激光有源干扰的防御措施＊

2014-03-23刘松涛刘振兴

航天电子对抗 2014年1期

刘松涛，刘振兴

（海军大连舰艇学院信息作战系，辽宁大连116018）

0 引言

激光有源干扰包括激光欺骗干扰、激光抑制干扰和强激光干扰。激光欺骗干扰用于干扰激光制导武器和激光测距机。激光抑制干扰是用激光干扰信号掩盖或淹没有用的信号，阻止敌方光电制导系统获取目标信息，从而使敌方光电制导系统失效［1］。强激光干扰的致盲低能激光武器可破坏光学系统、光电传感器和伤害人眼［2］，而其高能激光武器则可“直接命中”目标的本体或战斗部，是摧毁式的硬杀伤武器，因而使光电干扰的概念演变为光电进攻。目前激光有源干扰的主要方式是强激光干扰和激光欺骗干扰，二者的区别是：强激光干扰强调使敌方的光电探测系统或人眼永久或暂时地失去光电探测能力，而欺骗干扰则致力于以假乱真，使敌方将干扰激光当成目标信号进行处理，从而做出错误的判断；强激光干扰知道方位信息即可，无需更多信息，使用方便，而欺骗干扰还要求发射信号相同或相关，对激光的干扰波长、干扰体制要求十分苛刻，使用受限。

鉴于上述分析，本文首先结合激光欺骗干扰的防御，从激光测距机和半主动激光制导武器两个方面论述了各种抗干扰技术，然后重点分析激光防护器材的防护原理以及新体制导弹的强激光防护技术。

1 激光欺骗干扰的防御措施

1.1 激光测距机的抗干扰措施

抗干扰措施包括：多波门、距离波门、滤光片和偏振接收等。

1）多波长测距往往配合滤光片接收技术，可有效对抗敌方的有源干扰，但对光纤延迟干扰作用不大；

2）距离波门针对正距离干扰效果较好，但是不能完全阻止高频干扰脉冲；

3）偏振接收技术可以大幅度降低进入接收机的有源干扰强度。但是，若对方的告警系统很快探测到测距机的发射脉冲的偏振态，从而引导干扰机发射与之相垂直偏振的干扰脉冲，则测距机也会受到干扰。

1.2 半主动激光制导武器的抗干扰措施

1）常见的抗干扰措施

半主动激光制导武器中，采用的抗干扰措施主要包括编码解码、抗干扰电路、光谱滤波、缩短激光目标指示时间和时间波门等技术［3－4］。具体分析如下：

①激光编解码技术。是指采用编码技术将激光制导脉冲信号进行统一编码，攻击不同目标时，半主动激光制导武器可以采用不同的激光编码。然后，利用解码技术对探测到的激光脉冲信号解码，解码成功即可确定所预定的攻击目标。受激光器本身的限制，当前激光目标指示器的脉冲重复频率一般为10～20Hz，可能采用的脉冲编码方式只有重复频率码和变频码。这类编码方式比较简单，容易被敌方识别后发送编码相同且时间超前的激光信号进行干扰，所以应该不断提高激光信号的编码解码技术，增强激光信号的抗识别能力。

②抗干扰电路技术。是指为提高系统的探测概率和降低系统的虚警概率等采用的相关电路技术，比如探测器、低噪声放大器、信号处理等技术。抗干扰电路技术是提高半主动激光制导武器的精度及抗干扰性能的重要技术。

③光谱滤波技术。是指采用光学滤波的原理，对光学系统接收到的光学信号进行窄带滤波。如果已知激光目标指示器发射的激光脉冲编码信号的波长λ＝1064nm，就可以设计中心频率λ0＝1064nm、带宽Δλ＝15nm的窄带光学滤波片，使得光学系统只能通过激光制导编码脉冲信号，而大幅度衰减带宽之外的光信号，从而提高半主动激光制导武器的抗干扰性能。

④缩短激光目标指示时间。半主动激光制导武器一般采用发射后捕获目标技术，激光目标指示器与半主动激光制导武器协同工作，完成捕获目标的任务。因此，激光目标指示器的工作时间应尽量缩短，从而缩短对方侦察、告警和干扰装置的响应时间。

⑤时间波门技术。根据激光编码信息和时间同步点，激光导引头信息处理电路预测待检测的激光制导脉冲到达时刻。由于激光脉冲间隔不确定度的存在，待检测的激光脉冲到达时刻同样具有不确定度，因此，只要在不确定度之内的时间段里到达的激光脉冲都被认为是激光制导脉冲，除此之外均为干扰脉冲。这个特定时间段长度称为波门大小，通常采用纳秒为单位［5］。

