強(qiáng)激光偵察告警系統(tǒng)檢測(cè)方法研究

歐陽藝,楊彥杰

（解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000）

強(qiáng)激光偵察告警系統(tǒng)檢測(cè)方法研究

歐陽藝,楊彥杰

（解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066000）

本文針對(duì)強(qiáng)激光的特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了激光對(duì)人眼和光電傳感器的損傷機(jī)理，并對(duì)光電對(duì)抗手段（激光致盲對(duì)抗）性能的影響因素進(jìn)行了必要的分析，對(duì)符合現(xiàn)實(shí)條件的檢測(cè)鑒定方法進(jìn)行了研究，為激光偵察告警系統(tǒng)性能的檢測(cè)評(píng)定提供了有力的依據(jù)。

激光致盲；檢測(cè)方法；安全系數(shù)

1 前言

隨著激光、紅外、電視和微光等現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使現(xiàn)代化的武器如虎添翼，軍用光電技術(shù)在偵測(cè)、火控、導(dǎo)航、制導(dǎo)、指揮、控制等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。激光致盲武器已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中一種非常有效的主動(dòng)光電對(duì)抗裝備。

近年來，在激光武器的研制中，激光致盲武器因其造價(jià)低、能耗小、技術(shù)難度小而異軍突起，發(fā)展較快，已成為最先裝備部隊(duì)的激光武器。如何對(duì)抗這種光電威脅顯得日趨重要。目前，檢測(cè)激光偵察告警系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)激光威脅源的告警能力顯得尤為重要。

2 激光致盲原理

激光致盲的作用歸納為三個(gè)方面：一是傷害人眼；二是破壞光電器件；三是破壞光學(xué)系統(tǒng)。目標(biāo)上探測(cè)的激光功率密度：

式中，ρ為激光器功率，λ為激光波長(zhǎng)，β為光束質(zhì)量，L為激光作用距離，D為發(fā)射鏡直徑，ε為激光大氣透過率。

2.1 人眼的損傷原理

由于激光人眼損傷效應(yīng)與激光波長(zhǎng)、發(fā)射方式、光斑大小、脈沖寬度、脈沖重頻和照射部位有關(guān)。由激光輻照度定義可知，照射到表面某處的面元上的平均輻照度，近似等于在該處的光束總能量除以該處的總面積。θaL

式中，H為光程L處輻射照射量，Q為激光輸出總能量，a為激光器輸出光束直徑，L為激光器到觀察處的光程，θ為出射光束發(fā)散角，μ為大氣對(duì)該激光波長(zhǎng)的衰減系數(shù)。激光對(duì)人眼損害的能量閾值與激光照射時(shí)間長(zhǎng)短、激光照射人眼的部位有關(guān)。對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生損害的激光強(qiáng)度閾值每平方厘米約為0.5～5μJ。由于人眼瞬間反應(yīng)時(shí)間約為100～150ns，激光脈寬越窄越容易進(jìn)入人眼。激光在視網(wǎng)膜上的輻照度比角膜上的輻照度大2×10-5～5×10-5倍，一般多造成視網(wǎng)膜發(fā)熱，暫時(shí)致眩和永久損傷。

2.2 對(duì)光電傳感器損傷原理

所需激光能量要高出一個(gè)或者幾個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)于破壞光電傳感器來說是非常重要的。當(dāng)激光能量增大時(shí)，對(duì)光電探測(cè)器主要造成工作波長(zhǎng)移動(dòng)、材料不均導(dǎo)致?lián)舸⒉牧系慕殡姵?shù)發(fā)生變化、強(qiáng)光飽和失真等損傷，當(dāng)激光能量瞬間增大時(shí)，還可能使光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生磨砂效應(yīng)而失效。

