对激光近炸引信的干扰技术.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/第19卷第5期2004年10月光电技术应用ELECTRO-OPTIC TECHNOLOGY APPLICATIONVol.19,No.5October.2004文章编号:CN2121495(2004)0520007204对激光近炸引信的干扰技术淦元柳(空军驻锦州地区军事代表室 辽宁 锦州121000)摘 要:激光近炸引信对抗技术主要采用高重频激光有源干扰技术,由激光干扰机对来袭导弹发射高重频激光干扰脉冲,使激光干扰信号在远距离上提前进入激光近炸引信的接收视场,以压制真正的目标回波信号,形成有效的距离欺骗,引起导弹的早炸.还可采用激光无源干扰技术和强激光致盲干扰技术,或阻断激光近炸引信的光路传输,或形成空中假目标,或将激光近炸引信的光电探测器致盲.关键词:激光近炸引信;激光有源干扰;烟幕;激光致盲中图分类号:TN972+.42 文献标识码:ALaser Proximity Fuse Countermeasure TechnologiesGAN Yuan2liu(Air force be stationed Jinzhou chief commissary,Jinzhou 121000,China)Abstract:Laser proximity fuse countermeasure technology includes mainly the high repetition fre2quency laser active jamming.Laser jamming unit transmits UH repetition frequency laser jamming pulsesto incoming missile,makes laser jamming signals enter previously in the laser proximity receiving FOV inorder to suppress the real target echo signals,form the effective range deception,and to explode the mis2sile in advance.The laser passive jamming technology could be applied to block laser proximity fuse opticpath or form false targets,and the strong laser blinding technology could be applied to blind laser proxim2ity fuse EO sensors.Key words:laser proximity fuse;laser active jamming;smoke screen;laser blinding 相对于其他类型的近炸引信而言,激光近炸引信能够更准确确定导弹的起爆点,最大限度地发挥导弹的杀伤力,同时具有良好的抗电磁干扰能力,所以以其良好的技术性能得到了迅速发展,并己经取代无线电引信,大量装备于空空、地空导弹和反辐射导弹等,并在多次高技术局部战争中显示出强大的威力.有矛必有盾.为使来袭导弹在攻击中失效,保护防空雷达、作战飞机等被攻击目标和军事平台的安全,激光近炸引信干扰技术应运而生.激光引信干扰技术主要采用高重频激光有源干扰、激光无源干扰和强激光致盲干扰技术等,将来袭导弹提前引爆或使其变成盲弹.1 激光近炸引信概述目前广泛使用并己大量装备部队的激光近炸引信是主动型的,它是由激光器、激励电源、发射光学系统、接收光学系统和光电探测器等组成.主动式激光近炸引信为内装激光器(一般是半导体激光器),通过发射光学系统发射一定形状的激光束,如圆锥形、圆盘形、扇形激光束.当目标在预定距离内时,目标反射的激光能量被接收光学系统接收,驱动电子系统产生起爆信号.主动型激光近炸引信基本采用距离选通和收稿日期:2004-06-17作者简介:淦元柳(1961-),江西人,毕业于空军工程大学,高级工程师,研究方向为电子对抗.1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/几何距离截断这两种方式,实现在预定距离上产生起爆信号.对于距离选通型激光引信,其控制近炸距离的主件是脉冲选通器.由距离选通门限的宽度来控制起爆距离,同时实现对目标回波信号的实时鉴别.只有在选定距离以内出现的目标回波信号方能通过脉冲选通器,到达点火线路,形成引爆信号.而对于几何距离截断型激光引信来说,则是通过引信发射光学系统与接收光学系统的光轴交叉交会角,构成几何测距,以光路交叉中心点为中心,形成一个适当范围的探测区,当目标进入目标探测区时,接收系统开始探测到目标反射的回波信号,并通过对交叉中心前后目标回波信号幅值的鉴别,实现对预定距离内目标回波信号的选通,以准确的定距输出起爆信号.“哈姆”AGM-88A/B高速反辐射导弹采用美海军武器管理中心研制的激光近炸引信,使用的是0.904m的GaAs半导体激光器.