光電對(duì)抗理念貫穿“激光制導(dǎo)”課堂教學(xué)實(shí)踐

黃富瑜， 李 剛， 毛少娟， 應(yīng)家駒， 陳玉丹

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū) 電子與光學(xué)工程系， 河北 石家莊 050000)

0 引言

激光制導(dǎo)系統(tǒng)是在越南戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期研制成功的，因其制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已發(fā)展成為裝備量最大的精確制導(dǎo)武器之一。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，多國(guó)部隊(duì)共投下6520噸激光制導(dǎo)炸彈，其命中率在90%以上[1]。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，轟炸一個(gè)目標(biāo)，在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，要投9000枚炸彈，越南戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)需要200枚普通炸彈，而海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)僅需1-2枚激光制導(dǎo)炸彈即可完成任務(wù)。

以激光技術(shù)應(yīng)用為核心的專業(yè)課中，“激光制導(dǎo)”課程以世界先進(jìn)的激光制導(dǎo)系統(tǒng)為教學(xué)對(duì)象，培養(yǎng)學(xué)生掌握激光制導(dǎo)的基本概念、基本理論，激光制導(dǎo)儀器的工作原理、操作方法[2]。通過(guò)該課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立起以激光為信息傳輸介質(zhì)控制炮(炸)彈精確命中目標(biāo)的系統(tǒng)理念。教學(xué)過(guò)程中，基于激光發(fā)射、傳輸、接收和信息處理全過(guò)程強(qiáng)化激光制導(dǎo)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的學(xué)習(xí)。通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，只注重對(duì)激光制導(dǎo)系統(tǒng)的分析，在激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思維、課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)較難取得突破。為激發(fā)學(xué)生在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗中通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)提升改進(jìn)武器系統(tǒng)性能取得戰(zhàn)場(chǎng)勝利的求知欲，結(jié)合未來(lái)崗位任職的工作需求，我校課程組教師將光電對(duì)抗理念引入“激光制導(dǎo)”課程，取得了較好的教學(xué)效果。

1 激光制導(dǎo)儀器教學(xué)分析

1.1 激光制導(dǎo)儀器功能原理

激光制導(dǎo)的特點(diǎn)是探測(cè)系統(tǒng)裝在彈上，隨著飛行時(shí)間的增加，導(dǎo)彈離目標(biāo)越來(lái)越近，探測(cè)的線性偏差減小，誤差是收斂的[3]。按照光源位置的差異性，可以分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式。主動(dòng)方式制導(dǎo)系統(tǒng)激光目標(biāo)照射器與尋的器同裝在導(dǎo)彈上，利用彈上激光照射器向目標(biāo)發(fā)射激光能量，并接收目標(biāo)反射回來(lái)的能量，為導(dǎo)引站提供能量，只要導(dǎo)彈能夠識(shí)別目標(biāo)，便能實(shí)現(xiàn)發(fā)射后不管。目前裝備最廣泛的是激光半主動(dòng)尋的制導(dǎo)武器，該制導(dǎo)系統(tǒng)指示激光器與導(dǎo)引頭分離，工作時(shí)指示激光器鎖定敵方目標(biāo)，激光指示器射出的是經(jīng)過(guò)編碼的激光束，導(dǎo)引頭中有與之相對(duì)應(yīng)的解碼電路，導(dǎo)彈只攻擊于其對(duì)應(yīng)的指示器指示的目標(biāo)[4]。半主動(dòng)尋的制導(dǎo)系統(tǒng)彈上設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，發(fā)射機(jī)體積重量限制較小，可使發(fā)射機(jī)功率更大，方向性更強(qiáng)，故作用距離遠(yuǎn)，尋的器不發(fā)射激光能量，隱蔽性較好。

激光尋的制導(dǎo)包括主動(dòng)式和半主動(dòng)式激光主動(dòng)尋的制導(dǎo)。在尋的式制導(dǎo)中，激光制導(dǎo)主要采用半主動(dòng)方式，即導(dǎo)引頭(安裝在彈上用于自動(dòng)跟蹤目標(biāo)并測(cè)量彈的飛行誤差)與激光照射器是分開(kāi)放置的，前者隨彈飛行，后者置于彈外。激光照射器用來(lái)指示目標(biāo)，故又稱激光目標(biāo)指示器。導(dǎo)引頭通過(guò)接收目標(biāo)反射的激光照射器照射的激光，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。其中最著名的當(dāng)數(shù)美國(guó)“銅斑蛇”155mm激光半主動(dòng)末制導(dǎo)炮彈和俄羅斯“紅土地”152mm激光半主動(dòng)末制導(dǎo)炮彈。這兩種末制導(dǎo)炮彈已經(jīng)裝備部隊(duì)并在戰(zhàn)場(chǎng)上使用，而且向多個(gè)國(guó)家和地區(qū)出口。美國(guó)“銅斑蛇”155mm激光半主動(dòng)末制導(dǎo)炮彈是世界上第一種研制成功并裝備部隊(duì)的末制導(dǎo)炮彈，其命中率很高，圓概率偏差僅為0.3m～1.0m，使身管火炮第一次成為能首發(fā)命中遠(yuǎn)距離點(diǎn)狀目標(biāo)的有效遠(yuǎn)程武器。

