激光近炸引信技术讲解

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。