2.3 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的損傷原理

當(dāng)照射到的激光功率或能量足夠大時(shí)，設(shè)備的光學(xué)表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋、氣泡、熔化等現(xiàn)象，使光學(xué)系統(tǒng)的功能失效，設(shè)備不能夠正常工作或?qū)す馔{信號(hào)進(jìn)行偵測(cè)。檢測(cè)表明，300W/cm2的激光照射0.1s,就能使光學(xué)玻璃表面熔化，并產(chǎn)生龜裂，最后出現(xiàn)磨砂效應(yīng)，致使其透明度大大下降，直至系統(tǒng)失效。

3 影響激光致盲效果因素分析

3.1 激光束散角對(duì)激光能量影響由于激光發(fā)散角的影響，目標(biāo)上所感應(yīng)的激光功率與測(cè)量距離有關(guān)：ALθdb

式中，b為傳感器半徑，d為傳感器中心與光束能量中心的距離，θ為激光遠(yuǎn)場(chǎng)光束角，L為光程，QL為達(dá)到L處的激光能量。

3.2 大氣對(duì)激光能量的影響

當(dāng)考慮大氣對(duì)激光傳輸?shù)挠绊懀瑒t大氣傳輸率：

并且假定在光束路徑和光譜區(qū)域內(nèi)的大氣消光系數(shù)密度函數(shù)αd（ω，l）為常數(shù)，（6）式可以寫成更普遍的比爾定律形式：

式中，α是大氣消光系數(shù)，ω是波長(zhǎng)積分變量，λ1是有用的最短波長(zhǎng)，λ2是有用的最長(zhǎng)波長(zhǎng)，L代表激光發(fā)射器和目標(biāo)之間的距離，在特定波長(zhǎng)，α=μ。實(shí)際上，激光信號(hào)在時(shí)間和空間上的變動(dòng)主要是受到大氣擾動(dòng)的影響，其產(chǎn)生的熱導(dǎo)致起伏散射不同的根本原因在于激光波長(zhǎng)相對(duì)大氣氣溶膠的粒子尺寸的不同。當(dāng)然，大氣消光系數(shù)也是隨著其和氣壓的變化而變動(dòng)。在外場(chǎng)檢測(cè)中，大氣對(duì)激光傳輸?shù)挠绊懼饕欠肿訉?duì)特定激光譜線的吸收和散射，以及水蒸氣連續(xù)區(qū)和氣溶膠的吸收和散射。

4 檢測(cè)方法研究

強(qiáng)激光信號(hào)模擬器用于激光偵察告警裝備告警能力的檢測(cè)。如何在激光功率低于人眼安全閾值達(dá)到檢測(cè)目的，如何在激光功率高于人眼和探測(cè)器安全閾值時(shí)保證檢測(cè)人員和裝備的安全，是我們需要著重解決的問題。

檢測(cè)中為了確保人員及設(shè)備安全，合理利用條件，考慮影響激光束傳輸?shù)闹饕蛩兀槍?duì)激光致盲原理和檢測(cè)需求分析，可采取能量變化測(cè)試：

通常情況下，激光信號(hào)發(fā)生器的輸出能量是固定不變的。在檢測(cè)中，可用采用加裝衰減片改變信號(hào)源輸出能量的方法對(duì)激光能量進(jìn)行精確測(cè)量，以確定對(duì)人眼或設(shè)備安全的能量閾值和距離范圍。加裝衰減片后激光輸出能量為：

式中，Q0為未加衰減片時(shí)輸出激光能量。

首先加裝最大衰減率的衰減片使激光輸出能量為最小，然后逐漸減小衰減率，使能量增大，探測(cè)能量接近或達(dá)到人眼和探測(cè)器毀壞閾值，此時(shí)的衰減率即為安全系數(shù)，衰減片為臨界衰減片。

5 結(jié)束語

致盲激光在檢測(cè)中對(duì)人員和設(shè)備具有較大危險(xiǎn)性。以上分析了影響目標(biāo)上輻照度的因素，并且對(duì)強(qiáng)激光致盲武器的安全系數(shù)、臨界能量閾值等參數(shù)的測(cè)量作了分析與研究，為實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)鑒定提供了依據(jù)。也可以為強(qiáng)激光武器在其他方面的應(yīng)用提供參考。