激光干扰.doc

激光干扰 1引言战场上日趋严重的激光威胁，强烈刺激了激光对抗技术的发展。而激光有源干扰技术能有效对抗激光测距机、激光制导武器等激光威胁源，以及光电侦测设备，确保自身平台的安全，所以是各国电子战厂商开发的热点。该项技术包括激光测距欺骗干扰、激光制导武器有源欺骗干扰、激光近炸引信有源干扰和激光致盲干扰技术等。2激光测距欺骗干扰技术 为了有效对抗激光测距机，国外已开发出激光测距欺骗干扰技术。根据产生的欺骗干扰形式的不同，激光测距欺骗干扰技术可分为产生测距正偏差和产生测距负偏差两类。 21产生测距正偏差技术 产生测距正偏差，可分为无源型和有源型两种。无源型采用光纤二次延迟技术，即在所保卫平台受到敌方激光测距信号照射后，由光纤经极短的二次延迟后，按原路反射回去。同时，对所保卫的目标(如坦克)，采用涂隐身涂料等激光隐身技术，使其激光回波极小。这样，在敌方测距机设定的距离选通范围内探测到的只是产生测距正偏差的干扰信号，使敌方造成错误判断，从而成功地进行了激光干扰。该测距机不需要激光器，能自动产生正偏差的测距干扰脉冲，其结构简单、成本低，所以可方便地安装在各种要保护的平台上。 有源型采用电子延迟和激光器，在受到敌方激光测距信号照射后，经极短的电子延迟，按原路发射一个同敌方测距信号同波长、同脉宽的信号，从而产生测距正偏差的干扰信号，使其造成错误判断并对其进行有效干扰。干扰激光器可采用Nd:YAG固体激光器，也可采用半导体激光器，产生的激光干扰脉冲信号强，延迟时间精确可调，所以能非常有效地干扰敌方激光测距机。 22产生测距负偏差技术 产生测距负偏差，主要是从所保卫的平台向四周预先发射高重复频率激光脉冲，使敌方测距机接收到一个负偏差(短距离)虚假测距信号，从而有效地隐蔽真目标。 产生测距负偏差的干扰原理是，向警戒空域陆续不断地发射高重复频率的激光干扰脉冲，使敌方激光测距机不管在何时开机对我方测距时都会收到干扰脉冲，造成敌方测距错误。 理论计算表明，能在3km以远干扰30角范围内的激光测距机，所需干扰机激光输出峰值功率为500W左右，重复频率不低于50kHz，平均功率2W3W。用连续泵浦声光腔倒空Nd:YAG激光器就可以实现这一指标。如果这种激光器用二极管泵浦，则质量较轻，所以设备可做得比较小巧。 3激光制导有源欺骗式干扰技术 31激光制导有源欺骗式干扰原理 对激光制导武器有源欺骗式干扰的预期效果是产生激光假目 标，欺骗敌方激光制导武器。激光有源欺骗干扰技术可分为回答式和同步转发式两种。 回答式干扰是对接收到的敌方激光制导脉冲信号进行精确的重频测量和编码识别等信息处理，根据接收到的第一组激光编码脉冲，同时考虑激光干扰机的出光延迟时间，精确地复制出与敌方激光制导信号重频与编码完全一致的干扰脉冲，严格超前同步触发激光干扰机向预设的假目标发射欺骗干扰脉冲，从而将敌方激光制导武器引向假目标。 同步转发式干扰是将激光告警器接收到的激光脉冲信号自动地进行放大，并由其来触发激光干扰机进行转发。敌方目标指示器每发射一个脉冲，激光干扰机也向假目标发射一个激光干扰脉冲。这样，激光干扰机发射的干扰脉冲与敌方制导信号相一致，但在时间上是滞后的，滞后的时间取决于激光干扰机的出光延迟。所以，同步转发式干扰要求激光的出光延迟时间应极短，以使干扰脉冲能落入导引头的选通波门内；而激光干扰机的输出功率要远远超过敌方激光导引头所接收到的目标反射信号功率。 应当指出，实际的激光有源欺骗干扰系统往往将回答式干扰和同步转发式干扰综合应用。 32成功实现激光有源欺骗干扰的条件 由分析可知，成功实现激光有源欺骗式干扰必须满足以下4个条件： 对于回答式干扰来说，激光有源欺骗干扰信号必须严格超前同步于敌方激光目标指示信号。这是因为激光目标指示编码脉冲的脉宽一般为几毫微秒到几十毫微秒，对于10ns的激光信号，激光欺骗干扰脉冲与敌方目标指示脉冲几乎不可能同时出现。所以，如果激光欺骗干扰信号不同步或滞后于敌方目标指示信号，则激光干扰信号或者一开始就被敌方激光导引头抗干扰波门所滤除，或者激光欺骗干扰信号即使能通过抗干扰波门，但因其信号的滞后而不能被敌方激光导引头所认同，敌方激光导引头所提取的方位信息还是所保卫目标的方位。 