1.2 教學(xué)實(shí)施

教學(xué)過(guò)程中堅(jiān)持學(xué)為主導(dǎo)的原則，充分認(rèn)清學(xué)員在知識(shí)掌握、興趣愛(ài)好、主觀能動(dòng)方面的特點(diǎn)，貫徹“學(xué)為主體，教為主導(dǎo)”的原則。重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)員的主動(dòng)精神、參與熱情，鼓勵(lì)創(chuàng)新思維。教師的主導(dǎo)作用落實(shí)在教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)、重點(diǎn)難點(diǎn)把握、教學(xué)成果評(píng)價(jià)等方面[5]。注重培養(yǎng)學(xué)員獲得激光制導(dǎo)基本知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)員舉一反三、觸類旁通、自主學(xué)習(xí)的能力。教學(xué)內(nèi)容按照理論與實(shí)踐相結(jié)合，構(gòu)建模塊化的教學(xué)結(jié)構(gòu)，從理論學(xué)習(xí)到原理分析、從整體到部件，逐步達(dá)到解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。通過(guò)操作訓(xùn)練、錄象、圖片、多媒體動(dòng)畫等手段，調(diào)動(dòng)參與意識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手能力。

2 立體攻防中矛與盾的融合教學(xué)

2.1 攻防理念引入

習(xí)主席指示我們，必須適應(yīng)信息化時(shí)代戰(zhàn)場(chǎng)模式和運(yùn)用方式的深刻變化，探索新的發(fā)展特點(diǎn)和規(guī)律，在立體攻防中，實(shí)現(xiàn)區(qū)域防衛(wèi)型向全域作戰(zhàn)型轉(zhuǎn)變。光電對(duì)抗武器在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，隨著軍用光電裝備的快速發(fā)展，光電對(duì)抗的地位日益提高，對(duì)勝負(fù)的影響越來(lái)越重要。激光的壓制與反壓制、干擾與反干擾將成為光電對(duì)抗的主要內(nèi)容。本課程的教學(xué)過(guò)程中，課程組將這一理念加以融合，提高了學(xué)員在光電對(duì)抗背景下進(jìn)行激光制導(dǎo)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)。

2.2 本課程所涉及的光電對(duì)抗理論

和本課程有關(guān)的光電對(duì)抗內(nèi)涵包括強(qiáng)激光損傷和激光欺騙兩種。

激光損傷是通過(guò)發(fā)射強(qiáng)激光能量，破壞敵方光電傳感器或光學(xué)系統(tǒng)，使之飽和、迷盲、徹底失效，乃至直接摧毀，從而極大地降低敵方武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。高能激光武器是利用高能量激光束進(jìn)行攻擊的新概念武器，其主要作用是破壞目標(biāo)的本體或戰(zhàn)斗部，與“直接命中”的彈丸武器類似，是種破壞性(摧毀式)的硬殺傷武器。這種武器一旦投人使用，將會(huì)使光電對(duì)抗進(jìn)一步升級(jí)并使光電對(duì)抗與反對(duì)抗變得更加復(fù)雜。激光欺騙干擾是通過(guò)發(fā)射、轉(zhuǎn)發(fā)或反射激光輻射信號(hào)，形成具有欺騙功能的激光干擾信號(hào)，擾亂或欺騙敵方激光測(cè)距、觀瞄、跟蹤或制導(dǎo)系統(tǒng)，使其得出錯(cuò)誤的方位或距離信息，從而極大地降低光電武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

2.3 課堂教學(xué)實(shí)踐

光電對(duì)抗與軍用光電裝備是“矛”與“盾”的關(guān)系，既是攻防對(duì)抗的對(duì)手，又是互為競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的動(dòng)力。從武器裝備的發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，軍用光電裝備的發(fā)展與水平基本都超前于光電對(duì)抗技術(shù)。本課程教學(xué)過(guò)程中，將學(xué)員分為兩組，A組以激光制導(dǎo)武器為進(jìn)攻方，B組為干擾和對(duì)抗方。A組的任務(wù)是提高激光制導(dǎo)武器性能、發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最大限度的提高命中率。B組的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)目前激光制導(dǎo)武器的技術(shù)瓶頸和使用方面的限制，找出對(duì)抗的方法和手段。在AB組的對(duì)抗過(guò)程中，發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使本課程既能激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，又能使學(xué)員深刻理解所學(xué)的技術(shù)知識(shí)在未來(lái)作戰(zhàn)中的重大軍事意義。

