激光引偏干擾中漫反射板假目標(biāo)的布設(shè)方法

孫春生，張曉暉，饒炯輝，張 爽

(海軍工程大學(xué)兵器工程系，湖北武漢430033)

1 引言

半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器以其命中精度高、抗干擾能力強(qiáng)、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。為對(duì)抗半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器、降低其作戰(zhàn)效能，各國(guó)都在大力發(fā)展相應(yīng)的對(duì)抗技術(shù)及裝備。激光引偏干擾，即激光角度欺騙干擾是對(duì)抗激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的有效手段，基于此干擾手段的激光對(duì)抗裝備已得到廣泛應(yīng)用［4－6］，主要用于保護(hù)要地和重要移動(dòng)平臺(tái)。

激光引偏干擾的基本思想是:激光假目標(biāo)誘偏來(lái)襲的激光制導(dǎo)武器至假目標(biāo)自身，通過(guò)自身的犧牲換來(lái)被保護(hù)目標(biāo)的安全。假目標(biāo)的布設(shè)方法和激光漫反射特性直接決定了引偏激光光強(qiáng)的空間分布、進(jìn)而影響著引偏干擾的效能甚至成敗。漫反射板具有良好的朗伯反射特性且反射率高，通常是激光引偏干擾系統(tǒng)配置的標(biāo)準(zhǔn)子設(shè)備之一。因此，研究漫反射板的布放方法對(duì)發(fā)揮激光引偏系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能具有重要意義。

目前關(guān)于激光引偏干擾中假目標(biāo)應(yīng)用的研究主要側(cè)重于平面或球形假目標(biāo)防護(hù)區(qū)域的分析［7］，仿真用漫反射屏的研制與標(biāo)定［8］，自然地物假目標(biāo)選擇建議［9］等。未見(jiàn)對(duì)常用漫反射板假目標(biāo)布設(shè)方法全面研究的文獻(xiàn)。本文根據(jù)激光引偏干擾的原理和漫反射假目標(biāo)發(fā)揮的作用，將每一漫反射假目標(biāo)的布設(shè)要素分解為相對(duì)于被保護(hù)目標(biāo)的距離ρt、相對(duì)于被保護(hù)目標(biāo)的方位角θta、漫反射板反射面的朝向方位角θtw、漫反射板的朝向俯仰角θtp等四個(gè)子項(xiàng)，結(jié)合激光引偏干擾過(guò)程中的激光制導(dǎo)威脅信息和漫反射靶板的朗伯反射特性，分析漫反射板假目標(biāo)各布設(shè)要素的要求并給出量化約束關(guān)系式，為漫反射板假目標(biāo)的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。論文中，所有方位角的基準(zhǔn)為真北向，俯仰角的基準(zhǔn)為水平面。

2 半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器的來(lái)襲威脅信息

半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器的來(lái)襲威脅信息包括照射器信息和來(lái)襲彈體信息。激光引偏干擾是一種被動(dòng)探測(cè)、主動(dòng)干擾的光電對(duì)抗方式。影響引偏干擾效能的威脅因素主要包括來(lái)襲激光照射器的照射光束方位角θma、照射光束俯仰角θmp、來(lái)襲彈體導(dǎo)引頭的接收視場(chǎng)角θmν、開(kāi)始激光導(dǎo)引時(shí)的彈體距被保護(hù)目標(biāo)的距離Lm和來(lái)襲彈體的毀傷半徑Rm等。其中來(lái)襲激光的照射方位角θma和俯仰角θmp影響著假目標(biāo)布設(shè)的方位角θta、朝向角θtp和θtw，來(lái)襲彈體的接收視場(chǎng)角θmν、開(kāi)始激光導(dǎo)引時(shí)的彈體距離Lm和毀傷半徑Rm影響著假目標(biāo)布設(shè)的距離ρt。

3 漫反射板的反射特性、引偏空域與防護(hù)角

激光引偏干擾系統(tǒng)中配備的漫反射板假目標(biāo)一般采用鋁板噴砂鈍化工藝制作，對(duì)1．06μm的激光的反射率不低于0．6，反射特性符合朗伯余弦定律。因此，無(wú)論干擾激光以何種角度入射到漫反射板上，反射板在各個(gè)方向上的輻射亮度相同，輻射強(qiáng)度隨各方向與反射面法線之間夾角的余弦而變化。

