戰場對抗環境下提高激光末制導武器系統射擊精度研究*

王代智 李 超

（陸軍炮兵防空兵學院 合肥 230031）

1 引言

在現代信息化戰場中，高技術武器的應用使得戰場空間和時間都在極度壓縮，這就造成攻防雙方的對抗角色在不斷轉換。對抗雙方都在努力構設一個對于對方是“復雜”、對于己方是“簡單”的戰場環境，在這樣的模式下，對抗中一種新技術、新手段的出現，又會迫使另一方采取更新的技術和手段。這就形成了一種雙方不斷制約、又共同發展的螺旋式對抗過程。因此，技術和戰術的優勢只是相對的，有時效性的。對抗雙方只有認真研究日益復雜的對抗環境，并預先采取相應的應對措施，才有可能在對抗中占據制高點。

2 戰場對抗方式

目前來看，世界各國對抗激光末制導武器系統的方式主要有三種，分別是有源干擾、無源對抗、壓制干擾。要想分析提出有效的對抗措施，必須先從各類手段的干擾原理入手。

2.1 有源干擾

有源干擾是戰場上光電對抗的主要方式，它采用回答式或者同步轉發式的方式發射轉發光電干擾信號，對敵方激光武器系統實施欺騙。國外激光有源干擾技術比較成熟的有美國現役的AN/GLQ-13車載激光對抗系統、英國GEC-Maconi航空電子設備公司研制的405型激光誘餌系統[1]等。激光誘餌系統作為對抗激光末制導武器系統打擊的有效手段，目前，該系統正向著綜合化、多光譜化和多層防御化的方向發展。激光誘餌系統的干擾原理就是在激光末制導炮彈接受信號開啟時，產生一種與制導炮彈頻率一致、強度足夠的激光信號，讓目標彈接受并識別使用，從而達到干擾的目的，包括角度欺騙干擾、高重復頻率干擾等。角度欺騙干擾就是通過在目標有效防護范圍以外發射與敵激光一致的干擾信號，敵末制導炮彈在接受到強度足夠的兩束激光反射信號后，通過自身信號處理，調整攻擊兩束信號的中心位置。高重復頻率干擾[2]也稱作激光噪聲干擾就是利用固體YAG激光器發射高達每秒幾百千赫茲乃至兆赫茲的重復頻率，使得激光制導信號湮沒在大量的高重復頻率中，從而讓激光末制導炮彈無法提取真實制導信號而致盲。

2.2 無源干擾

激光無源干擾技術比較簡單，主要以切斷激光傳播途徑、改變傳播特性或者改變目標光學特性為主要發力點，主要包括激光隱身技術、煙幕干擾技術、光電假目標等。其中激光隱身技術[3]即減弱自身的信號特征，盡可能降低目標在激光工作波長的反射特性，主要依靠自身的涂裝來實現，隱身涂層可使激光照射器照射在目標上的激光產生微弱的激光回波，從而降低被探測、識別、跟蹤及攻擊的概率。煙幕干擾技術[4]主要是通過在空氣中釋放大量的氣溶膠微粒，以改變激光在介質中的傳輸特性，使其無法完成末端制導工作以致偏離目標。光電假目標技術就是在目標附近布置由特殊材料仿制而成的假目標代替真目標，假目標的各類光學特性與真目標相似，可以直接迷惑激光照射器手照射假目標，也可以作用在激光末制導炮彈末端，讓其接收由真目標和假目標同時反射的激光信號，根據質心原理，使其彈著點偏離真目標。

