國外地面激光測距目標指示器的發(fā)展現(xiàn)狀

張德斌，江清波，王 曄，繆 欣，宋余華，張新興，芮大慶，周文春

(1.江蘇曙光光電有限公司，揚州 225009；2.中國人民解放軍 陸軍裝備部駐揚州地區(qū)軍事代表室， 揚州 225009)

引 言

作為“人在回路中”或者“有限條件下發(fā)射后不管”制導體制的代表——激光半主動制導體制[1]，經(jīng)過半個多世紀的不斷發(fā)展，縱觀近40年世界上發(fā)生的重大戰(zhàn)爭，如越南、英阿馬島、海灣、科索沃、阿富汗到最近西方國家發(fā)起的伊拉克、利比亞、敘利亞幾次局部戰(zhàn)爭，經(jīng)過實戰(zhàn)檢驗和完善，該體制已經(jīng)成為了一種最為廣泛的精確制導體制[2]，激光半主動制導體制在精確制導武器中具有精度最高、成本最低、結構最簡單等特點[3]，從目前激光半主動制導武器系統(tǒng)的命中精度來看，通常圓概率誤差在幾米以下，有些彈藥已達1m以內(nèi)的命中精度[4]，越來越受到各國軍方的重視。激光測距目標指示器作為激光半主動制導武器系統(tǒng)的重要組成部分，一方面可以提供目標坐標信息，便于武器系統(tǒng)進行射擊諸元解算；同時可以向目標發(fā)射編碼激光信息，為激光制導彈藥提供目標指示，引導制導彈藥最終命中目標，實現(xiàn)“指哪打哪”的打擊效果。美英軍隊都大量使用了激光制導彈藥，成為遠距離精確打擊重點目標的主要手段，極大地提高了作戰(zhàn)使用效能；作為激光半主動制導武器系統(tǒng)的前沿“指揮棒”，其指揮的及時性、隱蔽性、準確性直接決定了核心目標以及關鍵人物“斬首行動”的成功與否。

早在20世紀60年代,國外就開始了激光制導技術的研究，并形成了激光測距目標指示器的早期產(chǎn)品，最先在越南戰(zhàn)爭中一展身手[5]；經(jīng)過幾十年的發(fā)展，今天的地面激光測距目標指示器已經(jīng)是比較成熟的裝備，性能上也得到了很大的提升，廣泛裝備在地面目標引導大隊、偵察車輛、飛機等武器平臺上，為目標區(qū)提供地面引導，進一步提升打擊精度[6-7]。據(jù)統(tǒng)計,海灣戰(zhàn)爭中美國有一半以上的攻擊目標都是由地面人員提供照射引導的[8]。

本文中介紹了激光半主動制導武器系統(tǒng)以及激光測距目標指示器的工作原理，對國外大量生產(chǎn)、裝備和服役的地面激光測距目標指示器的發(fā)展現(xiàn)狀作了綜述，重點分析和評價了國外這些裝備的性能特點，并指出了發(fā)展的趨勢。

1 工作原理

1.1 激光半主動制導的工作原理

激光半主動制導武器系統(tǒng)主要由激光制導彈藥(末制導炮彈、空地激光制導導彈、激光制導炸彈、火箭彈、末制導迫彈、末端修正迫彈等)、武器發(fā)射平臺和激光測距目標指示器構成。工作的基本原理是：發(fā)現(xiàn)高價值目標，通過激光測距獲取自身位置與目標的距離信息，結合自身坐標解算目標坐標并及時上報，召喚就近的重火力進行火力打擊；武器發(fā)射平臺射手發(fā)射激光制導彈藥，激光測距目標指示器在約定的時刻向目標發(fā)射經(jīng)過編碼的激光光束，對目標進行鎖定跟蹤，確保激光光束始終指示在目標上；激光制導彈藥上的激光導引頭根據(jù)目標反射回來的激光回波信息，先進行解碼，然后解算彈目偏差角送激光制導彈藥進行控制和決策，按照選定的制導律和控制律控制激光制導彈藥飛行，引導彈丸最終命中目標。

