假目標散射特性對激光有源誘偏效果的影響

王德飛，楚振鋒，唐啟永，李永鵬，吳春曉

(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽471003)

1 引言

由激光制導武器系統作戰使用的原理可知，激光制導武器的制導精度與導引頭接收到的激光信號強度有關。要對激光制導武器實施有源誘偏，就必須保證干擾激光經假目標漫反射后到達導引頭的激光信號強度大于導引頭的響應閾值。導引頭接收到的干擾激光能量與干擾激光源的輸出能量、激光的大氣傳輸函數和假目標的散射特性有關［1－4］。

針對假目標散射特性對激光有源誘偏效果的影響，給出了不同類型假目標激光散射特性的測試方案，基于實裝對選取典型假目標的散射特性進行了實際測量，分析了假目標散射特性對有源誘偏效果的影響，為激光有源誘偏干擾試驗時假目標的選擇、干擾激光的作用距離和照射攻擊部位提供技術依據。

2 假目標散射特性的測量原理

2.1 標準漫反射板的標定

首先對試驗測量所用標準漫反射板進行標定［5］，激光器沿標準漫反射板法向入射，測量漫反射板各個方向上的散射激光能量分布。圖1給出了激光正入射標準漫反射板時散射激光的能量歸一化分布規律，并對測量值進行了三次擬合。從圖中可以直觀看出，對測量數據的擬合曲線近似呈余弦規律分布，符合朗伯體對入射電磁波散射余弦分布;測量值并未在90°兩側呈現完全對稱分布，主要原因為漫反射板在放置過程中未與地面完全垂直，激光的入射方向未嚴格按照漫反射板的法向入射。

圖1 激光正入射標準漫反射板散射激光能量歸一化分布規律

為了確定試驗中所用的標準漫反射板可以近似為朗伯體，改變激光的入射方向，使其與漫反射板徑向的夾角為60°，測得散射激光能量歸一化分布曲線，如圖2所示。由圖2可以看出，標準漫反射板對激光的散射特性與激光的入射角度無關，在法向位置附近散射激光的能量取得最大值，在法向兩側逐漸減小并呈對稱分布。綜合測量結果分析可知，試驗中所用的標準漫反射板可以近似看作朗伯體。

圖2 不同入射角時標準漫反射板散射激光能量歸一化分布規律

2.2 典型假目標激光散射特性測量原理與方案

首先針對選取典型的面假目標，如圖3所示，在假目標的一側0°至180°范圍內沿逆時針順序、按照固定角度間隔等半徑依次放置光箔條散射特性測量系統的激光能量探測器;調節每個探測器使其同高且視場完全覆蓋被測量目標，探測器和數據采集卡采用無線傳輸實現;激光器目標指示器的出光口、探測器的視場中心瞄準被測量目標的中心位置。同理，對體假目標則以假目標為中心，沿逆時針順序按照固定間隔角度等半徑依次放置光箔條散射特性測量系統的激光能量探測器，其他設置與面假目標一致，如圖4所示。

圖3 面假目標激光散射特性測量布局示意圖

圖4 體假目標激光散射特性測量布局示意圖

對于面假目標而言，將假目標的激光散射能量比上漫反射板在相應位置的能量得到其散射特性和散射系數;對于體假目標而言，考慮到測量時所用標準漫反射板近似為朗伯余弦體，其散射特性與激光的入射角度無關，在計算體假目標的散射系數時可以將假目標在俯仰方向測得的能量值與標準漫反射板在相應方位測得的能量值比較，進而得到體假目標不同方位角度的散射特性和散射系數。

3 假目標散射特性對激光有源誘偏效果影響的分析

依據假目標激光散射特性測試原理，結合陣地周邊的環境特點，選取土墻斷面和迷彩方艙面做為典型的面假目標，選取黃土地和青草地為典型的體假目標進行實際試驗測量，以期得到不同類型假目標的激光散射特性規律，進而分析假目標散射特性對激光有源誘偏效果的影響［6－7］。