2.3 壓制干擾

相對于激光有源干擾這類欺騙為主的對抗方式來說，壓制干擾技術是指利用干擾設備發射高能量激光或者紅外線束、去壓制、致盲以致摧毀敵方光電設備、人員甚至是激光末制導炮彈本身，使之無法正常工作甚至完全失去攻擊能力。激光有源干擾[5]是對激光制導武器的回波信號做出干擾，而壓制干擾則是直接對武器系統本身進行干擾破壞，包括致盲干擾和摧毀式干擾等。其中致盲干擾主要屬于低能激光系統，一種是主動偵察、精準定位，發射激光致盲目標，另一種是直接發射致盲彈，由炸藥和惰性氣體組成，爆炸后產生極強的定向或者全向激光輻射，破壞光電設備。摧毀式干擾則屬于高能激光武器，主要通過雷達捕捉、彈道計算、啟動瞄準和激光摧毀等一系列復雜動作直接擊落或摧毀來襲目標。其具有快速、靈活、精確、不受電磁干擾、抗電子干擾等特性。

3 戰場對抗方式對武器系統的影響

3.1 有源干擾對武器系統的影響

激光末制導炮彈的核心器件是激光導引頭，而激光導引頭接受分析激光信號的主要器件就是四象限探測器。有源干擾對武器系統的作用部位也大都在四象限探測器上，要想搞清楚有源干擾對激光武器系統的影響，首先要了解導引頭和四象限探測器的工作原理。

從圖1中可知，導引頭主要利用各電子原器件組成接受激光信號，將光信號轉換成電信號，根據電信號大小計算得出方向舵控制信號，最終完成導航控制任務。

圖1 導引頭電子路線組成圖

四象限探測器工作原理主要是利用了電子原器件的光生伏特效應，即激光照在半導體產生電子與非光照區在空間上出現電壓差的現象。這使得導引頭可準確判斷光斑在探測器上的位置信息，這是實時導航的關鍵。在激光末制導的導引頭中，將四象限探測器置于導引頭的焦平面上，將四個相同的探測器按照直角坐標系的要求組裝，從而形成四個象限，中間有X、Y坐標系劃分，將探測器上的點與坐標系形成一一對應關系。

四象限探測器為直角坐標系均勻分割的大圓，而被導引頭所接收的回波光斑為近似小圓，當回波光斑落在四象限探測器上時，會均勻分布在坐標軸分開的四個象限內，每個象限根據投影光斑的大小，在光轉伏特效應下，會產生大小不同的信號輸出。不同的光板位置會形成不同的誤差信號，x和y坐標系上的誤差電壓為

根據Vx和Vy的大小可以判斷出光斑中心在哪個象限，經導引器內和差處理器采集分析，將會輸出一個控制方向舵信號，調整炮彈飛行姿態，動態中指向打擊目標，并最終命中目標。

有源干擾中，不管是角度欺騙干擾還是高重頻激光干擾，都會使得炮彈導引頭接受到除目標光斑以外的虛假光斑，其中角度欺騙干擾一般會出現一個虛假光斑，而高重復頻率干擾會出現多個虛擬光斑。這些光斑的存在會讓四象限探測器產生多個信號輸出，信號輸出之間相互影響，將直接導致目標光斑位置的判斷偏移。

3.2 無源干擾對武器系統的影響

無源干擾主要包括激光隱身技術、煙幕干擾技術、光電假目標等，而激光隱身技術和光電假目標針對的都是目標本身，其原理簡單，操作方便。激光隱身技術主要通過目標表面材料和結構的特殊來降低激光的反射率，從而降低激光回波強度。而在戰場上，對抗效果最顯著的還屬煙幕干擾技術。它因為便于攜帶、操作簡單、成本低廉、效果顯著等一系列優點，被廣泛應用于重要目標、裝甲目標、飛行和水面艦艇目標上。煙幕對激光末制導的干擾主要有兩種手段，一是釋放煙霧，利用煙霧顆粒的阻擋和吸收作用，削弱激光回波的強度。二是利用煙霧反射激光能量這一特性，模擬假目標，讓激光末制導炮彈在煙幕前爆炸。其中第一種方式是主要手段，也是我們研究的重點。

煙霧干擾主要利用的是氣溶膠顆粒的消光特性，完整的煙幕干擾分析一般要考慮煙幕釋放的顆粒組成、煙幕透過率、煙幕面積、煙幕沉降時間、煙幕消散率以及煙幕隨氣流運動的效率，這些復雜的參數共同作用于煙幕干擾的整個過程。

