《光電對抗原理與應(yīng)用》課件第4章

第4章光電有源干擾技術(shù)4.1紅外干擾彈4.2紅外有源干擾機4.3強激光干擾技術(shù)4.4激光欺騙干擾技術(shù)

4.1紅外干擾彈

紅外干擾彈也稱做紅外誘餌彈或紅外曳光彈。隨著20世紀50年代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的服役和不斷發(fā)展，紅外干擾彈在五十多年的實戰(zhàn)運用中證明了自己具有以下突出優(yōu)點：有效、可靠性高、廉價、效費比高。幾十美元的紅外誘餌彈，往往能使幾萬、十幾萬美元的紅外點源制導(dǎo)導(dǎo)彈失效。它是目前應(yīng)用最廣泛的紅外干擾器材之一。4.1.1紅外干擾彈的分類和組成

紅外干擾彈按其裝備的作戰(zhàn)平臺可分為機載紅外干擾彈和艦載紅外干擾彈。按功能來分，又可分為普通紅外干擾彈、氣動紅外干擾彈、微波和紅外復(fù)合干擾彈、可燃箔條彈、無可見光紅外干擾彈、紅外和紫外雙色干擾彈、快速充氣的紅外干擾氣囊等具有特定或針對性干擾功能的紅外干擾彈。紅外干擾彈由彈殼、拋射管、活塞、藥柱、安全點火裝置和端蓋等零部件組成。彈殼起到發(fā)射管的作用并在發(fā)射前對紅外干擾彈提供環(huán)境保護。拋射管內(nèi)裝有火藥，由電底火起爆，產(chǎn)生燃氣壓力以拋射紅外誘餌?；钊脕砻芊饣鹚帤怏w，防止藥柱被過早點燃。安全點火裝置用于適時點燃藥柱，并保證在膛內(nèi)不被點燃。4.1.2紅外干擾彈的干擾原理

紅外干擾彈是一種具有一定輻射能量和紅外光譜特性的干擾器材，用來欺騙或誘惑敵方的紅外偵測系統(tǒng)或紅外制導(dǎo)系統(tǒng)。投放后的紅外干擾彈可使紅外制導(dǎo)武器在鎖定目標之前鎖定紅外干擾彈，致使其制導(dǎo)系統(tǒng)跟蹤精度下降或被引離攻擊目標。紅外干擾彈被拋射后，點燃紅外藥柱，燃燒產(chǎn)生高溫火焰，并在規(guī)定的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生強的紅外輻射。普通紅外干擾彈的藥柱由鎂粉、聚四氟乙烯樹脂和黏合劑等組成，通過化學(xué)反應(yīng)使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，反?yīng)生成物主要有氟化鎂、碳和氧化鎂等，其燃燒反應(yīng)溫度高達2000～2200K。典型紅外干擾彈配方的輻射波段為1～5μm，在真空中燃燒時產(chǎn)生的熱量大約是7500J/g。我們知道，紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的控制部分通常由紅外導(dǎo)引頭和舵機組成。導(dǎo)引頭的紅外探測器能探測到紅外輻射信號，從而截獲、跟蹤并攻擊目標。目前裝備的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈多數(shù)是被動點源探測、比例導(dǎo)引的制導(dǎo)機制。當在其導(dǎo)引頭視場內(nèi)出現(xiàn)多個目標時，它將跟蹤等效輻射中心(又稱矩心)。設(shè)導(dǎo)引頭已經(jīng)跟蹤上目標，對應(yīng)于光點A，此時目標上投放出一枚紅外干擾彈誘餌，對應(yīng)的光點為C點，其輻射強度比目標的輻射強度大很多，如圖4.1所示。圖4.1紅外干擾彈干擾示意圖當紅外誘餌和目標同時出現(xiàn)在導(dǎo)引頭視場內(nèi)時，導(dǎo)引頭跟蹤二者的等效輻射中心。由于誘餌的紅外輻射強度遠遠大于真目標，設(shè)誘餌紅外輻射強度比目標紅外輻射強度大一倍，則AB為BC兩倍距離，所以矩心B偏向誘餌一邊，而且與真目標的距離越來越遠。直到真目標從導(dǎo)引頭的視場內(nèi)消失，這時導(dǎo)引頭就只跟蹤輻射強度大的誘餌了。

下面以導(dǎo)彈導(dǎo)引頭采用“旭日升”調(diào)制盤為例說明紅外干擾彈干擾導(dǎo)彈制導(dǎo)的機理。當導(dǎo)引頭已經(jīng)跟蹤上目標時，對應(yīng)于已被跟蹤的飛機的光點A，在調(diào)制盤上應(yīng)為一個直流信號；假設(shè)視場里只有紅外誘餌，對應(yīng)的光點C在調(diào)制盤上是一個梯形波信號。由于導(dǎo)彈傳感器只有一個，因此傳感器的實際輸出波形為兩個輻射透過調(diào)制盤的能量總和。當C點進入調(diào)制盤不透明區(qū)時，傳感器的輸出只有A點直流信號。當C點進入調(diào)制盤透明區(qū)時，傳感器的輸出在直流信號的基礎(chǔ)上疊加梯形波信號。導(dǎo)彈要立即調(diào)整姿態(tài)，讓系統(tǒng)回到“跟蹤”狀態(tài)，顯然破壞了原來真正的跟蹤狀態(tài)。這樣導(dǎo)彈就脫離了原來已跟蹤飛機的方向，轉(zhuǎn)而偏向紅外誘餌一側(cè)。在導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的視場里同時出現(xiàn)飛機和紅外誘餌兩個信號源時，探測器探測到的輻射變化函數(shù)可寫為

Pd(t)=Amrt(t)+Bmrf(t)

(4-1)

其中

(4-2)

(4-3)式中

A——目標在導(dǎo)彈響應(yīng)波段內(nèi)的輻射功率；

B——誘餌在導(dǎo)彈響應(yīng)波段內(nèi)的輻射功率；

α——對調(diào)制盤目標像點位置或(跟蹤誤差)范圍的比率；

β——對調(diào)制盤誘餌像點位置或(跟蹤誤差)范圍的比率；

mt(t)——目標選通函數(shù)；

mj(t)——誘餌選通函數(shù)；

ωc——載波頻率。

mt(t)和mj(t)的傅立葉展開式為

(4-4)

(4-5)其中:Φj是mj(t)相對于mt(t)的相位差。把式(4-2)、式(4-3)代入式(4-1)，得

(4-6)

載頻放大器為帶通選頻放大器，它的輸出可近似地表示為

(4-7)載頻調(diào)制的包絡(luò)為

(4-8)

包絡(luò)信號由導(dǎo)引頭中進動放大器作放大處理。信號包絡(luò)以角頻率ωmt旋轉(zhuǎn)，所以導(dǎo)引頭驅(qū)動信號可表示為

(4-9)如果在相位函數(shù)中取信號sinωmt為參考信號，且水平方向上Φj=0，則在相位函數(shù)中得到探測器誤差信號的輸出功率相函數(shù)為

(4-10)

式(4-10)表明，當視場里有紅外誘餌時，中心不再是平衡點，導(dǎo)彈不再跟蹤目標，跟蹤誤差變化取決于目標在導(dǎo)彈響應(yīng)波段內(nèi)的輻射功率A與誘餌在導(dǎo)彈響應(yīng)波段內(nèi)的輻射功率B的比值以及紅外誘餌與目標的相位差Φj。由于紅外誘餌不斷地遠離目標，該誤差變化率也變得越來越大。4.1.3紅外干擾彈的技術(shù)要求

紅外干擾彈能有效地干擾紅外導(dǎo)引頭，它的性能要滿足以下技術(shù)要求：

(1)輻射光譜特性與目標相近。紅外導(dǎo)彈的工作波段是根據(jù)目標的光譜特性和大氣窗口等因素進行選擇的。因此紅外干擾彈要盡可能使其光譜分布在導(dǎo)引頭工作波段內(nèi)最強。表4.1給出了國外幾種導(dǎo)引頭的工作波段。典型紅外誘餌的燃燒光譜通常在1～3μm及3～5μm波段，艦載紅外干擾彈的光譜可以達到8～14μm。

表4.1國外幾種紅外點源制導(dǎo)防空導(dǎo)彈的光譜波段

(2)光譜輻射強度大。光譜輻射強度應(yīng)大于目標對應(yīng)的光譜輻射強度，二者比值越大，矩心越靠近紅外干擾彈，目標移出視場越快。一般二者比值在2~4之間。