时间波门主要包括固定型和实时型两种。如图1所示，固定型波门是指在确认一组相关制导信号T0～Tm（Tm代表制导信号，虚线代表波门）后，把最后一个脉冲Tm作为同步点，按照预先的编码规律一次性设定好以后所有时刻的波门开启时间。实时型波门则有多个同步点，可将每一次实际接收的信号脉冲作为下一个波门的同步点，来设定下一次波门的开启时间，比如Tm＋1时刻波门开启时间由Tm时刻的脉冲确定，Tm＋1时刻的脉冲确定又决定了Tm＋2时刻波门开启时间。实时型波门的优点是消除了波门设置中的累计误差，同时波门大小可以设置得相对较窄。因此，大多数激光制导武器都采用实时型波门技术来提高抗干扰能力。

图1 固定型波门

2）高重频干扰及其抗干扰方法

高重频干扰是一种非常有效的激光有源干扰方式。由于激光干扰信号的重频频率可达100kpps左右，比激光编码频率（10～20pps）高很多，所以未识别激光编码规律，强行挤入波门的概率很大。这使得前面所述的激光制导武器的常见抗干扰措施，比如：编解码技术和时间波门，均不能有效对抗高重频激光干扰。文献［6］设计了一个高重频激光有源干扰源连续干扰的简单方式。设高重频激光干扰信号的频率为100kpps，指示激光制导信号频率为10～20pps。首先测出高重频周期，再计算出反向高重频信号的起始点，以此起始点为同步点发出与高重频信号完全反向的周期信号，并以此信号控制一个高重频电子开关。当高重频激光干扰信号和制导信号的混合信号经过该开关电路时就可以将高重频信号消除，只剩下己方的制导信号，从而实现高重频激光干扰的有效对抗。抗高重频激光有源干扰如图2所示。经过高重频的周期测定，反向高重频信号的同步点确定以及高重频信号的消除这三个过程，就可抑制高重频激光干扰信号。

图2 抗高重频激光有源干扰方案示意图

2 强激光干扰的防御措施

在强激光干扰防御时，可以采取以下措施：1）快门技术。在受到威胁时发出警告，启动“眼睑”式快门防护系统关闭光路，即让“快门”阻断强激光的攻击，待激光干扰消失后，再开“门”工作，从而起到完全的防护作用。目前，美国已研制出快于4000次／s的快门机［7］。2）抗饱和接收技术。3）冻结AGC放大倍数。如果能量变化过大，通过冻结AGC放大倍数，可以防止AGC干扰。4）采用激光防护器材。5）发展新型抗强激光导弹。

2.1 采用激光防护器材

对激光防护器材的基本要求是，在对有害的强激光实施有效防护的同时，保持较高的视场透明度，以不影响人眼的视物功能及光电传感器的探测灵敏度。单兵用激光防护镜用于作战人员眼睛的保护，包括眼镜、眼罩和护目镜。武器装备用的防护滤光片、防护薄膜、涂层等常与观瞄装备或各种光电传感器件组合在一起，用于保护光电传感器乃至仪器使用者的眼睛。下面以武器装备的激光防护器材为例，对相应的原理和技术进行说明。

2.1.1 激光防护器材的性能

理想的激光防护器材应具有如下特点：

1）防护带宽足够宽，即对相关的各种波长的激光都有较好的防护作用；

2）弱光透过率足够高，以保证正常情况下人眼的观察和光电传感器接收信号的要求；

3）强光衰减度足够高，使得强激光照射时，输出能量控制在损伤阈值以下，保证人眼和光电装备的安全；

4）响应时间足够快，能及时响应脉宽为纳秒甚至更短的脉冲或高重频激光；

5）破坏阈值足够高，使得强激光照射时，自身防护性能不被破坏。

2.1.2 激光防护技术

目前已得到了具体应用的激光防护技术，从原理上可归纳有以下几类［8］：

1）基于线性光学效应的激光防护技术

①吸收型防护。其原理是通过吸收介质吸收入射激光使激光能量减弱，以达到防护激光的目的。常见防护材料有塑料和玻璃两种。主要缺点有：吸收激光能量导致防护材料的破坏而失去防护功能，光的锐截止性能不好导致可见光的透过率不高而影响观察。

②反射型防护。其原理是通过薄膜设计和镀膜工艺，在光学镜片表面镀制特定材料和厚度的光学薄膜。这些薄膜通过镜面干涉作用反射特定波长的激光，实现对激光的防护。缺点包括：只能防护特定的波长，存在防护角度的限制。

