湯永濤, 王國恩, 林鴻生

(海軍士官學(xué)校,安徽 蚌埠 233012)

0 引言

激光制導(dǎo)因其發(fā)展速度驚人,受到世界各國的廣泛重視。激光制導(dǎo)利用激光作為目標(biāo)跟蹤和信息傳輸?shù)氖侄?控制和修正導(dǎo)彈飛行彈道直至導(dǎo)彈命中目標(biāo)。激光制導(dǎo)通?？煞譃榧す鈱さ氖街茖?dǎo)和激光駕束式制導(dǎo)。激光制導(dǎo)的制導(dǎo)精度高,抗干擾能力強(qiáng),可用于復(fù)合制導(dǎo)。因遠(yuǎn)程精確打擊和抗干擾的應(yīng)用需求,復(fù)合制導(dǎo)成為后續(xù)的重要發(fā)展方向。目前激光制導(dǎo)存在的問題是易受氣候的影響,不能全天候使用。對于半主動式激光制導(dǎo)方式,因?qū)椕心繕?biāo)前,激光束必須一直照射目標(biāo),其激光器的載體易被敵方發(fā)現(xiàn),面臨遭受反擊的風(fēng)險(xiǎn)。因此,從激光制導(dǎo)的發(fā)展應(yīng)用出發(fā),是目前研究干擾技術(shù)的最有效方式。

1 激光制導(dǎo)方式

1.1 半主動式激光制導(dǎo)

半主動式激光制導(dǎo)應(yīng)用最廣泛。半主動式激光制導(dǎo)系統(tǒng)由半主動激光導(dǎo)引頭和激光照射器組成。導(dǎo)引頭與激光照射器配置于兩地,激光照射器照射目標(biāo),導(dǎo)引頭接收目標(biāo)漫反射激光,測量彈目相對位置誤差,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤制導(dǎo)。相對于主動式制導(dǎo),半主動式制導(dǎo)精度高、成本低,但缺點(diǎn)也較突出。例如,半主動式制導(dǎo)多采用波長0.53μm或1.06μm的激光,在傳輸?shù)倪^程中容易受到外界的影響,照射目標(biāo)時(shí)載體很容易被敵方發(fā)現(xiàn);激光照射器和導(dǎo)引頭的分離導(dǎo)致信號的發(fā)射與接收很難同步,易被敵方偵測和干擾。

1.2 主動式激光制導(dǎo)

主動式激光制導(dǎo)將激光照射器和導(dǎo)引頭集成,彈載激光照射器發(fā)射激光照射目標(biāo),導(dǎo)引頭自動接收目標(biāo)的反射光,通過控制系統(tǒng)導(dǎo)引激光制導(dǎo)導(dǎo)彈實(shí)施精確打擊。“發(fā)射后不管”是主動式制導(dǎo)的最大特點(diǎn)。這一特點(diǎn)是主動式制導(dǎo)與其他制導(dǎo)方式的根本區(qū)別。主動式激光制導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)射后不用人工干預(yù),導(dǎo)彈根據(jù)預(yù)裝的目標(biāo)激光三維成像特征,自動識別目標(biāo)類型并判斷預(yù)期目標(biāo)毀傷效果,進(jìn)行選擇性攻擊。主動式激光制導(dǎo)可以提高武器系統(tǒng)的生存力,但技術(shù)難度大,故應(yīng)用很少[1]。

1.3 駕束式激光制導(dǎo)

駕束式激光制導(dǎo)將激光照射器與導(dǎo)彈同時(shí)安裝在發(fā)射臺上,照射器發(fā)射導(dǎo)向激光束,即激光照射駕束,照射待攻擊目標(biāo)。導(dǎo)彈發(fā)射后進(jìn)入激光照射駕束中,“駕”在激光束上,彈尾接收器接收激光信號,控制系統(tǒng)計(jì)算彈體相對于光束中心的位置偏差,糾正彈道,直至導(dǎo)彈命中目標(biāo)。因?yàn)榫拖駥?dǎo)彈“駕”在激光束上滑行一樣,故俗稱“駕束式制導(dǎo)”。

