激光引信技術(shù)及其發(fā)展

伍朝剛

[摘要]介紹激光的主要特征，引信的工作原理功能和特點(diǎn)，闡述引信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]激光 引信 原理

中圖分類號(hào)：TN2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0510091－01

一、激光引信工作原理

激光引信是利用激光束探測(cè)目標(biāo)的引信。激光引信由激光發(fā)射機(jī)、激光接收機(jī)、信號(hào)處理電路、執(zhí)行電路和電源等組成。

激光引信發(fā)射機(jī)的輻射源通常采用半導(dǎo)體砷化鎵激光器。利用不同波形的電流信號(hào)注入激光器的泵浦電源，使激光器發(fā)射的激光束受人的響應(yīng)波形信號(hào)的調(diào)制。注入激光器泵浦電源的波形信號(hào)，通常是有一定重復(fù)頻率的脈沖，或編碼脈沖，或一定頻率的連續(xù)波。這就是說激光引信的工作體質(zhì)有諸如激光器的泵浦電源的波形信號(hào)決定。目前激光引信最常用的工作體制是具有一定重復(fù)頻率的脈沖體質(zhì)。當(dāng)目標(biāo)位于激光引信接收機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的市場(chǎng)內(nèi)，并被發(fā)射機(jī)通過光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的激光束照射時(shí)，接收機(jī)的光學(xué)探測(cè)器探測(cè)來自目標(biāo)的部分漫反射光。經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大和處理，輸入到執(zhí)行電路，適時(shí)起爆戰(zhàn)斗部。

二、激光引信特點(diǎn)和要求

（一）激光引信對(duì)目標(biāo)能全向探測(cè)。空對(duì)空導(dǎo)彈早期配用得光引信是被動(dòng)紅外引信，它以來對(duì)目標(biāo)的紅外輻射的探測(cè)來工作。例如，飛機(jī)目標(biāo)的紅外輻射主要來自發(fā)動(dòng)機(jī)噴口的黑體輻射和尾氣流。所以被動(dòng)紅外引信主要對(duì)飛機(jī)目標(biāo)的后半球探測(cè)。飛機(jī)飛行時(shí)，飛機(jī)蒙皮啟動(dòng)加熱而產(chǎn)生的紅外輻射，他和飛機(jī)飛行的速度和高度密切相關(guān)。尤其在高空。亞音速飛機(jī)狀態(tài)下，其蒙皮的紅外輻射很難被近、中紅外引信利用。另外被動(dòng)紅外引信很難攻擊具有較強(qiáng)紅外抑制能力的目標(biāo)。激光引信是探測(cè)自身發(fā)射而從目標(biāo)反射的激光回波，所以它對(duì)目標(biāo)的探測(cè)不受其有無紅外輻射及紅外輻射的方位的限制。

（二）激光引信具有良好的距離截止特性。距離截止是引信抑制預(yù)定距離之外的反射信號(hào)的性能。脈沖激光引信用電路方法實(shí)現(xiàn)距離截止常用距離選通器原理，如圖1所示。其反射脈沖寬度為20～150ns，重復(fù)頻率為5～10kHz。接收機(jī)探測(cè)到目標(biāo)反射的激光回波，經(jīng)激光電轉(zhuǎn)換、放大，輸入到距離選通器。同時(shí)對(duì)調(diào)制器輸入的調(diào)制脈沖延遲，輸入到選通器作為它的開門信號(hào)。只有從預(yù)定距離內(nèi)的目標(biāo)反射的激光回波脈沖所產(chǎn)生的電信號(hào)才能通過選通器。

