激光有源干擾的防御措施＊

劉松濤，劉振興

（海軍大連艦艇學(xué)院信息作戰(zhàn)系，遼寧大連116018）

0 引言

激光有源干擾包括激光欺騙干擾、激光抑制干擾和強(qiáng)激光干擾。激光欺騙干擾用于干擾激光制導(dǎo)武器和激光測距機(jī)。激光抑制干擾是用激光干擾信號掩蓋或淹沒有用的信號，阻止敵方光電制導(dǎo)系統(tǒng)獲取目標(biāo)信息，從而使敵方光電制導(dǎo)系統(tǒng)失效［1］。強(qiáng)激光干擾的致盲低能激光武器可破壞光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器和傷害人眼［2］，而其高能激光武器則可“直接命中”目標(biāo)的本體或戰(zhàn)斗部，是摧毀式的硬殺傷武器，因而使光電干擾的概念演變?yōu)楣怆娺M(jìn)攻。目前激光有源干擾的主要方式是強(qiáng)激光干擾和激光欺騙干擾，二者的區(qū)別是：強(qiáng)激光干擾強(qiáng)調(diào)使敵方的光電探測系統(tǒng)或人眼永久或暫時地失去光電探測能力，而欺騙干擾則致力于以假亂真，使敵方將干擾激光當(dāng)成目標(biāo)信號進(jìn)行處理，從而做出錯誤的判斷；強(qiáng)激光干擾知道方位信息即可，無需更多信息，使用方便，而欺騙干擾還要求發(fā)射信號相同或相關(guān)，對激光的干擾波長、干擾體制要求十分苛刻，使用受限。

鑒于上述分析，本文首先結(jié)合激光欺騙干擾的防御，從激光測距機(jī)和半主動激光制導(dǎo)武器兩個方面論述了各種抗干擾技術(shù)，然后重點(diǎn)分析激光防護(hù)器材的防護(hù)原理以及新體制導(dǎo)彈的強(qiáng)激光防護(hù)技術(shù)。

1 激光欺騙干擾的防御措施

1.1 激光測距機(jī)的抗干擾措施

抗干擾措施包括：多波門、距離波門、濾光片和偏振接收等。

1）多波長測距往往配合濾光片接收技術(shù)，可有效對抗敵方的有源干擾，但對光纖延遲干擾作用不大；

2）距離波門針對正距離干擾效果較好，但是不能完全阻止高頻干擾脈沖；

3）偏振接收技術(shù)可以大幅度降低進(jìn)入接收機(jī)的有源干擾強(qiáng)度。但是，若對方的告警系統(tǒng)很快探測到測距機(jī)的發(fā)射脈沖的偏振態(tài)，從而引導(dǎo)干擾機(jī)發(fā)射與之相垂直偏振的干擾脈沖，則測距機(jī)也會受到干擾。

1.2 半主動激光制導(dǎo)武器的抗干擾措施

1）常見的抗干擾措施

半主動激光制導(dǎo)武器中，采用的抗干擾措施主要包括編碼解碼、抗干擾電路、光譜濾波、縮短激光目標(biāo)指示時間和時間波門等技術(shù)［3－4］。具體分析如下：

①激光編解碼技術(shù)。是指采用編碼技術(shù)將激光制導(dǎo)脈沖信號進(jìn)行統(tǒng)一編碼，攻擊不同目標(biāo)時，半主動激光制導(dǎo)武器可以采用不同的激光編碼。然后，利用解碼技術(shù)對探測到的激光脈沖信號解碼，解碼成功即可確定所預(yù)定的攻擊目標(biāo)。受激光器本身的限制，當(dāng)前激光目標(biāo)指示器的脈沖重復(fù)頻率一般為10～20Hz，可能采用的脈沖編碼方式只有重復(fù)頻率碼和變頻碼。這類編碼方式比較簡單，容易被敵方識別后發(fā)送編碼相同且時間超前的激光信號進(jìn)行干擾，所以應(yīng)該不斷提高激光信號的編碼解碼技術(shù)，增強(qiáng)激光信號的抗識別能力。