煙幕粒子的形狀主要包括等軸狀、片狀和柱狀。煙幕粒子大小分布并不是單一的，一般遵循兩種形式的分布函數，分別是對數正態分布和Welbull分布，這兩類函數可以概略的模擬出煙幕中粒子大小的散步規律。煙幕中粒子沉降的過程是粒子在重力作用下，落向地面的自然過程，基本符合斯托克斯公式。

另一個煙幕干擾的重要參數是煙幕的消光率，即光在煙幕顆粒中傳播時，其能量不斷衰減的程度。煙幕的消光可以用朗伯比爾定律，該定律是光吸收的基本定律，如圖2所示。

圖2 朗伯-比爾定律模型

原始激光I0通過均勻的煙幕后，透射激光光強為I，若該煙幕的吸收度A，則，吸收度A的大小與煙幕濃度c及煙幕厚度b線性相關，即A=Kcb+ε，其中，K表示消光系數。

將A代入公式中，則

這里我們主要求取的透射激光的強度I，求解方程得

當利用朗伯比爾定律描述煙幕時，可用煙幕的吸收截面即質量消光系數δ(λ)來表示K得

式中I0(λ)為激光的入射光強，I(λ)為通過煙幕后的透射光強，c表示煙幕的濃度，L為煙幕的厚度即激光在煙幕中的光程長，δ(λ)為煙幕的吸收截面即質量消光系數。

但上式中研究問題所采用的朗伯比爾定律假定的是煙幕粒子對激光的吸收與散射不受周圍粒子影響的理想環境[6]，而在煙幕干擾中，煙幕粒子尺寸較大且形狀不一，我們在計算激光的折射光強時不可避免的要考慮各粒子間的相互作用。

3.3 壓制干擾對武器系統的影響

壓制干擾和有源干擾的主要區別在于：壓制干擾強調的是使用高能量激光直接永久或者暫時破壞激光末制導武器系統的光電系統，而有源干擾僅僅是誘使敵方處理虛假的激光回波信號，造成錯誤的制導控制，本身并不對光電系統造成影響，在激光末制導戰場對抗方式中，之所以存在壓制干擾，其根本就是光電原器件的脆弱性，感光材料是靈敏、脆弱的原材料，哪怕是低能量的激光束也能對其造成損傷甚至是毀滅性的破壞，常用的毀傷手段主要包括：熱損傷、雪崩式損傷、缺陷式損傷、電離式損傷以及強光飽和式損傷。

當前最新的高能激光武器尚屬于新概念武器，它的作用原理不僅僅是破壞光電原器件這類的軟殺傷，而是直接利用高能激光的熱沖擊能量，對目標進行直接摧毀和破壞，這種簡單粗暴式的硬殺傷已經不僅僅屬于對抗的范疇，而是對方的一種兼顧防御的攻擊性武器。其基本的工作原理如圖3所示。

圖3 高能激光武器組成及工作原理

4 提高戰場對抗條件下激光末制導武器系統射擊精度的對策

激光末制導炮彈在現代戰場上具有命中精度高，發射平臺簡單，適應地形能力強，射程遠，作戰效費比高等諸多優點，是現代戰爭“破擊體系”的有力手段，但激光末制導武器系統絕非無懈可擊，矛與盾的故事自古以來就在武器發展史上此消彼長的變化著。激光末制導武器系統在戰場上大放光彩之時，對手構筑的對抗環境也在不斷增強。尤其是人為干擾所營造的復雜戰場環境，極大地限制了激光末制導武器系統的實現效能發揮。

4.1 結合技術性能現狀

激光制導武器系統是由光學接收系統，電路處理部分和信息處理部分組成，要想從技術層面上加強武器系統的抗干擾能力，勢必要從以上三個部分入手。通常情況下，技術上主要采取預置編碼技術和設置選通波門來增加抗干擾能力。

4.1.1 預置編碼技術[7]

