張德斌，江清波，王 曄，繆 欣，宋余華，張新興，芮大慶，周文春

(1.江蘇曙光光電有限公司，揚(yáng)州 225009；2.中國人民解放軍 陸軍裝備部駐揚(yáng)州地區(qū)軍事代表室， 揚(yáng)州 225009)

引 言

作為“人在回路中”或者“有限條件下發(fā)射后不管”制導(dǎo)體制的代表——激光半主動(dòng)制導(dǎo)體制[1]，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不斷發(fā)展，縱觀近40年世界上發(fā)生的重大戰(zhàn)爭，如越南、英阿馬島、海灣、科索沃、阿富汗到最近西方國家發(fā)起的伊拉克、利比亞、敘利亞幾次局部戰(zhàn)爭，經(jīng)過實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)和完善，該體制已經(jīng)成為了一種最為廣泛的精確制導(dǎo)體制[2]，激光半主動(dòng)制導(dǎo)體制在精確制導(dǎo)武器中具有精度最高、成本最低、結(jié)構(gòu)最簡單等特點(diǎn)[3]，從目前激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的命中精度來看，通常圓概率誤差在幾米以下，有些彈藥已達(dá)1m以內(nèi)的命中精度[4]，越來越受到各國軍方的重視。激光測距目標(biāo)指示器作為激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的重要組成部分，一方面可以提供目標(biāo)坐標(biāo)信息，便于武器系統(tǒng)進(jìn)行射擊諸元解算；同時(shí)可以向目標(biāo)發(fā)射編碼激光信息，為激光制導(dǎo)彈藥提供目標(biāo)指示，引導(dǎo)制導(dǎo)彈藥最終命中目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“指哪打哪”的打擊效果。美英軍隊(duì)都大量使用了激光制導(dǎo)彈藥，成為遠(yuǎn)距離精確打擊重點(diǎn)目標(biāo)的主要手段，極大地提高了作戰(zhàn)使用效能；作為激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的前沿“指揮棒”，其指揮的及時(shí)性、隱蔽性、準(zhǔn)確性直接決定了核心目標(biāo)以及關(guān)鍵人物“斬首行動(dòng)”的成功與否。

早在20世紀(jì)60年代,國外就開始了激光制導(dǎo)技術(shù)的研究，并形成了激光測距目標(biāo)指示器的早期產(chǎn)品，最先在越南戰(zhàn)爭中一展身手[5]；經(jīng)過幾十年的發(fā)展，今天的地面激光測距目標(biāo)指示器已經(jīng)是比較成熟的裝備，性能上也得到了很大的提升，廣泛裝備在地面目標(biāo)引導(dǎo)大隊(duì)、偵察車輛、飛機(jī)等武器平臺(tái)上，為目標(biāo)區(qū)提供地面引導(dǎo)，進(jìn)一步提升打擊精度[6-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì),海灣戰(zhàn)爭中美國有一半以上的攻擊目標(biāo)都是由地面人員提供照射引導(dǎo)的[8]。

本文中介紹了激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)以及激光測距目標(biāo)指示器的工作原理，對國外大量生產(chǎn)、裝備和服役的地面激光測距目標(biāo)指示器的發(fā)展現(xiàn)狀作了綜述，重點(diǎn)分析和評價(jià)了國外這些裝備的性能特點(diǎn)，并指出了發(fā)展的趨勢。

