半導體激光二極管為基礎的目標模擬器研究

焦宇雷　衛龍龍

摘? 要：鐳射攻擊對象仿真裝置是鐳射高能量激光引導型武器裝備開發、制造和部分實體模擬驗證時的主要試驗裝備之一，該裝備能夠模擬仿真伴隨氣候因素、攻擊對象波形反饋特點和移動位置變動而隨之反應的鐳射高能量激光脈沖數據信息，為鐳射能量引導型武器裝備供應和真實作戰條件比較相似的鐳射攻擊對象波形反饋數據信息，方便考查鐳射制導探頭的追蹤能力。文章選取了1065nm半導體鐳射二極管為基礎的鐳射攻擊對象仿真裝置規劃解決方法，模仿真實戰場上收到的鐳射攻擊對象的反饋波形，可能符合多類型鐳射半自動制導探頭開發要求。

關鍵詞：鐳射攻擊對象仿真裝置;半自動制導探頭;攻擊對象反饋信息;研究

中圖分類號：TJ765.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0078-02

Abstract： The laser target simulation device is one of the main test equipment for the development， manufacture and simulation verification of laser high energy laser-guided weapon equipment. The equipment can simulate the laser high energy laser pulse data information which is accompanied by climatic factors， the waveform feedback characteristics of the target and the change of moving position. It is convenient to check the tracking capability of the laser guidance probe by feedback the data for the laser target whose supply of laser energy-guided weapons and equipment is similar to the real combat conditions. In this paper， the planning solution of laser target simulation device based on 1065nm semiconductor laser diode is selected to imitate the feedback waveform of laser target received in the real battlefield， which may meet the development requirements of multi-type laser semi-automatic guidance probe.

Keywords： laser target simulation device; semi-automatic guidance probe; target feedback information; research

引言

鐳射激光導引武器裝備因其引導精準度高、抵抗干擾性能好、整體構造簡易、造價不高的優點逐漸獲取了區域戰爭中主要的戰術位置，得到了愈發大范圍的關注。伴隨著鐳射激光精確制準引導解決方案愈發地使用在導彈裝備武器體系中，鐳射激光半自動制導頭的開發設計要求持續提升。怎樣完整客觀地校驗鐳射半自動制導探頭的功能參數，是困擾制導探頭開發制造進程中相關科研工作者的主要難點之一。外部實驗場地進行的實驗往往是采用攻擊真實的攻擊對象測試的形式，該方案一般情況下需要耗費大量資金，經濟性指標不能滿足設計規劃的需要。然而鐳射攻擊對象仿真裝置能夠給鐳射半自動制導探頭供應鐳射波形反饋信息，以此檢驗制導探頭的精度、數字信號識別程度、捕捉飛行角速度和變動數據導入導出特點等等功能參數，并且針對制導探頭全面功能指標給出了科學合理完整的評估。經過歸納鐳射半自動制導探頭開發進程中需要通過的模擬驗證要求，文章給出了一項能夠調節能量大小型的鐳射攻擊對象仿真數據信息源頭的設計理念，采用調整信息源頭輸出能量值及光點的面積來給制導探頭供給引導數據信號源，謀求符合制導探頭調整、試驗、部分實體目標模擬武器裝備各種動作時對仿真數據信息源頭的要求。

1 鐳射半自動制導探頭試驗裝置系統

鐳射半自動制導探頭進行試驗的同時，把制導探頭設置于旋轉平臺的固定基礎底座上，鐳射攻擊對象仿真裝置的光線發射口設置在旋轉平臺支撐架上，保證制導探頭的光線軸向中心和鐳射攻擊對象仿真裝置的光線發射口的中心維持在同一中心的狀態。鐳射攻擊對象仿真裝置釋放的平行分布的鐳射激光束與制導探頭光軸形成的夾角（銳角）就是制導探頭光軸與攻擊對象觀察視線之間存在的角度。監控指揮中心操縱旋轉平臺控制器指揮旋轉平臺支撐架旋轉運動，連帶操縱鐳射攻擊對象仿真裝置相對制導探頭的觀察角度進行動作，以此來模仿攻擊對象觀察視線與制導探頭觀測軸線之間的空間相對位置狀況[1]，達到模仿制導探頭瞬間視角、追蹤目標范圍、追蹤反應時間等等諸多性能參數的試驗目的。采用調整鐳射攻擊對象仿真裝置釋放的鐳射激光的能量的方法，能夠模擬現場作戰進程中制導探頭捕捉到的鐳射激光附帶的能量多少，并且以此來檢測制導探頭的精度、信號變化范疇和變化模擬功效。經過配置鐳射攻擊對象仿真裝置發光周期和解碼策略，校驗制導探頭精準解碼追蹤效果。采用配置鐳射攻擊對象仿真裝置發光波形信息，校驗制導探頭的波形操控能力。

2 鐳射攻擊對象仿真裝置功效和構成

鐳射攻擊對象仿真裝置是一類鐳射半自動制導探頭調整、測試和部分實體目標模擬動作時的關鍵試驗設備，該裝備的核心能力是釋放鐳射激光半自動制導探頭試驗、模擬進程中和光學信號接收裝置有關的諸多試驗用輸入數據信息，能夠釋放規定的激光脈沖數據信息、精準解碼激光脈沖數據信息、鐳射聚焦同步電子脈沖數據信息等等，并且模仿各種各樣峰值功率密度的激光脈沖數據信息。與此同時，鐳射攻擊對象仿真裝置可使用RS242通信數據端口和上位機互聯互通，借此來實現針對制導探頭的智能化試驗。鐳射攻擊對象仿真裝置專為1065nm的波長優化設計理念，一般是由鐳射仿真裝置系統、鐳射光源調整裝置及光學瞄準系統構成。當中，鐳射攻擊對象仿真裝置系統能夠供給擁有特定能量密度和光點面積可調整的鐳射攻擊對象模擬光束，光源控制系統控制目標通道和激光器生成彈接近過程中激光光斑尺寸和能量變化情況，光學瞄準系統能夠把鐳射光束轉化為平行光束后釋放出來，從而給制導探頭供應超遠視距并且現實的鐳射反饋數據信息[2]。

