维普资讯 http://www.cqvip.com 第２２卷第５期 光电技术应用 Ｖｂｉ ２２．ＮＯ．５ ２００７年１０月 Ｅ乙 一 尸 ７ 己 】，ＡＰＰＬ，（ ＴＩＯＮ Ｏｃｔｏｂｅｒ．２ｏｏ７ 文章编号：１６７３—１２５５（２００７）０５—００１３—０３ １．０６ｔ￣ｍ激光对激光导引头压制干扰分析 柴国庆 一，赵威 （１海军航空工程学院，山东烟台２６４００１；２．６３８８０部队，河南洛阳４７１００３） 摘要：通过对激光导引头的组成和工作原理的分析，阐述了高功率１．０６ ｔａｎ激光对激光导引头的压制干扰效应，分析了 激光在干扰激光导引头时的空间能量密度变化． 关键词：激光制导；压制；能量密度 中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｊａｍｍｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ １．０６Ｆｍ－Ｌａｓｅｒ ｔｏ Ｌａｓｅｒ—Ｇｕｉｄｅｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ＣＨＡＩ Ｇｕｏ－ｑｉｎｇ 一．ＺＨＡＯ Ｗｅｉ （１．Ｎａｖａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ； ２．６３８８０ Ａｒ， Ｕｎｉｔ ｏｆＰＬＡ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｌａｓｅｒ—ｇｕｉｄｅｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ １．０６ｐ￣ｍ ｌａｓｅｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｊａｍｍｉｎｇ ｔｏ ｌａｓｅｒ—ｇｕｉｄｅｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ｅｎ— ｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｊａｍｍｉｎｇ ｔｏ ｌａｓｅｒ－ｇｕｉｄｅｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ ｇｕｉｄａｎｃｅ；ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ 激光有源压制干扰是利用高能激光对军用光电 前置放大器和陀螺仪及其驱动机构组成．激光导引 装备（如激光导引头）实施压制、干扰、损伤其光学元 头的主要功能是搜索、捕获和跟踪目标，输出制导信 件或光电探测器，使之无法对目标进行观察、测距、 号和导引头相对弹体的姿态信号． 瞄准、跟踪、制导，从而丧失作战能力，本文研究了激 激光半主动寻的器的激光波长大多为１．０６ 光导引头的工作原理和激光对其的压制干扰方式． ｍ，不同的激光制导武器，如导弹、航空炸弹和炮 弹，所用的激光寻的器的结构可能各不相同．其寻的 １激光导引头的组成及工作原理 器的结构一般各不相同，但基本工作原理是相同的． 激光半主动寻的制导系统的组成如图１所示． １．．基本组成 １．２工作原理 激光半主动寻的制导是目前激光制导武器应用 图１左侧虚线内为激光目标指示器，它的任务 最广泛、技术上最成熟的一种制导方式．它具有制导 是向被攻击的目标发射激光束，为制导武器指示目 精度高、抗干扰能力强、成本较低、可与其他寻的系 标．其右侧虚线内为弹上寻的系统，是激光制导武器 统兼容等特点．激光半主动寻的制导武器主要由弹 的核心部件．弹上寻的系统一般由探测器、放大及逻 上的激光导引头和弹外的激光目标指示器２部分组 辑运算器、信息处理器、指令形成器和陀螺稳定平台 成． 组成． 激光导引头一般由位标器、信息变换处理设备 作为导弹制导系统的核心器件，探测系统直接 和伺服系统组成，其中位标器由光学系统、探测器、 影响制导武器的命中精度、抗干扰能力等．其基本原 收稿日期￣２００７—０８—０１ 作者简介：柴国庆（１９７６～），男，河南省盂州人，硕士研究生，主要研究方向为光电检测与实验 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 光电技术应用 第２２卷 图１ 激光半主动寻的系统组成示意图 理是由四象限探测器探测到目标的方位角信息，经数 据处理后输送给激光制导武器控制系统以产生相应的 伺服动作来进行制导．所以在与导弹的对抗中，较为有 效的途径是对其制导系统进行干扰或损伤，即用强激 光对其探测器进行压制干扰破坏，使导弹不能有效探 测跟踪，从而丢失攻击目标． ２ １．