②抗干擾電路技術(shù)。是指為提高系統(tǒng)的探測概率和降低系統(tǒng)的虛警概率等采用的相關(guān)電路技術(shù)，比如探測器、低噪聲放大器、信號處理等技術(shù)。抗干擾電路技術(shù)是提高半主動激光制導(dǎo)武器的精度及抗干擾性能的重要技術(shù)。

③光譜濾波技術(shù)。是指采用光學(xué)濾波的原理，對光學(xué)系統(tǒng)接收到的光學(xué)信號進(jìn)行窄帶濾波。如果已知激光目標(biāo)指示器發(fā)射的激光脈沖編碼信號的波長λ＝1064nm，就可以設(shè)計中心頻率λ0＝1064nm、帶寬Δλ＝15nm的窄帶光學(xué)濾波片，使得光學(xué)系統(tǒng)只能通過激光制導(dǎo)編碼脈沖信號，而大幅度衰減帶寬之外的光信號，從而提高半主動激光制導(dǎo)武器的抗干擾性能。

④縮短激光目標(biāo)指示時間。半主動激光制導(dǎo)武器一般采用發(fā)射后捕獲目標(biāo)技術(shù)，激光目標(biāo)指示器與半主動激光制導(dǎo)武器協(xié)同工作，完成捕獲目標(biāo)的任務(wù)。因此，激光目標(biāo)指示器的工作時間應(yīng)盡量縮短，從而縮短對方偵察、告警和干擾裝置的響應(yīng)時間。

⑤時間波門技術(shù)。根據(jù)激光編碼信息和時間同步點(diǎn)，激光導(dǎo)引頭信息處理電路預(yù)測待檢測的激光制導(dǎo)脈沖到達(dá)時刻。由于激光脈沖間隔不確定度的存在，待檢測的激光脈沖到達(dá)時刻同樣具有不確定度，因此，只要在不確定度之內(nèi)的時間段里到達(dá)的激光脈沖都被認(rèn)為是激光制導(dǎo)脈沖，除此之外均為干擾脈沖。這個特定時間段長度稱為波門大小，通常采用納秒為單位［5］。

時間波門主要包括固定型和實時型兩種。如圖1所示，固定型波門是指在確認(rèn)一組相關(guān)制導(dǎo)信號T0～Tm（Tm代表制導(dǎo)信號，虛線代表波門）后，把最后一個脈沖Tm作為同步點(diǎn)，按照預(yù)先的編碼規(guī)律一次性設(shè)定好以后所有時刻的波門開啟時間。實時型波門則有多個同步點(diǎn)，可將每一次實際接收的信號脈沖作為下一個波門的同步點(diǎn)，來設(shè)定下一次波門的開啟時間，比如Tm＋1時刻波門開啟時間由Tm時刻的脈沖確定，Tm＋1時刻的脈沖確定又決定了Tm＋2時刻波門開啟時間。實時型波門的優(yōu)點(diǎn)是消除了波門設(shè)置中的累計誤差，同時波門大小可以設(shè)置得相對較窄。因此，大多數(shù)激光制導(dǎo)武器都采用實時型波門技術(shù)來提高抗干擾能力。

