激光引偏距離測試與評定研究*

劉靜梅

(91404部隊　秦皇島　066001)

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激光引偏距離測試與評定研究*

劉靜梅

(91404部隊秦皇島066001)

摘要論文介紹了激光引偏角測量系統測量原理和引偏距離解算方法，針對測量實現的要求和條件，對引偏距離測量布站要素分析、實現方法和評定方法進行了初步研究，以評價其有效對抗激光半主動制導武器的能力，為激光引偏距離指標的測試與評估提供了理論研究基礎。

關鍵詞激光; 引偏距離; 測試方法; 結果評定

Class NumberTN219

1引言

激光引偏干擾是對抗激光半主動制導武器實施的一種欺騙式有源干擾方式[1]，通過在艦船外制造一個激光反射點，形成與敵方激光照射相似的引導光斑，導致半主動激光制導武器最終跟蹤假的目指光斑，實現對目標的保護。激光引偏距離是評價激光引偏干擾性能的重要指標，開展激光引偏距離測量與評定是激光引偏干擾裝備研制過程中不可缺少的一項科研活動[2]。本文從分析激光引偏距離的測量原理入手，針對測量實現的要求和條件，對引偏距離測量布站要素分析、實現方法和評定方法進行了初步研究，以評價其有效對抗激光制導武器的能力，為激光引偏距離指標的測試與考核提供了理論研究基礎。

2激光引偏距離測量原理

激光引偏距離是間接測量值，實施測量時一般首先使用具有激光導引頭模擬功能的引偏角測量系統測量記錄引偏角，再根據設備架設高度、測試距離等參數計算得到引偏距離。激光引偏角是導激光引頭受干擾后光軸在方位和俯仰方向的偏轉角度，是計算引偏距離、評判引偏效果的前提和依據。激光引偏角測量系統由激光跟蹤器、可變視場CCD攝像機、陀螺穩定跟蹤平臺及控制與處理計算機組成。測試時首先使用激光目標指示器照射目標，激光導引頭搜索并跟蹤激光目標指示器照射光斑。然后發射引偏干擾激光，激光導引頭受到干擾后跟蹤激光引偏光斑。由于引偏角測量系統中的CCD攝像機光軸與激光跟蹤器光軸平行，則CCD攝像機的光軸也指向激光引偏光斑，從而實現對激光目標指示器照射點和激光引偏光斑跟蹤點之間的角度測量，即激光引偏角測量。可變視場CCD攝像機像面上兩個像點的夾角與測量的兩個光斑目標的夾角相對應，由CCD攝像機兩個像點之間的像素數和碼當量，即可計算激光引偏角[3]。引偏距離測量示意圖如圖1所示。

圖1　引偏距離測量示意圖

圖中繪出了引偏干擾過程中激光引偏角測量系統、目標和引偏激光光斑三維坐標位置關系，D點是激光引偏角測量系統的空中位置，M點是指示器在目標上的照射點，引偏設備布站在M點附近，G點是引偏光斑位置。激光引偏干擾實施過程中，引偏角測量系統以一定采樣頻率實時測量記錄引偏角數據，解算引偏距離數據。按式(1)計算各采樣時刻俯仰引偏距離:

(1)

式中:Lv為俯仰引偏距離，m；R為測試距離，m；h1為激光引偏角測量系統架設高度，m；h2為引偏設備架設高度，m；βv為俯仰引偏角，°。

按式(2)計算各采樣時刻方位引偏距離:

Lh=(R-Lv)tgβh

(2)

式中:Lh為方位引偏距離，m；βh為方位引偏角，°。

按式(3)計算各采樣時刻引偏距離:

(3)

式中:Li為引偏距離，m。

3激光引偏距離測試設計要素與分析

由于引偏角測量系統四象限探測器結構所限[4]，對目標探測時存在一定的角度盲區，為了保證測量的引偏角數據滿足一定置信度要求，引偏角測量數據應大于測角誤差一定的倍數。在實際應用中，指示光斑在目標上照射點的高度和引偏激光發射距離變化范圍不大，因此引偏角測量系統架設高度、測試距離是影響引偏角變化的主要因素。在進行引偏距離測試時，設置架設高度和測試距離要進行以下影響分析。

3.1海面激光反射能量分析

利用海面作為激光反射體實施引偏時，海面在觀測方向上反射激光能量是否滿足激光引偏角測量系統探測靈敏度要求，是能否成功實施引偏的關鍵因素。在引偏干擾過程中，測量設備所接收的引偏激光能量，與引偏光在方位和俯仰方向的束散角、觀測視線方向與海面反射激光能量中心方向的夾角、觀測視線方向與海平面的夾角有關，同時海面的波動，也會對引偏光能量傳輸產生較大的影響。