“阿拉姆”空射反辐射导弹采用英国圣巴巴拉研制中心的激光近炸引信,其引爆距离可根据被攻击地面或海上目标的类型进行调整.这两种新型反辐射导弹的激光近炸引信都是采用距离选通型,其系统由调制器、半导体激光器、发射与接收系统、光电探测器、选通器和延迟器等组成,其工作原理如下:调制器产生的电脉冲激励激光器,激光器发射的激光脉冲照射目标后,一部分激光能量反射回来,经光学系统汇聚到光电探测器上,光电探测器输出的信号经放大后馈送到选通器.调制器产生的调制脉冲反馈到延迟器,经过适当的延迟后驱动选通器.选择适当的选通时间,可以使预定距离的目标反射的激光脉冲到达点火线路,而在此距离之外的目标产生的信号不能通过选通器,从而实现在预定距离内起爆的目的.从激光引信的近炸机理可以看出,控制激光引信起爆距离的主体是引信的信号鉴别及选通系统,选通系统的判断依据是目标反射的激光回波信号,根据激光回波信号可研究出有效的干扰手段.2 高重频激光有源干扰技术2.1 高重频激光有源干扰原理对激光近炸引信实施高重频激光有源干扰,可采用距离欺骗干扰方式.由激光干扰机对来袭目标发射高重频激光干扰脉冲,使激光干扰信号在远距离上提前进入激光近炸引信的接收视场,以压制真正的目标回波信号,形成有效的距离欺骗,使激光近炸引信的信号鉴别与选通系统产生误判,而提前输出起爆信号,引起导弹的早炸,达到保卫被攻击目标的目的.激光近炸引信有源干扰装置包括如下功能单元:0.904m激光告警单元,目标识别单元,干扰信息处理单元,干扰实施控制单元,半导体激光电源和半导体GaAs-AlGaAs阵列激光器.当具有激光近炸引信的导弹攻击所保护的目标时,激光近炸引信发射重频激光脉冲,并产生一定持续时间的距离选通门脉冲,使导弹在距目标设定距离时产生引爆信号.激光近炸引信有源干扰装置的对抗过程是:当装备有激光引信的导弹进入目标警戒区域时,由激光告警单元探测激光脉冲信号,并传送给目标识别单元;目标识别单元对来袭威胁目标的方位、激光原码信息、激光近炸引信的发射视场及接收视场进行相关识别,并将来袭威胁的方位信息和视场相关信息传送给干扰实施控制单元,同时将激光威胁的原码信息送至信息处理单元进行重频精确测量,并对激光信号的跳频范围及编码形式进行处理,输出超前同步的干扰控制信号.干扰实施控制单元通过对威胁方位信息和视场相关信息的信息解算,完成方位控制信息转换,形成干扰方位选通控制信息;并通过该控制信息,完成对干扰实施单元中有源干扰输出方位的实时控制.信息处理单元通过对激光威胁信号原码信息的发射方式进行综合分析与处理后,准确识别出激光引信信号选通系统的工作方式,同时生成干扰触发控制信息,完成对激光有源干扰机的触发控制.超前同步的干扰控制信号控制半导体激光电源激励GaAs-AlGaAs阵列激光器发射激光干扰信号,该激光干扰信号是超前来袭激光信号的高重频激光脉冲,其调制规律与来袭激光脉冲调制规律相一致.这样,在导弹距攻击目标较远时,由于距离选通门的限制,目标反射信号不会产生引爆信号,但由于激光干扰装置发射的超前8 光 电 技 术 应 用 第19卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/同步信号,重频很高,必有一个激光脉冲通过距离选通门,连续干扰将使激光近炸引信产生引爆信号,使导弹提前爆炸.2.2 高重频激光有源干扰中的关键技术(1)目标识别技术该项技术主要包括对来袭威胁目标的定向探测和激光近炸引信发射信号的综合告警两个部分.威胁目标的定向探测是通过目标逼近告警技术和方位定向探测技术实现对来袭目标的威胁定位的.激光近炸引信发射信号的综合告警是通过光电探测技术实现对激光威胁信号的原码识别、对激光近炸引信发射视场和接收视场的相关识别的,从而引导激光有源干扰机的信号输出方位和发射频率.(2)信息处理技术该项技术主要采用脉冲时序相关特性分析的信息处理方式,来实现对激光威胁信号发射规律的分析判断,和激光近炸引信信号鉴别及选通系统工作方式的相关识别,从而确定激光干扰信号的干扰频率和发射方式;并生成干扰触发控制信息,驱动激光干扰发射机输出激光干扰脉冲.(3)定向干扰技术主要通过威胁方位信息的全向相关解算技术,及干扰/方位匹配控制技术,完成对激光干扰信号输出方位和发射视场以及无源干扰设备的发射方式和空中假目标遮蔽范围的定向控制.(4)大功率激光干扰源为保证激光有源干扰的有效实施,必须提高激光干扰机的发射功率,使激光引信的接收系统在远距离能够保持对激光干扰信号的正常接收,以压制其对目标回波信号的正常接收,形成有效的距离欺骗.3 激光无源干扰技术为了有效保护防空雷达,可采用激光无源干扰技术,即使用烟幕、气溶胶或高反射材料等,阻断激光近炸引信的光路传输,或形成空中假目标,实施目标欺骗干扰.可在防空雷达和反辐射导弹之间投放烟幕、气溶胶及其他屏蔽介质.