激光引偏距离测试与评定研究*

刘静梅

(91404部队　秦皇岛　066001)



激光引偏距离测试与评定研究*

刘静梅

(91404部队秦皇岛066001)

摘要论文介绍了激光引偏角测量系统测量原理和引偏距离解算方法，针对测量实现的要求和条件，对引偏距离测量布站要素分析、实现方法和评定方法进行了初步研究，以评价其有效对抗激光半主动制导武器的能力，为激光引偏距离指标的测试与评估提供了理论研究基础。

关键词激光; 引偏距离; 测试方法; 结果评定

Class NumberTN219

1引言

激光引偏干扰是对抗激光半主动制导武器实施的一种欺骗式有源干扰方式[1]，通过在舰船外制造一个激光反射点，形成与敌方激光照射相似的引导光斑，导致半主动激光制导武器最终跟踪假的目指光斑，实现对目标的保护。激光引偏距离是评价激光引偏干扰性能的重要指标，开展激光引偏距离测量与评定是激光引偏干扰装备研制过程中不可缺少的一项科研活动[2]。本文从分析激光引偏距离的测量原理入手，针对测量实现的要求和条件，对引偏距离测量布站要素分析、实现方法和评定方法进行了初步研究，以评价其有效对抗激光制导武器的能力，为激光引偏距离指标的测试与考核提供了理论研究基础。

2激光引偏距离测量原理

激光引偏距离是间接测量值，实施测量时一般首先使用具有激光导引头模拟功能的引偏角测量系统测量记录引偏角，再根据设备架设高度、测试距离等参数计算得到引偏距离。激光引偏角是导激光引头受干扰后光轴在方位和俯仰方向的偏转角度，是计算引偏距离、评判引偏效果的前提和依据。激光引偏角测量系统由激光跟踪器、可变视场CCD摄像机、陀螺稳定跟踪平台及控制与处理计算机组成。测试时首先使用激光目标指示器照射目标，激光导引头搜索并跟踪激光目标指示器照射光斑。然后发射引偏干扰激光，激光导引头受到干扰后跟踪激光引偏光斑。由于引偏角测量系统中的CCD摄像机光轴与激光跟踪器光轴平行，则CCD摄像机的光轴也指向激光引偏光斑，从而实现对激光目标指示器照射点和激光引偏光斑跟踪点之间的角度测量，即激光引偏角测量。可变视场CCD摄像机像面上两个像点的夹角与测量的两个光斑目标的夹角相对应，由CCD摄像机两个像点之间的像素数和码当量，即可计算激光引偏角[3]。引偏距离测量示意图如图1所示。

图1　引偏距离测量示意图

图中绘出了引偏干扰过程中激光引偏角测量系统、目标和引偏激光光斑三维坐标位置关系，D点是激光引偏角测量系统的空中位置，M点是指示器在目标上的照射点，引偏设备布站在M点附近，G点是引偏光斑位置。激光引偏干扰实施过程中，引偏角测量系统以一定采样频率实时测量记录引偏角数据，解算引偏距离数据。按式(1)计算各采样时刻俯仰引偏距离:

(1)

式中:Lv为俯仰引偏距离，m；R为测试距离，m；h1为激光引偏角测量系统架设高度，m；h2为引偏设备架设高度，m；βv为俯仰引偏角，°。

按式(2)计算各采样时刻方位引偏距离:

Lh=(R-Lv)tgβh

(2)

式中:Lh为方位引偏距离，m；βh为方位引偏角，°。

按式(3)计算各采样时刻引偏距离:

(3)

式中:Li为引偏距离，m。

3激光引偏距离测试设计要素与分析

由于引偏角测量系统四象限探测器结构所限[4]，对目标探测时存在一定的角度盲区，为了保证测量的引偏角数据满足一定置信度要求，引偏角测量数据应大于测角误差一定的倍数。在实际应用中，指示光斑在目标上照射点的高度和引偏激光发射距离变化范围不大，因此引偏角测量系统架设高度、测试距离是影响引偏角变化的主要因素。在进行引偏距离测试时，设置架设高度和测试距离要进行以下影响分析。

3.1海面激光反射能量分析

利用海面作为激光反射体实施引偏时，海面在观测方向上反射激光能量是否满足激光引偏角测量系统探测灵敏度要求，是能否成功实施引偏的关键因素。在引偏干扰过程中，测量设备所接收的引偏激光能量，与引偏光在方位和俯仰方向的束散角、观测视线方向与海面反射激光能量中心方向的夹角、观测视线方向与海平面的夹角有关，同时海面的波动，也会对引偏光能量传输产生较大的影响。