駕束式激光制導(dǎo)是一種無線制導(dǎo)方式,適用于空空、地空、艦空、地地等導(dǎo)彈,且導(dǎo)彈的飛行速度可達(dá)數(shù)馬赫。駕束式激光制導(dǎo)系統(tǒng)具有全天候和首發(fā)命中的能力,近年來引起了各國軍方的極大重視,并得到了迅速發(fā)展。

駕束式激光制導(dǎo)具有四大功能:瞄準(zhǔn)與跟蹤、發(fā)射與編碼、彈上接收與譯碼、指令形成與控制。駕束式激光制導(dǎo)系統(tǒng)利用跟蹤瞄準(zhǔn)器和激光照射器實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)功能。其工作流程為:激光照射器不斷地向目標(biāo)發(fā)射經(jīng)過調(diào)制編碼的激光束,跟蹤瞄準(zhǔn)器接收目標(biāo)反射光束對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)跟蹤;位于彈尾的激光接收器接收到激光照射器發(fā)射的激光信號后,根據(jù)彈體相對于光束中心的位置偏差,修正導(dǎo)彈飛行方向,使得導(dǎo)彈沿著瞄準(zhǔn)線的方向飛行,因?yàn)楣馐行囊恢笔菍?zhǔn)目標(biāo)的,這樣導(dǎo)彈就能擊中目標(biāo)。與半主動式制導(dǎo)相比,駕束式制導(dǎo)的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。另外,跟蹤瞄準(zhǔn)器安裝在彈體的尾部,不影響導(dǎo)彈的毀傷性能。駕束式制導(dǎo)導(dǎo)彈在激光束內(nèi)飛行,導(dǎo)彈有很高的速度,適用于對坦克或裝甲目標(biāo)[2]等機(jī)動目標(biāo)的制導(dǎo)跟蹤。

1.4 指令式激光制導(dǎo)

指令式激光制導(dǎo)是指制導(dǎo)指令經(jīng)編碼后控制調(diào)制器對激光進(jìn)行調(diào)制,再經(jīng)激光照射器發(fā)射;編碼后的激光制導(dǎo)指令傳送到導(dǎo)彈,經(jīng)彈上接收系統(tǒng)解調(diào)和解碼,形成制導(dǎo)指令,控制導(dǎo)彈飛行,對目標(biāo)實(shí)施攻擊。

指令式制導(dǎo)導(dǎo)彈在飛向目標(biāo)的過程中始終保持在激光束中心,如果導(dǎo)彈偏離了這個(gè)中心,安裝在彈體尾部的激光接收器便會發(fā)出偏差信號,然后通過控制系統(tǒng)要求激光束和導(dǎo)彈發(fā)射方向嚴(yán)格配合。指令式制導(dǎo)技術(shù)難度較大,但整個(gè)系統(tǒng)小巧輕便,適合單兵使用,是目前應(yīng)用較成功的制導(dǎo)方式,主要用于低空防御導(dǎo)彈。

2 激光制導(dǎo)的優(yōu)缺點(diǎn)

激光制導(dǎo)系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。

除濃霧天氣外,在任何氣候條件下激光制導(dǎo)均能有效地工作,且受電子干擾影響較小。激光制導(dǎo)具有較強(qiáng)的抗紅外干擾能力,能在各種復(fù)雜的人為干擾及背景干擾中實(shí)現(xiàn)對選定目標(biāo)的識別與跟蹤。激光制導(dǎo)的制導(dǎo)精度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低,可以和其它尋的制導(dǎo)系統(tǒng)兼容,滿足“一彈多頭”的需要?？梢詫Ω咧貜?fù)頻率的激光脈沖進(jìn)行編碼,使得不同的激光制導(dǎo)武器系統(tǒng)具有同時(shí)攻擊不同目標(biāo)的能力。另外,激光制導(dǎo)對信息處理系統(tǒng)要求較低,且有較高的空間分辨率。