1 工作原理

1.1 激光半主動(dòng)制導(dǎo)的工作原理

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)主要由激光制導(dǎo)彈藥(末制導(dǎo)炮彈、空地激光制導(dǎo)導(dǎo)彈、激光制導(dǎo)炸彈、火箭彈、末制導(dǎo)迫彈、末端修正迫彈等)、武器發(fā)射平臺(tái)和激光測距目標(biāo)指示器構(gòu)成。工作的基本原理是：發(fā)現(xiàn)高價(jià)值目標(biāo)，通過激光測距獲取自身位置與目標(biāo)的距離信息，結(jié)合自身坐標(biāo)解算目標(biāo)坐標(biāo)并及時(shí)上報(bào)，召喚就近的重火力進(jìn)行火力打擊；武器發(fā)射平臺(tái)射手發(fā)射激光制導(dǎo)彈藥，激光測距目標(biāo)指示器在約定的時(shí)刻向目標(biāo)發(fā)射經(jīng)過編碼的激光光束，對目標(biāo)進(jìn)行鎖定跟蹤，確保激光光束始終指示在目標(biāo)上；激光制導(dǎo)彈藥上的激光導(dǎo)引頭根據(jù)目標(biāo)反射回來的激光回波信息，先進(jìn)行解碼，然后解算彈目偏差角送激光制導(dǎo)彈藥進(jìn)行控制和決策，按照選定的制導(dǎo)律和控制律控制激光制導(dǎo)彈藥飛行，引導(dǎo)彈丸最終命中目標(biāo)。

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器最大的優(yōu)勢就是精度高。

其次,激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器采用的是人在回路的作戰(zhàn)方式，可以實(shí)時(shí)地解決目標(biāo)選擇、捕獲與識別等問題；通過特殊的激光編碼措施，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠有效地防止友軍誤傷以及過度殺傷和附帶的損傷。

另外,激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器可以對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和時(shí)間敏感的目標(biāo)進(jìn)行攻擊，武器發(fā)射平臺(tái)和激光測距目標(biāo)指示器的操作人員可以在空間上進(jìn)行獨(dú)立配置，具有較高的戰(zhàn)場靈活性和戰(zhàn)術(shù)選擇性；具有有限的發(fā)射后不管性能。

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的工作原理見圖1。

圖1 激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的工作原理圖

1.2 激光測距目標(biāo)指示器工作原理

激光測距目標(biāo)指示器一般由光學(xué)瞄準(zhǔn)、激光發(fā)射、激光接收等系統(tǒng)組成，光學(xué)瞄準(zhǔn)可以通過白光、電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)以及熱成像等光學(xué)手段實(shí)現(xiàn)晝、夜間目標(biāo)的偵察，通過發(fā)射單脈沖激光，經(jīng)目標(biāo)反射回來的回波信號到達(dá)激光接收系統(tǒng)，通過時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)(time-to-digital converter,TDC)，獲取激光測距目標(biāo)指示器與目標(biāo)間的距離，結(jié)合自身坐標(biāo)、高低方位角以及目標(biāo)與北向的夾角，解算目標(biāo)坐標(biāo)送火控單元進(jìn)行射擊諸元計(jì)算；激光測距目標(biāo)指示器根據(jù)口令手動(dòng)或者自動(dòng)裝訂激光編碼，在約定時(shí)刻啟動(dòng)激光指示指令，發(fā)射編碼激光照射目標(biāo)引導(dǎo)制導(dǎo)彈藥命中目標(biāo)。激光測距目標(biāo)指示器配置的跟蹤裝置，可以解決運(yùn)動(dòng)類目標(biāo)的跟蹤問題。

