激光偵察告警技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

張方 任華軍

摘? 要：激光制導(dǎo)武器是一種常見的精確打擊武器，在所有的精確制導(dǎo)方式中激光制導(dǎo)精度最高，其精度已達(dá)0.1～1m，是地面作戰(zhàn)平臺的重要威脅之一。激光告警設(shè)備用于實時監(jiān)測環(huán)境中的激光威脅，使其及時采取相應(yīng)的防護(hù)、對抗等措施，提高平臺戰(zhàn)場生存能力。激光偵察告警技術(shù)發(fā)展至今，激光告警裝備已經(jīng)批量列裝于各軍兵種，此技術(shù)未來的發(fā)展方向成為各研究單位的關(guān)注重點(diǎn)。本文基于國內(nèi)外激光告警技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合工程研究經(jīng)驗，提出了幾個激光偵察告警未來可能的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：激光告警;激光主動偵察;超短脈沖告警

中圖分類號：TN977;TN249? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）10-0044-03

Abstract：Laser guided weapon is a classical precision strike weapon. In all the guidance modes，the precision of laser terminal guidance which is one of the big threats is up to 0.1～1m. Laser warning equipment is used for real-time monitoring of laser threats in the environment，so that it can take corresponding protective and confrontational measures in time to improve the survivability of the platform battlefield. Since the development of laser reconnaissance and warning technology，laser warning equipment has been batched in various military units. The future development direction of this technology has become the focus of all research units. Based on the current situation of laser warning technology at home and abroad，combined with engineering research experience，this paper puts forward several possible future development directions of laser reconnaissance warning.

Keywords：laser warning;active laser surveillance;ultra-short pulse warning

0? 引? 言

精確制導(dǎo)是現(xiàn)代武器的主要特點(diǎn)。實現(xiàn)精確制導(dǎo)具有多種技術(shù)方式，在所有精確制導(dǎo)方式中，激光制導(dǎo)武器的精度最高，制導(dǎo)精度可達(dá)0.1～1m，是地面作戰(zhàn)平臺最主要的威脅之一。激光告警設(shè)備用于作戰(zhàn)平臺的激光防護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)來襲的激光威脅并發(fā)出警告，引導(dǎo)防護(hù)對抗系統(tǒng)采取相應(yīng)措施，保護(hù)平臺安全。

1? 激光告警技術(shù)現(xiàn)狀

國外早期的激光告警裝備也主要以通道識別型為主，典型裝備有英國的LWD21激光告警器、453型激光告警器、法國1220系列激光報警器、前南斯拉夫LID激光輻射探測器、挪威R21激光告警器、瑞典LWS-20激光告警器、美國COLDS通用激光探測系統(tǒng)、德國“天窗”激光報警器、以色列激光告警器、美國Skylight機(jī)載激光告警器等。近年來，國外激光告警朝著提高探測精度方向發(fā)展，進(jìn)而出現(xiàn)了編碼探測技術(shù)和成像探測技術(shù)。

1.1? HARLID編碼探測技術(shù)

HARLID高角分辨率激光探測器是加拿大EXCELITAS公司的專利產(chǎn)品，采用編碼探測方式實現(xiàn)對激光入射角度的精確探測。探測器基本結(jié)構(gòu)為一個包含若干個碼孔的遮光板和排列成一排的多個探測光敏元。遮光板上的碼孔按一定編碼規(guī)則排列（如二進(jìn)制碼、格雷碼等），當(dāng)激光從不同角度照射，碼孔形成的不同編碼照射到探測光敏元上，從而實現(xiàn)對激光入射角度的測量，如圖1所示。

HARLID探測器典型產(chǎn)品HARLID-362，探測視場達(dá)45°，對激光方位的測量精度為±0.8°，探測波長為500～1600nm，動態(tài)范圍達(dá)60dB。

1.2? CCD成像探測技術(shù)

成像探測體制是國外激光精確告警發(fā)展的主要趨勢。其基本原理是利用成像光學(xué)系統(tǒng)和CCD圖像傳感器接收激光信號，通過圖像識別激光源位置，精度可達(dá)1mrad左右。

早期的CCD圖像傳感器幀頻較低，成像探測體制對脈沖激光信號的漏檢率很高，激光成像探測告警技術(shù)一度處于停滯狀態(tài)。美國AIL系統(tǒng)公司開發(fā)的HALWR激光告警系統(tǒng)采用了幀頻達(dá)10kHz以上的CCD器件，有效地解決了窄脈沖激光信號漏檢問題，檢出率達(dá)98%以上。