但激光制導(dǎo)系統(tǒng)在搜索目標(biāo)、抗云霧干擾等方面能力存在不足。激光制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)射的激光束窄,目標(biāo)搜索能力差,且激光束易受氣象條件的影響,不能全天候工作。激光半主動制導(dǎo)的武器系統(tǒng),激光束在導(dǎo)彈命中目標(biāo)之前必須一直照射目標(biāo),導(dǎo)致激光器的載體易被敵方發(fā)現(xiàn)和遭受反擊。另外激光制導(dǎo)炸彈準(zhǔn)備工作也十分復(fù)雜,需要預(yù)先提供目標(biāo)及投放條件等各方面的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

3 激光干擾技術(shù)

激光干擾是利用各種有源或無源干擾設(shè)備,對激光制導(dǎo)武器、激光測距儀等實(shí)施欺騙、壓制或摧毀干擾。激光干擾可分為有源干擾和無源干擾兩類。

3.1 激光有源干擾技術(shù)

激光有源干擾主要包括激光高重頻干擾、激光角度欺騙干擾、激光致盲干擾、激光摧毀式干擾等。

(1)激光高重頻干擾

激光高重頻干擾的原理是使用一臺或數(shù)臺干擾機(jī)向激光制導(dǎo)武器發(fā)射重復(fù)頻率達(dá)到數(shù)萬赫茲的激光干擾脈沖。如果激光干擾脈沖的重復(fù)頻率足夠高,激光導(dǎo)引頭可能在波門內(nèi)接收到激光干擾脈沖。如果干擾脈沖超前于回波信號脈沖,則激光導(dǎo)引頭會把干擾脈沖作為回波信號脈沖,此時(shí)導(dǎo)引頭輸出的制導(dǎo)信號已經(jīng)不能真實(shí)反映激光制導(dǎo)導(dǎo)彈相對目標(biāo)的真實(shí)位置,因此激光制導(dǎo)導(dǎo)彈在此制導(dǎo)信號作用下,飛行軌跡將會偏離目標(biāo)。

采用高重復(fù)頻率的脈沖激光干擾源,無需對接收到的敵方激光脈沖信號進(jìn)行編碼識別和復(fù)制,就能使假目標(biāo)信號進(jìn)入敵方制導(dǎo)系統(tǒng),從而提高了干擾方的主動性和適應(yīng)能力。激光高重頻干擾原理如圖1所示。

圖1 激光高重頻干擾原理示意圖

載機(jī)跟蹤鎖定目標(biāo)后投彈,初始階段彈體靠慣性制導(dǎo)飛向預(yù)定方向,當(dāng)導(dǎo)引頭接收到的激光信號超過閾值時(shí),轉(zhuǎn)為激光制導(dǎo)。只要激光干擾脈沖在導(dǎo)彈轉(zhuǎn)入激光制導(dǎo)前進(jìn)入導(dǎo)引頭的選通波門,導(dǎo)引頭的信號處理系統(tǒng)就有可能把干擾信號當(dāng)成目標(biāo)信號來處理,從而達(dá)到干擾的目的。假設(shè)激光導(dǎo)引頭的脈沖錄取波門寬度為Δt,若激光干擾信號的重復(fù)周期T不小于Δt,則對應(yīng)每一個(gè)選通波門必有一個(gè)干擾信號能進(jìn)入,如果干擾信號的功率足夠大,理論上其干擾成功率能達(dá)到100%[3]。