3 鐳射標靶仿真裝置重要零組件規劃

在鐳射標靶仿真裝置的理論規劃進程中，非常重要的是鐳射脈沖數據的輸出、鐳射數據能效的改進、鐳射數據的擴容能力和光能的功能管控。

3.1 鐳射脈沖數據輸出模組

激光脈沖信號發生模塊采用激光二極管設計1065nm半導體光源驅動電路產生標準1065nm波長脈沖光源信號，激光二極管是一種高功率密度并具有極高量子效率的器件，輸出激光功率強弱由注入電流的大小決定，通過儲能電容器對激光二極管快速放電控制激光脈寬寬度，與此同時經過針對供電電流采集反應操控蓄能電池容量的蓄能電壓，進而實現平穩發出供電電流的目的。與此同時，發光二極管構造內部搭載半導體熱能電能冷卻裝置，經過光能操控模組操控外面溫度控制電子線路，確保發光二極管發出的波型長度與能效平穩恒定。

3.2 鐳射數據能效可調系統

鐳射仿真模仿的是鐳射制導頭收發的鐳射標靶回波數據，所以要求掌握真實戰爭進程中回波信息狀況。在鐳射攻擊對象仿真裝置的全部作業進程中，鐳射在空氣中發出的激光傳輸光路圖（見圖1）[3]。鐳射信息能效控制模組經過多重光能減弱裝置驅使電子線路使光能減弱裝置供應特定能效的電子參數來管控發出能效減弱數值，使輸出功率動態范圍≥55dB，高精準度電壓控制電路以及大電流驅動電路，確保光學衰減器的衰減控制精度和衰減范圍，以測試導引頭的靈敏度和動態范圍。

3.3 光源操控系統

鐳射標靶仿真裝置具備很多作業狀態，依照導制導頭作業狀態一般分成機照狀態與地照狀態;依照制導頭試驗要求一般分為試驗狀態與模擬狀態。試驗狀態下，鐳射標靶仿真裝置發出的光脈沖信息能效頻率等數據能夠采用操控端口進行設置;在模擬狀態下，鐳射標靶仿真裝置依據選取的模擬曲線自行發出時長-能效變化參數趨近現實運行狀況下的光脈沖信息;在打開機照情況下，鐳射標靶仿真裝置發出時的順序嚴厲管控的鐳射發出相同一致的信息，能夠針對制導頭實行更加完全地仿真試驗。

3.4 鐳射標靶仿真裝置硬件構成

激光標靶仿真裝置的主要電器電子元件的線路一般含有發光二極管、光能量驅動電子線路、光譜可調節式裝置、同步參數調節電子線路、光能管控電子線路等等。

3.5 鐳射打擊標靶仿真程序

參照激光半自動制導頭的試驗時間先后順序，確保激光標靶仿真程序的作業規程，并且實行程序研發項目。激光標靶仿真程序用電體系檢測以后，收發上位機的輸出端口信號實行對應的處置，發出相關應的鐳射脈沖指令。激光標靶仿真程序包含智能操控程序與即時通信程序。裝在工控機中實現對激光目標模擬器的遠程控制。控制軟件基于DSP數據處理技術，采用C語言開發，主要負責從接收的串口指令中提取工作模式等參數設置信息，并控制程序測試流程，對硬件部分輸出命令與參數，進而把監測數據輸送給通信程序中心。

4 實踐使用

依照本文提到的規劃解決方案展開鐳射目標模擬器的開發設計， 并且經過了試驗論證，實際功率周期等參數技術標準符合規劃需求，已經在很多鐳射半自動制導頭的開發制造工藝過程中得到廣泛使用。鐳射半自動制導頭試驗模擬進程中收到的動能參照圖，橫向水平坐標是模擬仿真時長，縱向垂直坐標是動能回收規整數值。鐳射半自動制導頭現實彈道實驗進程中目標動能回收參照圖，橫向水平坐標是時長，縱向垂直坐標是動能回收規整數值。

5 結論

綜上所述，文章描述了鐳射攻擊對象仿真裝置的主要作用和工作原理，給出了一類常規鐳射攻擊對象仿真裝置規劃手段，能夠模仿實地戰爭情況下的鐳射攻擊對象反饋信息，更加完善地完成針對鐳射高性能激光制導探頭的作用和能效校驗，能夠使用在若干類型鐳射高性能激光半自動制導探頭的開發、試驗、校核和模擬實驗中，提升制導頭的開發量產功效與定位精準度，與此同時大幅度地降低了試驗預算。

參考文獻：

[1]郭慧敏，丁艷.激光目標模擬器能量鏈模型的建立與分析[J].光學技術，2003，29（6）：642.

[2]周瑞巖，劉明皓.激光目標回波模擬器設計技術[J].指揮控制與仿真，2017，39（4）：124-127.

[3]戴永江，等.激光雷達技術[M].北京：電子工業出版社，2010：48-53.