激光測距目標(biāo)指示器的工作原理框圖見圖2。

圖2 激光測距目標(biāo)指示器的工作原理框圖

2 國外地面激光測距目標(biāo)指示器的發(fā)展概況

2.1 發(fā)展過程

1960年7月,美國休斯公司實(shí)驗(yàn)室的研究人員梅曼成功演示了世界上第1臺(tái)紅寶石固體激光器，繼而，全世界一批批發(fā)明家陸續(xù)地發(fā)明了各種類型的激光器，激光誕生后第1項(xiàng)成熟的應(yīng)用就是用于軍事目的，世界上早期將激光技術(shù)用于激光制導(dǎo)炸彈的是美國的“寶石路”，20世紀(jì)70年代開始試用并裝備部隊(duì)，在越南戰(zhàn)爭后期曾使用過。前蘇聯(lián)也于20世紀(jì)80年代將“紅土地”激光制導(dǎo)炮彈武器系統(tǒng)裝備部隊(duì)，無論是激光激光制導(dǎo)炸彈還是激光制導(dǎo)炮彈武器系統(tǒng)，都配備了地面激光測距目標(biāo)指示器。早期的激光測距目標(biāo)指示器采用的是氙燈抽運(yùn)激光技術(shù)，其體積較大、功耗較高、可靠性差，隨著工藝技術(shù)水平的提升，現(xiàn)在已經(jīng)基本上完成了半導(dǎo)體抽運(yùn)激光技術(shù)的升級換代，縮小了體積，減輕了重量，提高了可靠性；使用平臺(tái)也由單一的炮兵地面向車載、機(jī)載、艦載等多平臺(tái)發(fā)展。

2.2 指標(biāo)進(jìn)展

國外研制生產(chǎn)激光測距目標(biāo)指示器的主要單位包括：美國的諾斯洛普格魯門(Northrop Grumman)和通訊應(yīng)用技術(shù)公司(L3)公司;法國的西萊斯(Cilas)和泰雷茲(Thales)公司;以色列的埃爾比特(Elbit Systems)公司等。

因此，該井水溫奇異變化的原因可總結(jié)為，井-含水系統(tǒng)水動(dòng)力條件的變化。引起這種變化的原因可能有：一、含水層受到張力作用，井水流向含水層，同時(shí)伴有井水位下降，水質(zhì)沒有變化(王華等，2010)；二、井壁某一處老化破裂，有其他含水層的低溫水涌入井筒。為了證明以上推斷，分別做了兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)：

選擇國外目前最近裝備數(shù)量較多、性能比較先進(jìn)的幾款地面激光測距目標(biāo)指示器，在與武器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的激光能量、激光編碼、激光發(fā)散角、引導(dǎo)距離、跟蹤測角以及定位等指標(biāo)上進(jìn)行了對比，同時(shí)針對影響到單兵使用便攜性的重量以及光斑監(jiān)視功能進(jìn)行對比，關(guān)注了新一代激光測距目標(biāo)指示器的抽運(yùn)方式，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 國外地面激光測距目標(biāo)指示器主要性能指標(biāo)比較

2.3 應(yīng)用效果

美國的諾斯洛普·格魯門(Northrop Grumman)公司出口的超輕型激光指示測距模塊(lightweight laser designator rangefinder,LLDR)系列采用模塊化設(shè)計(jì)，可以通過數(shù)字化戰(zhàn)場的內(nèi)部連接，迅速定位捕獲并指示重要目標(biāo)。通過組網(wǎng)方式呼喚遠(yuǎn)程精確火力打擊，贏得前線戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)。最初研制的LLDR是用來進(jìn)行外科手術(shù)式清除目標(biāo)，配備于舊式、過度型和帶有火控系統(tǒng)的運(yùn)輸平臺(tái)。

具備晝夜及惡劣氣候條件下的目標(biāo)偵查，精確定位，并能長時(shí)間跟蹤指示固定或者移動(dòng)目標(biāo)，可以進(jìn)行數(shù)字化鏈接。

LLDR的產(chǎn)品系列見圖3。

圖3 LLDR產(chǎn)品圖

法國西萊斯(Cilas)公司出口的地面激光測距目標(biāo)指示器(DHY307)系列可以獨(dú)立安裝于三腳架上，給特種部隊(duì)使用；也可以安裝于光電轉(zhuǎn)塔內(nèi)，擁有高精度的指示功能；能為所有的激光制導(dǎo)武器提供指示功能，諸如炸彈、導(dǎo)彈和炮彈等。

具備長周期照射、目標(biāo)坐標(biāo)解算(帶測角器)等功能，內(nèi)置存儲(chǔ)670種編碼，并可編輯更改(北約標(biāo)準(zhǔn)或其它的)，可以遠(yuǎn)程操作，擁有外擴(kuò)機(jī)械接口等功能。

