光電告警技術分析及現狀

朱剛　汪熙

摘 要：光電告警技術日益成熟發展，在信息化戰爭中得到了廣泛應用，使戰爭的進程和結局產生極速變化。文章介紹了光電告警技術及裝備的發展現狀，并對激光、紅外與紫外告警三種光電告警技術做了分析比較。

關鍵詞：光電告警；激光告警；紅外告警；紫外告警

中圖分類號：TN249 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）23-0014-02

光電告警技術日益成熟發展，在信息化戰爭中得到了廣泛應用，使戰爭的進程和結局產生極速變化。光電告警是指運用光電技術手段，對敵方光輻射源或光散射源進行探測、搜索、定位、辨識、測定，并確認其威脅程度，提供相應情報和發布告警信息的戰爭行動。目前主要的光電告警技術有激光告警、紅外告警、紫外告警，下面分別進行闡述。

1 激光告警

激光告警裝備所告警的主要對象是1.06 μm、1.54 μm和10.6 μm的激光。最近正在開發以傷害人的眼睛為目的的激光武器，Nd：YAG激光的2次諧波（波長：0.532 m）和氬激光（波長：0.515 m）等可見光波段的激光也成了威脅。

按照工作原理分為光譜識別型和相干識別型兩種，光譜識別型又分為非成像型和成像型。現裝備的激光告警器大多為光譜識別型，并采用直接探測攔截方式。探測光源時需要將目標和背景分離，通過波長識別和時間識別，提取出激光光源。波長識別利用光譜濾光技術，能夠探測限定了探測波長范圍的脈沖激光和連續振蕩激光。時間識別探測激光的脈沖重復頻率，與背景光的直流信號分離，波長范圍很寬，但只限定脈沖激光。激光告警裝置的告警范圍，水平方向必需做到360 °，采用兩種方法實現，一是采取多個單元探測器并聯的方式，二是采用2維陣列凝視探測器方法。

單元探測器并聯方式通過結合集光（聚光）透鏡和單元探測器，比較各個探測器的信號水平（電平），進行方位分辨。方位分辨能力取決于各個傳感器的視場角和傳感器的數目。2維陣列探測器配有寬視場光學系統，探測器自身具有角度分辨能力，能夠進行精密的方位測定。單元探測器方式的角度分辨能力為15～ 45 °， 2維陣列方式的為< 1 °。探測波長區域由使用的光學系統和探測器的波長來決定，現正在研究開發有望成為威脅激光波長的0.5～1.1 μm區域。另外，單元探測器使用的是硅發光二極管，而2維陣列使用的是硅/CCD固體攝像器件。

經過20多年的發展，各國研制的激光告警設備已多達百種，陸軍典型裝備有英國的LWD21車載激光告警器、法國的OBRA車載激光告警系統、南斯拉夫LIRD激光告警器、挪威RL1激光告警器，德國的COLDS通用激光探測系統、美國的HALWR高精度激光告警接收機和FOALLS離軸激光定位系統等。

例如，美國AIL系統公司研制的“高精度激光告警接收機”（HALWR），覆蓋范圍為方位角30 °，俯仰角為20 °，靈敏度為

0.28 mW/cm，而測量角精度接近1 mrad，這足以支持激光武器對抗威脅目標。

2 紅外告警

紅外告警器可分為掃描型和凝視型。前者的紅外探測器采用線列器件，靠光機掃描裝置對特定空間進行搜索，發現目標。后者采用紅外焦平面陣列器件，直接搜索特定空間。

紅外告警器主要由光學接收系統，紅外傳感器，信號處理器，顯示告警以及伺服系統等部分組成。其中光學接收系統主要由光敏材料，光學系統，光信號處理設備，和集光裝置組成，光學系統主要起到濾光的作用，防止受到可能的背景紅外輻射干擾，導致告警失敗，虛警率高。光信號處理裝置將光信號處理后經集光器把光信號傳到紅外傳感器上，實現光電轉換，在進一步在電信號處理器中完成處理，判別目標類型，進行告警。

使用紅外探測器在進行寬視場預警時，云、海面以及地面物體的陽光反射等所謂的背景光噪聲都會被當作目標被探測，所以會發生虛警。為減少這種虛警，需要進行利用探測波長區域、濾光（波）器特性以及信號處理技術等來降低虛警的研究。

另外，還要利用導彈和背景光噪聲的紅外反射特性的差異研究識別處理兩波長光譜的方法。

現已發展成熟的紅外告警系統有法國的“旺皮爾”（VAMPIR）系列、美國和加拿大聯合研制的AN/ SAR-8系統、法國和荷蘭聯合研制的“天狼星”系統等。典型的陸軍紅外告警裝備有英國的ADAD防空紅外告警機、意大利的ELT/CAT手持紅外導彈告警機和以色列的“鋼琴”車載無源導彈逼近告警系統等。