激光半主動制導武器最大的優(yōu)勢就是精度高。

其次,激光半主動制導武器采用的是人在回路的作戰(zhàn)方式，可以實時地解決目標選擇、捕獲與識別等問題；通過特殊的激光編碼措施，具有較強的抗干擾能力，能夠有效地防止友軍誤傷以及過度殺傷和附帶的損傷。

另外,激光半主動制導武器可以對運動目標和時間敏感的目標進行攻擊，武器發(fā)射平臺和激光測距目標指示器的操作人員可以在空間上進行獨立配置，具有較高的戰(zhàn)場靈活性和戰(zhàn)術選擇性；具有有限的發(fā)射后不管性能。

激光半主動制導武器系統(tǒng)的工作原理見圖1。

圖1 激光半主動制導武器系統(tǒng)的工作原理圖

1.2 激光測距目標指示器工作原理

激光測距目標指示器一般由光學瞄準、激光發(fā)射、激光接收等系統(tǒng)組成，光學瞄準可以通過白光、電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)以及熱成像等光學手段實現(xiàn)晝、夜間目標的偵察，通過發(fā)射單脈沖激光，經(jīng)目標反射回來的回波信號到達激光接收系統(tǒng)，通過時間數(shù)字轉換技術(time-to-digital converter,TDC)，獲取激光測距目標指示器與目標間的距離，結合自身坐標、高低方位角以及目標與北向的夾角，解算目標坐標送火控單元進行射擊諸元計算；激光測距目標指示器根據(jù)口令手動或者自動裝訂激光編碼，在約定時刻啟動激光指示指令，發(fā)射編碼激光照射目標引導制導彈藥命中目標。激光測距目標指示器配置的跟蹤裝置，可以解決運動類目標的跟蹤問題。

激光測距目標指示器的工作原理框圖見圖2。

圖2 激光測距目標指示器的工作原理框圖

2 國外地面激光測距目標指示器的發(fā)展概況

2.1 發(fā)展過程

1960年7月,美國休斯公司實驗室的研究人員梅曼成功演示了世界上第1臺紅寶石固體激光器，繼而，全世界一批批發(fā)明家陸續(xù)地發(fā)明了各種類型的激光器，激光誕生后第1項成熟的應用就是用于軍事目的，世界上早期將激光技術用于激光制導炸彈的是美國的“寶石路”，20世紀70年代開始試用并裝備部隊，在越南戰(zhàn)爭后期曾使用過。前蘇聯(lián)也于20世紀80年代將“紅土地”激光制導炮彈武器系統(tǒng)裝備部隊，無論是激光激光制導炸彈還是激光制導炮彈武器系統(tǒng)，都配備了地面激光測距目標指示器。早期的激光測距目標指示器采用的是氙燈抽運激光技術，其體積較大、功耗較高、可靠性差，隨著工藝技術水平的提升，現(xiàn)在已經(jīng)基本上完成了半導體抽運激光技術的升級換代，縮小了體積，減輕了重量，提高了可靠性；使用平臺也由單一的炮兵地面向車載、機載、艦載等多平臺發(fā)展。

2.2 指標進展

國外研制生產(chǎn)激光測距目標指示器的主要單位包括：美國的諾斯洛普格魯門(Northrop Grumman)和通訊應用技術公司(L3)公司;法國的西萊斯(Cilas)和泰雷茲(Thales)公司;以色列的埃爾比特(Elbit Systems)公司等。

因此，該井水溫奇異變化的原因可總結為，井-含水系統(tǒng)水動力條件的變化。引起這種變化的原因可能有：一、含水層受到張力作用，井水流向含水層，同時伴有井水位下降，水質沒有變化(王華等，2010)；二、井壁某一處老化破裂，有其他含水層的低溫水涌入井筒。為了證明以上推斷，分別做了兩個方面的實驗：

選擇國外目前最近裝備數(shù)量較多、性能比較先進的幾款地面激光測距目標指示器，在與武器系統(tǒng)關聯(lián)的激光能量、激光編碼、激光發(fā)散角、引導距離、跟蹤測角以及定位等指標上進行了對比，同時針對影響到單兵使用便攜性的重量以及光斑監(jiān)視功能進行對比，關注了新一代激光測距目標指示器的抽運方式，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 國外地面激光測距目標指示器主要性能指標比較

