采用双色技术的激光引信抗干扰技术

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proportion-discrimination method
收 稿 日 期 :2010-10-15 ; 修 订 日 期 :2010-11-28 基 金 项 目 : “ 十 一 五 ” 预 研 项 目 (30010) 作 者 简 介 : 张 好 军 (1971-) , 男 , 博 士 , 研 究 方 向 为 近 距 探 测 及 目 标 识 别 。 Email:lyzhanghaojun@163.com
(3) 当烟幕微粒直径接近于可见光波长时,光的 散射状态变得更复杂。烟幕微粒不仅能分散光,而且 能吸收一部分光, 吸收光是烟幕微粒将光能转化成 其他能,如热能、化学能或电能等。
综上所述,烟幕微粒对激光传输的影响是:随着 波长的缩短,造成的散射和衰减吸收会加大,分子散 射和粒子散射会具有显著的区别, 波长较长的光波 在 烟 中 的 散 射 和 衰 减 吸 收 会 小 一 些[4]。
2 干扰分析
图 2 为激光引信的发射和接收窗口在目标或干 扰情况下的作用效果。 如果是目标,则大量的作用效 果为反射,如果是烟雾,则存在反射、散射和衰减吸收 3种效果。 烟的主要有效作用波长区域为 0.1~1 μm[2-3], 烟(幕)主要是由固体和液体微粒悬浮在大气中形成。 如果发射的激光照射到烟幕表面, 则会形成如图 2 所示的结果。 战场烟尘具有同样的效果,不过相对而 言,衰减程度相对人造烟幕会小一些。
从而会误输出目标信号。 (2) 二维形体识别方法: 在弹目交会过程中,对
接收到的回波脉冲进行计数, 对多路脉冲同时进行 计数处理,即同时对多个视场的回波信号进行处理, 形成从纵向和横向两个方向进行目标的判别。 然而, 如果遇到体积较大、浓度合适的烟团,同样可产生多 路回波干扰,以致误输出目标信号。
(3) 目 标 成 像 方 法[1]:在 弹 目 交 会 过 程 中 ,对 目 标 进行成像识别,根据目标形状和特征点,进行目标识 别。 但当目标淹没在烟团中时,同样会造成无法识别 的现象。
图 2 近距探测装置的发射和接收窗口在目标或 干扰情况下的作用效果示意图
Fig.2 Effect of short distance device under the condition of target or disturbing between the launcher and receiver window
文中提出的双色技术原理, 主要基于双色激光 对不同目标的不同散射和反射特征的差别, 从而区 分出目标和烟雾干扰。 由于实体目标的几何线度相 对 于 目 前 使 用 的 近 红 外 波 长 满 足 粒 子 半 径/光 波 长 大 于 10, 故 可 以 认 为 是 线 度 足 够 大 的 粒 子 , 其 散 射 光 强 基 本 上 与 波 长 无 关[3],即 形 成 大 粒 子 散 射 。 在 进 行双色技术的比较时, 可以认为实体目标对两种波 长的光在散射特性方面一致。 以下只分析烟雾等粒 子对两种波长光的散射特性的不同点。 3.1 瑞 利 散 射 原 理[5]
图 1 激光引信组成框图 Fig.1 Block diagram of laser fuse
1.2 信号处理技术及被干扰特性 目前,常用的信号处理方法有目标计数,形体识
别和目标成像等 3 种。 (1) 目标计数方法:在弹目交会 过 程 中 ,对 接 收
到的回波脉冲进行计数, 根据计数的大小判断是否 为所测目标。 该方法的缺点在于,如果有烟雾干扰, 则烟雾造成的后向散射可能积累足够的计数个数,
(2) 当微粒直径显著小于入射光波波长时,符合 瑞 利 散 射 规 则 ,即 分 子 散 射(也 称 瑞 利 散 射),当 微 粒
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红外与激光工程
第 40 卷
直径增大时,微粒对入射光的散射强度迅速增大,便 形成粒子散射(也称米散射)。 实验证明:当粒子直径 大约与光波波长相当时,此时产生的散射最大。
Abstract: Laser fuse is widely used for its excellent performance, but its also has shortage in anti interferenHale Waihona Puke Baidues of fog and aerosols. In order to solve this problem, a dual-wavelength technology used in anti-interferences for long range and short distance detection was presented based on the principle of laser fuse. The scattering character of the special fog and aerosols environment was calculated by using the Rayleigh scattering method and Mie scattering method. The scattering characters in different environment were analyzed by using ultraviolet and infrared wave band. The results indicate that the ratio of proportion-discrimination in fog and aerosols environment is usually greater than 2. This method was also validated by experiment. Based on the full system, the dual-wavelength technology can be well applied. The result of the experiments also proves that the technology is efficient, especially in the heavy fog and aerosols environment. The method can also be used in anti-interfere for long range detection. Key words: laser-fuse; dual-wavelengths technology; fog-and-aerosols interference;