(3)點燃時間短?？諏占t外導(dǎo)彈的發(fā)射距離有的大于

2km，而導(dǎo)彈速度往往為2.5Ma(810m/s)，因此要求紅外誘餌離開飛機后盡快燃放出足夠強的光譜輻射強度。從點燃到燃燒到能量最大值的90%所需時間稱做上升時間tr，該時間基本上都控制在0.2~0.25s左右。tr小于0.2s也不可取，因為點火后，紅外干擾彈要從裝載飛機艙內(nèi)的彈夾中彈出，必須保證彈出飛機外所需時間，否則會發(fā)生安全事故。當然，保護軍艦的紅外誘餌對tr的最小值沒有嚴格要求。

(4)足夠長的燃燒持續(xù)時間。持續(xù)時間tm是指誘餌從燃燒到最大強度起到強度減弱到最大值的10％時經(jīng)過的時間。理論上tm越長越好。機載紅外干擾彈的tm一般在4~4.5s以上。保護水面艦艇的紅外干擾彈的tm一般要求大于40s。4.1.4機載紅外干擾彈的彈道特性

一般紅外干擾彈是沒有動力的，它被拋出后在重力和空氣阻力等合力作用下運動。作一些假設(shè)可以列出其動力學(xué)方程：設(shè)飛機在投彈時刻作勻速直線運動，干擾彈相對于飛機的拋離速度為v0，拋出角為α(飛機飛行方向的反方向與干擾彈拋出方向之間的夾角)，如圖4.2所示。圖4.2干擾彈投擲方向示意圖由于干擾彈很快燒蝕而質(zhì)量迅速變化，燒蝕時溫度高達2000K以上，其周圍空氣加熱的對流對它有影響，以及飛機尤其是噴氣飛機的氣流對彈的影響等，它的運動方程變得很復(fù)雜。實際工程中，干擾彈的α和v0兩個參數(shù)非常重要。如果α和v0過于小，由于靠近飛機下表面相當厚度的空氣密度很大，若紅外干擾彈不能穿過這個厚度的空氣，有可能造成干擾彈貼在機尾而釀成事故；如果α和v0過大，由于導(dǎo)引頭視場很小，很可能在誘餌尚未形成干擾時就飛出視場而使干擾無效。4.1.5新型紅外干擾彈

“道高一尺，魔高一丈”，這是對抗與反對抗永恒的法則。紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈為了不受紅外干擾彈干擾，采取了變視場等方法。例如北大西洋公約組織裝備的一種紅外點源制導(dǎo)導(dǎo)彈，它具有以下功能：一旦導(dǎo)彈視場中出現(xiàn)兩個光點(目標和干擾彈)，立即從原來的1.6°視場變?yōu)?.8°視場。根據(jù)紅外誘餌受初速和重力影響而向下方運動的特點，對視場內(nèi)兩個光點移動作一下判斷，確定對準哪個目標。即使飛機也作向下俯沖運動，但由于兩者軌跡差別很大，也容易判別目標和誘餌。為了有效干擾新型紅外點源制導(dǎo)導(dǎo)彈，近年來又發(fā)展了新型紅外干擾彈。

1.拖曳式紅外干擾彈

拖曳式紅外干擾彈由控制器、發(fā)射器和誘餌三部分組成。飛行員通過控制器控制誘餌發(fā)射。誘餌發(fā)射后，拖曳電纜一頭連著控制器，另一頭拖曳著紅外誘餌載荷。誘餌由許多1.5mm厚的環(huán)狀筒組成，筒中裝有由燃燒材料做成的薄片。當薄片與空氣中的氧氣相遇時就發(fā)生自燃。薄片分層疊放于裝有螺旋釋放器和步進電機的燃燒室內(nèi)。誘餌工作時，圓筒頂端的蓋帽被彈出，步進電機啟動，活塞控制螺桿推動薄片陸續(xù)進入氣流之中。誘餌產(chǎn)生的紅外輻射強度由電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)——轉(zhuǎn)速越高，則單位時間內(nèi)暴露在氣流中的自燃材料就越多，紅外輻射就越強，反之亦然。由于戰(zhàn)術(shù)飛機發(fā)動機的紅外特征是已知的(例如，在3～5μm波段的輻射強度約為1500W/sr)，故不難通過電機轉(zhuǎn)速的控制產(chǎn)生與之相近的輻射。在面對兩個目標時，有的導(dǎo)引頭跟蹤其中較“亮”者，而有的則借助于門限作用跟蹤其中較“暗”者。針對這點，誘餌被設(shè)計成以“亮-暗-亮-暗”的調(diào)制方式工作，以確保其功效。薄片的釋放快慢還與載機飛行高度、速度等有關(guān)，其響應(yīng)數(shù)據(jù)已被存儲在計算機內(nèi)，供作戰(zhàn)時調(diào)用。

2.氣動紅外干擾彈

針對先進的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈能區(qū)分誘餌和目標的特點，紅外干擾彈增加了氣動或推進系統(tǒng)，就構(gòu)成了一種新型的氣動紅外干擾彈。氣動紅外干擾彈投放后可在一段時間內(nèi)與飛機并行飛行，使紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的反誘餌措施失效。

氣動紅外干擾彈通過對常規(guī)紅外誘餌的結(jié)構(gòu)的改動，來改進其空氣動力特性，進而改變紅外誘餌發(fā)射后的彈道。圖4.3示意了改進后的一種氣動紅外干擾彈的結(jié)構(gòu)。圖4.3氣動紅外干擾彈的結(jié)構(gòu)藥劑在一個多邊形柱腔內(nèi)燃燒，燃燒產(chǎn)物由殼體送出。該殼體上安裝了鰭板，它們可調(diào)整藥柱的方向,使其與飛行方向平行，從而減小阻力，達到改善干擾彈彈道性能的目的。同時，燃燒產(chǎn)物是向干擾彈后部排出的，這也有利于彈道性能的改善。另外，還可以通過增加殼體金屬構(gòu)件的重量改善彈道。

如果在干擾彈上另外再加一個固體發(fā)動機來增加推力，則可有效地改善其彈道性能。如果推力足夠大，甚至可使干擾彈飛向飛機前方。這種伴飛紅外誘餌飛行軌跡可與飛機相仿，導(dǎo)彈很難區(qū)分真?zhèn)巍?/p>

3.噴射式紅外干擾彈

飛機接收到導(dǎo)彈威脅告警后，自行啟動專用噴射系統(tǒng)(亦可在告警器發(fā)出警報時就直接啟動)，將燃料噴射到載機的尾噴氣流中。燃料在高溫?zé)釟饬髦姓舭l(fā)并與空氣中氧氣混合，在機后一定距離上迅速燃燒形成一個燃燒區(qū)。隨著飛機前行，不斷向燃燒區(qū)噴射燃料，就產(chǎn)生一個與載機保持一定距離但具有相同運動軌跡的燃燒區(qū)。燃燒區(qū)的紅外輻射光譜與載機尾噴焰相同或相近，但強度可能更高。這就是一個很好的“伴飛”誘餌。它將把敵紅外導(dǎo)彈引向由燃燒區(qū)和尾噴焰形成的等效能量中心。

4.干擾成像制導(dǎo)導(dǎo)彈的面源紅外誘餌

面源紅外誘餌能在預(yù)定空域形成大面積紅外干擾“云”，這種“云”不僅能模仿被保護體的紅外輻射光譜，還能模仿其空間熱圖像輪廓和能量分布，造成一個假目標，以欺騙敵成像制導(dǎo)導(dǎo)引頭。面源紅外誘餌系統(tǒng)應(yīng)滿足以下技術(shù)條件：