DHY307的產(chǎn)品系列圖見圖4。

圖4 DHY307產(chǎn)品圖

法國的泰雷茲(Thales)公司開發(fā)的輕型激光測距目標(biāo)指示器LF28A，結(jié)構(gòu)緊湊，性能十分可靠，采用了無需液冷的固態(tài)激光器。日常維護(hù)簡易，人機(jī)界面友好，留有檢測端口，能在隱蔽處快速展開。裝進(jìn)運(yùn)輸箱或者士兵的帆布包后，可由單個(gè)士兵攜帶然后帶走，在全溫度范圍內(nèi)擁有極佳的光束發(fā)散角和穩(wěn)定的瞄準(zhǔn)軸。

圖5 LF28A產(chǎn)品圖

LF28A的產(chǎn)品圖見圖5。

以色列的埃爾比特(Elbit Systems)公司研制的手持式輕型激光測距目標(biāo)指示器(portable lightweight designator/rangefinder,PLDR)系列內(nèi)置光斑監(jiān)視功能，可為所有激光制導(dǎo)彈藥進(jìn)行目標(biāo)指示，單兵可攜帶，可以遠(yuǎn)程線控指示。

PLDR的產(chǎn)品圖見圖6。

圖6 PLDR產(chǎn)品圖

3 地面激光測距目標(biāo)指示器發(fā)展趨勢分析

資料顯示：國外最新裝備的激光測距目標(biāo)指示器均采用的是二極管抽運(yùn)的工作方式，可以有效降低產(chǎn)品體積重量，提高產(chǎn)品可靠性，延長產(chǎn)品工作時(shí)間；激光能量基本上分為大、中、小3檔，適應(yīng)不同彈藥及照射距離的使用需求；產(chǎn)品均采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，與上一代產(chǎn)品及選配熱像具有較好的機(jī)械接口；產(chǎn)品的擊發(fā)模式由單一的手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)展為有線遙控及無線遙控啟動(dòng)的多種方式；所有產(chǎn)品通過自帶或者選配跟蹤測角裝置的方式，均具有固定以及活動(dòng)目標(biāo)的指示能力；大部分產(chǎn)品均考慮了光斑監(jiān)視功能，解決近紅外波段激光人眼不可見的問題，提高目標(biāo)指示的準(zhǔn)確度；產(chǎn)品均可以通過內(nèi)置或者外配設(shè)備實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。

通過對國外激光測距目標(biāo)指示器技術(shù)指標(biāo)以及基本功能的分析，可認(rèn)為激光測距目標(biāo)指示器未來的發(fā)展趨勢應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)。

3.1 通用化設(shè)計(jì)

激光測距目標(biāo)指示器引導(dǎo)的彈藥包括：末制導(dǎo)炮彈、空地激光制導(dǎo)導(dǎo)彈、激光制導(dǎo)炸彈、火箭彈、末制導(dǎo)迫彈、末端修正迫彈等，各型彈藥對激光測距目標(biāo)指示器的激光能量、激光編碼等指標(biāo)存在一定的差異，通過通用化的設(shè)計(jì)手段，在一型產(chǎn)品上滿足各型彈藥的目標(biāo)指示需求應(yīng)該是主要的發(fā)展趨勢，同時(shí)考慮電氣以及機(jī)械接口向下兼容的問題，便于目前在役以及在研產(chǎn)品有選擇性的進(jìn)行組合，在功能和性能上形成互補(bǔ)，快速形成戰(zhàn)斗力。

3.2 信息化設(shè)計(jì)

作為戰(zhàn)場感知的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，具備自身定位、定向，光電測角，目標(biāo)坐標(biāo)解算等功能，如何將戰(zhàn)場感知的目標(biāo)信息可靠的上報(bào)給指揮系統(tǒng)，快速對該目標(biāo)實(shí)施精確打擊，這需要信息化的手段保障。根據(jù)《超負(fù)荷步兵戰(zhàn)士》的報(bào)告，現(xiàn)代戰(zhàn)場上的士兵通常需要攜帶相當(dāng)于自身體重一半的裝備和物資執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，這極大地影響了士兵們的戰(zhàn)斗力。過高的單兵負(fù)重主要從兩個(gè)方面拖了戰(zhàn)斗力的后腿：(1)造成大量因疲勞性損傷導(dǎo)致非戰(zhàn)斗力減員；(2)影響士兵在戰(zhàn)斗中的靈活性和機(jī)動(dòng)能力，將硬件功能軟件信息化，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)[9]是需要考慮的。