(2)激光角度欺騙干擾

作為激光干擾重要組成部分的激光角度欺騙干擾能夠相對高效地降低光電武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,因此日益得到重視。激光角度欺騙干擾通過發(fā)射、轉(zhuǎn)發(fā)或反射激光輻射信號,形成具有欺騙性的激光干擾信號,擾亂或者欺騙敵方激光測距、觀瞄、跟蹤或制導(dǎo)系統(tǒng),使其得出錯(cuò)誤的角度信息,從而達(dá)到降低激光武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的目的。研究表明,激光角度欺騙干擾是對抗激光半主動制導(dǎo)武器的有效手段。具體說來,就是在被保護(hù)目標(biāo)附近放置激光漫反射假目標(biāo),用激光干擾機(jī)向假目標(biāo)發(fā)射與制導(dǎo)信號相關(guān)的激光干擾信號,該信號經(jīng)假目標(biāo)反射后,形成漫反射干擾信號,進(jìn)入敵方激光導(dǎo)引頭的接收視場,當(dāng)導(dǎo)引頭上的信息識別系統(tǒng)將干擾信號誤當(dāng)作制導(dǎo)信號時(shí),導(dǎo)引頭就受到欺騙,并控制導(dǎo)彈向假目標(biāo)飛去。目前激光角度欺騙干擾設(shè)備已較廣泛地應(yīng)用于地面武器平臺,用于保護(hù)高價(jià)值的地面設(shè)施或載車平臺。而要使激光角度欺騙干擾更加可靠有效,假目標(biāo)干擾是必不可少的。隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益復(fù)雜,以及考慮到設(shè)備工作時(shí)假目標(biāo)設(shè)置的方便性,假目標(biāo)干擾的設(shè)置方式逐漸從人工設(shè)置假目標(biāo)靶板變?yōu)槔帽槐Ｗo(hù)目標(biāo)所處臨時(shí)自然地形、地物。所以有必要對自然地物激光假目標(biāo)的選取進(jìn)行分析和討論,以獲得更好的欺騙干擾效果。

(3)激光致盲干擾

激光角度欺騙干擾和激光高重頻干擾都是對激光制導(dǎo)武器的發(fā)射信號或回波信號進(jìn)行欺騙,而對激光制導(dǎo)武器本身并沒有進(jìn)行破壞。激光致盲干擾則能干擾或致盲甚至破壞導(dǎo)引頭、跟蹤器、目標(biāo)指示器、測距儀、觀瞄設(shè)備等,并可損傷人眼,在戰(zhàn)場上起到擾亂、封鎖、阻遏或壓制的作用,是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中一種非常有力的激光干擾手段。

激光致盲干擾系統(tǒng)一般由激光主動偵察分系統(tǒng)、激光被動偵察分系統(tǒng)和強(qiáng)激光干擾分系統(tǒng)組成,其中強(qiáng)激光干擾分系統(tǒng)采用低能激光。激光致盲干擾系統(tǒng)要求激光偵察的定向精度高,激光發(fā)射功率大。激光致盲干擾系統(tǒng)在作戰(zhàn)中通常采用主動偵察和被動偵察兩種工作模式。主動偵察模式利用光電裝備的“貓眼效應(yīng)”對目標(biāo)精確定位,然后啟動強(qiáng)激光對目標(biāo)致盲。作戰(zhàn)時(shí),首先用激光掃描搜索目標(biāo),如果激光進(jìn)入敵方光電設(shè)備的光學(xué)通道,由于光電系統(tǒng)的“貓眼”效應(yīng),部分激光將反射回被動偵察系統(tǒng),以此探測和跟蹤目標(biāo),并可將目標(biāo)數(shù)據(jù)提供給火力單元用于瞄準(zhǔn)射擊。在導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)目標(biāo)的同時(shí),啟動強(qiáng)激光干擾分系統(tǒng)發(fā)射窄光束的高能量激光,致盲或損毀敵方光電設(shè)備。被動偵察模式直接采用激光被動偵察設(shè)備截獲威脅目標(biāo)信號,對目標(biāo)精確定向,并啟動強(qiáng)激光系統(tǒng)對目標(biāo)致盲。