第 40 卷第 6 期 Vol.40 No.6
红外与激光工程 Infrared and Laser Engineering
2011 年 6 月 Jun. 2011
采用双色技术的激光引信抗干扰技术
张好军 1,2,赵建林 1
(1. 西北工业大学 理学院 陕西省光信息技术重点实验室 教育部空间应用物理与 化学重点实验室,陕西 西安 710072; 2. 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471009)
3 双色技术原理
目前,双色技术主要用于双色复合方式的制导。 如美国通用动力公司研制成功的“尾刺”后继型号; 法国汤姆逊无线电公司报道“西北风”导弹也采用红 外 (InAs) 紫 外 的 双 色 制 导 体 制 ; 俄 罗 斯 军 方 也 正 研 制 这 种 双 色 制 导 导 弹 。 1989 年 美 国 及 其 北 约 盟 国 的 陆、海军巳普遍装备的防空导弹中,均采用了红外紫 外双色制导技术。目前,已装备和在研的此类精确制 导武器,典型的有美国研制的“尾刺”便携式地空导 弹及“智能卵石”天基拦截弹等。 如“尾刺”导弹,其 紫外探测元件采用的是 CdS 探测器, 工作于 0.3 μm, 可探测到白天飞机头部铝合金蒙皮所反射阳光中的 紫 外 光 ; 红 外 探 测 元 件 采 用 的 是 InSb 探 测 器 , 工 作 波 段 3~5 μm, 可 探 测 和 跟 踪 飞 机 的 红 外 辐 射 , 通 过 比较两种信号,可准确地识别出真实目标。 迄今,用 于引信中的主动双色技术尚未见报道。
1 激光引信作用原理
1.1 组成部分及功能 通常,激光引信由 6 部分组成。 (1) 能源部分:由
弹上供电进行二次电压分配,或由该部分自己带热电 池或其他发电设备;(2) 发射前端:由激光器和与其匹 配的光学系统组成;(3) 接收前端:由激光接收器和与 其匹配的光学系统组成;(4) 发射电路:由时序电路和 驱动电路组成;(5) 接收电路:由对探测器转换来的电 信号进行放大和比较等预处 理 电 路 组 成 ;(6) 信 号 处 理 电 路 :主 要 由 CPLD/FPGA 等 大 规 模 快 速 逻 辑 电 路 组成。 图 1 为激光引信组成框图。
摘 要 : 激光引信由于其性能优良获得了广泛的应用,但其自身也有对烟雾干扰敏感的不足,为了解 决 激 光 引 信 抗 烟 雾 干 扰 的 问 题 ,在 介 绍 引 信 工 作 原 理 的 基 础 上 ,提 出 了 一 种 新 的 、能 够 应 用 于 引 信 抗 烟雾干扰分析的双色技术。基于瑞利散射和米散射的分析,计算了不同烟雾环境下的紫外、红外双波 长激光的散射比,结果表明:该比率在探测到目标时差异不明显,但在烟雾环境下常常大于 2。结合理 论分析,设计了一套验证系统,给出了其系统组成和测试方法,并给出了测试结果曲线,其实际比率大 于 3。双色比的理论可实现性和实验数据分析结果表明:应用双波长激光对烟雾散射的差异,可以确 认 该 双 色 技 术 可 应 用 于 激 光 引 信 抗 干 扰 ,在 烟 雾 浓 度 大 时 尤 为 有 效 。该 方 法 同 样 适 用 于 其 他 相 关 光 学 探测系统抗烟雾干扰。 关键词: 激光引信; 双色技术; 烟雾干扰; 比率鉴别方法 中 图 分 类 号 : TN249;TN97 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 : 1007-2276(2011)06-1070-05
Dual-wave technology used in laser-fuse anti-interfere
Zhang Haojun1,2, Zhao Jianlin1
(1. Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, The Key Laboratory of Space Applied Physics and Chemistry, Ministry of Education, School of Science, Northwestern Polytechnical University, Xi ′an 710072, China; 2. China Air-to-Air-Missile Academy, Luoyang 471009, China)
第6期
张好军等:采 用双 色 技 术 的 激光 引 信 抗 干 扰技 术
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0引言
激光引信由于其测距精度高, 角度分辨率可以 做得较高,抗电磁干扰能力强,在复杂的电磁环境中 正获得越来越广泛的应用。 目前,激光引信在空空导 弹、面空导弹、空面导弹以及天基武器方面,已经获 得列装或展开预研。 但激光引信也有其弱点,如在抗 烟雾粒子方面,目前尚有不足。 据分析,其在烟雾环 境下有两种主要的被干扰模式, 一是在粒子的干扰 下容易产生虚警;二是比较难于在烟雾中识别目标。 基于此, 文中提出了一种可用于激光引信抗干扰的 红外波段复合紫外波段的主动双色抗技术分析。
单位体积内烟幕微粒多,对入射激光的反射、散 射和吸收就越多,不仅会造成 1.2 节中(1)和(2)项的 误输出目标信号的发生,同样会造成(3)项成像目 标 的 遮 挡 和 模 糊 ,还 可 以 分 为 几 种 情 况[3]:
(1) 当微粒直径显著大于入射光波波长时,微粒 使光只产生反射和折射,光入射到烟幕上,一部分由 其表面反射,另一部分被折射,即散射强度随微粒的 增大而减小,此项主要体现为实体目标的作用效果。
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