3.1 土墻斷面和迷彩方艙面的激光散射特性測量與分析

圖5、6給出了土墻面和迷彩方艙面的散射激光能量歸一化分布規律，圖7、8給出了激光以不同角度入射土墻面和迷彩方艙面時的散射系數。對于土墻斷面而言，其散射激光能量峰值出現的位置與激光的入射角度有關，當激光以60°入射時散射激光能量的最大值恰好出現在60°處，并且在60°兩側散射激光能量呈現非對稱分布，在角度增大的方向變化趨勢較緩慢;迷彩方艙面具有明顯的鏡面效應，當激光以60°角入射迷彩方艙面時，散射激光能量的峰值在120°位置處出現。土墻斷面的激光散射系數在0.30～0.40之間，迷彩方艙面的激光散射系數在0.36～0.52之間。

圖5 激光入射土墻面時散射能量歸一化分布

圖6 激光入射迷彩方艙面時散射能量歸一化分布

綜合分析可知，當選擇土墻面這類表面粗糙且無規則的面目標作為有源誘偏假目標時，干擾激光入射假目標的方向應盡量沿著激光武器來襲方向或者在來襲方向的附近，這樣可以使激光制導武器的導引頭接收到較多的干擾激光能量，以此來提高激光有源誘偏的干擾效果;當選擇迷彩方艙面這類具有鏡面效應的面假目標作為有源誘偏假目標時，干擾激光應沿著來襲激光武器方向和假目標徑向的對稱方向照射，以此來提高誘偏干擾效果。

圖7 激光以不同角度入射土墻面的散射系數

圖8 激光以不同角度入射迷彩方艙面的散射系數

3.2 青草地和黃土地的激光散射特性測量與分析

圖9 、10給出了青草地和黃土地的散射激光能量歸一化分布規律，圖11、12給出了激光照青草地和黃土地的散射系數，圖中箭頭指向為激光的入射方向。由圖9、10可以看出，對這兩種體目標來說，在0°和180°的激光入射方向上散射激光能量較大，而在近似垂直激光入射方向的90°和260°位置處散射能量明顯偏小;激光對散射特性呈現出激光入射方向散射能量高，對稱兩側能量低的分布規律。出現上述現象的原因是激光在以小傾斜角度入射到目標表面時，激光光斑投影呈現出入射方向被拉長，兩側被壓縮的特點，使得在入射方向激光光斑的投影面積大于兩側的投影面積，所以相應方向的散射激光呈現出強弱不同的分布。另外，青草地和黃土地自身具有一定的參差性，呈現出不規則的分布，使散射激光存在二次或者多次被反射、遮擋等不確定性造成散射激光能量呈現非完全對稱分布規律。

圖9 青草地激光散射能量歸一化分布規律

圖10 黃土地激光散射能量歸一化分布規律

圖11 青草地激光散射系數分布規律

圖12 黃土地激光散射系數分布規律

由圖9可以看出，在激光入射方向兩側的15°、165°、195°和345°處散射系數依次為0.4859、0.4115、0.3655和0.4617，對四個位置的散射系數求平均值為0.4226。因此，在本次試驗的測量條件下，青草地在激光入射方向的散射系數為0.4226。由圖10可以看出，在激光入射方向兩側的15°、165°、195°和345°處 散 射 系 數 依 次 為0.3895、0.3775、0.3886和0.3482，對四個位置的散射系數求平均值為0.3760。在本次試驗的測量條件下，黃土地在激光入射方向的散射系數為0.3760。

綜合分析青草地和黃土地兩種自然體假目標的激光散射特性可以看出，由于干擾激光照射在體假目標上的激光光斑投影面積存在方位差異性，導致散射激光能量在激光入射方向明顯大于其他位置。因此，在其他相同的條件下，選擇散射系數大假目標可實現較好的誘偏干擾效果。同時，誘偏干擾激光應盡量沿著激光制導武器的來襲方向或反方向，在此范圍內激光制導武器引信導引頭可以接收到更多的干擾激光能量，從而提高誘偏干擾效果。

4 結語

目標的散射特性將影響到激光制導武器導引頭系統接收到干擾激光信號的強弱，進而影響干擾激光對激光制導武器的有源誘偏效果。因此，對于具有能量競爭關系的激光制導武器進行有源誘偏干擾時，首先要根據來襲激光的大致方向、干擾激光源和假目標的位置來確定干擾激光的入射方向;其次要針對選擇的假目標類型，考慮假目標的典型部位或典型方位對干擾激光信號的散射特性來確定攻擊照射部位，確保盡可能強的干擾激光的信號進入導引頭系統，形成有效誘偏干擾。

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