高重頻激光干擾信號強度等級劃分研究?

高俊光 郭 杰 范 聰

（中國洛陽電子裝備試驗中心 洛陽 471003）

1 引言

激光信號裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中使用非常廣泛，激光信號是形成戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的重要組成部分［1］。開展對激光信號裝備的作戰(zhàn)對象高重頻激光干擾信號強度等級劃分的研究不但可以提高戰(zhàn)場電磁環(huán)境構(gòu)建的科學(xué)性，而且能夠提高對復(fù)雜電磁環(huán)境中激光信號裝備作戰(zhàn)能力分析評估的客觀、合理性［2］。本文致力于探索研究高重頻激光干擾信號強度的劃分方法，為未來戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的強度劃分和構(gòu)建等研究提供借鑒。

目前，國內(nèi)外激光干擾信號強度等級劃分方法多為針對受訓(xùn)對象進行劃分的［3］，具體是根據(jù)對受訓(xùn)對象的干擾效果不同，確定激光干擾信號強度，同樣的干擾信號對不同的裝備干擾信號強度等級可能是不同的，因為不同裝備的抗干擾能力不一樣，導(dǎo)致干擾效果不同，此種劃分方法，對干擾信號強度等級劃分較為容易，直接根據(jù)受訓(xùn)對象的干擾效果進行判定。但也有專家提出，是否可以考慮激光干擾信號強度等級劃分避開受訓(xùn)對象，客觀地劃分信號強度，直接由激光干擾信號的強度決定，對激光干擾信號強度直接進行劃分，有利于考核不同光電裝備在同一強度復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力，為此，本文探索了從高重頻激光干擾信號頻率、強度進行強度等級劃分方法，可為光電對抗裝備試驗訓(xùn)練光電干擾信號環(huán)境構(gòu)建提供參考。

2 高重頻激光干擾的主要手段及原理

激光高重頻干擾利用高重頻激光信號，遮蔽激光制導(dǎo)武器（或激光測距機）的真實目標回波信號［4］，將制導(dǎo)信號淹沒在干擾信號中，使激光導(dǎo)引頭對目標檢測的不確定性增加，目標信息的截獲概率降低，致使激光制導(dǎo)武器因無法提取不出信息而迷盲，或因提取錯誤信息而被引偏，達到保衛(wèi)受攻擊目標的目的。激光高重頻干擾利用高重復(fù)頻率的脈沖激光器作為光電對抗的干擾源，無需對敵方激光脈沖信號進行編碼識別和復(fù)制就能使假目標信號進入敵方信號處理系統(tǒng)［5］，從而大大提高了對抗方的主動性和適應(yīng)能力。如圖1所示。

圖1 激光高重頻干擾機理

3 激光高重頻干擾信號強度劃分

通過激光高重頻干擾的機理分析，知道激光高重頻干擾主要是在激光制導(dǎo)作戰(zhàn)的搜索段和制導(dǎo)段，使用高重頻的干擾信號，進入激光測距機/激光導(dǎo)引頭的接收波門，干擾阻塞測距機或?qū)б^對正常信號接收和處理［6］，實現(xiàn)對激光測距機/激光導(dǎo)引頭的干擾，高重頻激光干擾效果與激光頻率、激光束散角、激光能量、激光能量穩(wěn)定性、干擾距離、跟蹤瞄準精度等有關(guān)系，其中激光束散角、激光能量、激光能量穩(wěn)定性、干擾距離因素最終都反應(yīng)在能量強度上。因此，這里劃分強度主要考慮激光能量，不再分析激光束散角、激光能量穩(wěn)定性、干擾距離等因素，高重頻激光干擾信號的能量和重復(fù)頻率是影響干擾效果、產(chǎn)生不同干擾強度的主要因素［7］。

首先，干擾信號的能量，是決定干擾激光信號能否被激光探測器探測到的必要條件，而且更高的激光信號能量將產(chǎn)生更高的激光脈沖峰值，更高的激光脈沖峰值將被激光探測設(shè)備更好地探測和接受，形成更好的干擾效果，產(chǎn)生更強的干擾信號環(huán)境。

干擾高重頻激光到達激光探測器視場的接收能量由下式計算［8］（激光干擾設(shè)備直接照射激光導(dǎo)引頭）：

式中：Etg為激光輸出干擾能量；L為干擾距離；θ為干擾激光束散角；μ為大氣衰減系數(shù)；A為導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)有效接收面積。