還有一種激光致盲干擾方法是采用激光致盲彈。激光致盲彈是一次性干擾器材,它是在彈體內(nèi)裝入炸藥和惰性氣體,引爆后產(chǎn)生高溫高壓氣體,形成高溫等離子體,產(chǎn)生極強(qiáng)的激光輻射,破壞敵方光電偵察設(shè)備。這種激光可定向、也可全向輻射,波長覆蓋紫外至紅外波段。

(4)激光摧毀式干擾

相對于實(shí)施激光致盲干擾的低能激光武器,激光摧毀式干擾系統(tǒng)采用可以實(shí)現(xiàn)硬殺傷的高能激光武器。激光摧毀式干擾系統(tǒng)由高能激光器、精密瞄準(zhǔn)跟蹤裝置、光速控制器及發(fā)射裝置組成。其工作過程為:通過雷達(dá)預(yù)警、激光告警等技術(shù)獲得威脅目標(biāo)的信息,用一定的技術(shù)手段進(jìn)一步確定其位置;指揮控制系統(tǒng)向干擾系統(tǒng)的精密瞄準(zhǔn)跟蹤裝置發(fā)出指令,光束控制和發(fā)射裝置直接瞄準(zhǔn)目標(biāo),并自動啟動激光器;根據(jù)攻擊指令,強(qiáng)激光通過發(fā)射望遠(yuǎn)鏡直接射向目標(biāo),激光束鎖定在威脅目標(biāo)的預(yù)定位置,最終摧毀威脅目標(biāo)或使其失效。激光摧毀式干擾系統(tǒng)具有快速、靈活(可在短時(shí)間內(nèi)攔截多個(gè)目標(biāo))、精確、不受電磁干擾及威力大等特點(diǎn)。從作戰(zhàn)領(lǐng)域來分,激光摧毀式干擾可分為戰(zhàn)術(shù)性和戰(zhàn)略性兩類干擾,分別進(jìn)行戰(zhàn)略防御、戰(zhàn)區(qū)防御和戰(zhàn)術(shù)防空,對設(shè)備、人員、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等進(jìn)行摧毀式干擾。激光摧毀式干擾系統(tǒng)雖然研制費(fèi)用高,但使用費(fèi)用非常低(僅消耗燃料)。激光摧毀式干擾憑借其極高的效費(fèi)比,在現(xiàn)代電子對抗中發(fā)揮著極其重要的作用。

3.2 激光無源干擾技術(shù)

激光無源干擾主要包括煙幕干擾和激光箔條干擾。

(1)煙幕干擾

對激光制導(dǎo)武器最直接、最有效,也是目前使用最廣泛的無源干擾技術(shù)便是煙幕干擾。煙幕由煙(固體微粒)和霧(液體微粒)組成,屬于氣溶膠體系,是光學(xué)不均勻介質(zhì),其分散介質(zhì)是空氣。煙幕的遮蔽作用主要依靠煙幕對光的散射和吸收來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光線通過煙幕時(shí),由于煙幕微粒的大小、形狀、表面粗糙程度和性質(zhì)的不同,將對不同波長的光波產(chǎn)生不同程度的折射、反射、衍射、吸收和透過,最終導(dǎo)致透過煙幕的光的強(qiáng)度小于進(jìn)入煙幕的光的強(qiáng)度。散射和吸收是造成光衰減的直接原因。煙不僅能散射光,而且能吸收光,當(dāng)光通過一個(gè)物體時(shí),輻射能轉(zhuǎn)化為其它形式的能,如電、熱、化學(xué)能等,從而導(dǎo)致光的強(qiáng)度減弱。煙對光的吸收,是由兩部分作用組成的,一是分散介質(zhì)(空氣)對光的吸收作用,二是分散相(微粒)對光的吸收作用?？諝鈱獾奈兆饔帽任⒘獾奈兆饔眯〉枚?對煙幕來說主要是微粒對光的吸收。使用這種干擾方法,可使激光導(dǎo)彈命中率降低(70～80)%。典型的煙幕干擾系統(tǒng)有艦載煙幕干擾系統(tǒng)、裝甲車輛自防的煙幕干擾系統(tǒng)、直升機(jī)用快速煙幕干擾系統(tǒng)、保護(hù)地面目標(biāo)的快速防空煙幕干擾系統(tǒng)等[4]。