０６ ｔ＿ｔｍ激光对激光导引头的干扰 分析 ２ １干扰原理分析 高功率激光器向激光导引头发射高功率１．０６ ｔａｎ激光进行干扰，在经过大气传输和其导引头的 光学系统后，使得激光导引头的探测器受到强激光 照射后持续饱和，从而影响到激光导引头数据控制 系统提取从攻击目标反射来的激光指示信号的能 力，或使激光导引头探测器受损伤而导致激光导引 头灵敏度降低或完全失去探测的能力，最终导致激 光导引头的制导能力下降或失去制导功能． ２．２ １．０６ ｔａｎ激光经大气传输能量密度变化分析 激光从发射至传输到激光导引头探测器件表面 上，干扰能量密度会发生较大的变化，这是影响整个 干扰效果的重要因素．它包括１．０６ ｍ激光经大气 传输后的能量密度的变化和１．０６ ｍ激光经激光 导引头光学系统产生的光学增益影响其能量密度分 布的变化等．通过以下几个公式可进行定量计算ｌ３ｊ １．０６邮 激光从发射至激光导引头探测器件表面上 的能量密度变化． ２．２。１激光经大气传输后的能量密度变化 （１）１．０６ ｍ激光在大气中的衰减系数［ ］ －‘ｆＩ １ Ｊ （１ ） 式中， 为大气能见度，Ｊ；入为干扰激光波长， ｍ；ｇ 为修正因子，中等能见度时，取１．３． （２）１．０６ ｍ激光在大气中经水平距离Ｌ传输 的能量 ＥＬ＝Ｅｏ。ｅｘｐ（一口‘Ｌ） （２） 式中，Ｅ０为激光设备出瞳处的能量，Ｊ；ＥＬ为激光传 输到Ｌ处的能量，Ｊ；口为大气衰减系数，１／ｋｉｎ；Ｌ为 激光在大气中水平传输的距离，ｋｍ． （３）１．０６，ｕｍ激光在大气中水平距离传输的激 光光斑直径 ＝ ｏ＋１０００Ｌ （３） 式中， ０为激光设备出瞳处的光斑直径，ｃｒｎ；九为 激光设备发射的激光传输到Ｌ处的光斑直径，ｃｒｎ；０ 为激光设备输出激光的光束发散角，ｒｎｒａｄ． （４）１．０６ ｍ激光在大气中水平距离传输的激 光能量密度 ＤＬ＝ ４￣Ｅ Ｌ （４） ２．２．２激光导引头光学增益及探测器上能量密度 （１）激光导引头光学系统的光学增益 Ｍ… ㈣ 式中，Ｍ为激光导引头的光学增益；ｒ为激光导引 头光学系统对入射激光的透过率； 为激光导引头 有效通光口径，ｃｍ； 为激光导引头光敏面上光斑 直径，ｃｒｎ． （２）激光导引头探测器面上的能量密度 Ｄｏ＝Ｍ‘ＤＬ （６） ２＝ｆ·０×１０ ＋ ３ （７） 式中，ＤＬ为激光传输到Ｌ处的激光能量密度，Ｊ／ ｃｍ２；ＤＧ为激光传输到Ｌ处照射在激光导引头光敏 面上的激光能量密度，Ｊ／ｃｒｎ２； ３为激光导引头光敏 面上弥散斑直径，ｃｍ；ｆ为激光导引头光学系统焦 距，ｃｍ；０为激光光束发散角，ｒｎｒａｄ． 由式（１）～式（７）可进行１．０６ ｔａｎ激光对激光 导引头压制干扰的能量传输变化过程进行计算分 析，根据高功率１．０６ ｔａｎ激光对激光导引头光电探 测器的辐照程度，从机理上可对压制干扰的效果开 展评估研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com
第５期 柴国庆等：１．０６脚激光对激光导引头压制干扰分析 １５ ２．３光电探测器损伤阈值实验数据分析 ｍ ｔｔｍ激光进行干扰，在经过大气传输和其导引头的 光学系统后，使得激光导引头的探测器受到强激光 光电探测器材料的光吸收能力一般比较强，其峰 值吸收系数一般为１０３～１０５ ｃｎ１～，因此入射在其上的 辐射大部分被吸收，结果引起温度的上升，造成不可逆 转的热破坏，包括破裂、碳化、热分解、熔化、气化等． 光电探测器的损伤阈值受到以下因素的影响： 激光辐照时问，激光束直径，激光波长以及探测器结 照射后持续饱和，从而影响到激光导引头数据控制 系统提取从攻击目标反射来的激光指示信号的能 力，或使激光导引头探测器受损伤而导致激光导引 头灵敏度降低或完全失去探测的能力，最终导致激 光导引头的制导能力下降或失去制导功能．高功率 激光对激光导引头的干扰使得其探测器发生以下各 构，探测器材料的光学和热学特性等．国外一些研究 机构通过实验，得出Ｓｉ（ＰＩＮ）和ＰｂＳ／ＰｂＳｅ探测器开 始出现激光损伤时的阈值Ｐ 与辐照时问呈一种非 线性的关系（如图２）：辐照时问越长，可以达到损伤 要求的辐照强度相对越小，反之，如果辐照时间比较 短，则要求激光具有很高的出射能量． １．０６ ｔｔｍ激光对激光导引头的干扰损伤，是由 于能量较强的激光对导引头的光学敏感元件的物理 损伤所导致的．通过以上的分析，在已知激光波长、 发射距离和大气透过率的情况下，可以在理论上计 算出在预定距离上的激光能量密度，在综合考虑了 相应导引头探测器的光学增益，与其损伤阈值进行 比较后，可以判定被测试的装备是否可以达到对探 测器的压制干扰或损伤．