为了有效地实施激光欺骗式干扰，应调整激光干扰机的输出功率和假目标的激光反射率，使到达敌方导引头的激光欺骗干扰信号高于导引头的阈值功率，这样敌方导引头会认同所接收到的激光欺骗干扰信号为激光制导信号，并据此设定波门选通时间和波门宽度，从而只对欺骗干扰信号进行处理，而不会理睬真实目标的反射信号，由此将激光制导武器引向假目标。适当加大激光干扰机的输出功率，这对于同步转发式干扰尤为重要。 为了配合激光有源欺骗式干扰，要对所保护的目标采用激光隐身技术等来降低目标表面的半球反射率，从而使到达敌方激光导引头的真实信号功 率低于导引头的阈值功率。激光隐身技术能使敌方激光导引头所接收到的真实回波信号明显减弱，信噪比减少，从而在一定范围之外失去对隐身目标的探测发现能力。当然，也可采取烟幕遮蔽保护目标的方法来配合激光有源欺骗干扰。采用激光隐身或烟幕遮蔽技术，对于同步转发式干扰尤为重要。 假目标必须处于敌方激光制导武器导引头的视场之内。敌方激光制导武器导引头视场中心是对准所攻击的目标，而要使假目标处于敌方导引头的视场之内，需使假目标与敌方导引头的连线同敌方导引头与目标连线的夹角<2。这里，为敌方导引头自身的视场角。 假目标距离所保护目标必须足够远，使得所保护目标处于敌方激光制导武器的杀伤半径之外。如果激光制导武器的杀伤半径为r1，则要使所保护目标与假目标的距离r2 >r1。 33激光制导有源欺骗干扰的主要特点 (1)相关性 为实现有效的激光有源欺骗干扰，要求干扰信号必须与被干扰目标的工作信号具有多重相关性，如： a特征相关性 激光干扰信号与被干扰目标的工作信号在特征上必须完全相同，这是实现欺骗干扰的最基本条件。信号特征，包括激光信号的频谱、体制(连续或脉冲)、脉宽、能量等级等激光特征参数； b时间相关性激光干扰信号与被干扰目标的工作信号在时间上相关。这要求干扰信号与被干扰目标的工作信号在时间上同步或包含有与其同步的成分，这是实现欺骗干扰的一个必要条件； c空间相关性激光干扰信号与被干扰目标的工作信号在空间上相关。干扰信号必须进入被干扰目标的信号接收视场，才能达到有效的干扰目的，这是实现欺骗干扰的另一个必要条件。 (2)低消耗性 激光欺骗式干扰以激光信号为诱饵，除消耗少量电能外，几乎不消耗任何其他资源，干扰设备可长期重复使用。 4激光近炸引信干扰技术 41激光近炸引信 目前广泛使用的激光近炸引信大多是主动型的，其敏感装置主要由激光器、激励电源、发射光学系统、接收光学系统和光电探测器组成。激光近炸引信内装激光器(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光学系统接收，驱动电子系统产生起爆信号。 现今的主动型激光近炸引信，基本采用距离选通和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。只有在预定距离以内出现的目标回波信号方能通过脉冲选通器，达到点火线路，形成引爆信号。而对于几何距离截断型激光引信，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，以理想的定距精度输出起爆执行信号。 从激光引信的近炸机理中可以看出，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。该选通系统的判断依据是目标反回的激光回波信号，这就为激光引信干扰提供了良好的条件。 42对激光近炸引信的干扰原理 对激光近炸引信实施有源干扰，一般采用的是转发式的距离欺骗干扰方式。由激光干扰机对来袭目标发射激光干扰信号，使激光干扰信号在远距离上提前进入引信的接收视场，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。 有源干扰一般需要与无源干扰配合使用。对激光近炸引信的无源干扰，可采用阻断式的目标欺骗干扰方式。在目标警戒系统的引导下，发射烟幕、气溶胶或高反射材料等，形成空中假目标，来阻断激光引信与目标之间的光路传输，以压制真正的目标回波信号。 当装备有激光引信的导弹进入目标警戒区域时，激光近炸引信干扰系统的目标识别单元首先对来袭目标的威胁方位、激光原码信息、激光引信的发射视场及接收视场进行相关识别，并将来袭目标的威胁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号送至信息处理单元；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，及无源干扰发射方位的实时控制；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和无源干扰设备的发射控制。 