艦載煙幕干擾系統(tǒng)是目前水面艦艇應(yīng)用最廣泛的對抗激光制導(dǎo)武器的手段之一。該系統(tǒng)主要由無源干擾發(fā)射裝置和煙幕干擾彈組成,在發(fā)射后可形成一面煙幕墻,來保護(hù)艦艇免受激光制導(dǎo)武器的威脅。例如俄羅斯公開的專利介紹了一種新型海陸兩用煙幕彈藥,用來應(yīng)對多模制導(dǎo)武器和多種探測器材。該彈藥采用分室裝填的結(jié)構(gòu),裝填材料有箔條、金屬粉、煙火藥,彈體拋出后可在空氣中形成大面積的圓盤形煙幕,可在可見光、紅外、微波波段產(chǎn)生多頻譜干擾[5]。

(2)激光箔條干擾

激光箔條的干擾原理是利用箔條本身固有的激光反射特性,將一定數(shù)量的激光箔條彌散在空中,形成相應(yīng)密度的箔條云,可以對激光信號進(jìn)行散射,形成假目標(biāo),對敵方激光探測設(shè)備進(jìn)行誘騙,也能形成后向散射的回波作為我方激光有源對抗的假目標(biāo)。箔條云的激光散射效果如圖2所示。

圖2 激光箔條散射示意圖

激光箔條主要用于誘騙激光半主動制導(dǎo)的導(dǎo)彈、炸彈和炮彈。通?？捎苫鸺龔椈蚱葥襞趶棸l(fā)射,也可直接由飛機(jī)拋灑,到達(dá)指定空域后,激光箔條與彈(機(jī))分離,由于質(zhì)量輕,因此可以較長時(shí)間彌散在空中。如果將激光箔條布撒在敵方激光照射器的照射光路上,則由激光箔條散射的回波將把被攻擊目標(biāo)反射的回波淹沒,使得目標(biāo)被掩蓋在由激光箔條散射形成的激光斑點(diǎn)噪聲之中,從而導(dǎo)致激光制導(dǎo)武器丟失目標(biāo)。激光箔條也可以在作戰(zhàn)中與主動激光干擾機(jī)配合,在空中任意位置上制造激光假目標(biāo),即利用己方一臺激光干擾機(jī)直接照射箔條陣,在非目標(biāo)區(qū)人為地造成大面積激光散射回波,從而誘騙激光制導(dǎo)武器向其尋的,大大降低激光制導(dǎo)武器命中精度[6]。

4 結(jié)束語

激光制導(dǎo)武器與激光干擾技術(shù)本身就是矛與盾的關(guān)系,兩者互相促進(jìn)。本文介紹了激光制導(dǎo)方式的發(fā)展現(xiàn)狀,總結(jié)了激光制導(dǎo)的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)提出目前對抗激光制導(dǎo)武器的有源與無源干擾技術(shù)。隨著激光制導(dǎo)武器抗干擾技術(shù)的發(fā)展,多功能復(fù)合煙幕[7]、新型氣溶膠等新型激光干擾材料應(yīng)運(yùn)而生,單一的干擾方式已不能滿足現(xiàn)代電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、智能戰(zhàn)的需要,必須采用綜合干擾方法對激光制導(dǎo)武器實(shí)施干擾,同時(shí)根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)際環(huán)境,采用主動與被動干擾相結(jié)合的方式,提高對激光制導(dǎo)武器干擾的成功率。