若引偏引偏光斑尺寸与测试距离相比较小，可将激光光斑视为小面源朗伯辐射源，应用小面源产生的辐照度公式，根据引偏角测量系统光学口径对引偏光斑的张角θs、θc和引偏角测量系统光学窗口的面积ΔAs，计算出引偏光斑对引偏角测量系统光学窗口的照度E，对引偏光斑的散射能量进行估算[5]，见式(4)。对测试距离、架设高度进行设计时，要保证散射激光能量到达引偏角测量系统的辐照度要高于测量设备的接受灵敏度[6]，以满足设备的探测要求。

(4)

3.2海面引偏激光光斑散射区域分析

海面对引偏激光光斑的散射与海面粗糙度σ和激光入射角有关[7]，海面粗糙度σ与海面风速v的关系见式(5):

σ2=0.003+5.12×10-3v

(5)

海面散射改变了光束分布的均匀性，其能量密度随反射角增大而增大。能量重心与入射角与海面起伏特性相关，并偏向海面一侧最大反射角处。当海浪起伏斜率δ一定时，激光入射角由0°～90°变化时，反射光束峰值辐射功率密度由光束的中心位置不断偏向海面。散射光束服从反射定律，并在原入射光束发射角基础上在高低方向上又拓宽了一定的角度。当入射角较小时拓宽了4δ，当入射角很大时只向上拓宽了2δ，向下拓宽角很小，拓宽角度与入射角度与海面起伏统计斜率相关[8]。

进行架设高度、测试距离设计时，还要考虑引偏激光的入射角度，以及海面粗糙度σ与海面风速v的影响程度，以确保引偏角测量系统的观测位置处于引偏激光光斑的有效散射区。

3.3激光引偏角测量视场和像元分辨率分析

根据引偏设备工作原理，引偏激光的发射方向是朝向目标指示器方向[9]。由于激光告警角分辨力的影响，引偏激光发射方向与目标指示器方向可能存在一个角度，测试航路设计必须保证目标和引偏光斑同处于引偏角测量系统跟踪视场内[10]，且引偏角度不大于引偏角测量系统半跟踪视场。

在不同距离识别同一引偏距离的电视视场像元分辨率不一样，测试距离设置除了要保证目标和引偏光处于引偏角测量系统跟踪视场内，还要满足一定的像元分辨率要求。

4激光引偏距离测试与结果评定

4.1激光引偏距离测试方法

引偏角测量系统搭载配试空中平台或水面平台，由远及近向装载引偏干扰设备的目标靠近，航路满足引偏角测量系统的测量视场和测量精度要求，引偏角测量系统的观测角度满足激光半主动制导武器攻击角度要求；跟踪设备引导激光目标指示器瞄准并跟踪目标，激光目标指示器发射激光目标指示信号，引偏角测量系统稳定跟踪目指照射点后实施激光引偏干扰，引偏角测量系统测量跟踪情况，重复进行n次测量。

4.2引偏距离结果评定方法

在一次测试过程中，引偏干扰效果依据引偏角测量系统跟踪状态和引偏距离数据进行判定，引偏角测量系统跟踪指向海面引偏光斑且引偏距离平均值不小于规定值，则判为引偏干扰有效，其余情况判为干扰无效。

按式(6)计算每次测试各采样时刻引偏距离平均值:

(6)

在多次引偏干扰效果测试后，采用验证引偏干扰设备在满足规定引偏距离上的干扰成功率的方法对引偏距离进行测试结果评定，统计干扰有效次数，按式(7)计算干扰成功率，成功率满足规定值则引偏距离测试结果合格。

(7)

式中:ξ为干扰成功率，%；ne为干扰有效次数；n为测试次数。

5结语

本文从分析激光引偏角测量系统测量原理和引偏距离解算方法入手，对海面激光反射能量、引偏激光光斑散射区域和引偏角测量视场和像元分辨率等测量布站要素进行分析，提出了测试距离、架设高度设置要求和引偏距离测试方法，并采用验证引偏干扰设备在满足规定引偏距离上的干扰成功率的方法对引偏距离进行测试结果评定，以评价其有效对抗激光半主动制导武器的能力，为激光引偏距离指标的测试与考核提供了理论研究基础。

参 考 文 献

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Measurement and Evaluation for Laser Deception Distance

LIU Jingmei

(No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractIn the article，the work theory of laser deception angle system and computing method of are introduced.According to the measuring requirements and conditions，the design factors of deception distance measurement are analysed,the realizing method and evaluation method are researched.Thus it can evaluate the ability of efficient countermove to semi-active laser-guided weapons.The theoretical basis of deception distance measurement and evaluation is provided.

Key Wordslaser, deception distance, test method, resulting evaluation

* 收稿日期：2015年11月12日,修回日期：2015年12月17日

作者简介：刘静梅，女，工程师，研究方向：光电对抗试验。

中图分类号TN219

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.036