干擾激光的平均功率由下式計算：

式中：Ptg為干擾激光平均功率；f為干擾激光重復(fù)頻率。

另外，干擾激光信號能量必須大于等于探測器靈敏度值：Eg≥Eth（Eth為導(dǎo)引頭探測靈敏度）［9］。所以必須有：

根據(jù)式（4），在距離L、重頻 f相對確定的情況下，增強干擾激光的發(fā)射功率，將相應(yīng)的增加干擾激光信號在探測器處的能量值，提高干擾信號的“強度”?，F(xiàn)在很多導(dǎo)引頭設(shè)計了抗能量干擾的方法，當導(dǎo)引頭探測到的激光能量大于一定值以后，導(dǎo)引頭識別為是干擾信號，會自動剔除掉，所以據(jù)此得出干擾信號的功率是其中一個因素，但不能無限地追求高重頻激光能量大［10］，一般情況下，高重頻激光干擾設(shè)備至激光導(dǎo)引頭的之間的距離與激光導(dǎo)引頭與漫反射目標之間的距離基本相等，且大氣衰減系數(shù)相同，激光導(dǎo)引頭大氣衰減經(jīng)過雙程，而高重頻激光則經(jīng)過單程，因此在直瞄式干擾時，干擾激光的功率可以遠低于指示激光的功率［11］。

其次，針對干擾信號的重復(fù)頻率，通過圖1分析可知，只要激光干擾信號具有一定的能量值，干擾信號能夠進入波門?t，那么就能實現(xiàn)對探測器的干擾。激光干擾信號的重復(fù)頻率在滿足 f≥1/?t時，才可以實現(xiàn)對激光信號的有效干擾。

在激光探測器開始工作，搜索激光制導(dǎo)信號并在分析信號周期的過程中，激光探測器將對所有接收到的信號進行處理。假設(shè)激光干擾信號重頻為N，激光制導(dǎo)信號的重頻為n。由于激光制導(dǎo)信號是編碼信號，如圖2所示，可假設(shè)在一個制導(dǎo)周期中發(fā)射激光脈沖的幾率與發(fā)射激光脈沖的概率相等，所以導(dǎo)引頭處理干擾信號的概率為

圖2 激光制導(dǎo)信號周期示意圖

雖然導(dǎo)引頭處理干擾信號的概率很大，但導(dǎo)引頭的信號處理系統(tǒng)可以很快將干擾信號排除。假設(shè)導(dǎo)引頭處理的激光信號是干擾信號2，導(dǎo)引頭的信號處理系統(tǒng)根據(jù)制導(dǎo)信號的周期，以干擾信號2為基準，預(yù)判下一信號到來的時間。如果在預(yù)判的時間間隔?t內(nèi)，仍然有信號存在，則以這個信號為基準，預(yù)判下一信號，如圖3所示。其中干擾信號能進入?t的幾率 ρ1為

式中，?τ為激光信號的寬度，一般為數(shù)十納秒，?t為數(shù)百微秒。

在探測器解算出制導(dǎo)信號的周期后，將以此周期設(shè)置相應(yīng)的波門，這樣干擾信號只要出現(xiàn)在波門內(nèi)就能繼續(xù)實現(xiàn)對探測器的干擾。

圖3 激光干擾信號示意圖

此時，認為干擾信號在整個過程中是均勻分布的，取干擾時間T，制導(dǎo)信號重頻n，干擾激光重頻N。在T的區(qū)間內(nèi)將有T×n個波門對應(yīng)同等數(shù)量的制導(dǎo)信號，這樣將總的產(chǎn)生T×n×Δt的波門區(qū)間，在這樣的區(qū)間，將有T×n×Δt×N個干擾信號進入探測器的波門。知道，單位時間內(nèi)進入探測器波門，被探測器處理的干擾信號越多，則對探測器正常處理信息產(chǎn)生的干擾力度越大。所以，將單位時間內(nèi)探測器接收處理干擾信號的數(shù)量α作為高重頻激光干擾信號強度的重要因素。

首先確定干擾信號重頻 f≥f0=1/Δt，然后確定。同激光壓制干擾，考慮到氣象等因素對激光信號強度的影響，所以使用能量密度對干擾激光的信號能量進行表達［12］。根據(jù)公式得出距離L處的最小能量密度

假設(shè)如下：

高重頻激光干擾信號強度等級劃分如表1所示。合理設(shè)計 A1、A2…An，B1、B2…Bn的階梯差，確保分級符合技術(shù)現(xiàn)狀。A1、B1的選取不能一味的追求大，當頻率、功率達到一定數(shù)量后，再增大頻率、功率等干擾效果變化會越來越小，然而技術(shù)實現(xiàn)難度將會成倍增加，考慮到效費比，現(xiàn)實的裝備設(shè)計是這么做的。當A1增大到3倍以上時，干擾成功概率超過90%，但再提高重復(fù)頻率，干擾概率上升幅度逐漸減?。?3］。

表1 高重頻激光干擾信號強度等級劃分

4 結(jié)語

為了確保對光電觀瞄設(shè)備、光電制導(dǎo)武器抗干擾能力訓(xùn)練效果評估全面、準確、客觀、公正，應(yīng)堅持科學(xué)性、針對性和實用性的原則，緊密結(jié)合當前光電裝備作戰(zhàn)對象激光干擾設(shè)備的技術(shù)水平，力求可操作、可量化對激光干擾信號強度進行等級劃分，本文只是提出了一種激光干擾信號強度劃分的方法，在具體的信號強度等級劃分時，信號強度級別差可通過建立專家組討論而確定。