低空防御系統(tǒng)中探照燈的應(yīng)用及控制方法分析

呂振彬　秦凱麗　周雷　凌云　余輝　李曙光

摘要：本文提出利用探照燈對(duì)低空目標(biāo)進(jìn)行警戒的方法，結(jié)合高性能伺服轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)方位向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)、俯仰向±90°的強(qiáng)光警戒。對(duì)該設(shè)備進(jìn)行程序控制，可以輸出斷續(xù)光照。實(shí)測(cè)作用距離超過(guò)3km，在630m處光照度超過(guò)11lux，符合低空防御技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：探照燈;低空防御;補(bǔ)光

一、引言

在低空監(jiān)視和安防領(lǐng)域[1-3]，需要利用探照燈或類似強(qiáng)光設(shè)備對(duì)相關(guān)空域進(jìn)行掃描照射，對(duì)入侵目標(biāo)進(jìn)行警戒和驅(qū)離[4-7]。該設(shè)備通過(guò)向目標(biāo)照射強(qiáng)光，不僅對(duì)載人小型飛行器的飛行員具備警戒效果，對(duì)于應(yīng)用越來(lái)越廣泛的無(wú)人機(jī)，因?yàn)橄驘o(wú)人機(jī)攜帶的攝像頭發(fā)射強(qiáng)光而同樣具備警戒和驅(qū)離效果。

傳統(tǒng)探照燈常采用高壓氙燈作為探照燈光源，該設(shè)備體積大、功耗高、重量大，安裝布置較為困難。新式的小巧型強(qiáng)光設(shè)備作為探照燈，對(duì)低空目標(biāo)實(shí)施警戒。該設(shè)備采用激光激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)出白光，發(fā)光強(qiáng)度高，適合重要安全場(chǎng)所布置使用。

本文根據(jù)探照燈光斑測(cè)量結(jié)果，提出探照燈的控制方法，該方法已經(jīng)在核電相關(guān)核電站低空防御系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。

二、新型探照燈連接圖

探照燈實(shí)物圖如圖1所示：

探照燈采用燈頭加伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的組合方式，外部220V交流電源經(jīng)適配器轉(zhuǎn)換為12V直流電為燈頭和轉(zhuǎn)臺(tái)供電，控制命令通過(guò)串口方式對(duì)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)和燈頭進(jìn)行控制[8-10]。探照燈連接圖如圖2所示：

三、新型探照燈基本性能測(cè)量

為了對(duì)新型探照燈進(jìn)行定性和半定量測(cè)試，在晴朗夜間減少外界光源污染的條件下對(duì)探照燈作用距離、一定距離光照度和發(fā)散角進(jìn)行測(cè)量。

首先在3km處通過(guò)人眼感光，定性地觀察探照燈的發(fā)光，可以感受到明顯的刺眼光芒，驗(yàn)證該設(shè)備對(duì)人眼的告警作用。然后依據(jù)探海上船艦用探照燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光照度進(jìn)行定量測(cè)量，在距離630m測(cè)得光照度最大值可達(dá)17lux，接近蠟燭的光照度。最后對(duì)探照燈發(fā)散角進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量示意圖如圖3所示。

利用照度計(jì)對(duì)探照燈的發(fā)散角進(jìn)行定性半定量測(cè)量。對(duì)光斑不同位置的光照度進(jìn)行測(cè)量。探照燈距離光斑測(cè)量平面距離為L(zhǎng)，光斑中心（光照度最大處）距離測(cè)量點(diǎn)距離為d，則發(fā)散角可以表示為：

由于光斑水平和垂直方向較為均勻，選取其中一個(gè)方向測(cè)量即可。為方便起見(jiàn)，選取水平方向測(cè)量探照燈的發(fā)散角。

測(cè)量結(jié)果繪制成角度/°-照度/lux曲線如下圖所示：

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，采用定性半定量方式估計(jì)發(fā)光發(fā)散角。取最大光照度90%處作為光斑閾值選取點(diǎn)，可得公式（1）讀出發(fā)散角約為：0.45°。如果以50%光照度最大值點(diǎn)作為閾值點(diǎn)，對(duì)應(yīng)發(fā)散角約為1°。

本文還對(duì)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的方位角和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)范圍和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了測(cè)量。方位角轉(zhuǎn)動(dòng)范圍可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)360°轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)方式與傳統(tǒng)探照燈僅能實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)動(dòng)的方式不同，更具有靈活性。垂直轉(zhuǎn)動(dòng)范圍實(shí)測(cè)可實(shí)現(xiàn)±90°轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)測(cè)水平轉(zhuǎn)動(dòng)速度可達(dá)到42°/s，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)速度實(shí)測(cè)15°/s。

四、探照掃描搜索和閃光告警控制方法

探照燈掃描搜索工作時(shí)，控制中心利用RS485串口[11]對(duì)其發(fā)送探照燈常開命令，對(duì)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)送相關(guān)空域掃描指令。

探照燈本身無(wú)法對(duì)目標(biāo)成像，需要利用光電設(shè)備監(jiān)視識(shí)別目標(biāo)，確認(rèn)后，由系統(tǒng)指揮控制中心對(duì)探照燈發(fā)送閃光告警命令。閃光告警命令根據(jù)遠(yuǎn)近調(diào)整頻次，以區(qū)別緊急程度。下圖所示為目標(biāo)值在不同距離范圍開始的告警命令。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入3km范圍內(nèi)時(shí)，探照燈即開啟2s周期的頻閃告警燈光信號(hào);當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入2km范圍內(nèi)時(shí)，探照燈即開啟1s周期的頻閃告警燈光信號(hào);當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入1km范圍內(nèi)時(shí)，探照燈即開啟0.5s周期的頻閃告警燈光信號(hào)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文采用新型探照燈作為低空防御中針對(duì)載人飛行器警戒的強(qiáng)光設(shè)備。在測(cè)量探照燈水平連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)360°、垂直轉(zhuǎn)動(dòng)±90°以及其他光照基本性能的基礎(chǔ)上，提出搜索探照、閃光告警的不同控制方式。該技術(shù)在相關(guān)核電站低空防御系統(tǒng)中獲得實(shí)際應(yīng)用，取得預(yù)想效果。

作者單位：呂振彬? ? 秦凱麗? ? 周雷? ? 凌云? ? 余輝? ? 李曙光? ? 上海航天電子通訊設(shè)備研究所

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