圖1 固定型波門

2）高重頻干擾及其抗干擾方法

高重頻干擾是一種非常有效的激光有源干擾方式。由于激光干擾信號的重頻頻率可達(dá)100kpps左右，比激光編碼頻率（10～20pps）高很多，所以未識別激光編碼規(guī)律，強(qiáng)行擠入波門的概率很大。這使得前面所述的激光制導(dǎo)武器的常見抗干擾措施，比如：編解碼技術(shù)和時間波門，均不能有效對抗高重頻激光干擾。文獻(xiàn)［6］設(shè)計了一個高重頻激光有源干擾源連續(xù)干擾的簡單方式。設(shè)高重頻激光干擾信號的頻率為100kpps，指示激光制導(dǎo)信號頻率為10～20pps。首先測出高重頻周期，再計算出反向高重頻信號的起始點(diǎn)，以此起始點(diǎn)為同步點(diǎn)發(fā)出與高重頻信號完全反向的周期信號，并以此信號控制一個高重頻電子開關(guān)。當(dāng)高重頻激光干擾信號和制導(dǎo)信號的混合信號經(jīng)過該開關(guān)電路時就可以將高重頻信號消除，只剩下己方的制導(dǎo)信號，從而實現(xiàn)高重頻激光干擾的有效對抗?？垢咧仡l激光有源干擾如圖2所示。經(jīng)過高重頻的周期測定，反向高重頻信號的同步點(diǎn)確定以及高重頻信號的消除這三個過程，就可抑制高重頻激光干擾信號。

圖2 抗高重頻激光有源干擾方案示意圖

2 強(qiáng)激光干擾的防御措施

在強(qiáng)激光干擾防御時，可以采取以下措施：1）快門技術(shù)。在受到威脅時發(fā)出警告，啟動“眼瞼”式快門防護(hù)系統(tǒng)關(guān)閉光路，即讓“快門”阻斷強(qiáng)激光的攻擊，待激光干擾消失后，再開“門”工作，從而起到完全的防護(hù)作用。目前，美國已研制出快于4000次／s的快門機(jī)［7］。2）抗飽和接收技術(shù)。3）凍結(jié)AGC放大倍數(shù)。如果能量變化過大，通過凍結(jié)AGC放大倍數(shù)，可以防止AGC干擾。4）采用激光防護(hù)器材。5）發(fā)展新型抗強(qiáng)激光導(dǎo)彈。

2.1 采用激光防護(hù)器材

對激光防護(hù)器材的基本要求是，在對有害的強(qiáng)激光實施有效防護(hù)的同時，保持較高的視場透明度，以不影響人眼的視物功能及光電傳感器的探測靈敏度。單兵用激光防護(hù)鏡用于作戰(zhàn)人員眼睛的保護(hù)，包括眼鏡、眼罩和護(hù)目鏡。武器裝備用的防護(hù)濾光片、防護(hù)薄膜、涂層等常與觀瞄裝備或各種光電傳感器件組合在一起，用于保護(hù)光電傳感器乃至儀器使用者的眼睛。下面以武器裝備的激光防護(hù)器材為例，對相應(yīng)的原理和技術(shù)進(jìn)行說明。

2.1.1 激光防護(hù)器材的性能

理想的激光防護(hù)器材應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

1）防護(hù)帶寬足夠?qū)?，即對相關(guān)的各種波長的激光都有較好的防護(hù)作用；

2）弱光透過率足夠高，以保證正常情況下人眼的觀察和光電傳感器接收信號的要求；

3）強(qiáng)光衰減度足夠高，使得強(qiáng)激光照射時，輸出能量控制在損傷閾值以下，保證人眼和光電裝備的安全；

4）響應(yīng)時間足夠快，能及時響應(yīng)脈寬為納秒甚至更短的脈沖或高重頻激光；

5）破壞閾值足夠高，使得強(qiáng)激光照射時，自身防護(hù)性能不被破壞。

2.1.2 激光防護(hù)技術(shù)

目前已得到了具體應(yīng)用的激光防護(hù)技術(shù)，從原理上可歸納有以下幾類［8］：

1）基于線性光學(xué)效應(yīng)的激光防護(hù)技術(shù)

①吸收型防護(hù)。其原理是通過吸收介質(zhì)吸收入射激光使激光能量減弱，以達(dá)到防護(hù)激光的目的。常見防護(hù)材料有塑料和玻璃兩種。主要缺點(diǎn)有：吸收激光能量導(dǎo)致防護(hù)材料的破壞而失去防護(hù)功能，光的銳截止性能不好導(dǎo)致可見光的透過率不高而影響觀察。