造成反辐射导弹激光近炸引信的工作误差,使其失效.3.1 激光无源干扰原理当在防空雷达和带有激光近炸引信的制导导弹之间,施放对0.904m波长激光具有较强的吸收和散射作用的烟幕时,则其制导导弹接收不到目标的反射回波,阻断制导链,失去制导作用而盲目飞行,从而偏离目标,达到保护防空雷达的作用;当施放对0.904m波长激光具有高反射特性无源干扰材料时,则激光近炸引信导引装置接近干扰材料误以为接近目标,在高反射材料云团上空,远离防空雷达提前引爆,使防空雷免受袭击.3.2 激光无源干扰关键技术激光无源干扰对于保卫地面重点目标,诸如防空雷达的军事设施是既廉价又实用的干扰手段.但是必须解决其中的关键技术.(1)干扰材料技术根据激光无源干扰原理,干扰材料分为高吸收型和高反射型两种.对于0.904m波长激光而言,高吸收型材料,主要采用赤磷、高岭土、滑石粉、碳酸铵等无机盐,按一定比例,制成对其激光具有强吸收作用的微粒;高反射型材料,主要采用金属有机物,特制成对激光具有高反射特性的光箔条.(2)干扰施放技术根据干扰材料的物理、化学性质和形成干扰云团的机理,选择最佳施放方式,确保干扰云雾的快速形成.形成足够遮蔽面积,保持一定的留空时间,确保实现有效地防护作用.国外研究采用烟幕等屏蔽介质投放在防空雷达与反辐射导弹之间,破坏电磁波传播条件.如美国研制的这种激光无源对抗系统,在23 s内可在距被掩护目标2025 m处建立包含扇区高13m、宽38 m、存在时间13 min的烟幕屏蔽.经过烟幕的光波信号衰减到原来的1/12以内.4 强激光致盲干扰技术采用激光致盲武器可对新型反辐射导弹和空空导弹的激光近炸引信实施软杀伤.4.1 强激光致盲干扰原理强激光致盲干扰主要破坏带有激光近炸引信装置的导引头探测器.对于0.904m波长探测器,采用1.06m波长的强激光,是具有很强破坏作用的.当强激光束有效地照射在探测器上时,探测器光敏面受到超高激光能量作用而炸裂或击穿,失去9第5期 淦元柳:对激光近炸引信的干扰技术 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/对0.904m波长激光正常接收的能力.4.2 强激光致盲干扰的关键技术要实现强激光致盲有效地干扰,要解决下列主要关键技术:(1)高质量激光器技术对于激光致盲武器而言,激光器是关键器件.对激光器质量要求比较高,除按设计要求达到一定的输出激光峰值功率以外,还要求输出光束质量高,要求是典型的高斯光束,发散角要符合设计要求要小;光束指向性好;光束的功率稳定度高;发射激光脉冲宽度符合设计要求要窄;发射激光脉冲频率稳定度高等.(2)强激光精确瞄准跟踪技术强激光致盲干扰是用强激光束直接照射导引头探测器,而导引头探测器是动目标,要想实现激光干扰致盲探测器,必须确保激光精确瞄准探测器接收光敏面,而且持续照射一定时间,即精确跟踪导引头探测器.通常其瞄准跟踪精度为微弧度数量级,往往采用光电跟踪来实现.激光近炸引信中的光电探测器是易损件.光电探测器的损伤阈值随激光波长和照射时间变化.损伤阈值的理论计算值与实验结果在误差范围内吻合.根据数学模型,阈值能量密度可近似表示:E0=E 1+a /arctan(4a/r2)1/2.(1)式中:a 探测器材料的热扩散率;探测器材料的光吸收系数;激光照射时间;照射到光敏面上的激光斑半径.且:E=TthCp/(1-R).(2)式中:探测器材料的密度;C 探测器材料的定压比热容;R 探测器材料的反射率;th 探测器材料表面熔化所需的温升.不难导出,使光电探测器致盲所需的激光发射能量应满足下式:Et1010 t2L2E0eL/4G.(3)式中:E0 探测器的损伤阈值能量密度;G 激光近炸引信的光学增益;Et 激光致盲武器的输出脉冲能量;t 激光束散角;L 距离;大气衰减系数.由G的定义可知:G=4Ar/d2=(D/d)2.(4)式中:Ar 激光近炸引信的接收光学孔径面积;D 接收孔径;接收光学透射率;d 接收光学系统的弥散圆直径.式(3)中出现1010因子,是因能量密度E0以J/cm2为单位,而距离L是以km为单位.设激光致盲武器输出激光脉冲宽度=20ns,则由以上公式可知E0=65J/cm2,若t=0.2mrad,=0.18km-1,G=4104,由式(3)可得L=2km时,所需激光发射能量为Et=2.93(J).于是输出峰值功率Pt=150MW.5 结 束 语以上重点阐述了高重频激光有源干扰技术,该技术适合机载平台的防护应用;简述了激光无源干扰技术,该技术适合地面雷达站的防空应用;用数学分析法推演出强激光致盲干扰技术的激光器输出峰值功率,给出了这种干扰技术在一般情况下所需的激光器输出功率值.相比之下,在对激光近炸引信的三种干扰技术中,高重频激光有源干扰技术比激光无源干扰技术和强激光致盲干扰技术相对复杂一些.而强激光致盲干扰系统体积和重量大些,为了提高干扰效果,在条件允许的情况下,可选择这三种干扰技术的组合运用.参考文献1Wilmot D W.Countermeasure Systems,The Infraredand Eletro2Optical Systems HandbookM.Volume.7.Washington:SPIE Press,1993.16822052 侯印鸣,综合电子战 M.北京:国防工业出版社,2000.27622883张承铨,国外军用激光仪器手册M.北京:兵器工业出版社,1989.219223101 光 电 技 术 应 用 第19卷