(1)輻射光譜與被保護目標相同或相近。例如，用于艦艇、坦克的此類誘餌必須在3~5μm、8~14μm波段具有與艦艇、坦克相同或相近的熱圖。

(2)在主要成像波段的輻射強度比被保護目標高若干倍，以形成更強的圖像。

(3)有足夠的燃燒時間，使敵導(dǎo)彈不能重新鎖定目標。若燃燒時間不夠，可以連續(xù)發(fā)射。

(4)有高精度方向系統(tǒng)引導(dǎo)發(fā)射，使誘餌完全位于敵成像尋的器的視場內(nèi)。當面源誘餌與被保護目標的熱圖像同時出現(xiàn)在敵尋的器視場時，二者的合成圖像共同形成“目標”信息。無論敵傳感器采用中心跟蹤(形心或矩心跟蹤)、邊緣跟蹤、特征序列匹配或相關(guān)跟蹤算法，都是針對合成圖像進行計算的。由于面源誘餌與被保護體在空間的分離，二者圖像不可能完全重合，這就必然造成跟蹤計算的錯誤，加之誘餌圖像的輻射強度比被保護目標圖像更強，致使不管用哪種算法提供的跟蹤指令都更偏向于誘餌。由于相對運動，誘餌與被保護目標必定逐漸遠離，綜合效果是導(dǎo)引頭漸漸把導(dǎo)彈引向誘餌，而被保護目標卻逐漸被擠向?qū)б^視場邊緣，最終從視場中消失，使導(dǎo)彈完全跟蹤誘餌。面源誘餌已成為對抗紅外成像制導(dǎo)武器的重要手段，其效果與投放速度、方向、點燃時間、持續(xù)時間及導(dǎo)彈視場、速度等因素有關(guān)。美國海軍的“多級煙云(Multicloud)”紅外誘餌已研制出兩種型號：其一是煙火材料型；另一是用現(xiàn)有MK245裝藥，采用專制飄浮部件，按一定時間間隔垂直布放空爆彈藥，產(chǎn)生熱煙云、熱顆粒和擴散氣體，歪曲艦船的紅外圖像，使圖像矩心遠離艦船。這樣，敵方基于成像導(dǎo)引的反艦導(dǎo)彈無論采用哪種跟蹤機制(邊緣檢測、矩心檢測、相關(guān)匹配)，都會得到錯誤信息。

4.2紅外有源干擾機

紅外有源干擾機是針對導(dǎo)彈尋的器的工作原理而采取相應(yīng)措施的有源干擾設(shè)備，其干擾機理與紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的導(dǎo)引機理密切相關(guān)，其主要干擾對象為紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。紅外有源干擾機常安裝在被保護平臺上，使其免受紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊，既可單獨使用，又可與告警設(shè)備或其他設(shè)備一起構(gòu)成光電自衛(wèi)系統(tǒng)。4.2.1紅外有源干擾機的分類和組成

根據(jù)分類方法的不同，紅外有源干擾機可分為許多種類。

按其干擾對象來分，可分為干擾紅外偵察設(shè)備的干擾機和干擾紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的干擾機兩類。目前各國裝備的大都是干擾紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的干擾機。

按其采用的紅外光源來分，可分為燃油加熱陶瓷、電加熱陶瓷、金屬蒸氣放電光源和激光器等四類。燃油加熱陶瓷和電加熱陶瓷光源干擾機一般都有很好的光譜特性，適合于干擾工作在1～3μm和3～5μm波段的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。金屬蒸氣放電光源主要有氙燈、銫燈等，這種光源可以工作在脈沖方式，在重新裝訂控制程序后能干擾更多新型的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。激光器光源的紅外干擾機也稱相干光源干擾機或定向干擾機，這種干擾機干擾功率大，干擾區(qū)域(或稱發(fā)散角)在10°以內(nèi)，因而必須在引導(dǎo)系統(tǒng)作用下對目標進行定向輻射。

按干擾光源的調(diào)制方式來分，可分為熱光源機械調(diào)制和電調(diào)制放電光源紅外干擾機兩種典型形式。前者采用電熱光源或燃油加熱陶瓷光源，紅外輻射是連續(xù)的;而后者的光源通過高壓脈沖來驅(qū)動。

1.熱光源機械調(diào)制紅外干擾機

熱光源機械調(diào)制紅外干擾機由紅外光源和可以控制的調(diào)制器以及其他附屬部分組成。紅外光源發(fā)出能干擾紅外點源導(dǎo)引頭的紅外輻射(4~5μm波長)；可控調(diào)制器有多種形式，較為典型的是開了縱向格的圓柱體，它以角頻率ωj繞軸旋轉(zhuǎn)，輻射出特定的調(diào)制函數(shù)的紅外輻射。熱光源機械調(diào)制紅外干擾機的電源是電熱光源或燃油加熱陶瓷光源，其紅外輻射是連續(xù)的。由干擾機理得知，要想起到干擾作用，必須將這些連續(xù)的紅外輻射變成閃爍、調(diào)制的紅外輻射。能起到這種斷續(xù)透光作用的裝置，就叫做調(diào)制器。這種干擾機一般由控制機構(gòu)、斬波控制、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、紅外光源和斬波圓筒構(gòu)成，如圖4.4所示。圖4.4熱光源機械調(diào)制紅外干擾機的組成控制機構(gòu)控制干擾機的工作狀態(tài)和干擾輻射頻率等，操作員可在其上進行調(diào)制頻率的修改，修改信息送給斬波控制部分，然后通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)控制斬波圓筒完成對紅外光源輻射的調(diào)制。典型的如УЭB-1紅外干擾機，其斬波圓筒由內(nèi)外兩個調(diào)制盤構(gòu)成，呈圓筒形，軸重合，光源放在軸線上，兩個調(diào)制盤都沿軸線方向開相同數(shù)量的槽，槽的寬度等于槽間距的一半。兩個調(diào)制盤在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動下作相反方向的旋轉(zhuǎn)，使光路時斷時通，從而產(chǎn)生調(diào)制過的紅外輻射干擾信號。

2.電調(diào)制放電光源紅外干擾機

電調(diào)制放電光源紅外干擾機由顯示控制器、光源驅(qū)動電源和輻射器三部分構(gòu)成。其光源是通過高壓脈沖來驅(qū)動的，它本身就能輻射脈沖式的紅外能量，因此不必像熱光源機械調(diào)制干擾機那樣需加調(diào)制器，而只需通過顯示控制器控制光源驅(qū)動電源改變脈沖的頻率和脈寬便可達到理想的調(diào)制目的。這種干擾機的編碼和頻率調(diào)制靈活，如用微處理器在編碼數(shù)據(jù)庫中進行編碼選擇，可更有效地對多種導(dǎo)彈起到理想的干擾作用。這種干擾機的缺點是大功率光源驅(qū)動電源體積、重量較大，而且與輻射部分的結(jié)構(gòu)相關(guān)性較小。4.2.2紅外有源干擾機的干擾原理

對于帶有調(diào)制盤的紅外尋的器，目標通過光學(xué)系統(tǒng)在焦平面上形成“熱點”，調(diào)制盤和“熱點”作相對運動，使熱點在調(diào)制盤上掃描而被調(diào)制，目標視線與光軸的偏角信息就包含于通過調(diào)制盤后的紅外輻射能量之中。經(jīng)過調(diào)制盤調(diào)制的目標紅外能量被導(dǎo)彈的探測器接收，形成電信號，再經(jīng)過信號處理后得出目標與尋的器光軸線的夾角偏差或該偏差的角速度變化量，作為制導(dǎo)修正依據(jù)。當干擾機介入后，其干擾信號也聚集在“熱點”附近，并隨“熱點”一起被調(diào)制，同時被探測器接收。干擾機的能量是按特定規(guī)律變化的，當這種規(guī)律與調(diào)制盤對“熱點”的調(diào)制規(guī)律相近或影響了調(diào)制盤對“熱點”的調(diào)制規(guī)律時，偏差信號將產(chǎn)生錯誤，致使舵機修正發(fā)生錯亂，從而達到干擾的目的。

當所保衛(wèi)的飛機等目標裝有紅外有源干擾機時，紅外導(dǎo)引頭的尋的器既收到了飛機的紅外輻射(直流輻射)，又收到了紅外有源干擾機發(fā)出的調(diào)制后的紅外輻射，它可以表示為

Pd(t)=［A+Pj(t)］mr(t)

(4-11)式中

Pd(t)——導(dǎo)引頭調(diào)制盤后輻射功率；

A——尋的導(dǎo)引頭調(diào)制盤收到的飛機輻射功率；

Pj(t)——導(dǎo)引頭的調(diào)制盤收到的隨時間調(diào)制的紅外有源干擾機的輻射功率；

mr(t)——導(dǎo)引頭調(diào)制盤的調(diào)制函數(shù)。

mr(t)是以角頻率ωm為周期的函數(shù)，用傅立葉展開式可表示為

(4-12)式中

(4-13)

式中:。因為紅外有源干擾機的角頻率為ωj,所以Pj(t)可表示為

(4-14)