②反射型防護(hù)。其原理是通過薄膜設(shè)計和鍍膜工藝，在光學(xué)鏡片表面鍍制特定材料和厚度的光學(xué)薄膜。這些薄膜通過鏡面干涉作用反射特定波長的激光，實現(xiàn)對激光的防護(hù)。缺點(diǎn)包括：只能防護(hù)特定的波長，存在防護(hù)角度的限制。

③復(fù)合型防護(hù)。在吸收式防護(hù)材料的表面鍍上反射膜，兼有吸收式和反射式兩種防護(hù)材料的優(yōu)點(diǎn)，但成本高，可見光透過率相對于反射式材料下降較多。

總之，基于線性光學(xué)效應(yīng)的激光防護(hù)技術(shù)由于存在防護(hù)波長單一、透過率低、有防護(hù)角度限制和反應(yīng)時間慢等缺點(diǎn)，在深入應(yīng)用方面受到限制。

2）基于非線性光學(xué)原理的激光防護(hù)技術(shù)

線性光學(xué)防激光裝置的主要缺點(diǎn)是對激光波段上的自然光和有用光不加區(qū)分的予以吸收或反射。而非線性防激光裝置對弱光呈高透過率，對強(qiáng)光呈強(qiáng)衰減，則可以克服這個不足。利用三階非線性光學(xué)效應(yīng)，可細(xì)分為四類，即非線性吸收型、折射型、反射型和散射型。美國海軍科技人員曾經(jīng)利用一個光纖面板來捕獲輸入信號，然后通過非線性光學(xué)元件送給探測器。當(dāng)強(qiáng)激光照射到非線性光學(xué)元件時，其光波被倍頻，倍頻后的光波波長超出了探測器的工作范圍，從而實現(xiàn)防護(hù)探測器的目的。

此外，利用非線性光學(xué)原理中，在強(qiáng)激光下表現(xiàn)出來的光限幅效應(yīng)，可制成激光限幅器。所謂激光限幅器，就是在輸入光強(qiáng)低于某一值（稱為限幅閾值）時，系統(tǒng)透過率高，輸出光強(qiáng)或隨著入射光強(qiáng)或的增加而近似線性增加；當(dāng)輸入光強(qiáng)超過限幅閾值時，系統(tǒng)透過率低，從而把輸出的光強(qiáng)限制到一定的功率或能量。

3）基于全息光學(xué)的激光防護(hù)技術(shù)

全息光學(xué)的防激光裝置是采用全息光學(xué)元件，從接收光學(xué)孔徑中去除有害激光，保護(hù)光學(xué)元件和探測器。該防護(hù)技術(shù)能在大入射角范圍內(nèi)去除已知波長的強(qiáng)激光，同時透過有用光，使光學(xué)系統(tǒng)免遭激光損傷。

4）基于燒蝕效應(yīng)的激光防護(hù)技術(shù)

利用聚合物在高溫下發(fā)生物理（熔化、蒸發(fā)、升華）和化學(xué)（分解、解聚、離子化等）及碳化等復(fù)雜過程來消耗激光熱能的防護(hù)技術(shù)。高能激光輻照下，有效燒蝕熱高的材料消耗了大量的激光能量，激光熱能不斷被燒蝕材料所產(chǎn)生的氣體帶走，從而保護(hù)了光電武器裝備。

5）基于相變原理的激光防護(hù)技術(shù)

目前研究最多的相變材料是二氧化釩（VO2）薄膜。因為VO2相變溫度接近于室溫，使VO2薄膜發(fā)生相變需要的激光能量小，輸出閾值低。VO2在室溫附近為單斜結(jié)構(gòu)，呈半導(dǎo)體態(tài)，當(dāng)溫度上升到68°C時，轉(zhuǎn)變?yōu)檎唤Y(jié)構(gòu)，呈金屬態(tài)。隨著相變的發(fā)生，紅外波段的光學(xué)常數(shù)會發(fā)生變化，因此，可利用這種突變實現(xiàn)對強(qiáng)激光的防護(hù)。