HALWR激光告警系統(tǒng)的視場在方位上可覆蓋30°，高低上覆蓋20°。探測波長范圍為0.4～1.1μm時，靈敏度約為0.28mW/cm2，脈寬10～200ns，而測量到達(dá)角（AOA）的精度接近1mrad（0.06°）。

2? 激光告警的技術(shù)思路與發(fā)展趨勢

激光告警技術(shù)發(fā)展至今，特別是在已有多型號裝備列裝的應(yīng)用背景下，未來激光告警技術(shù)的發(fā)展方向成為各研究單位的關(guān)注重點(diǎn)。首先是現(xiàn)有技術(shù)體制下性能的優(yōu)化與技術(shù)指標(biāo)的提升，提高激光告警設(shè)備的作戰(zhàn)效能;其次是激光告警新技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，以應(yīng)對戰(zhàn)場上可能出現(xiàn)的新型激光威脅。

2.1? 全向高分辨率激光告警

光電精確對抗系統(tǒng)的主動防護(hù)作戰(zhàn)大致可分為威脅目標(biāo)的偵查告警、干擾防護(hù)系統(tǒng)的調(diào)轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)和光電干擾的實施三個階段，這三個階段必須在來襲目標(biāo)到達(dá)前依次實施完成。作為第一階段的偵查告警，其性能指標(biāo)對全系統(tǒng)的運(yùn)行效能有著至關(guān)重要的作用，其中對目標(biāo)方位的識別精度直接影響到干擾系統(tǒng)的調(diào)轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)時間，關(guān)系著主動防護(hù)系統(tǒng)最終的防護(hù)效能。

有研究表明，對來襲目標(biāo)的捕獲時間與告警方位精度密切相關(guān)：告警精度為90～360°時，捕獲目標(biāo)所需時間約4～10s;告警精度為8°時，捕獲目標(biāo)所需時間約3～4s;告警精度為1～2°時，捕獲目標(biāo)所需時間約1～2s;告警精度為0.1°時，捕獲目標(biāo)僅需0.1s。因此，研究高分辨率激光告警系統(tǒng)是未來激光偵察告警裝備的發(fā)展方向之一。

2.2? 激光源目標(biāo)精確測向

不同于全向高分辨率激光告警的應(yīng)用，激光源目標(biāo)精確測向用于干擾防護(hù)系統(tǒng)對激光源目標(biāo)的精確對準(zhǔn)。

全向高分辨率激光告警由于需要全方位實時探測告警，因此對角度分辨率要求不可能太高，通常達(dá)到1°左右即可。激光源目標(biāo)精確測向通常是在全向高分辨率激光告警的引導(dǎo)下，對激光源目標(biāo)實施精確定向，因此其探測視場可以較小，但角度分辨精度要求很高，可達(dá)1mrad甚至μrad量級，用于引導(dǎo)激光硬損毀或引導(dǎo)火力打擊。

2.3? 高靈敏度激光告警

在激光告警技術(shù)中，告警靈敏度體現(xiàn)了告警設(shè)備的探測能力，其決定了告警設(shè)備的最遠(yuǎn)作戰(zhàn)距離以及對激光光斑的截獲半徑等指標(biāo)。

對于激光制導(dǎo)、激光測距等激光武器系統(tǒng)而言，為了避免被激光告警器探測到，激光武器系統(tǒng)通常采用盡可能低的激光發(fā)射功率，在保證激光武器系統(tǒng)正常攻擊的條件下，使照射到目標(biāo)上的激光功率盡可能弱。特別是隨著單光子探測技術(shù)的成熟，未來的激光照射功率可能大幅下降。對于激光告警設(shè)備而言，在實際作戰(zhàn)應(yīng)用中，往往希望具有更遠(yuǎn)的告警距離、更大的截獲半徑。因此，研究更高探測靈敏度的激光告警裝備具有很大意義。

2.4? 激光主動偵察

通常情況下，激光告警技術(shù)專指激光被動告警，告警設(shè)備只是被動接收敵方發(fā)射的激光信號。因此，當(dāng)敵方不發(fā)射激光信號時，激光告警設(shè)備就失去作用。激光主動偵察則突破激光被動告警的常規(guī)概念，豐富激光偵察告警的內(nèi)容。

與雷達(dá)原理類似，激光主動偵察技術(shù)主動發(fā)射偵察激光，通過接收目標(biāo)的反射光來感知目標(biāo)的存在，因此可應(yīng)用于所有目標(biāo)的偵察告警。相比于普通雷達(dá)，激光主動偵察具有如下優(yōu)勢：激光束發(fā)散角更小，反偵察能力更強(qiáng);波長更短，測量精度更高;其沒有電磁波輻射，更適合在電磁靜默狀態(tài)下使用。