式中

(k=0,±1,±2,…)

(4-15)式中

把式(4-12)和式(4-14)代入式(4-11)，得

(4-16)為了更清楚和更直觀地了解干擾原理，對兩個調(diào)制函數(shù)作一些合理簡化。假定導(dǎo)引頭調(diào)制盤的調(diào)制函數(shù)簡化為

(4-17)

式中，a為調(diào)制效率函數(shù)，是像點直徑和調(diào)制盤有效直徑比(0＜a＜1);mt(t)為載波方波門函數(shù)；ωc為載波頻率。

mt(t)的傅立葉展開式為

(4-18)

假定紅外有源干擾機的Pj(t)以ωc為載頻，ωj為門限值進行調(diào)制，則

(4-19)式中，B是紅外有源干擾機的峰值功率。mj(t)的傅立葉展開式為

(4-20)

式中,Φj為相對于mj(t)的一個隨機相位角，因此式(4-16)變?yōu)?/p>

(4-21)載波頻率放大器的輸出可近似表示為

(4-22)

式(4-22)中載頻調(diào)制包絡(luò)為

(4-23)包絡(luò)信號進一步被放大和處理。假定ωm和ωj相近，則導(dǎo)引頭的驅(qū)動信號應(yīng)為

(4-24)

驅(qū)動信號驅(qū)動旋轉(zhuǎn)陀螺：旋轉(zhuǎn)陀螺和導(dǎo)引頭轉(zhuǎn)動力矩相互作用，使進動率正比于兩者矢量之和。陀螺對緩慢變化的交流分量有很好的響應(yīng)，跟蹤誤差正比于

(4-25)式中

沒有干擾信號時，則

(4-26)沒有干擾時，目標的像點沿著相位角方向向調(diào)制盤中心移動，直到到達中心平衡點為止。干擾信號進入之后，在常向量基礎(chǔ)上加入了干擾信號，則中心不再是系統(tǒng)的平衡點。當干擾功率B大于2aA時，目標像點被拉離中心。如果ωm

和ωj很接近，目標像點就可能被拉出調(diào)制盤，從而達到干擾的目的。4.2.3定向紅外干擾機

定向紅外干擾機是在普通紅外有源干擾機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它是將干擾機的紅外(或激光)光束指向探測到的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，以干擾導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭，使其偏離目標方向的一種新型的紅外對抗技術(shù)。與普通的紅外有源干擾機不同，定向紅外干擾機將紅外干擾光源的能量集中在導(dǎo)彈到達角的小立體角內(nèi)，瞄準導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭定向發(fā)射，使干擾能量聚焦在紅外導(dǎo)引頭上，從而干擾紅外導(dǎo)引頭上的探測器和電路，使導(dǎo)彈丟失目標。普通紅外對抗技術(shù)所用的干擾光源是在大的空間范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)射能量，相比之下，定向紅外對抗節(jié)省了能量，增加了隱蔽性，不易被敵方探測到，但定向紅外對抗是以系統(tǒng)的復(fù)雜性為代價的，必須增加導(dǎo)彈報警和跟蹤系統(tǒng)。定向紅外干擾機的干擾光源通常使用非相干調(diào)制的氙弧光燈，但氙燈只能干擾工作在1μm和2μm波段的第一代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，對工作在3～5μm波段的新一代紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈則無能為力。使用相干的定向紅外光源即激光器可以干擾新一代的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。因為干擾新一代的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈，最重要的要求是干擾能量要足夠大，以便使聚焦在紅外導(dǎo)引頭探測器上的能量盡可能高，還要求干擾光源的效率高、體積小、重量輕、壽命長、發(fā)射波長與導(dǎo)彈的工作波長匹配。相干的定向激光干擾光源能很好地滿足上述要求。激光光源的高亮度、高定向性和高相干性，使其產(chǎn)生的相干能量能很容易地聚焦在位于小束散角內(nèi)的紅外導(dǎo)引頭上，從而很容易干擾紅外導(dǎo)引頭上的探測器和電路。隨著紅外有源干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，定向紅外干擾已經(jīng)逐漸成為紅外干擾技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。目前，定向紅外干擾已經(jīng)應(yīng)用于實戰(zhàn)。最典型的定向紅外對抗系統(tǒng)裝備是美國的“復(fù)仇女神(DIRCM)”。

DIRCM系統(tǒng)第一代采用弧光燈作為干擾機，第二代采用激光干擾機，以替代現(xiàn)有型號上使用的氪燈干擾機。定向紅外對抗系統(tǒng)現(xiàn)已交付使用，每架大型飛機安裝兩部干擾機，機身兩側(cè)一邊一部。用于直升機上時，采用一部干擾機即可滿足要求。

DIRCM系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)，重123磅，可組合成各種形式來保護約14種不同類型的飛機?！皬?fù)仇女神”的告警系統(tǒng)是AN/AAR-54PMAWS導(dǎo)彈逼近紫外告警系統(tǒng)，可無源探測導(dǎo)彈尾焰的紫外能量,跟蹤多重能源并按照殺傷導(dǎo)彈、非殺傷導(dǎo)彈或雜波把輻射源進行分類。它的探測距離是現(xiàn)有MAWS的兩倍，虛警率也大大降低。該系統(tǒng)使用寬視場傳感器和小型的處理器。根據(jù)覆蓋范圍要求的不同，可以使用1~6個傳感器。當導(dǎo)彈來襲時，告警系統(tǒng)確定導(dǎo)彈對所保護目標是否構(gòu)成威脅,跟蹤并啟動以大功率弧光燈為主的對抗措施以干擾導(dǎo)彈。四軸炮塔可方便地與激光器相結(jié)合。而用于固定翼飛機和直升機上的定向紅外對抗發(fā)射機已經(jīng)開發(fā)出來。該發(fā)射機包括帶有準確跟蹤傳感器(FTS)和紅外干擾機的指示炮塔。Rockwell公司正在生產(chǎn)位于方位軸上的準確跟蹤傳感器。這種傳感器采用高靈敏度的碲鎘汞中波焦平面陣列技術(shù)。當導(dǎo)彈告警系統(tǒng)告警時,發(fā)射機跟蹤來襲導(dǎo)彈,并向?qū)棸l(fā)射高強度紅外光束。其跟蹤系統(tǒng)是四軸的。在導(dǎo)彈威脅情況下,FTS處理來襲導(dǎo)彈圖像,供“復(fù)仇女神”系統(tǒng)使用,發(fā)射機鎖定并跟蹤目標,持續(xù)干擾來襲導(dǎo)彈。

4.3強激光干擾技術(shù)

強激光干擾通過發(fā)射強激光能量，破壞敵方光電傳感器或光學(xué)系統(tǒng)，使之飽和、迷盲，以致徹底失效，從而極大地降低敵方武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。強激光能量足夠強時，也可以作為武器擊毀來襲的導(dǎo)彈、飛機等武器系統(tǒng)。因而，從廣義上講，強激光干擾也包括戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略激光武器。強激光干擾的主要特點是：

(1)定向精度高。激光束具有方向性強的特點，實施強激光干擾時，激光束的發(fā)散角只有幾十個微弧度，能將強激光束精確地對準某一個方向，選擇殺傷來襲目標群中的某一個目標或目標上的某一部位。

(2)響應(yīng)速度快。光的傳播速度極快，干擾系統(tǒng)一經(jīng)瞄準干擾目標，發(fā)射即中，不需要設(shè)置提前量。這對于干擾快速運動的光學(xué)制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭上的光學(xué)系統(tǒng)或光電傳感器以及機載光學(xué)測距和觀瞄系統(tǒng)等，是一種最為有效的干擾手段。

(3)應(yīng)用范圍廣。強激光干擾的激光波長從可見光到紅外波段都能覆蓋；而且作用距離可達幾十千米。根據(jù)作戰(zhàn)目標的不同，強激光干擾可用于機載、車載、艦載及單兵攜帶等多種形式。強激光干擾的作戰(zhàn)宗旨是破壞敵方光電傳感器或光學(xué)系統(tǒng)，干擾敵方激光測距機和來襲的光電精確制導(dǎo)武器，其最高目標是直接摧毀任何來襲的威脅目標。4.3.1強激光干擾的分類和組成

強激光干擾有很多種類。按照激光器類型來劃分，有Nd:YAG激光干擾設(shè)備(波長1.06μm)、倍頻Nd:YAG激光干擾設(shè)備(波長0.53μm)、CO2激光干擾設(shè)備(波長10.6μm)和DF(氟化氘)化學(xué)激光干擾設(shè)備(波長3.8μm)等。