預置編碼技術就是激光指示器在發射目標指示信號時采用編碼方式，同時，激光末制導炮彈的導引頭根據裝訂時設置好的編碼方式按照約定的規律識別回波信號，當回波信號編碼正確時，處理電路開始接收并處理相關信息。目前激光制導武器系統最常用的編碼方式有精確頻率碼、脈沖調制碼和變間隔碼，但國外早已裝備針對三種編碼方式的干擾設備。發展新的、隨機性更強的編碼技術是預置編碼技術發揮作用的關鍵，如差級數碼、偽隨機碼和脈寬編碼等編碼方式。當然對于編碼技術參數還要嚴格保密，沒有保密措施的編碼形同虛設。

4.1.2 設置脈沖選通波門

在干擾存在的情況下，區別虛假信號和目標信號的主要特征就是信號的到達時間，設置脈沖選通波門就是讓跟蹤系統在目標回波信號到達時開啟波門，下一次信號到達前關閉波門。現有的選通波門設置一般分為固定型和自適應型兩種。固定型波門即是根據到達波門的第一組目標脈沖信號時間作為同步點，一次性設置好后續波門開啟時間。而自適應型則是以每次目標脈沖信號到達的時間為同步點，依次設定下一次的波門開啟時間。自適應型與固定型波門相比，消除了波門設置中的累計誤差且波門時間可設置相對較窄，抗干擾能力更強。

4.1.3 抗高重頻激光干擾技術

眾所周知，電磁波跟聲波類似，都是無法用肉眼觀看的具有物理特性的波形，利用了反向聲波的相互中和特性將其消除，而對抗高重頻激光干擾技術恰恰也是借鑒了這一原理。一般敵方在重點目標附近會設置一個高重頻激光有源干擾源，敵方干擾信號重頻一般在100kp/s[8]。我們在導引頭通過增加硬件來識別高重頻干擾周期，再計算出反向高重頻激光信號的起始點，根據光波的物理原理，兩條參數相同相位相反的光波會相互抵消，只要在導引頭上增加一個高重頻發射電子開關。當導引頭收到高重頻干擾時，硬件開始工作，按照先識別后仿制發射的步驟，產生與干擾信號相反的反干擾信號，多路信號相疊加后，即可接收到原回波信號，實現高重頻干擾的有效對抗。

第二種方案是在導引頭中加入延時翻轉電路，在已知干擾信號頻率的前提下，用延遲電路和反轉電路直接復制一條與干擾信號完全相反的反干擾信號，兩信號消除后，可實現高重頻信號濾除和目標回波信號篩選。此種方案因工作量小，在多種高重頻信號混合干擾時可推廣使用。

4.1.4 抗壓制干擾技術

面對強激光能量干擾這種類攻擊類的方式，主要是利用各種新技術新材料降低來襲激光的能量，目前比較成型的思路主要有三種：一是從材料特征入手，在激光照射器和炮彈導引頭上安裝高能激光濾光片或者高能激光觸發式保護開關。二是從光特性入手，抗可調諧、高功率激光時可采用衍射技術、限幅技術等高新技術方式來實現。三是從物理特性入手，研究抗高能激光結構。比如夾層結構，空腔結構等，通過激光在夾層和空腔中，多次折射吸收，逐漸降低高能激光束能量。

4.2 結合戰術運用實際

4.2.1 分析干擾態勢，建立“小、精、巧”的照射小組

大部分有源干擾方式采用發射比激光照射器功率更高的干擾信號來干擾導引頭工作，通常目標激光照射器的有效照射距離在五千米以上，但根據光在大氣中傳播的特性來看，激光測距機距目標越遠，激光在空氣中傳播距離越長，相應的能量衰減就越大，與敵方有源干擾信號強度差距也越大，敵方干擾效果就越好，為抵抗干擾，降低干擾效果，我們要盡可能的靠前配置激光照射小組。此時，照射小組完全在敵輕重火力的打擊范圍內，為更好地保存自己打擊敵人，照射小組的組成必須要小型、精干、高效。