在干扰实施过程中，激光有源干扰是由激光干扰机发射激光脉冲能量，对目标实施压制式致盲干扰，或距离欺骗式转发干扰；激光无源干扰是使用烟幕、气溶胶或高反射材料等，阻断引信的光路传输，或形成空中 假目标，实施目标欺骗干扰。干扰的结果，或将激光近炸引信提前引爆，或使反辐射导弹成为盲弹。 43激光近炸引信干扰中的关键技术 (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。激光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，以及激光引信发射视场和接收视场的相关识别，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 该项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。 5激光致盲干扰技术 51激光致盲原理 激光对光电传感器损伤机理主要有热模型损伤机制、缺陷模型损伤机制、电子雪崩模型损伤机制、自聚焦模型损伤机制、多光子电离模型损伤机制和强光饱和模型失效机制等理论模型。 所谓热模型损伤机制，是指在激光加热下会使半导体光电器件的工作波长向长波移动，即发生红移现象，从而使该器件的原工作波长的光谱响应下降，破坏了其工作性能。另外材料加热将引起材料的介电常数发生变化，也将改变半导体材料的光学特性。 所谓缺陷模型损伤机制，是指激光强度足够大时，将使光电器件发生熔融而造成局部缺陷损伤；也将使热应力集中的部位形成裂纹，甚至发生局部破裂而造成局部缺陷损伤；也能使半导体材料表面气化而造成缺陷损伤。 所谓电子雪崩模型损伤机制，是指激光强度达到一定程度时，将使光电器件造成雪崩击穿，而使器件彻底破坏。 所谓自聚焦模型损伤机制，是指激光在光学材料传播中的自聚焦现象，当激光强度达到一定程度时，将产生光学器件的破坏效应。 所谓多光子电离模型 损伤机制，是指当激光照射半导体材料时，将产生场致电离，或称之为多光子电离，这将使该材料的介电常数发生变化。 所谓强光饱和模型失效机制，是指当照射激光超过器件的最大负载值时，将发生强光饱和现象。对于光电制导武器来说，当光电导引头的传感器达到饱和深度而失效几秒时，就已使精确制导武器失去制导能力。 对于光学系统来说，当光学玻璃表面在瞬间接收到大量激光能量时就可能发生龟裂效应，并最后出现磨砂效应，致使玻璃变得不透明。当激光能量进一步提高，光学玻璃表面就开始熔化。这样，光学系统就会立即失效。 在激光致盲武器的瞄准系统中，已经采用了“猫眼效应”。因猫的眼睛有较高的反射率，所以在漆黑的夜晚，人们可以看到猫的两只明亮的眼睛。猫眼之所以会特别亮，是因为来自某一方向的光线在进入猫眼之后，经由眼底的反射，把光投射到我们这一方向。在这一过程中，猫眼的晶状体如同透镜。同理，一般的光电装置，必有类似晶状体功能的透镜聚集入射光线，投射到光电传感器上。光电传感器表面(对于望远镜等则是分划板表面)如同猫的眼底一样将投射光线反射回来，这种效应称为“猫眼效应”。美国、前苏联、法国的科研人员都提出激光致盲武器可以利用这个原理，搜索作为攻击目标的敌方光学设备和光电传感器，确定其位置，实施准确攻击。例如美国的 “鱼工鱼”(Stingray)激光武器系统和前苏联的车载激光武器，均采用低能激光脉冲进行扫描，当接收到敌方军用光学设备的反射激光时，再用高能激光进行攻击。 52激光致盲干扰中的关键技术 激光致盲干扰的关键技术主要有：高能量、高光束质量激光器技术；精密跟踪瞄准技术；重量轻、抗辐射激光束控制发射技术；激光大气传输效应研究及自适应光学技术等。 (1)高能量、高光束质量激光器技术 高能量、高光束质量激光器是强激光干扰系统的核心。强激光干扰系统通过激光器发射强激光实现对目标的干扰和破坏。强激光干扰系统中应用最多的激光器是波长106m的Nd:YAG板条激光器和波长106m的CO2激光器，以及波长38m的DF激光器。激光输出能量和束散角成正比，而光斑面积则与距离和束散角乘积的平