按照裝載方式來劃分，有機載、車載、艦載及單兵攜帶等多種形式。

按作戰(zhàn)使命來劃分，有飽和致眩式、損壞致盲式、直接摧毀式等形式。強激光干擾系統(tǒng)根據(jù)類型的不同，其組成也大不相同，但都包括激光器和目標瞄準控制器兩個主要部分。如單兵便攜式激光眩目器，一般用來干擾地面靜止或慢速運動目標，主要由激光器和瞄準器組成。而以干擾光電制導(dǎo)武器為目的的干擾設(shè)備最為復(fù)雜，通常由偵察設(shè)備、精密跟蹤瞄準設(shè)備、強激光發(fā)射天線、高能激光器和指揮控制系統(tǒng)等組成。4.3.2強激光毀傷效果

1.激光致盲

空中目標，如飛機、導(dǎo)彈，通常配備精密光學(xué)元件，如瞄準鏡、夜視儀、前視紅外裝置、測距機、跟蹤器、傳感器、目標指示器、光學(xué)引信等。針對脆弱的光學(xué)元件，激光致盲是重要的光電攻擊手段，它所需平均功率僅為幾瓦至萬瓦，即可達到干擾、致盲敵方光學(xué)器件，破壞敵偵察、制導(dǎo)、火控、導(dǎo)航、指揮、控制和通信等系統(tǒng)的目的。激光致盲武器主要用來致盲敵方各類光電裝置中的光電探測器。為了有效地實現(xiàn)致盲，往往采用可調(diào)諧的激光波長，用來應(yīng)對對方用反射膜、濾光片之類的簡單的對抗措施，并采用重復(fù)頻率可調(diào)的脈沖激光，其脈沖峰值功率可達百萬瓦級。

1)光電探測器的致盲

在飛機和導(dǎo)彈的光電裝置中，整流罩、濾光片、物鏡、場鏡、調(diào)制盤和光電探測器等都易受激光損傷。由于光學(xué)系統(tǒng)的聚焦作用，探測器與調(diào)制盤更易損壞，因此只需相對小的功率就可以使光電傳感器損毀，從而達到“致盲”的效果。據(jù)測試，碲鎘汞(HgCdTe)、硫化鉛(PbS)、銻化銦(InSb)等光電探測器的破壞閾值為100～3×104W/cm2(0.1s照射時間)，而光學(xué)玻璃在300W／cm2照度下，0.1s即可以熔化。所以一般作戰(zhàn)要求高能激光器平均功率達到2×104W，或脈沖能量達3×104J以上。假如僅僅產(chǎn)生致盲效果，僅需用平均功率為幾瓦至萬瓦水平的光輻射。激光器激活介質(zhì)的不同，決定了其適合致盲的目標的不同。表4.2給出了它們適合致盲的目標。表4.2不同種類的激光束適合致盲的傳感器類型

西德MBB公司研制的“高能激光武器系統(tǒng)”產(chǎn)生的激光波束直徑為10cm，脈沖功率為1MW，在20km遠處(23km能見度)照射0.1s，就可使光電探測器致盲，10km遠處可燒穿機身。

1983年美國一臺400kW的CO2激光器，成功地攔截了五枚AIM-9“響尾蛇”空對空導(dǎo)彈。該激光器使制導(dǎo)系統(tǒng)失效，五枚導(dǎo)彈全部偏離了方向。

2)人眼致盲

激光武器用于防空時不可避免地要對有人駕駛飛機進行輻照，此時飛行員的眼睛容易受損。人眼是一個光學(xué)系統(tǒng)，它的透過率曲線如圖4.5所示。由圖可以看出，人眼對0.4~1.4μm之間的光輻射的透過率τ比較高。例如，對0.53μm(Nd:YAG激光的倍頻)光的透過率約為88％，而對10.6μm(CO2的激光)光的透過率極低。圖4.5眼睛光學(xué)系統(tǒng)的透過率與波長的關(guān)系能透過人眼光學(xué)系統(tǒng)而抵達視網(wǎng)膜上的激光對視網(wǎng)膜的傷害還與視網(wǎng)膜對光的吸收率α密切相關(guān)。吸收率α越大，視網(wǎng)膜損傷越嚴重，否則越輕微。所以，視網(wǎng)膜受損程度是由眼睛光學(xué)系統(tǒng)的透射率τ與視網(wǎng)膜吸收率α的乘積，即視網(wǎng)膜有效吸收率T來決定的。圖4.6為視網(wǎng)膜有效吸收率T與光波長的關(guān)系。從曲線可以看出,波長為0.53μm(Nd:YAG倍頻光)、0.6943μm(紅寶石激光)、0.488μm(氬離子激光)的三種激光的T值分別為65.1％、53.7％、56％，所以這三種激光都會對人眼的視網(wǎng)膜造成嚴重損傷。由于血紅蛋白吸收峰是0.542～0.576μm，因此，0.53μm激光對人眼視網(wǎng)膜的損傷最嚴重。圖4.6視網(wǎng)膜有效吸收與波長的關(guān)系對于中遠紅外激光，它們的能量主要被角膜吸收，所以會造成角膜部位的損傷。

人眼光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)增益高達105倍左右，若在角膜入射處的光功率密度為0.05mW/mm2，則到達視網(wǎng)膜上時會劇增至25W/mm2。如果入射光先經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)(望遠鏡、潛望鏡等)，然后進入人眼，則光學(xué)系統(tǒng)的聚焦作用使人眼的損傷更大。除此之外，激光還可能使人眼引起病變，如角膜發(fā)生凝固水腫和壞死潰瘍、晶狀體混濁、視網(wǎng)膜損傷等。角膜吸收激光能量后會被灼傷，輕者出現(xiàn)淺層上皮細胞凝固、核固縮及胞漿濃染或角膜增厚、基質(zhì)水腫，重者出現(xiàn)潰瘍脫落或全層崩解，甚至角膜穿孔。晶狀體混濁的區(qū)域局限于激光入射光路到晶狀體后囊，有的激光沿晶狀體纖維方向向中心區(qū)擴展，致使晶狀體混濁而變得不透明，甚至燒焦致殘。視網(wǎng)膜對光的吸收能力最強，很易被燒傷，其上的黃斑處更易遭到損害。可對視網(wǎng)膜產(chǎn)生損傷的激光能量密度閾值約為0.5～

5μJ/cm2?？紤]到激光對人眼致盲的非人道傷害，目前國際上已經(jīng)有禁止使用專使人眼致盲的激光武器的公約，但并不禁止使用其他的激光武器系統(tǒng)，如導(dǎo)致閃光盲的激光武器。明亮的閃光引起短時間的視覺功能障礙稱為閃光盲。眼睛受到激光輻照時，即使視網(wǎng)膜上光斑的功率密度低于損傷閾值，也會使人眼在相當長的一段時間內(nèi)看不見東西。測試表明，當人眼瞳孔直徑為6mm，受到能量為3.25×105lm·s的閃光輻照時，雖不造成任何損傷，但會嚴重地影響視覺功能，直到9～11s以后才能看清照度約為11lx的儀表讀數(shù)。閃光盲的持續(xù)時間不但與激光輻照的能量有關(guān)，而且與被觀察的空間頻率和反差有關(guān)。

2.激光摧毀

隨著上靶激光能量的增加，對目標的破壞由致盲加劇到摧毀。激光摧毀主要靠三種破壞效應(yīng)：熱燒蝕破壞效應(yīng)、激波破壞效應(yīng)和輻射破壞效應(yīng)。下面將對這三大破壞效應(yīng)的毀傷機理進行初步分析。

1)熱燒蝕破壞效應(yīng)