4.2.2 根據戰場時機，巧妙選擇打擊目標和照射時機

現代戰場隨著武器裝備和預警技術的發展，瞬息萬變的戰場態勢已經倒逼指揮員進入“讀秒”決策階段。這就要求我們在組織激光照射器工作時要盡量做好以下兩點。

一是合理選擇照射時機。激光干擾系統工作一般是按照預警、分析、干擾等流程進行的[9]，只要我們盡可能縮短照射時間，無限接近窗口期開啟照射器，就可以最大程度的躲避干擾系統工作。對于固定目標，可采取逐步靠近目標，最后讀秒時刻照射目標的方式。對于移動目標，可在運動路線上選擇阻擊點，當目標靠近時開機照射。

二是巧妙選擇打擊目標。一般照射目標是由指揮所提前確定和下發的，但戰場態勢瞬息萬變，打擊目標的狀態也在實時變動，當照射前目標狀態出現大范圍變動，或者已經采取了有效的抗打擊干擾手段，我們就要巧妙地更改打擊目標，提高打擊效費比。激光末制導炮彈可對打擊中心300m之內的目標實現制導打擊，這就給照射手更改目標提供了足夠的冗余空間。

4.2.3 多機、多向照射，一次多發式飽和打擊

對于重點打擊目標，敵方防護力量勢必會重點配置，相應的抗打擊干擾手段也更加有效，如果僅僅采取上述簡單的抗干擾措施，可能仍然無法破除防護裝備對末制導武器系統的有效干擾。有時為完成關鍵性的作戰任務，我們不得不犧牲必要的效費比，飽和照射和飽和打擊手段便應運而生。

一是破除敵方有源干擾。干擾機通過預警、分析、轉發激光照射器信號到假目標的方式來干擾有效激光回波信號，我們可以采取各自編碼、多機照射、多彈飽和打擊的方式破除敵方干擾，受制干擾設備性能制約，干擾裝備不可能同時對多種編碼、多彈打擊進行完全有效的工作，從而增大命中目標的概率。

二是破除敵方無源干擾。尤其是敵方的煙幕干擾，能向激光束射來的方向發射煙幕彈，在其50m～70m距離上形成一團煙霧[10]，從煙幕干擾的原理看，煙幕干擾致命弱點就是干擾方向單一，當面向并垂直激光照射面時，干擾效果最好。利用此弱點，我們在選擇打擊目標時，可以在打擊目標全方位間隔選擇多個射擊和照射陣地，或者協調友鄰炮兵陣地保障，形成方向上的飽和打擊，在煙幕干擾的側面或者背面完成打擊任務。

4.2.4 突出戰術協同，多彈種復合射擊

炮兵作為火力打擊單元，具有小巧、靈活、快速、多樣化發揚火力的優勢，“戰爭之神”發展到現在，同一口徑同種火炮能夠發射的彈藥種類在不斷完善，而且彈藥保障簡單，發射要求一致，這就給復合射擊帶來了極大的便利。對于破壞激光干擾手段同樣可以考慮采用復合射擊法。

一是對于運動速度高于10m/s的機動目標，無法滿足激光末制導炮彈的制導要求，可在目標運動軌跡前設置阻擊點，發射普通榴彈給予攔阻射擊，同時隨時觀察運動狀態，當符合射擊要求時，快速協同陣地發射激光末制導炮彈予以精確打擊。

二是對于采取煙霧干擾的目標，一般目標會躲藏在煙幕之中躲避照射，此時我們協同陣地發射普通榴彈打擊煙幕區域，逼迫目標運動至煙幕外，隨即開始照射目標，保障激光末制導炮彈準確命中目標。

5 結語

當前，各國一方面大力發展激光制導武器，另一方面也在加緊研制激光武器系統對抗技術，激光末制導武器系統作為現代炮兵信息化戰場的主角，必然要面對敵方構設的復雜戰場環境。本文通過分類總結國內外先進戰場對抗方式，深入分析影響因子，從技術和戰術兩個層面，針對性的提出了八項舉措，對應對復雜的戰場對抗環境，特別是有效地應對人為有意干擾環境，提出了有效可行的應對方案。