在引偏干擾過(guò)程中，漫反射假目標(biāo)將入射的干擾激光反射到指定的空域內(nèi)形成欺騙信號(hào)，以誘騙來(lái)襲的激光彈體的導(dǎo)引系統(tǒng)，使其偏離預(yù)定的攻擊目標(biāo)。這里的指定空域指的是有效引偏空域，有效與否主要是根據(jù)假目標(biāo)反射光與被保護(hù)目標(biāo)反射光的相關(guān)性和強(qiáng)度差異來(lái)區(qū)分的，只有兩種反射光相關(guān)且假目標(biāo)反射光強(qiáng)度大于某一閾值時(shí)才能實(shí)施有效的干擾。在不考慮地形地物阻擋的情況下，漫反射板的反射空域應(yīng)該是半球空間。但隨著反射方向與反射面法線之間夾角的增大，反射光強(qiáng)度按余弦規(guī)律減小，當(dāng)這一夾角增大到某一值時(shí)，反射光強(qiáng)度剛好能夠?qū)?lái)襲激光導(dǎo)引頭形成有效干擾，對(duì)應(yīng)的夾角就稱(chēng)為防護(hù)角θts。以漫反射板上的照射光斑為頂點(diǎn)、反射面法線為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸、防護(hù)角θts為邊界形成的圓錐空間即為有效引偏空域。

4 漫反射假目標(biāo)板的布設(shè)位置

另外，假目標(biāo)在引偏來(lái)襲彈體的過(guò)程中，為避免引偏彈道曲率半徑過(guò)小致使引偏失敗，假目標(biāo)的布設(shè)方位一般應(yīng)位于來(lái)襲彈體方位的鏡像方向附近，來(lái)襲彈體方位通常由激光照射器的方位角θma近似。結(jié)合方位角的取值區(qū)間范圍［0°，360°)，假目標(biāo)布設(shè)的方位角參數(shù)θta需滿足條件:

假定某引偏干擾系統(tǒng)由一塊漫反射板假目標(biāo)、一臺(tái)激光告警器、一臺(tái)干擾激光器組成，則在某來(lái)襲激光威脅條件下，假目標(biāo)布設(shè)位置的態(tài)勢(shì)圖如圖1所示。

圖1 漫反射板假目標(biāo)布設(shè)態(tài)勢(shì)示意圖Fig．1 state sketch map of layout for diffuse reflection board

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，來(lái)襲彈體參數(shù)θmν，Lm和Rm由情報(bào)數(shù)據(jù)給出，或取經(jīng)驗(yàn)值;來(lái)襲彈體方位由遠(yuǎn)方空情給出，或直接近似取來(lái)襲激光照射器的照射光束方位角θma，此角度可直接由激光告警器探測(cè)到;引偏系統(tǒng)中其他子設(shè)備的布設(shè)位置則直接由具有測(cè)距測(cè)向功能的激光測(cè)距機(jī)度量出。在這些參數(shù)都確定的情況下，假目標(biāo)的布設(shè)位置就可由式(1)、式(2)得到，符合布設(shè)要求的假目標(biāo)位置通常為一個(gè)局部區(qū)域。

5 漫反射板假目標(biāo)的朝向

同理，朝向俯仰角θmp的布設(shè)范圍需滿足(彈體來(lái)襲俯仰角近似取為θmp):

同時(shí)，確定漫反射板假目標(biāo)布設(shè)俯仰角時(shí)，還需考慮到地形和實(shí)際架設(shè)問(wèn)題，假定布設(shè)位置為水平地面，為了穩(wěn)定架設(shè)，其朝向俯仰角θtp的可能范圍在區(qū)間(0°，90°)內(nèi)，0°對(duì)應(yīng)反射面垂直于地面，90°對(duì)應(yīng)反射面平行于地面。綜合兩方面的因素，漫反射板假目標(biāo)朝向俯仰角θtp的布設(shè)范圍為:

從式(3)～式(5)可以看出，漫反射板假目標(biāo)的朝向布設(shè)范圍是一個(gè)以彈體來(lái)襲方向?yàn)閰⒖驾S的空域，此空域受漫反射板防護(hù)角和地形地物影響。

土壤質(zhì)地為均一細(xì)砂土，表面相對(duì)平坦，地下結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，少有反射層，且鹽堿含量較高，對(duì)信號(hào)的衰減也比較明顯，難以獲取自然反射層信號(hào)，僅可提取地面直達(dá)波信號(hào)，因此，在這里僅使用地面直達(dá)波模型獲取近地表平均土壤水分。

實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為方便使用，通常取漫反射靶板與水平地面的銳角夾角θ'tp為調(diào)整控制對(duì)象，θ'tp與θtp互為余角關(guān)系，此時(shí)式(5)變?yōu)?

若 θmp取(0°，90°)區(qū)間內(nèi)的任意值，θts取 60°，則俯仰角 θ'tp布設(shè)范圍為 30°＜θ'tp＜60°，這說(shuō)明漫反射假目標(biāo)布設(shè)的俯仰角條件是比較容易滿足的。實(shí)際布設(shè)過(guò)程中，因事先難以獲知來(lái)襲威脅的準(zhǔn)確信息，通常按這種情況簡(jiǎn)化處理。

6 多個(gè)假目標(biāo)的布設(shè)

在只有一批來(lái)襲激光威脅的情況下，若事先獲知威脅信息，按上述漫反射板假目標(biāo)的布設(shè)方法，布設(shè)一個(gè)假目標(biāo)就能達(dá)到引偏來(lái)襲半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器的目的。如果來(lái)襲方位未知或僅僅知道來(lái)襲方位的大致范圍且此范圍大于假目標(biāo)的防護(hù)角度時(shí)，就需要布設(shè)多個(gè)假目標(biāo)。

多個(gè)假目標(biāo)布設(shè)的基本要求是:合成的有效引偏空域包含可能來(lái)襲的威脅方向。為便于分析，在單個(gè)反射板布設(shè)位置和朝向滿足前述條件的情況下，僅考慮反射板朝向方位應(yīng)進(jìn)一步滿足的條件。

不妨假定來(lái)襲激光威脅的方位在某一角度范圍內(nèi)，且此角度范圍大于一倍的假目標(biāo)防護(hù)角度但小于兩倍的假目標(biāo)防護(hù)角度，在此條件下來(lái)分析假目標(biāo)的布設(shè)方法。

首先，根據(jù)來(lái)襲威脅角度范圍，確定需要使用兩塊漫反射板，每一漫反射板在布設(shè)時(shí)必須先滿足前面提出的布設(shè)位置和朝向條件。

其次，兩反射板在方位上需合成連續(xù)的有效引偏空域，兩反射板朝向方位角應(yīng)滿足:

最終，兩漫反射板合成的有效引偏空域的方位角應(yīng)包含來(lái)襲威脅的方位角，即:

當(dāng)來(lái)襲激光威脅的方位的角度范圍更大或全方位來(lái)襲(未知方位)時(shí)，布設(shè)方法也基本相同，只是使用的漫反射板多一些而已。此時(shí)式(7)表示相鄰的兩反射板朝向方位應(yīng)滿足的條件，式(8)表示可能的來(lái)襲方位角應(yīng)包含在多塊漫反射板合成的有效引偏空間方位角區(qū)間內(nèi)。

7 結(jié)論

論文研究了常用漫反射板假目標(biāo)在激光引偏對(duì)抗中的布設(shè)方法。結(jié)合半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器的來(lái)襲威脅信息和漫反射板的反射特性，分析得出如下結(jié)論:

(3)布設(shè)多個(gè)假目標(biāo)布設(shè)的基本要求是合成的有效引偏空域包含可能來(lái)襲的威脅方向。其中布設(shè)兩塊漫反射板的具體要求為:

上述公式中符號(hào)的涵義參考論文正文部分。

漫反射板假目標(biāo)在激光引偏對(duì)抗中的布設(shè)方法也適用于其他自然地物激光假目標(biāo)，但對(duì)自然地物而言，因反射特性不同導(dǎo)致防護(hù)角度不同且防護(hù)角與干擾激光的入射角度有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

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