激光照射到目標上后，目標材料物質(zhì)的電子由于吸收光能產(chǎn)生碰撞而轉(zhuǎn)化為熱能，使材料的溫度由表及里迅速升高，當達到一定溫度時材料被熔融甚至氣化，由此形成的蒸氣以極高的速度向外膨脹噴濺，同時沖刷帶走熔融材料液滴或固態(tài)顆粒，從而在材料上造成凹坑甚至穿孔，這種效應(yīng)稱為熱燒蝕破壞效應(yīng)。熱燒蝕破壞效應(yīng)是激光武器最重要的毀傷手段。實驗表明，熱燒蝕破壞效應(yīng)與激光光源參數(shù)、外界環(huán)境參數(shù)和材料物質(zhì)參數(shù)密切相關(guān)。激光光源參數(shù)包括激光波長、功率密度、激光作用時間、激光束的時空結(jié)構(gòu)(脈沖或連續(xù)波)等；外界環(huán)境可以是真空環(huán)境、各種大氣環(huán)境和人工設(shè)計的具有易反射或易吸收功能的各種環(huán)境；材料物質(zhì)的參數(shù)既包括材料的比熱系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴散系數(shù)、熔點等熱物理性能參數(shù)，也包括材料的彈性模量、屈服強度、拉伸斷裂強度等力學(xué)性能參數(shù)。這些參數(shù)的不同，將導(dǎo)致激光對材料的熱燒蝕破壞效應(yīng)的不同。1998年12月，南京理工大學(xué)通過精密的計算和嚴格試驗完成了《激光武器的毀傷機理與防護技術(shù)》報告。根據(jù)這個技術(shù)報告，可以對激光的熱燒蝕效應(yīng)總結(jié)出以下若干重要結(jié)論。在激光對材料的熱燒蝕破壞過程中，材料表面溫度與激光作用時間的平方根成正比，即激光對材料作用的時間越長，材料表面的溫度越高。對于給定能量的脈沖激光，當增加功率密度時縮短脈沖持續(xù)時間，則加熱時間必然縮短，而材料表面的溫度將會升高。也就是說，使用峰值功率高、持續(xù)時間短的脈沖激光可以更有效地對材料表面加熱。但是，高功率脈沖激光與材料作用時，材料表面產(chǎn)生的等離子體的屏蔽作用對激光的燒蝕效果又有負面影響。激光對材料的熱燒蝕破壞閾值既可用能量密度閾值描述，也可用功率密度閾值描述。在矩形短脈沖情況下，激光對給定材料破壞的能量密度閾值是一個常數(shù)，而功率密度閾值與脈寬成反比；在矩形長脈沖情況下，激光對給定材料的破壞能量密度閾值與脈寬的平方根成正比，而功率密度閾值與脈寬的平方根成反比。也就是說，短脈沖激光主要靠達到功率密度閾值對材料產(chǎn)生燒蝕破壞，長脈沖激光主要靠達到能量密度閾值對材料產(chǎn)生燒蝕破壞。不同的物質(zhì)材料對激光的吸收能力和反射能力各不相同，反映這種能力的物理概念是材料對激光的吸收系數(shù)與反射系數(shù)。根據(jù)能量守恒定律，激光不能穿透的材料的反射系數(shù)與吸收系數(shù)之和為100%。激光對材料的熱燒蝕破壞能力，與材料對激光的反射系數(shù)成反比，與材料對激光的吸收系數(shù)成正比。對于熔點相同的兩種材料，當照射激光功率較小時，熱傳導(dǎo)系數(shù)較大的材料被燒熔所需時間較長，熱傳導(dǎo)系數(shù)較小的材料被燒熔所需時間較短；隨著入射激光功率的逐步增大，材料在激光的作用下進行熱傳導(dǎo)的時間逐步縮短，兩種材料被燒熔所需時間逐步接近；當輻射激光功率足夠大時，材料在激光作用下來不及進行熱量傳導(dǎo)，兩種材料被燒熔所需時間達到一致。如果材料參數(shù)與激光脈沖的參數(shù)合適，在材料表面氣化時，還有可能使材料深部溫度高于表面溫度，這時材料內(nèi)部因熱過載而形成高溫進而產(chǎn)生高壓，當達到閾值時便會發(fā)生熱爆炸，從而提高激光穿孔的破壞效率。

高能激光武器的熱燒蝕效應(yīng)對導(dǎo)彈、飛機、衛(wèi)星等飛行器的破壞主要表現(xiàn)為直接燒蝕破壞、結(jié)構(gòu)力學(xué)破壞和對光電器件的破壞。導(dǎo)彈、飛機、衛(wèi)星的殼體一般都是熔點在1500℃左右的合金材料，功率2~3MW的脈沖高能激光只要在其殼體表面某固定部位輻照3~5s就可將其燒蝕熔融甚至氣化，使目標內(nèi)部的燃料燃燒爆炸或元器件損傷遭毀。這種破壞稱為直接燒蝕破壞。當輻照的激光功率較低時，目標所吸收的激光能量雖使材料表面局部溫度升高，但低于熔點，這時雖然不能燒熔材料，但是能改變材料的物理和力學(xué)性能，如使屈服強度、拉伸強度下降。這種現(xiàn)象稱為軟化效應(yīng)。實際上，即使功率較大的激光照射目標時，目標也是在熔融之前產(chǎn)生軟化效應(yīng)而遭毀的。因此，激光武器不一定非要把導(dǎo)彈、飛機、衛(wèi)星等的殼體表面燒出洞來才能毀傷目標，而可以通過軟化效應(yīng)造成其殼體材料抗拉抗壓強度下降，使其在自身應(yīng)力的作用下遭毀。特別是導(dǎo)彈設(shè)計的準則是盡量減小結(jié)構(gòu)重量，以保證必要的有效載荷，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時不可能留有很大的余量，因而當使導(dǎo)彈殼體材料產(chǎn)生軟化效應(yīng)時，在其飛行氣動應(yīng)力的作用下就很容易變形甚至解體。這種使目標外殼變形或解體而毀傷目標的情景稱為結(jié)構(gòu)力學(xué)破壞。當激光作用于光電器件使其溫度升高時，會嚴重影響光電器件的技術(shù)性能而使其失效。例如對于光電探測器，溫度過高、光照過強就會大大影響其成像質(zhì)量，甚至根本無法工作。這種情況就是對光電器件的破壞。

2)激波破壞效應(yīng)

激波破壞效應(yīng)是脈沖高能激光特有的物理效應(yīng)。脈沖高能激光輻照功率達到峰值時，會在靶材表面形成一個燒蝕等離子層。該等離子層迅速向外噴射，施于靶面一個沖擊壓力，該壓力稱為燒蝕壓力。靶面的這一燒蝕壓力的沖擊加載導(dǎo)致一個激波向靶內(nèi)傳播，稱做壓縮加載波。隨著激光功率的下降，又會向靶內(nèi)傳播一個稀疏卸載波。由于稀疏卸載波很快趕上前面的壓縮加載波，兩者疊加的結(jié)果便形成了三角形剖面的激波。該激波到達靶材后表面時發(fā)生反射，轉(zhuǎn)換為拉伸波。一旦拉伸力達到一定值時，便會引起拉伸損傷，即斷裂破壞，這就是激光的激波破壞效應(yīng)。激波引發(fā)材料斷裂的許多數(shù)據(jù)是在飛板碰撞實驗中取得的。飛板碰撞實驗表明，激波動力學(xué)損傷與應(yīng)力持續(xù)時間有關(guān)，長脈沖激光比短脈沖激光造成損傷的應(yīng)力要低。材料損傷不是瞬時的，有一個時間積累的過程。材料的損傷通常要經(jīng)歷三個不同的階段，即微小孔洞的成核階段、增長階段和匯合階段。當拉伸應(yīng)力大于某一臨界值時，微小孔洞開始成核。隨著激波應(yīng)力與材料表面繼續(xù)作用，微小孔洞不斷增長。當時間的積累達到一定的閾值時，微小孔洞的匯合得以完成，于是發(fā)生了斷裂損傷。激波在靶材內(nèi)傳播時，靶材斷裂的厚度與激光波長、脈寬、強度、脈沖形狀、燒蝕壓力和靶材材料參數(shù)、靶材厚度有關(guān)。實驗表明，在給定的激光參數(shù)和靶材材料參數(shù)條件下，斷裂厚度隨靶材厚度的增加而增加。其原因是：靶材越厚，傳播到靶材后表面的激波就越弱，達到斷裂損傷的應(yīng)力累積的時間就越長，因而斷裂片就越厚。當靶材厚到一定程度時，傳播到靶材后表面的激波變得太弱，便不會發(fā)生斷裂。不致產(chǎn)生斷裂損傷的靶材厚度稱為斷裂閾值。在激光燒蝕壓力為65GPa，波長為0.308μm，脈寬為2ns，激光強度為8×1011W/cm2的情況下，鋁材的斷裂閾值為1250μm。如果將激光參數(shù)調(diào)整為燒蝕壓力50GPa，波長0.308μm，脈寬2.5ns，激光強度6×1011W/cm2，鋁材的斷裂閾值為1175μm。這表明鋁材的斷裂閾值隨著脈沖激光強度的變?nèi)醵档?。一般認為，這個結(jié)論具有普遍意義。導(dǎo)彈、飛機、衛(wèi)星殼體金屬材料的厚度遠遠大于其斷裂閾值，因此不會受到激波破壞效應(yīng)的損傷。只有飛行器的光電探測器件窗口等近似于裸露的極薄保護殼體，才是易受激波破壞效應(yīng)損傷的部位。這些部位抗激光激波破壞的技術(shù)措施有很多，適當加厚這些部位保護層材料的厚度，對材料的彈性模量、屈服強度、拉伸斷裂強度等力學(xué)性能參數(shù)進行篩選比較，選擇具有抗激波破壞優(yōu)勢的材料充作保護層材料等，都會收到一定的效果。但前提是不能影響這些部位功能的正常發(fā)揮。

