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激光近炸引信技术讲解

归档日期:07-03       文本归类:激光近炸引信      文章编辑:爱尚语录

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  引言 由于激光具有方向性强,高单色 性,高相干性,高亮度等优点,因此它在 武器系统中得到了广泛应用,激光引信就 是其中之一。激光引信是随着激光技术的 发展而出现的一种利用激光束探测目标的 引信。利用激光束探测目标的光学近炸引 信,相对于传统光、电近炸引信,激光近 炸引信具有引爆时间准、命中概率高、抗 干扰能力强的突出特点,因此,在现代导 弹、火箭弹、炮弹,炸弹、水雷等领域得 到了广泛的推广和应用。 1.激光引信工作原理 激光引信是一种主动型的引信,它 本身发射激光,这一束光通常以重复脉冲 形式发送光束到达目标后发生反射,有一 部分反射激光被引信接收系统接收变成电 信号,经过适当处理,使引信在距目标一 定距离上引爆战斗部。 激光引信的测距原理与脉冲无线电引 信是相同的,只要测出激光束从发射瞬间 到遇目标后发射光波返回到引信出的时间 t,便可得出目标的距离 R,即 (c 为光速 这是理想的情况,实际设计还要考虑 延时时间。 图 1 所示为主动式激光引信原理方框 图。主要由发射系统和接收系统两大部 分组成。 图 1 主动式激光引信原理图 发射系统产生所要求的频率、能量 的激光,并以光束的形式向空间辐射光 能量,在空间形成所需的探测场,同时 给出同步信号。该系统包括:控制电路、激 光器激励电路、同步信号电路和激光发射 光学系统。控制电路中有产生所需频率信 激光近炸引信技术 赵岩马洪远南成根 空军驻吉林地区军事代表室,吉林 吉林 132021 号的振荡电路、公放电路及延迟电路。 如果是编码体制的激光引信,还要有编 码电路。目前,大峰值功率的激光器大 多采用进口的。对于单通道小视场的激 光引信采用非球面透镜或复合球面系统。 对于 360° 探测场的激光引信,比较简便 的方法是采用光锥来完成。在激光器功 率一定的条件下,发射光的发散角越 小,探测距离越远。 接收系统包括:接收光学系统、光 敏元件、前肢放大电路、信号处理电路和 执行级。在国内研究的激光引信中,接收 光学系统大都为球面复合系统,要求接收 市场在能覆盖发射激光波束的前提下尽可 能小,保证所要求的有效接收面积极高的 光学透过率。在某些主动式激光引信中, 将发射光学系统和接收光学系统设计为同 轴系统,如图 2 所示,这种设计可缩小引 信的体积和增大有效接收面积。而采用非 同轴三角交叉系统,接收和发射系统中间 由隔板隔开,这样可以避免发射和接收系 统光信号的相互干扰。如图 3 所示。 图 2 同轴光学系统 图 3 三角交叉光学系统 光敏元件即硅光二极管是激光引信中 的关键部件,它的作用是将接收到的光 信号转换成电信号,它的优劣直接影响 整个系统的性能。要求它具有高的灵敏 度及响应速度,等效噪声功率低。常用 P I N 管和雪崩二极管。 信号处理电路有两个作用: 一、识别目标信号和干扰信号,干 扰信号包括人工干扰和背景干扰及引信内 部产生的干扰; 二、判断目标的位置,当目标处于 战斗部最有力杀伤位置时,输出启动信号 使执行级工作,引爆战斗部。 2 引信主要技术参数的确定 2.1 作用距离的确定 激光引信的作用距离与接收系统和发 射系统的性能有关,也与目标特性和背 景有关。设目标对激光具有漫反射特 性,接收机所接收到的激光功率可按下 式计算 由于激光引信的作用距离近,大气 传输衰减可忽略不计,即 τ u =1 (3 将(2、(3 式代入(1 式 中,则可得到 (4 为了可靠地检出有用信号,必须使 接收到的功率超过接收器通带内的等效噪 声功率(N E Pn 倍,n 即为所要求的 信噪比。由式(4 得到计算激光引信 作用距离的公式 (5 由上述测距公式显示出影响激光引信 作用距离的因素主要有:发射激光功率 及其波束角,接收机的固有噪声,背景 噪声,接收孔径,光学系统的质量,目 标特性等。光学系统设计的关键是在满 足接收孔径的条件下,使光学系统的透 过率达到最大值,或者,在光学透过率达 到最大值时,整个接收孔径必须完全有 效。在地对空,空对空导弹中,激光引信 体积都很小,只能在允许的情况下,尽量 增加接收孔径面积。在空对地导弹中, 由于激光引信探测距离较远,除了增加接 收孔径外,还要适当增加激光发射功率。 2.2 作用距离精度 作用距离精度是一个十分重要的指 标,它直接影响引战配合效率。由于激 光的特点,目前,它的作用距离精度优 于其他体制的近炸引信。 激光引信的测距精度依据其测距原理 而异。激光引信所对付的目标,其反射 特性很复杂,既有漫反射,也有镜面反 DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.034 射,反射系数也不同。在相同的距离上由于作用目标光束的倾角不同,目标反国 内的激光近炸引信的定距精度完全可以达到 0.5 米以内。 3.抗干扰设计 激光引信的干扰主要有两种,内部干扰和外部干扰。内部干扰包括:发射接收电 路的串扰,发射接收之间的光信号泄露等。外部干扰有阳光、海浪、云雾、雨雪等 自然干扰和激光干扰机、假目标等人工干扰。这些干扰可能使引信早炸、因此必须 采取措施提高激光引信的抗干扰性能。 3.1 内部抗干扰措施 发射接收之间的光信号泄露在实际中遇到过,采取在发射和接收之间用隔板隔 开的方法解决。由于发射驱动电流为脉冲大电流,存在串扰接收电流的可能性,得出 距离错误,可以通过两个技术途径解决:一是加强屏蔽隔离,良好地线设计,减小地回 路串扰;二是通过软件控制各路驱动分时工作,避免大电流叠加,增加串扰强度。 3.2 外部抗干扰措施 由于激光引信的接收光学系统有窄带滤光片,滤除大量太阳光能量,同时在频域 上,太阳光为连续信号,频谱特征为直流或极低频分量,而激光引信为几十纳秒的窄脉 冲,接收电路可以很容易将太阳光滤除;时域上,可以从脉宽特征识别剔除非激光信号, 且信号处理加有较窄的波门技术,可防止太阳光影响正常测距。 云雾对激光得影响主要表现在衰减和散射。衰减产生的效果是测距能力降低, 散射是各个方向均有,特别是向后回波提前导致产生错误距离信息,导致误动作。解 决措施有:脉宽识别剔除、时间相关性剔除,空间相关性剔除。对于空对地导弹的激 光引信还要考虑高大树木及地表复杂背景物的干扰,产生的影响是回波脉冲展宽和 回波信号杂乱,可以通过时域滤波和时间相关性剔除。 敌方可能利用假目标干扰激光引信识布设方式,布设地点等于真实目标完全相 同,激光引信是无法识别的。显然,假目标的外观特征、布设方式完全可以以假乱真, 但布设地点则值得推敲。首先,激光引信的载体攻击的目标非常明确, 激光引信的探测范围离真实目标很近,假目标不可能离真实目标很近,太近也达 不到保护真实目标的目的。假目标离真实目标较远时,一是很难进入激光引信探测 范围,二是导弹攻击路径的不确定,对方假目标不可能涵盖全部路

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