美國和加拿大聯合研制的AN/SAR一8紅外搜索與跟蹤系統，用于補充艦載雷達警戒系統功能，探測掠海飛行導彈。其技術性能是：視場方位角360 °，俯仰角20 °；虛警率為1/40 min；工作波段為3～5 μm和8～14 μm；探測距離大于10 km。

3 紫外告警

紫外告警是通過探測導彈羽煙中處于日盲光譜區的紫外線輻射來發現目標的。日盲光譜區是指波長在200～300 nm波段的紫外輻射，由于太陽輻射（紫外輻射的主要來源）在這一波段的光波幾乎完全被地球的臭氧層所吸收，即在這個波段，大氣層中的背景輻射幾乎為零，所以稱為日盲。

在該空域內，太陽光紫外輻射的能量極其有限，而常見的戰術導彈飛行的動力是燃料加助燃劑，在低空飛行時燃燒形成處于日盲光譜區波段的紫外輻射源，利用紫外探測器就能在微弱的背景下探測出導彈。紫外告警器主要由兩種告警方式：概略型紫外告警，成像型紫外告警。

目前研制的第二代導彈逼近紫外告警系統是以多元或面陣器件為核心探測器，它角分辨率高，探測能力強，可對導彈進行分類識別，所以具有優異的技術性能。德國宇航公司研制的MILDS22紫外告警系統，用來探測超音速導彈的發射與逼近。它采用高靈敏度、高分辨率的成像型紫外傳感器，使用實時圖像處理和專用軟件算法，并能有效抑制虛警。系統反應時間 0.5 s，角分辨率為17 mrad，總重8 kg，探測距離為5 km。

4 幾種告警技術的比較

目前在導彈臨近告警方面采用的技術方法主要有四種：依賴雷達工作的主動式告警系統， 被動式的紅外、激光和紫外告警系統。由于雷達是主動式工作， 因此具有易于暴露自身目標和目標到達角測量精度較低的缺點。

激光告警方式只對激光制導導彈有效， 而對于紅外制導和圖像制導導彈則不起作用。

紅外和紫外告警方式由于分別是探測導彈尾焰中的紅外線和紫外線， 因此對以任何方式制導的導彈都有效， 被作為主要告警方式。

4.1 紅外型告警系統的主要優點

對于紅外型告警系統來說， 其主要優點是：

①探測距離遠。

②采用雙色紅外的告警系統， 8～14 μm 的探測器。當燃料已經燃盡時， 在處于最后慣性飛行的導彈仍有探測跟蹤能力。

4.2 紅外告警系統的缺點

①其虛警率較高， 尤其是在中低空的情況下（由于地面的紅外源較多）。

②在體積、重量和造價方面都劣于紫外型系統。

紫外告警系統由于紫外線受大氣散射的影響，所以在作用距離上， 目前劣于紅外型。但是它具有較低的虛警率， （德國和法國研制的MILDS22的虛警率低于1/90 min ）。

此外，在體積、重量及造價方面也具有競爭優勢， 特別是對于中低空飛行的直升機、運輸機及地面戰車來講， 是一種較好的選擇。根據目前的分析來看， 高空飛行的飛機以采用雙色紅外（可降低虛警率） 告警系統為好， 而中低空或地面則需采用紫外告警系統。

此外還有一種將兩者共用的作法， 但值得注意的是， 在紅外紫外共用的系統中，首先由紫外系統確定目標（因為其虛警率低）， 然后轉變為紅外系統（因其精度較高， 且8～14 μm 的紅外系統可在導彈燃料燃盡時仍可探測跟蹤） 來繼續跟蹤。

從目前國外研制、使用和評估的情況來看， 紅外和紫外兩種告警系統都是很具有生命力的， 并且具有各自的優勢領域。對于紫外告警系統來講， 如果能進一步提高紫外探測器的靈敏度， 將會因其虛警率低， 體積小、造價低而得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 韓冰.激光告警與欺騙和致盲的干擾技術[J]艦船電子工程，2007，（2）.

[2] 李炳軍，梁永輝.紫外告警技術發展現狀[J]激光與紅外，2007，（10）.

[3] 李丹.光電偵察告警技術淺析[J]中國科技信息，2007，（22）.

[4] 蘆漢生，白廷柱，鐘生東，等.紫外告警技術的現狀與分析[J]光學技術，

2000，（4）.