若引偏引偏光斑尺寸與測試距離相比較小，可將激光光斑視為小面源朗伯輻射源，應用小面源產生的輻照度公式，根據引偏角測量系統光學口徑對引偏光斑的張角θs、θc和引偏角測量系統光學窗口的面積ΔAs，計算出引偏光斑對引偏角測量系統光學窗口的照度E，對引偏光斑的散射能量進行估算[5]，見式(4)。對測試距離、架設高度進行設計時，要保證散射激光能量到達引偏角測量系統的輻照度要高于測量設備的接受靈敏度[6]，以滿足設備的探測要求。

(4)

3.2海面引偏激光光斑散射區域分析

海面對引偏激光光斑的散射與海面粗糙度σ和激光入射角有關[7]，海面粗糙度σ與海面風速v的關系見式(5):

σ2=0.003+5.12×10-3v

(5)

海面散射改變了光束分布的均勻性，其能量密度隨反射角增大而增大。能量重心與入射角與海面起伏特性相關，并偏向海面一側最大反射角處。當海浪起伏斜率δ一定時，激光入射角由0°～90°變化時，反射光束峰值輻射功率密度由光束的中心位置不斷偏向海面。散射光束服從反射定律，并在原入射光束發射角基礎上在高低方向上又拓寬了一定的角度。當入射角較小時拓寬了4δ，當入射角很大時只向上拓寬了2δ，向下拓寬角很小，拓寬角度與入射角度與海面起伏統計斜率相關[8]。

進行架設高度、測試距離設計時，還要考慮引偏激光的入射角度，以及海面粗糙度σ與海面風速v的影響程度，以確保引偏角測量系統的觀測位置處于引偏激光光斑的有效散射區。

3.3激光引偏角測量視場和像元分辨率分析

根據引偏設備工作原理，引偏激光的發射方向是朝向目標指示器方向[9]。由于激光告警角分辨力的影響，引偏激光發射方向與目標指示器方向可能存在一個角度，測試航路設計必須保證目標和引偏光斑同處于引偏角測量系統跟蹤視場內[10]，且引偏角度不大于引偏角測量系統半跟蹤視場。

在不同距離識別同一引偏距離的電視視場像元分辨率不一樣，測試距離設置除了要保證目標和引偏光處于引偏角測量系統跟蹤視場內，還要滿足一定的像元分辨率要求。

4激光引偏距離測試與結果評定

4.1激光引偏距離測試方法

引偏角測量系統搭載配試空中平臺或水面平臺，由遠及近向裝載引偏干擾設備的目標靠近，航路滿足引偏角測量系統的測量視場和測量精度要求，引偏角測量系統的觀測角度滿足激光半主動制導武器攻擊角度要求；跟蹤設備引導激光目標指示器瞄準并跟蹤目標，激光目標指示器發射激光目標指示信號，引偏角測量系統穩定跟蹤目指照射點后實施激光引偏干擾，引偏角測量系統測量跟蹤情況，重復進行n次測量。

4.2引偏距離結果評定方法

在一次測試過程中，引偏干擾效果依據引偏角測量系統跟蹤狀態和引偏距離數據進行判定，引偏角測量系統跟蹤指向海面引偏光斑且引偏距離平均值不小于規定值，則判為引偏干擾有效，其余情況判為干擾無效。

按式(6)計算每次測試各采樣時刻引偏距離平均值:

(6)

在多次引偏干擾效果測試后，采用驗證引偏干擾設備在滿足規定引偏距離上的干擾成功率的方法對引偏距離進行測試結果評定，統計干擾有效次數，按式(7)計算干擾成功率，成功率滿足規定值則引偏距離測試結果合格。

(7)

式中:ξ為干擾成功率，%；ne為干擾有效次數；n為測試次數。

5結語

本文從分析激光引偏角測量系統測量原理和引偏距離解算方法入手，對海面激光反射能量、引偏激光光斑散射區域和引偏角測量視場和像元分辨率等測量布站要素進行分析，提出了測試距離、架設高度設置要求和引偏距離測試方法，并采用驗證引偏干擾設備在滿足規定引偏距離上的干擾成功率的方法對引偏距離進行測試結果評定，以評價其有效對抗激光半主動制導武器的能力，為激光引偏距離指標的測試與考核提供了理論研究基礎。

參 考 文 獻

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Measurement and Evaluation for Laser Deception Distance

LIU Jingmei

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractIn the article，the work theory of laser deception angle system and computing method of are introduced.According to the measuring requirements and conditions，the design factors of deception distance measurement are analysed,the realizing method and evaluation method are researched.Thus it can evaluate the ability of efficient countermove to semi-active laser-guided weapons.The theoretical basis of deception distance measurement and evaluation is provided.

Key Wordslaser, deception distance, test method, resulting evaluation

* 收稿日期：2015年11月12日,修回日期：2015年12月17日

作者簡介：劉靜梅，女，工程師，研究方向：光電對抗試驗。

中圖分類號TN219

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.036