3.3 可視化設(shè)計(jì)

激光波長為1064nm，屬于人眼不直接可見的近紅外波段，而激光光斑的指示位置與激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的打擊精度密切相關(guān)，通過具有近紅外波段響應(yīng)的CCD攝像機(jī)進(jìn)行激光光斑的可視化設(shè)計(jì)，可以大大提高激光測距目標(biāo)指示器操作人員的目標(biāo)指示信心，即使觀瞄系統(tǒng)出現(xiàn)一定偏差，通過光斑可視的手段，可以及時(shí)調(diào)整指示位置，保證發(fā)射的激光光斑全部落在目標(biāo)之上，確保打擊效果[10-11]。激光波長為1064nm，該波段對人眼是有害的，特別是人眼如果不小心接觸到，對眼睛的傷害將是永久性的；而1550nm波段的激光對人眼的安全爆光量是1064nm波段的105倍，屬于人眼安全波段，因此考慮到友軍的安全性，激光發(fā)射波段可能會(huì)往訓(xùn)練時(shí)人眼安全波段作戰(zhàn)時(shí)非人眼安全波段的復(fù)合輸出模式發(fā)展，或者隨著激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器接收設(shè)備的改進(jìn)提升，發(fā)展為人眼安全波段的單一輸出模式[12]；同時(shí)，通過遠(yuǎn)程線控或者無線啟動(dòng)的方式，可以將操作人員和產(chǎn)品進(jìn)行有效的分離，一定程度上降低操作人員暴露的風(fēng)險(xiǎn)，提高戰(zhàn)場的生存力；如何盡可能晚地暴露激光編碼特征，減少指示器的照射時(shí)間[13]，或者從提高激光編碼破譯的難度也是可視化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面[14]；為了探測來襲激光信號，激光告警裝置越來越受到重視，并被大量研發(fā)和裝備[15]，如何降低激光告警裝置的探測概率以及威脅等級也是可視化設(shè)計(jì)的主要工作。

3.4 無熱化設(shè)計(jì)

為了在激光器更輕、更可靠、壽命更長的基礎(chǔ)上解決因巴條需要溫控帶來的新問題，當(dāng)前半導(dǎo)體激光器發(fā)展的關(guān)注點(diǎn)在于免溫控和即開即用。在實(shí)現(xiàn)途徑上主要分為兩種：(1)任由巴條輸出波長隨溫度變化，雖然抽運(yùn)源提供的波長不穩(wěn)定，但可以采取措施保證晶體所獲得的增益對波長不敏感從而實(shí)現(xiàn)對溫度脫敏；(2)直接讓巴條輸出的波長不隨溫度變化，使抽運(yùn)光本身對溫度脫敏[16-17]。從長期來看，所有問題的核心都是熱管理及環(huán)境適應(yīng)性問題，所以激光器會(huì)向高電光效率，低發(fā)熱功率方向發(fā)展[18-20]。

4 結(jié)束語

激光測距目標(biāo)指示器的發(fā)展受到了越來越多國家的重視，無論是在激光末制導(dǎo)炮彈、空地導(dǎo)彈、激光制導(dǎo)炸彈還是激光末端修正迫彈等武器系統(tǒng)，都可以對該類彈藥進(jìn)行激光目標(biāo)指示，提高彈藥的命中精度，具有廣闊的應(yīng)用空間。本文中概述了國外地面激光測距目標(biāo)指示器的發(fā)展過程，對比了國外主流產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)，并對發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，為國家在該類產(chǎn)品的研制及激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的對抗研究提供了參考。