3)輻射破壞效應(yīng)

材料表面因激光照射氣化而生成等離子體，等離子體一方面對激光起屏蔽作用，另一方面又能夠輻射紫外線和X射線，對目標造成損傷，這就是激光的輻射破壞效應(yīng)。紫外線和X射線與光、熱和無線電波一樣，在本質(zhì)上都是線穿透曝光。此外射線可使氣體、液體及固體物質(zhì)電離，從而改變其電學(xué)性質(zhì)。這個特性對通信衛(wèi)星有重要影響。如果X射線穿透通信衛(wèi)星，使衛(wèi)星內(nèi)部的電子元器件發(fā)生電離現(xiàn)象，改變了原有的電學(xué)性質(zhì)，這顆通信衛(wèi)星也就基本上報廢了。

X射線能造成永久性物理損傷，如固體材料的破裂、孔洞、剝落等，這種作用能使標準樣品老化而影響使用壽命。這個特性由于是在較長時間照射或照射后較長時間出現(xiàn)的，因此對導(dǎo)彈、飛機基本沒有影響，主要是會顯著縮短各類軍事衛(wèi)星的服役壽命。對X射線的防御，可以根據(jù)其不易穿透骨頭的特點，將骨粉壓制成防護層襯于衛(wèi)星的內(nèi)表面，從而起到阻隔的作用。從以上對激光武器殺傷破壞機理的三個主要破壞效應(yīng)的分析中可以得出結(jié)論：熱燒蝕破壞效應(yīng)是激光對導(dǎo)彈、飛機、衛(wèi)星等空中目標毀傷的主要手段，激波破壞效應(yīng)只對飛行器上很薄的金屬殼體部位構(gòu)成物理性損傷威脅，輻射破壞效應(yīng)只對滯留空中時間較長的衛(wèi)星構(gòu)成多方面的嚴重威脅。不同飛行器防御高能激光武器的毀傷，應(yīng)根據(jù)激光的破壞機理采取不同的相應(yīng)措施。4.3.3強激光干擾的關(guān)鍵技術(shù)

強激光干擾以其優(yōu)異的特性受到人們的關(guān)注，是當前軍事技術(shù)發(fā)展的一個熱點。其主要關(guān)鍵技術(shù)有以下幾個方面。

1.高能量、高光束質(zhì)量激光器技術(shù)

高能量、高光束質(zhì)量激光器是強激光致盲干擾系統(tǒng)的核心。強激光致盲干擾系統(tǒng)通過激光器發(fā)射強激光實現(xiàn)對目標的干擾與致盲。激光輸出能量和束散角是激光器的兩個最重要指標。激光束遠場處的光斑尺寸與激光束的傳播距離和光束發(fā)散角成正比，而光斑面積與距離和光束發(fā)散角乘積的平方成正比(遠場情況下)，因此，激光遠場處的激光能量密度與距離和光束發(fā)散角乘積的平方成反比，與激光器的初始輸出能量成正比。所以，控制激光輸出光束發(fā)散角非常重要。作為小型、中等功率、高光束質(zhì)量的短波長激光器的新興技術(shù)有：

(1)短波長固體激光器的二極管泵浦技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)證實了能夠顯著提高效率和大大減小激光器熱負載。在未來20年內(nèi)，按常規(guī)技術(shù)進展應(yīng)能實現(xiàn)60%的二極管效率和15%的電—激光凈轉(zhuǎn)換效率。二極管的成本應(yīng)降至二極管光學(xué)功率每瓦低于1美元，用于40kW激光器的二極管泵浦陣列的成本應(yīng)少于16萬美元。

(2)固體激光器的熱容量運行技術(shù)。該技術(shù)使得激光器能夠在短暫的交戰(zhàn)期內(nèi)根據(jù)需要產(chǎn)生高輸出功率。發(fā)展得當?shù)脑?，在不采用冷卻措施的運行中，這種方法應(yīng)能實現(xiàn)每立方厘米激光材料產(chǎn)生高于500J的激光輸出。在每次交戰(zhàn)所需能量為40kJ及熱彈倉允許進行10次交戰(zhàn)(400kJ的激光輸出)的情況下，所需激光材料的體積將是800cm3，重量小于4kg。這10次交戰(zhàn)中每兩次之間的冷卻時間將為1～2min。

(3)激光武器內(nèi)或激光武器與目標之間的相位共軛技術(shù)。該技術(shù)用于對光程畸變進行補償并產(chǎn)生近衍射限光束。在機載激光器計劃中得到的經(jīng)驗，在這里同樣適用。

(4)非冷卻光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)。該技術(shù)可降低光束定向器的成本和質(zhì)量。隨著超低吸收率反射鏡鍍層的發(fā)展，非冷卻光學(xué)系統(tǒng)將是可能的。

(5)高能光纖激光組束技術(shù)。由于雙包層高功率光纖激光器和激光組束技術(shù)的高速發(fā)展，高性價比的激光器應(yīng)用于激光武器的研究也取得了突破性進展。光纖激光器組束技術(shù)可以滿足機載激光的各項條件。隨著光纖激光器的發(fā)展以及包層多模并行泵浦技術(shù)的采用，光纖激光器的輸出功率大幅度提高，從原有的毫瓦量級提高到瓦量級水平，并且已有千瓦輸出功率的成品問世，發(fā)絲般粗細的光纖使得光纖激光器能獲得極高的光功率密度(可達560MW/cm2)，并且在同樣的輸出光功率下，高功率光纖激光器相對傳統(tǒng)激光器具有效率高、光束質(zhì)量好、工作壽命長、發(fā)熱量小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性強、易于保障等優(yōu)點，這使得高能光纖激光器完全有能力替代傳統(tǒng)的大功率激光器而用于激光武器。

2.精密跟蹤瞄準技術(shù)

激光干擾設(shè)備用強激光束直接照射目標使其致盲或損壞，這要求設(shè)備具有很高的跟蹤瞄準精度。對于空對地導(dǎo)彈等運動較快的光電威脅目標，強激光干擾設(shè)備的跟蹤瞄準系統(tǒng)還應(yīng)具有較高的跟蹤角速度和跟蹤角加速度。強激光致盲干擾設(shè)備所要求的跟蹤瞄準精度高達微弧度量級，需采用紅外跟蹤、電視跟蹤、激光角跟蹤等綜合措施實現(xiàn)精密跟蹤瞄準。要進行目標跟蹤，首先需要發(fā)現(xiàn)目標，即完成對目標的偵察/定位。目前對目標的偵察/定位概括起來主要有兩種方法:一是利用小型微光雷達、無線電雷達等掃描搜索的主動偵察技術(shù);另一是采用紅外、激光報警裝置等來探測的被動偵察技術(shù)。目前，在反傳感器低能紅外激光武器所使用的偵察/定位技術(shù)中，以被動偵察技術(shù)發(fā)展得最快。致盲型激光武器發(fā)射的激光能量一般都較低,因此，激光照射到目標傳感器上以后，并不能立即產(chǎn)生致盲或破壞效應(yīng)。若要產(chǎn)生一定的致盲或破壞效應(yīng)，照射激光還必須持續(xù)輻照一段時間

(1秒至數(shù)秒)。據(jù)估算，要使激光光斑在運動目標的某確定部位停留數(shù)秒，要求跟蹤瞄準系統(tǒng)的跟蹤角誤差不低于10μrad量級。這一要求比一般的大型光電跟蹤系統(tǒng)的跟蹤角誤差至少要高出一個數(shù)量級。為實現(xiàn)這一跟蹤精度，目前已采用的跟蹤體制及關(guān)鍵技術(shù)主要有：