教學(xué)組織過(guò)程中，教師在每次需要組織對(duì)抗的課時(shí)之前將學(xué)員分組，布置好下節(jié)課需要對(duì)抗的內(nèi)容。學(xué)員在課下提前進(jìn)行準(zhǔn)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索、戰(zhàn)例分析、總結(jié)之前所學(xué)的激光技術(shù)等環(huán)節(jié)，將對(duì)抗內(nèi)容充分準(zhǔn)備。準(zhǔn)備環(huán)節(jié)一般在課余時(shí)間進(jìn)行，大約需要4學(xué)時(shí)時(shí)間，準(zhǔn)備過(guò)程中，學(xué)員之間可以充分的討論。課堂組織時(shí)，教師針對(duì)本次課的關(guān)鍵技術(shù)，提出問(wèn)題，然后兩組學(xué)員有針對(duì)性的進(jìn)行對(duì)抗性辯論，辯論時(shí)間控制在20分鐘左右。

以半主動(dòng)式激光制導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)抗為例，該系統(tǒng)包括目標(biāo)指示器、尋的器、控制單元和戰(zhàn)斗部等幾個(gè)部分。激光半主動(dòng)尋的器的結(jié)構(gòu)主要由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)儀/前置放大器、陀螺平臺(tái)和電子設(shè)備(微處理機(jī))等部分組成。光電探測(cè)器是整個(gè)尋的器的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是接收由目標(biāo)反射的激光能量，并將其放大，以此測(cè)定目標(biāo)相對(duì)尋的器光軸的偏差角，從而為控制系統(tǒng)提供制導(dǎo)信息。B組學(xué)員通過(guò)文獻(xiàn)檢索、技術(shù)分析等方法，找出對(duì)抗半主動(dòng)式激光制導(dǎo)系統(tǒng)的手段，如煙霧無(wú)源干擾和有源干擾等。煙霧無(wú)源干擾典型案例如海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中亞拉克點(diǎn)燃多處油井和油庫(kù)，使得激光半主動(dòng)尋的導(dǎo)引頭無(wú)法接收照射器發(fā)出的激光回波而無(wú)法命中目標(biāo)；有源干擾方式主要有激光有源誘騙干擾和高重頻激光定向干擾兩種方式，B組通過(guò)設(shè)計(jì)假目標(biāo)、誘騙轉(zhuǎn)發(fā)等方式對(duì)A組的激光導(dǎo)引頭實(shí)施干擾，誘使激光制導(dǎo)武器偏離真目標(biāo)而脫靶。

再如：以激光角度欺騙干擾為例。B組學(xué)員分析幾個(gè)方面：①通常激光制導(dǎo)武器采用的工作波長(zhǎng)與重復(fù)頻率都是已知的，編碼形式也多采用改變脈沖占空比的方法，所以干擾信號(hào)較易于復(fù)制；②對(duì)大多數(shù)采用比例導(dǎo)引制導(dǎo)方式的激光制導(dǎo)武器，由假目標(biāo)反射的激光干擾信號(hào)能量只要大于由目標(biāo)漫反射的激光信號(hào)能量即可，所以激光干擾機(jī)的輸出功率要求并不高，在技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)；③通過(guò)對(duì)激光假目標(biāo)布設(shè)位置和反射信號(hào)強(qiáng)度的控制，可在一定范圍改變激光制導(dǎo)武器被誘騙的角度。A組學(xué)員分析，激光角度欺騙干擾也存在一些弱點(diǎn)：①如果激光制導(dǎo)武器采用更為復(fù)雜的編碼方式或采用更窄的距離波門，則欺騙干擾信號(hào)不容易復(fù)制或進(jìn)入對(duì)方設(shè)置的距離選通波門；②激光假目標(biāo)與激光干擾機(jī)之間通常要求地形通視，這樣才能用一臺(tái)激光干擾機(jī)配合多個(gè)假目標(biāo)覆蓋一定地域。但在復(fù)雜地形和對(duì)付多個(gè)方向同時(shí)來(lái)襲目標(biāo)時(shí)，該干擾方式的使用就有一定的局限性。

通過(guò)相互對(duì)抗的兩組學(xué)員的交織攻防發(fā)展，使學(xué)員們?cè)谘芯烤幋a激光脈沖快速譯碼技術(shù)、超前補(bǔ)償同步轉(zhuǎn)發(fā)、激光特征參數(shù)識(shí)別、假目標(biāo)設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)上有了深刻理解。

3 結(jié)語(yǔ)

由于光電武器裝備特別是激光裝備的快速發(fā)展和大量裝備，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中光電對(duì)抗將異常激烈?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)光電對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)上，誰(shuí)在激光制導(dǎo)領(lǐng)域取得對(duì)抗優(yōu)勢(shì)將極大影響戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。通過(guò)在激光制導(dǎo)課程中引入光電對(duì)抗理念，將學(xué)員分為相互對(duì)抗的兩組，進(jìn)攻方發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高激光制導(dǎo)武器性能、最大限度的提高命中率。防守方找出對(duì)方的技術(shù)瓶頸和對(duì)抗手段。學(xué)員在對(duì)抗過(guò)程中主動(dòng)學(xué)習(xí)，使本課程既能激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，又能深刻理解所學(xué)技術(shù)知識(shí)在未來(lái)作戰(zhàn)中的重大軍事意義。