2.3 應用效果

美國的諾斯洛普·格魯門(Northrop Grumman)公司出口的超輕型激光指示測距模塊(lightweight laser designator rangefinder,LLDR)系列采用模塊化設計，可以通過數(shù)字化戰(zhàn)場的內(nèi)部連接，迅速定位捕獲并指示重要目標。通過組網(wǎng)方式呼喚遠程精確火力打擊，贏得前線戰(zhàn)場主動權。最初研制的LLDR是用來進行外科手術式清除目標，配備于舊式、過度型和帶有火控系統(tǒng)的運輸平臺。

具備晝夜及惡劣氣候條件下的目標偵查，精確定位，并能長時間跟蹤指示固定或者移動目標，可以進行數(shù)字化鏈接。

LLDR的產(chǎn)品系列見圖3。

圖3 LLDR產(chǎn)品圖

法國西萊斯(Cilas)公司出口的地面激光測距目標指示器(DHY307)系列可以獨立安裝于三腳架上，給特種部隊使用；也可以安裝于光電轉塔內(nèi)，擁有高精度的指示功能；能為所有的激光制導武器提供指示功能，諸如炸彈、導彈和炮彈等。

具備長周期照射、目標坐標解算(帶測角器)等功能，內(nèi)置存儲670種編碼，并可編輯更改(北約標準或其它的)，可以遠程操作，擁有外擴機械接口等功能。

DHY307的產(chǎn)品系列圖見圖4。

圖4 DHY307產(chǎn)品圖

法國的泰雷茲(Thales)公司開發(fā)的輕型激光測距目標指示器LF28A，結構緊湊，性能十分可靠，采用了無需液冷的固態(tài)激光器。日常維護簡易，人機界面友好，留有檢測端口，能在隱蔽處快速展開。裝進運輸箱或者士兵的帆布包后，可由單個士兵攜帶然后帶走，在全溫度范圍內(nèi)擁有極佳的光束發(fā)散角和穩(wěn)定的瞄準軸。

圖5 LF28A產(chǎn)品圖

LF28A的產(chǎn)品圖見圖5。

以色列的埃爾比特(Elbit Systems)公司研制的手持式輕型激光測距目標指示器(portable lightweight designator/rangefinder,PLDR)系列內(nèi)置光斑監(jiān)視功能，可為所有激光制導彈藥進行目標指示，單兵可攜帶，可以遠程線控指示。

PLDR的產(chǎn)品圖見圖6。

圖6 PLDR產(chǎn)品圖

3 地面激光測距目標指示器發(fā)展趨勢分析

資料顯示：國外最新裝備的激光測距目標指示器均采用的是二極管抽運的工作方式，可以有效降低產(chǎn)品體積重量，提高產(chǎn)品可靠性，延長產(chǎn)品工作時間；激光能量基本上分為大、中、小3檔，適應不同彈藥及照射距離的使用需求；產(chǎn)品均采用模塊化的設計理念，與上一代產(chǎn)品及選配熱像具有較好的機械接口；產(chǎn)品的擊發(fā)模式由單一的手動啟動發(fā)展為有線遙控及無線遙控啟動的多種方式；所有產(chǎn)品通過自帶或者選配跟蹤測角裝置的方式，均具有固定以及活動目標的指示能力；大部分產(chǎn)品均考慮了光斑監(jiān)視功能，解決近紅外波段激光人眼不可見的問題，提高目標指示的準確度；產(chǎn)品均可以通過內(nèi)置或者外配設備實現(xiàn)目標定位。

通過對國外激光測距目標指示器技術指標以及基本功能的分析，可認為激光測距目標指示器未來的發(fā)展趨勢應該考慮以下幾點。

3.1 通用化設計

激光測距目標指示器引導的彈藥包括：末制導炮彈、空地激光制導導彈、激光制導炸彈、火箭彈、末制導迫彈、末端修正迫彈等，各型彈藥對激光測距目標指示器的激光能量、激光編碼等指標存在一定的差異，通過通用化的設計手段，在一型產(chǎn)品上滿足各型彈藥的目標指示需求應該是主要的發(fā)展趨勢，同時考慮電氣以及機械接口向下兼容的問題，便于目前在役以及在研產(chǎn)品有選擇性的進行組合，在功能和性能上形成互補，快速形成戰(zhàn)斗力。