同时也可以反推得出，对预 定距离上的光电探测器进行压制干扰所需的激光强 度．在实际应用中，为了更好地达到压制或损伤干扰 效果，应给出一些余量，实际出射激光能量应比估算 值高１０％左右，以弥补计算误差． ｇ １（ｒ １旷 １旷 １旷 ｔ／ｓ １旷 １０ １０。 图２实验测量的红外探测器材料开始出现激光 （激光波长为１．０６ ｔ－ｍ）破坏时的阈值与辐照时间的关系 ３ １．０６ ｍ激光对激光导引头压制干 扰效应 高功率激光器向激光导引头发射高功率１．０６ 种物理和化学反应． ３．１压制干扰热效应【２Ｊ 入射激光作用于激光导引头的探测器表面时， 当入射激光强度较小，不足以达到探测器损伤阈值， 但经过一定时间的照射，探测器材料会将吸收的光 能转变成热能，从而使光电探测器本身的工作状态 发生不同程度的改变，经过一个瞬态热运输过程，探 测器材料温度升高，并影响到探测器的工作特性． ３．２压制干扰混沌效应 入射激光对光电探测器中的混沌效应源于强激 光场与光生载流子之间的非线性耦合．有计算表明， 在一定功率的激光作用下（损伤阈值左右），系统会 出现复杂的混沌过程．混沌现象在其功率谱上显示 出强的噪声背景，但又不同于噪声，它会使得探测器 对目标的探测暂时失效． ３．３压制干扰化学效应 入射激光能量较强，高于探测器的损伤阈值，并 连续辐照光电探测器时，由于材料表面元素的化学 和热动力学性质，当吸收足够多的能量后，可以导致 探测器的表面熔化和表面重新凝固过程，并可能改 变探测器表面的结构，凝固过程甚至还可以导致探 测器的整个内部结构的破坏． ４ 结 束 语’…－ ’一 高功率１．０６ ｐｔｍ激光是对抗激光导引头的最 有效手段之一．近年来强激光武器和激光导引头都 在不断地采用更先进的技术，其对抗方式也在不断 发展．通过对半主动寻的激光制导导引头的光学结 构、工作原理，以及１．０６ ｔｔｍ激光的传输特性的研 （下转第３８页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
光电技术应用 第２２卷 的ＰｚＴ频率比较． 同时从试验结果看到，ＦＯＳ成功地检测到由 ３试验结果 图５为所用光纤传感器对水平铝板的应力和温 度的测量结果．从图５中可知，铝板的热应力是随温 度的升高而呈线性增加的，因为温度从２５～９０℃增 ＰＺＴ激励的振动频率达２ ｋＨｚ；由ＥＦＰＩ信号的取样 频率为１ ＭＨｚ；该系统能测量的振动频率可高达 ５００ ｋＨｚ． 试验结果表明：该测量系统仅采用一个传感器 （Ｆ（）Ｓ）就能对应力温度和振动同时进行测量．比较 按每一物理参数而采用多个不同传感器的常规测量 方法，本文所述方法更有效．该传感检测系统非常适 加期间内产生的应力约为１５００ ￡（ｓ＝ ＝ Ｌ 用各种工程结构，例如，飞机、卫星及许多复合结构 Ａ Ｊ 式中：Ａｄ为空腔长度ｄ的变量；ｄ 为最终空 物之类的正常监测． Ｌ 腔长度；ｄｏ为起始空腔长度；Ｌ为标准尺长度．）该 参考文献 测量系统具有±２０ 的应力精度；而温度精度为 ±１℃；铝板的热膨胀系数（ＣＴＥ）≈２３×１０ ℃． ［１］Ｈｙｕｎ－ｋｙｕ Ｋａｎｇ，Ｈｙｕｎｇ－Ｊｏｏｎ Ｂａｎｇ，Ｃｈａｎｇ－Ｓｕｎ Ｈｏｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｇ ａ ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｏｒ［Ｚ］．Ｍｅａ— ｓ￣ｅｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ＰＩＩ：ＳＯ９５７． ［２］姜德生，罗裴．光纤布拉格光栅（Ｆ１３Ｇ）传感器［Ｊ］．仪表 技术与传感器，２００３（２）． 馏 ［３］曹满婷．Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ（法布里一珀罗）干涉式光纤温度 蕞 传感器的研究［Ｊ］．传感器技术，２００１（７）． 图５应力和温度的测量 简讯 ＤＨＹ３２２激光对抗系统 ＤＨＹ３２２激光对抗系统是ＣＩＬＡＳ公司在２００５ 统已经在战舰上服役． 年末首次引进的，设计用于保护高价值固定和移动 ＤＨＹ３２２能够在不到１秒钟内对抗激光制导武 目标，如指挥所、海上舰船免受激光制导武器攻击． 器的攻击，比其他对抗系统如烟幕、火炮的速度更 当敌方激光指示器瞄准被保护目标时， 快，可有效对抗最新一代激光制导武器，其照射持续 ＤＨＹ３２２产生欺骗光斑，在实际目标附近通过照射 时间只有几秒．系统可包括一个或几个激光转台，可 高能激光光斑、编码来模仿敌方激光信号，进而欺骗 全自动多方向２４小时工作． 来袭激光武器锁定新的光斑而非实际目标．目前系 （王浩提供）