激光主動偵察技術(shù)一直是研究人員熱衷的研究方向，但由于各種技術(shù)原因，一直未能突破偵察距離與探測視場的限制。但隨著技術(shù)的發(fā)展革新，激光主動偵察必將成為末端防護(hù)的主力裝備。

2.5? 超短脈沖激光告警

眾所周知，對單個激光脈沖而言，在脈沖能量一定的條件下，脈沖寬度與峰值功率成反比。因此，在實際應(yīng)用中，為了獲得較高的激光峰值功率，通常將激光脈沖的寬度壓窄，目前常見的窄脈沖激光寬度在ns量級。

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度在皮秒、飛秒量級的超短脈沖激光也將應(yīng)用于各種軍事裝備中。由于納秒脈沖信號與皮秒、飛秒等超短脈沖信號之間在時頻特性上的巨大差異，使得納秒脈沖激光接收系統(tǒng)對皮秒、飛秒等超短脈沖激光的敏感度極低。因此，針對未來的超短脈沖激光威脅，新的激光告警技術(shù)研究勢在必行。

3? 激光告警新技術(shù)

3.1? 編碼探測技術(shù)

編碼探測技術(shù)基于通道探測的基本思路，不同方位的激光進(jìn)入不同的探測通道，在后端通過分析處理，提取接收到激光信號的通道，從而根據(jù)對應(yīng)關(guān)系來判斷激光源所在方位。在通道探測中，若要提高角度分辨精度，則需要大幅增加探測通道數(shù)量，編碼探測技術(shù)就是通過編碼的方式減少通道數(shù)量。

編碼探測具有多種不同的實現(xiàn)途徑，公開報道的如光纖前端延時編碼技術(shù)、HARLID屏蔽窗編碼技術(shù)等。

3.2? 基于柱透鏡匯聚的線光斑探測技術(shù)

該研究方向是一個新的技術(shù)思路，其基本原理是利用柱透鏡將激光束匯聚成線光斑，采用線列探測器或者其他特制探測器接收線光斑并計算線光斑在探測器上的位置，從而根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)計算激光入射角度。該技術(shù)思路采用線列探測器，相對于成像探測的面陣CCD探測器，線列探測器光敏元數(shù)量少得多，可以實現(xiàn)對脈沖激光的實時探測。

光強(qiáng)分配探測技術(shù)是線光斑探測的一種新的技術(shù)思路，該技術(shù)方案采用一個特制的二元光電探測器接收線光斑，使不同角度入射的激光線光斑在二元光電探測器上的有效長度不同，從而根據(jù)二元光電探測器兩個輸出信號的強(qiáng)度來判斷激光入射方位，如圖2所示。

3.3? 面陣探測技術(shù)

面陣探測技術(shù)是激光告警發(fā)展的主要方向之一，利用成像光學(xué)系統(tǒng)將來襲激光匯聚成像點(diǎn)，面陣探測器位于光學(xué)系統(tǒng)焦平面上接收像點(diǎn)位置，從而確定激光入射角度。目前，面陣探測器主要為圖像傳感器，公開報道的有美國HALWR激光告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用超高幀頻CCD作為光電傳感器。由于該類專用CCD技術(shù)壁壘高，目前未見其他國家有采用此技術(shù)體制的激光告警裝備。

非成像面陣傳感器陣列沒有幀頻限制，能夠?qū)崟r探測照射的激光信號，是激光告警理想的技術(shù)方向。但由于光敏元數(shù)量龐大，同時要求所有光敏元的信號能夠及時、獨(dú)立輸出，因此信號放大和信息處理電路規(guī)模龐大，這是未來的研究工作亟需解決的問題。

4? 結(jié)? 論

激光告警技術(shù)至今已經(jīng)發(fā)展了多代產(chǎn)品，從早期的激光初告警只能粗略判斷激光來襲的大致方位，到現(xiàn)在的激光精告警能夠準(zhǔn)確探測激光入射角度、激光波長、信號特征等。隨著光電對抗技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對激光告警技術(shù)也提出了新的要求，未來的激光告警技術(shù)將積極應(yīng)對一些新出現(xiàn)的激光威脅，實現(xiàn)距離更遠(yuǎn)、位置更準(zhǔn)、信息更全的目標(biāo)“全息”告警。

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作者簡介：張方（1983-），女，漢族，河南鄭州人，工程師，本科，研究方向：偵察告警。