3.2 信息化設計

作為戰(zhàn)場感知的一個關鍵節(jié)點，具備自身定位、定向，光電測角，目標坐標解算等功能，如何將戰(zhàn)場感知的目標信息可靠的上報給指揮系統(tǒng)，快速對該目標實施精確打擊，這需要信息化的手段保障。根據(jù)《超負荷步兵戰(zhàn)士》的報告，現(xiàn)代戰(zhàn)場上的士兵通常需要攜帶相當于自身體重一半的裝備和物資執(zhí)行作戰(zhàn)任務，這極大地影響了士兵們的戰(zhàn)斗力。過高的單兵負重主要從兩個方面拖了戰(zhàn)斗力的后腿：(1)造成大量因疲勞性損傷導致非戰(zhàn)斗力減員；(2)影響士兵在戰(zhàn)斗中的靈活性和機動能力，將硬件功能軟件信息化，進行輕量化設計[9]是需要考慮的。

3.3 可視化設計

激光波長為1064nm，屬于人眼不直接可見的近紅外波段，而激光光斑的指示位置與激光半主動制導武器的打擊精度密切相關，通過具有近紅外波段響應的CCD攝像機進行激光光斑的可視化設計，可以大大提高激光測距目標指示器操作人員的目標指示信心，即使觀瞄系統(tǒng)出現(xiàn)一定偏差，通過光斑可視的手段，可以及時調整指示位置，保證發(fā)射的激光光斑全部落在目標之上，確保打擊效果[10-11]。激光波長為1064nm，該波段對人眼是有害的，特別是人眼如果不小心接觸到，對眼睛的傷害將是永久性的；而1550nm波段的激光對人眼的安全爆光量是1064nm波段的105倍，屬于人眼安全波段，因此考慮到友軍的安全性，激光發(fā)射波段可能會往訓練時人眼安全波段作戰(zhàn)時非人眼安全波段的復合輸出模式發(fā)展，或者隨著激光半主動制導武器接收設備的改進提升，發(fā)展為人眼安全波段的單一輸出模式[12]；同時，通過遠程線控或者無線啟動的方式，可以將操作人員和產(chǎn)品進行有效的分離，一定程度上降低操作人員暴露的風險，提高戰(zhàn)場的生存力；如何盡可能晚地暴露激光編碼特征，減少指示器的照射時間[13]，或者從提高激光編碼破譯的難度也是可視化設計的一個重要方面[14]；為了探測來襲激光信號，激光告警裝置越來越受到重視，并被大量研發(fā)和裝備[15]，如何降低激光告警裝置的探測概率以及威脅等級也是可視化設計的主要工作。

3.4 無熱化設計

為了在激光器更輕、更可靠、壽命更長的基礎上解決因巴條需要溫控帶來的新問題，當前半導體激光器發(fā)展的關注點在于免溫控和即開即用。在實現(xiàn)途徑上主要分為兩種：(1)任由巴條輸出波長隨溫度變化，雖然抽運源提供的波長不穩(wěn)定，但可以采取措施保證晶體所獲得的增益對波長不敏感從而實現(xiàn)對溫度脫敏；(2)直接讓巴條輸出的波長不隨溫度變化，使抽運光本身對溫度脫敏[16-17]。從長期來看，所有問題的核心都是熱管理及環(huán)境適應性問題，所以激光器會向高電光效率，低發(fā)熱功率方向發(fā)展[18-20]。

4 結束語

激光測距目標指示器的發(fā)展受到了越來越多國家的重視，無論是在激光末制導炮彈、空地導彈、激光制導炸彈還是激光末端修正迫彈等武器系統(tǒng)，都可以對該類彈藥進行激光目標指示，提高彈藥的命中精度，具有廣闊的應用空間。本文中概述了國外地面激光測距目標指示器的發(fā)展過程，對比了國外主流產(chǎn)品的主要性能指標，并對發(fā)展趨勢進行了分析，為國家在該類產(chǎn)品的研制及激光半主動制導武器系統(tǒng)的對抗研究提供了參考。