6）基于反射膜破壞的激光防護(hù)技術(shù)

在系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)中加入一個反射結(jié)構(gòu)，并在反射鏡上加裝特殊材料的反射膜。當(dāng)入射激光能量較低時，激光經(jīng)反射鏡反射進(jìn)入系統(tǒng)，一切正常；當(dāng)入射激光能量高于某一閾值時，反射膜被破壞，絕大部分的入射光被透射、吸收和散射，只有少部分光進(jìn)入系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對強(qiáng)激光的防護(hù)。

2.2 發(fā)展抗強(qiáng)激光的導(dǎo)彈

1）旋轉(zhuǎn)導(dǎo)彈［9］

高能激光武器摧毀導(dǎo)彈需要在某固定點(diǎn)持續(xù)攻擊數(shù)秒。如果采用彈體自旋技術(shù)，導(dǎo)彈在飛行過程中按照一定的角速度繞導(dǎo)彈中心軸旋轉(zhuǎn)，則可避免高能激光對導(dǎo)彈固定部位的長時間輻照，使激光照射點(diǎn)沿彈體環(huán)向移動，達(dá)到分散激光能量的目的。目前彈體自旋已從低速、近程小型導(dǎo)彈逐漸向高速、中型化方向發(fā)展。美、德聯(lián)合研制的RAM導(dǎo)彈，已裝備世界上不同國家的近百艘軍艦。

2）超高聲速導(dǎo)彈

為了進(jìn)一步提高導(dǎo)彈的突防能力，許多國家在大力發(fā)展超高聲速導(dǎo)彈。目前，美國已研制出Ma數(shù)為5的彈道導(dǎo)彈與Ma數(shù)為10的小型導(dǎo)彈，并計劃使巡航導(dǎo)彈的飛行速度達(dá)到2720～3060m／s，法、俄等國巡航導(dǎo)彈的飛行速度也將達(dá)到2040～2380m／s。顯然，導(dǎo)彈以高馬赫數(shù)飛行將會使激光持續(xù)跟瞄照射同一靶心，累積熱能損傷目標(biāo)變得更加困難。

3）光學(xué)薄膜

光學(xué)薄膜最先接收入射激光，是最易損傷的薄弱環(huán)節(jié)。激光對光電設(shè)備的破壞，首先損傷光學(xué)薄膜，然后才破壞光學(xué)元件及光學(xué)系統(tǒng)。美國正在研究的金剛石薄膜具有極堅硬、透明和良好的紅外和紫外特性，抗激光損傷閾值極高。

4）傳感器的抗激光冗余設(shè)計

在光電探測系統(tǒng)中采用探測器冗余設(shè)計，使入射光線可偏轉(zhuǎn)到多個探測器中的任一個，當(dāng)工作探測器被激光致盲時，特殊結(jié)構(gòu)能使入射光線偏轉(zhuǎn)到冗余探測器上，保證光電系統(tǒng)的正常工作。

5）使用抗激光材料制作整流罩

使用氧化鋁陶瓷作為導(dǎo)彈整流罩的結(jié)構(gòu)材料，主要由低介電材料組成，每層氧化鋁纖維采取單向排列，各層間互成90°。當(dāng)基體材料為硼硅酸鹽玻璃時，使用溫度為600°C，若改用低膨脹的二氧化硅，使用溫度可高達(dá)1100°C。

3 結(jié)束語

圍繞激光有源干擾的防御措施這個主題，本文重點(diǎn)討論了激光測距機(jī)和半主動激光制導(dǎo)武器的抗干擾措施、激光防護(hù)器材的防護(hù)原理以及新體制導(dǎo)彈的強(qiáng)激光防護(hù)技術(shù)。對這些已有光電防御措施的概括總結(jié)，便于激光有源干擾的防御方選擇合適的抗干擾措施，也可為相關(guān)研究者進(jìn)一步提出更加有效的防御措施提供參考?！?/p>

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