(1)采用高性能的光電跟蹤傳感器技術(shù)，如采用紅外焦平面陣列凝視成像跟蹤體制、電視跟蹤器及激光雷達等。

(2)采用復(fù)合軸跟蹤支架技術(shù)。該技術(shù)使跟蹤處理器對主軸和子軸分別控制，并使兩者的作用疊加，可獲得動態(tài)范圍寬、響應(yīng)速度快且跟蹤精度高的系統(tǒng)。

(3)采用復(fù)合控制與共軸跟蹤技術(shù)。在閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)中增加一個開環(huán)支路，或借助于計算機構(gòu)成前饋控制系統(tǒng)，可以構(gòu)成更加完善的復(fù)合控制共軸跟蹤系統(tǒng)。

3.質(zhì)量輕、抗輻射激光束控制發(fā)射技術(shù)

強激光發(fā)射天線是干擾設(shè)備中的關(guān)鍵部件，它起到將激光束聚焦到目標上的作用。發(fā)射天線通常采用折反式結(jié)構(gòu)，反射鏡的孔徑越大，出射光束的發(fā)散角越小。但是，孔徑過大使制造工藝困難也不易控制。因此，制作反射鏡時還應(yīng)考慮質(zhì)量輕、耐強激光輻射等問題。

4.激光大氣傳輸效應(yīng)研究及自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)

大氣對激光會產(chǎn)生吸收、散射和湍流效應(yīng)，湍流會使激光束發(fā)生擴展、漂移、抖動和閃爍，使激光束能量損耗，偏離目標。對于強激光，大氣和激光的非線性作用會使其發(fā)生漂移、擴展、畸變或彎曲。采用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)研究大氣對強激光傳輸?shù)挠绊懀瑢@種影響進行部分處理和補償，可使大氣對激光傳輸?shù)挠绊憸p少到最低限度。自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)采用實時探測大氣參數(shù)和激光束波前變化的方法，來實時調(diào)整激光發(fā)射系統(tǒng)的光學(xué)特性，使激光束以最佳方式聚焦在干擾或打擊目標上。

4.4激光欺騙干擾技術(shù)

激光欺騙干擾通過發(fā)射、轉(zhuǎn)發(fā)或反射激光輻射信號，形成具有欺騙功能的激光干擾信號，擾亂或欺騙敵方激光測距、觀瞄、跟蹤或制導(dǎo)系統(tǒng)，使其得出錯誤的方位或距離信息，從而極大地降低了光電武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

激光有源欺騙式干擾的價值體現(xiàn)在其相關(guān)性和低消耗性上。為實現(xiàn)有效的欺騙干擾，要求干擾信號必須與被干擾目標的工作信號具有多重相關(guān)性，這些相關(guān)性包括：

(1)特征相關(guān)性。激光干擾信號與被干擾目標的工作信號在特征上必須完全相同，這是實現(xiàn)欺騙干擾的最基本條件。信號特征包括激光信號的頻譜、體制(連續(xù)或脈沖)、脈寬、能量等級等激光特征參數(shù)。

(2)時間相關(guān)性。激光干擾信號與被干擾目標的工作信號在時間上相關(guān)。這要求干擾信號與被干擾目標的工作信號在時間上同步或包含與其同步的成分，這是實現(xiàn)欺騙干擾的一個必要條件。

(3)空間相關(guān)性。激光干擾信號與被干擾目標的工作信號在空間上相關(guān)。干擾信號必須進入被干擾目標的信號接收視場，才能達到有效的干擾目的，這是實現(xiàn)欺騙干擾的另一個必要條件。

此外，激光欺騙式干擾以激光信號為誘餌，除消耗少量電能外，幾乎不消耗任何其他資源，干擾設(shè)備可長期重復(fù)使用，因而具有低消耗性。4.4.1激光欺騙干擾的分類和組成

按照原理和作用效果的不同，激光欺騙干擾可分為角度欺騙干擾和距離欺騙干擾兩種類型。其中，角度欺騙干擾應(yīng)用較多，干擾激光制導(dǎo)武器時多采用有源方式；距離欺騙干擾目前主要用于干擾激光測距機。4.4.2角度欺騙干擾

對制導(dǎo)武器的干擾通常是角度欺騙干擾。干擾系統(tǒng)通常由激光告警、信息識別與控制、激光干擾機和漫反射假目標等設(shè)備組成,如圖4.7所示。圖4.7激光欺騙干擾系統(tǒng)的組成框圖系統(tǒng)的工作過程是:激光告警設(shè)備對來襲的激光威脅信號進行截獲，信息識別與控制設(shè)備對該信號進行識別處理并形成與之相關(guān)的干擾信號，輸出至激光干擾機，發(fā)射出受調(diào)制的激光干擾信號，照射在漫反射假目標上，即形成激光欺騙干擾信號，從而誘騙激光制導(dǎo)武器偏離方向。圖4.8為激光欺騙干擾過程示意圖。圖4.8激光欺騙干擾過程示意圖激光有源欺騙干擾可分為轉(zhuǎn)發(fā)式和編碼識別式兩種。

1.轉(zhuǎn)發(fā)式激光有源干擾

半主動激光制導(dǎo)武器要想精確擊中目標，激光指示器必須向目標發(fā)出足夠強的激光編碼脈沖。該激光脈沖信號被設(shè)置在目標上的激光有源干擾系統(tǒng)中的激光接收機接收到，經(jīng)實時放大后立即由己方激光干擾機進行轉(zhuǎn)發(fā)，讓波長相同、編碼一致、光強一定的激光通過設(shè)置的漫反射假目標射向?qū)б^，并被導(dǎo)引頭接收。此時導(dǎo)引頭收到兩個相同的編碼信號：一個是己方激光指示器發(fā)出的被目標反射回來的信號，另一個是干擾激光經(jīng)過漫反射體反射過來的信號。兩個信號的特征除光強上有差異之外，其他參數(shù)一致。一般半主動激光制導(dǎo)武器采用比例導(dǎo)引體制，因此它受干擾后的彈軸指向目標和漫反射板之間的比例點，從而達到把激光半主動制導(dǎo)武器引開的目的。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾不僅要求干擾激光器的重頻高，而且要求出光延遲時間盡量短。

2.編碼識別式激光有源干擾

由于轉(zhuǎn)發(fā)式激光有源干擾存在著一定的延時(從接收敵方激光信號到發(fā)出激光干擾脈沖，有一個較長時間的延時)，因此這種干擾方式很容易被對抗掉，只要在導(dǎo)引頭上采取簡單波門技術(shù)就可把轉(zhuǎn)發(fā)來的激光信號去掉。編碼識別式激光有源干擾克服了上述不足。它在敵方照射目標的頭幾個脈沖中，經(jīng)計算機解算，把敵方激光指示器發(fā)出的激光編碼參數(shù)完全破譯出來，并按照已破譯的參數(shù)完全復(fù)制成干擾激光脈沖，讓該激光脈沖通過假目標射向?qū)б^，使導(dǎo)引頭同時收到不同方向的兩個除輻值外其他參數(shù)都相同的激光信號。導(dǎo)彈仍按比例導(dǎo)引體制制導(dǎo)，使導(dǎo)彈偏離原彈道，達到干擾目的。這種干擾只要使兩個脈沖同時進入導(dǎo)引頭波門，理論上導(dǎo)引頭就很難區(qū)分真?zhèn)巍?/p>

實際的激光有源欺騙式干擾系統(tǒng)常將轉(zhuǎn)發(fā)式干擾和編碼識別式干擾組合使用。典型的激光欺騙干擾系統(tǒng)有美國的AN/GLQ-13車載式激光對抗系統(tǒng)和英德聯(lián)合研制的GLDOS激光對抗系統(tǒng)。AN/GLQ-13系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)發(fā)式激光有源干擾模式，通過對激光威脅信號有關(guān)參數(shù)的識別與判斷，實施相應(yīng)對抗。GLDOS系統(tǒng)具有對來襲威脅目標的方位分辨能力和威脅光譜的識別能力，可測定激光威脅信號的重復(fù)頻率和脈沖編碼，并可自動實施干擾。4.4.3距離欺騙干擾

激光測距機是當前裝備得最為廣泛的一種軍用激光裝置，