③复合型防护。在吸收式防护材料的表面镀上反射膜，兼有吸收式和反射式两种防护材料的优点，但成本高，可见光透过率相对于反射式材料下降较多。

总之，基于线性光学效应的激光防护技术由于存在防护波长单一、透过率低、有防护角度限制和反应时间慢等缺点，在深入应用方面受到限制。

2）基于非线性光学原理的激光防护技术

线性光学防激光装置的主要缺点是对激光波段上的自然光和有用光不加区分的予以吸收或反射。而非线性防激光装置对弱光呈高透过率，对强光呈强衰减，则可以克服这个不足。利用三阶非线性光学效应，可细分为四类，即非线性吸收型、折射型、反射型和散射型。美国海军科技人员曾经利用一个光纤面板来捕获输入信号，然后通过非线性光学元件送给探测器。当强激光照射到非线性光学元件时，其光波被倍频，倍频后的光波波长超出了探测器的工作范围，从而实现防护探测器的目的。

此外，利用非线性光学原理中，在强激光下表现出来的光限幅效应，可制成激光限幅器。所谓激光限幅器，就是在输入光强低于某一值（称为限幅阈值）时，系统透过率高，输出光强或随着入射光强或的增加而近似线性增加；当输入光强超过限幅阈值时，系统透过率低，从而把输出的光强限制到一定的功率或能量。

3）基于全息光学的激光防护技术

全息光学的防激光装置是采用全息光学元件，从接收光学孔径中去除有害激光，保护光学元件和探测器。该防护技术能在大入射角范围内去除已知波长的强激光，同时透过有用光，使光学系统免遭激光损伤。

4）基于烧蚀效应的激光防护技术

利用聚合物在高温下发生物理（熔化、蒸发、升华）和化学（分解、解聚、离子化等）及碳化等复杂过程来消耗激光热能的防护技术。高能激光辐照下，有效烧蚀热高的材料消耗了大量的激光能量，激光热能不断被烧蚀材料所产生的气体带走，从而保护了光电武器装备。

5）基于相变原理的激光防护技术

目前研究最多的相变材料是二氧化钒（VO2）薄膜。因为VO2相变温度接近于室温，使VO2薄膜发生相变需要的激光能量小，输出阈值低。VO2在室温附近为单斜结构，呈半导体态，当温度上升到68°C时，转变为正交结构，呈金属态。随着相变的发生，红外波段的光学常数会发生变化，因此，可利用这种突变实现对强激光的防护。

6）基于反射膜破坏的激光防护技术

在系统原有结构中加入一个反射结构，并在反射镜上加装特殊材料的反射膜。当入射激光能量较低时，激光经反射镜反射进入系统，一切正常；当入射激光能量高于某一阈值时，反射膜被破坏，绝大部分的入射光被透射、吸收和散射，只有少部分光进入系统，从而实现对强激光的防护。

2.2 发展抗强激光的导弹

1）旋转导弹［9］

高能激光武器摧毁导弹需要在某固定点持续攻击数秒。如果采用弹体自旋技术，导弹在飞行过程中按照一定的角速度绕导弹中心轴旋转，则可避免高能激光对导弹固定部位的长时间辐照，使激光照射点沿弹体环向移动，达到分散激光能量的目的。目前弹体自旋已从低速、近程小型导弹逐渐向高速、中型化方向发展。美、德联合研制的RAM导弹，已装备世界上不同国家的近百艘军舰。

2）超高声速导弹

为了进一步提高导弹的突防能力，许多国家在大力发展超高声速导弹。目前，美国已研制出Ma数为5的弹道导弹与Ma数为10的小型导弹，并计划使巡航导弹的飞行速度达到2720～3060m／s，法、俄等国巡航导弹的飞行速度也将达到2040～2380m／s。显然，导弹以高马赫数飞行将会使激光持续跟瞄照射同一靶心，累积热能损伤目标变得更加困难。

3）光学薄膜

光学薄膜最先接收入射激光，是最易损伤的薄弱环节。激光对光电设备的破坏，首先损伤光学薄膜，然后才破坏光学元件及光学系统。美国正在研究的金刚石薄膜具有极坚硬、透明和良好的红外和紫外特性，抗激光损伤阈值极高。

4）传感器的抗激光冗余设计

在光电探测系统中采用探测器冗余设计，使入射光线可偏转到多个探测器中的任一个，当工作探测器被激光致盲时，特殊结构能使入射光线偏转到冗余探测器上，保证光电系统的正常工作。

5）使用抗激光材料制作整流罩

使用氧化铝陶瓷作为导弹整流罩的结构材料，主要由低介电材料组成，每层氧化铝纤维采取单向排列，各层间互成90°。当基体材料为硼硅酸盐玻璃时，使用温度为600°C，若改用低膨胀的二氧化硅，使用温度可高达1100°C。