對(duì)于周視探測(cè)器的激光引信（主要配用于空對(duì)空導(dǎo)彈），它采用光路交叉的原理實(shí)現(xiàn)距離截止，如圖2所示。引信發(fā)射機(jī)和接收機(jī)沿彈軸安裝，相聚一定間隔。在彈軸的赤道面上要求視野角360°探測(cè)，在彈軸的子午面上視場(chǎng)角很小。發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)先對(duì)激光器打發(fā)出的較大束散角的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，后用柱鏡或反射光錐、光楔在徑向進(jìn)行擴(kuò)束，通常用4~6個(gè)象限使之形成360°視野角。接受光學(xué)系統(tǒng)用浸沒透鏡或拋物面反向鏡使之徑向獲得360°的視野角；由探測(cè)器的光敏尺寸和系統(tǒng)的焦距決定視場(chǎng)角。在處置彈軸的方位上，很窄的發(fā)射激光束和接收機(jī)探測(cè)視場(chǎng)交叉而形成一個(gè)重疊的區(qū)域。目標(biāo)只有進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，接收機(jī)才能探測(cè)到目標(biāo)反射的激光回波。重疊區(qū)的范圍對(duì)應(yīng)著引信最大作用距離和最小作用距離。通過調(diào)整發(fā)射和接受光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)來設(shè)計(jì)音信的作用區(qū)。按不同導(dǎo)彈的作戰(zhàn)要求，引信作用半徑在3～9m，截止距離精度可達(dá)到±0.5m。

對(duì)于前視探測(cè)的激光引信（主要配用于反坦克破甲彈），也采用光路交叉的原理實(shí)現(xiàn)距離截止，如圖3所示。其發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在彈體頭部的圓截面直徑的兩端，發(fā)射光束和接受光學(xué)視場(chǎng)角基本相同，兩者前傾構(gòu)成光路交叉重疊區(qū)。發(fā)射光束軸線和接收視場(chǎng)軸線交會(huì)與一點(diǎn)，構(gòu)成三角形，其底邊上的高即為引信的定距。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射光束和接收視場(chǎng)的重疊區(qū)，接收機(jī)探測(cè)到目標(biāo)反射的激光回波，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、放大，輸出一系列的脈沖信號(hào)，其幅值包絡(luò)曲線的最大值對(duì)應(yīng)于引信的定距點(diǎn)。通過調(diào)整發(fā)射光束軸線和接受視場(chǎng)軸線的傾斜角來設(shè)定距點(diǎn)。按導(dǎo)彈不同的炸距要求，其作用距離多在1m以內(nèi)，通常定距精度為±0.1m。

（三）引信提供的位置信息與戰(zhàn)斗部定向性相匹配。對(duì)于周時(shí)探測(cè)的多象限激光引信，（如圖3所示）沿著彈軸向安裝有四個(gè)或六個(gè)發(fā)射機(jī)，每一個(gè)發(fā)射機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)使得發(fā)射的激光束成極薄的扇形，其扇面的有效區(qū)為90°或60°。接收機(jī)的傾角和試場(chǎng)同發(fā)射機(jī)相匹配。這樣，在彈目交會(huì)瞬間可獲得目標(biāo)相對(duì)于導(dǎo)彈的位置信息，即目標(biāo)

相對(duì)導(dǎo)彈的位置信息來控制爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)，使戰(zhàn)斗部在恰當(dāng)?shù)奈恢枚ㄏ蚱鸨?，從而獲得最佳的引戰(zhàn)配合效果。

三、光引信的發(fā)展趨勢(shì)

由于半導(dǎo)體激光引信具有可靠性打，安全性高，重量輕和成本低等有點(diǎn)，從而能導(dǎo)致較高的戰(zhàn)斗效率。因此美國航空和航天管理局（NASA）開始了一項(xiàng)三階段的計(jì)劃，這些計(jì)劃將借助飛行驗(yàn)證研究全固體半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)的應(yīng)用，在激光引信方面減小雜散信號(hào)引起的潛在危險(xiǎn)。

為了使激光近炸引信能探測(cè)距離比較遠(yuǎn)的目標(biāo)，以用于先進(jìn)的防空系統(tǒng)和彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)，美國還研究了將Nd：YAG激光器用于激光引信。對(duì)這種激光器的要求是，脈寬在10ns左右脈沖重復(fù)頻率大于1kHz，峰值功率大于100W。

參考文獻(xiàn)：

[1]王為奎、唐浩、方延平，激光技術(shù)在引信中的應(yīng)用，現(xiàn)代物理知識(shí)，2007.

[2]Schulze N,Laser initiated ordnance activities in NASA,1994,N96-12005:1～38.