。當(dāng)海浪起伏斜率δ一定時(shí)，激光入射角由0°～90°變化時(shí)，反射光束峰值輻射功率密度由光束的中心位置不斷偏向海面。散射光束服從反射定律，并在原入射光束發(fā)射角基礎(chǔ)上在高低方向上又拓寬了一定的角度。當(dāng)入射角較小時(shí)拓寬了4δ，當(dāng)入射角很大時(shí)只向上拓寬了2δ，向下拓寬角很小，拓寬角度與入射角度與海面起伏統(tǒng)計(jì)斜率相關(guān)[8]。

進(jìn)行架設(shè)高度、測(cè)試距離設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮引偏激光的入射角度，以及海面粗糙度σ與海面風(fēng)速v的影響程度，以確保引偏角測(cè)量系統(tǒng)的觀測(cè)位置處于引偏激光光斑的有效散射區(qū)。

3.3激光引偏角測(cè)量視場(chǎng)和像元分辨率分析

根據(jù)引偏設(shè)備工作原理，引偏激光的發(fā)射方向是朝向目標(biāo)指示器方向[9]。由于激光告警角分辨力的影響，引偏激光發(fā)射方向與目標(biāo)指示器方向可能存在一個(gè)角度，測(cè)試航路設(shè)計(jì)必須保證目標(biāo)和引偏光斑同處于引偏角測(cè)量系統(tǒng)跟蹤視場(chǎng)內(nèi)[10]，且引偏角度不大于引偏角測(cè)量系統(tǒng)半跟蹤視場(chǎng)。

在不同距離識(shí)別同一引偏距離的電視視場(chǎng)像元分辨率不一樣，測(cè)試距離設(shè)置除了要保證目標(biāo)和引偏光處于引偏角測(cè)量系統(tǒng)跟蹤視場(chǎng)內(nèi)，還要滿足一定的像元分辨率要求。

4激光引偏距離測(cè)試與結(jié)果評(píng)定

4.1激光引偏距離測(cè)試方法

引偏角測(cè)量系統(tǒng)搭載配試空中平臺(tái)或水面平臺(tái)，由遠(yuǎn)及近向裝載引偏干擾設(shè)備的目標(biāo)靠近，航路滿足引偏角測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量視場(chǎng)和測(cè)量精度要求，引偏角測(cè)量系統(tǒng)的觀測(cè)角度滿足激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器攻擊角度要求；跟蹤設(shè)備引導(dǎo)激光目標(biāo)指示器瞄準(zhǔn)并跟蹤目標(biāo)，激光目標(biāo)指示器發(fā)射激光目標(biāo)指示信號(hào)，引偏角測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤目指照射點(diǎn)后實(shí)施激光引偏干擾，引偏角測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量跟蹤情況，重復(fù)進(jìn)行n次測(cè)量。

4.2引偏距離結(jié)果評(píng)定方法

在一次測(cè)試過(guò)程中，引偏干擾效果依據(jù)引偏角測(cè)量系統(tǒng)跟蹤狀態(tài)和引偏距離數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，引偏角測(cè)量系統(tǒng)跟蹤指向海面引偏光斑且引偏距離平均值不小于規(guī)定值，則判為引偏干擾有效，其余情況判為干擾無(wú)效。

按式(6)計(jì)算每次測(cè)試各采樣時(shí)刻引偏距離平均值:

(6)

在多次引偏干擾效果測(cè)試后，采用驗(yàn)證引偏干擾設(shè)備在滿足規(guī)定引偏距離上的干擾成功率的方法對(duì)引偏距離進(jìn)行測(cè)試結(jié)果評(píng)定，統(tǒng)計(jì)干擾有效次數(shù)，按式(7)計(jì)算干擾成功率，成功率滿足規(guī)定值則引偏距離測(cè)試結(jié)果合格。

(7)

式中:ξ為干擾成功率，%；ne為干擾有效次數(shù)；n為測(cè)試次數(shù)。

5結(jié)語(yǔ)

本文從分析激光引偏角測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理和引偏距離解算方法入手，對(duì)海面激光反射能量、引偏激光光斑散射區(qū)域和引偏角測(cè)量視場(chǎng)和像元分辨率等測(cè)量布站要素進(jìn)行分析，提出了測(cè)試距離、架設(shè)高度設(shè)置要求和引偏距離測(cè)試方法，并采用驗(yàn)證引偏干擾設(shè)備在滿足規(guī)定引偏距離上的干擾成功率的方法對(duì)引偏距離進(jìn)行測(cè)試結(jié)果評(píng)定，以評(píng)價(jià)其有效對(duì)抗激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的能力，為激光引偏距離指標(biāo)的測(cè)試與考核提供了理論研究基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張小保，仝力鵬.對(duì)激光制導(dǎo)武器欺騙干擾技術(shù)研究[J].航天電子對(duì)抗，2013，29(2):7-8.

[2] 葉盛祥.光電干擾防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005:96-99.

[3] 王正林,劉靜梅.激光引偏角測(cè)量不確定度分析[J].激光與紅外，2013，43(12):1348-1349.

[4] 徐代生,王建宇.激光欺騙式干擾與激光制導(dǎo)系統(tǒng)相互作用效應(yīng)研究[J].紅外與毫米波學(xué)報(bào)，2006，25(1):78-79.

[5] 吳宗凡,柳美琳.紅外與微光技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1998:13-14.

[6] 劉兵.激光制導(dǎo)導(dǎo)彈干擾手段及效果評(píng)估[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，26(4):432-433.

[7] 張建奇.紅外物理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2013:119-120.

[8] 周亞凡,趙軍.海面激光散射特性理論分析及測(cè)量方法研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2006，21(4):31-34.

[9] 曹立華,陳長(zhǎng)青.激光欺騙干擾技術(shù)與系統(tǒng)研究[J].光機(jī)電信息，2011，28(7):27-32.

[10] 楊濤,江華誠(chéng).激光對(duì)抗中干擾效果評(píng)估方法研究[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2010，8(6):61-62.

Measurement and Evaluation for Laser Deception Distance

LIU Jingmei

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractIn the article，the work theory of laser deception angle system and computing method of are introduced.According to the measuring requirements and conditions，the design factors of deception distance measurement are analysed,the realizing method and evaluation method are researched.Thus it can evaluate the ability of efficient countermove to semi-active laser-guided weapons.The theoretical basis of deception distance measurement and evaluation is provided.

Key Wordslaser, deception distance, test method, resulting evaluation

* 收稿日期：2015年11月12日,修回日期：2015年12月17日

作者簡(jiǎn)介：劉靜梅，女，工程師，研究方向：光電對(duì)抗試驗(yàn)。

中圖分類號(hào)TN219

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.036