激光侦察告警技术现状与发展趋势

张方 任华军

摘  要：激光制导武器是一种常见的精确打击武器，在所有的精确制导方式中激光制导精度最高，其精度已达0.1～1m，是地面作战平台的重要威胁之一。激光告警设备用于实时监测环境中的激光威胁，使其及时采取相应的防护、对抗等措施，提高平台战场生存能力。激光侦察告警技术发展至今，激光告警装备已经批量列装于各军兵种，此技术未来的发展方向成为各研究单位的关注重点。本文基于国内外激光告警技术现状，结合工程研究经验，提出了几个激光侦察告警未来可能的发展方向。

关键词：激光告警;激光主动侦察;超短脉冲告警

中图分类号：TN977;TN249       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）10-0044-03

Abstract：Laser guided weapon is a classical precision strike weapon. In all the guidance modes，the precision of laser terminal guidance which is one of the big threats is up to 0.1～1m. Laser warning equipment is used for real-time monitoring of laser threats in the environment，so that it can take corresponding protective and confrontational measures in time to improve the survivability of the platform battlefield. Since the development of laser reconnaissance and warning technology，laser warning equipment has been batched in various military units. The future development direction of this technology has become the focus of all research units. Based on the current situation of laser warning technology at home and abroad，combined with engineering research experience，this paper puts forward several possible future development directions of laser reconnaissance warning.

Keywords：laser warning;active laser surveillance;ultra-short pulse warning

0  引  言

精确制导是现代武器的主要特点。实现精确制导具有多种技术方式，在所有精确制导方式中，激光制导武器的精度最高，制导精度可达0.1～1m，是地面作战平台最主要的威胁之一。激光告警设备用于作战平台的激光防护，及时发现来袭的激光威胁并发出警告，引导防护对抗系统采取相应措施，保护平台安全。

1  激光告警技术现状

国外早期的激光告警装备也主要以通道识别型为主，典型装备有英国的LWD21激光告警器、453型激光告警器、法国1220系列激光报警器、前南斯拉夫LID激光辐射探测器、挪威R21激光告警器、瑞典LWS-20激光告警器、美国COLDS通用激光探测系统、德国“天窗”激光报警器、以色列激光告警器、美国Skylight机载激光告警器等。近年来，国外激光告警朝着提高探测精度方向发展，进而出现了编码探测技术和成像探测技术。

1.1  HARLID编码探测技术

HARLID高角分辨率激光探测器是加拿大EXCELITAS公司的专利产品，采用编码探测方式实现对激光入射角度的精确探测。探测器基本结构为一个包含若干个码孔的遮光板和排列成一排的多个探测光敏元。遮光板上的码孔按一定编码规则排列（如二进制碼、格雷码等），当激光从不同角度照射，码孔形成的不同编码照射到探测光敏元上，从而实现对激光入射角度的测量，如图1所示。

HARLID探测器典型产品HARLID-362，探测视场达45°，对激光方位的测量精度为±0.8°，探测波长为500～1600nm，动态范围达60dB。

1.2  CCD成像探测技术

成像探测体制是国外激光精确告警发展的主要趋势。其基本原理是利用成像光学系统和CCD图像传感器接收激光信号，通过图像识别激光源位置，精度可达1mrad左右。

早期的CCD图像传感器帧频较低，成像探测体制对脉冲激光信号的漏检率很高，激光成像探测告警技术一度处于停滞状态。美国AIL系统公司开发的HALWR激光告警系统采用了帧频达10kHz以上的CCD器件，有效地解决了窄脉冲激光信号漏检问题，检出率达98%以上。

HALWR激光告警系统的视场在方位上可覆盖30°，高低上覆盖20°。探测波长范围为0.4～1.1μm时，灵敏度约为0.28mW/cm2，脉宽10～200ns，而测量到达角（AOA）的精度接近1mrad（0.06°）。

2  激光告警的技术思路与发展趋势

激光告警技术发展至今，特别是在已有多型号装备列装的应用背景下，未来激光告警技术的发展方向成为各研究单位的关注重点。首先是现有技术体制下性能的优化与技术指标的提升，提高激光告警设备的作战效能;其次是激光告警新技术应用和技术创新，以应对战场上可能出现的新型激光威胁。

2.1  全向高分辨率激光告警

光电精确对抗系统的主动防护作战大致可分为威胁目标的侦查告警、干扰防护系统的调转瞄准和光电干扰的实施三个阶段，这三个阶段必须在来袭目标到达前依次实施完成。作为第一阶段的侦查告警，其性能指标对全系统的运行效能有着至关重要的作用，其中对目标方位的识别精度直接影响到干扰系统的调转瞄准时间，关系着主动防护系统最终的防护效能。

有研究表明，对来袭目标的捕获时间与告警方位精度密切相关：告警精度为90～360°时，捕获目标所需时间约4～10s;告警精度为8°时，捕获目标所需时间约3～4s;告警精度为1～2°时，捕获目标所需时间约1～2s;告警精度为0.1°时，捕获目标仅需0.1s。因此，研究高分辨率激光告警系统是未来激光侦察告警装备的发展方向之一。

2.2  激光源目标精确测向

不同于全向高分辨率激光告警的应用，激光源目标精确测向用于干扰防护系统对激光源目标的精确对准。

全向高分辨率激光告警由于需要全方位实时探测告警，因此对角度分辨率要求不可能太高，通常达到1°左右即可。激光源目标精确测向通常是在全向高分辨率激光告警的引导下，对激光源目标实施精确定向，因此其探测视场可以较小，但角度分辨精度要求很高，可达1mrad甚至μrad量级，用于引导激光硬损毁或引导火力打击。

2.3  高灵敏度激光告警

在激光告警技术中，告警灵敏度体现了告警设备的探测能力，其决定了告警设备的最远作战距离以及对激光光斑的截获半径等指标。

对于激光制导、激光测距等激光武器系统而言，为了避免被激光告警器探测到，激光武器系统通常采用尽可能低的激光发射功率，在保证激光武器系统正常攻击的条件下，使照射到目标上的激光功率尽可能弱。特别是随着单光子探测技术的成熟，未来的激光照射功率可能大幅下降。对于激光告警设备而言，在实际作战应用中，往往希望具有更远的告警距离、更大的截获半径。因此，研究更高探测灵敏度的激光告警装备具有很大意义。

2.4  激光主动侦察

通常情况下，激光告警技术专指激光被动告警，告警设备只是被动接收敌方发射的激光信号。因此，当敌方不发射激光信号时，激光告警设备就失去作用。激光主动侦察则突破激光被动告警的常规概念，丰富激光侦察告警的内容。

与雷达原理类似，激光主动侦察技术主动发射侦察激光，通过接收目标的反射光来感知目标的存在，因此可应用于所有目标的侦察告警。相比于普通雷达，激光主动侦察具有如下优势：激光束发散角更小，反侦察能力更强;波长更短，测量精度更高;其没有电磁波辐射，更适合在电磁静默状态下使用。

激光主动侦察技术一直是研究人员热衷的研究方向，但由于各种技术原因，一直未能突破侦察距离与探测视场的限制。但随着技术的发展革新，激光主动侦察必将成为末端防护的主力装备。

2.5  超短脉冲激光告警

众所周知，对单个激光脉冲而言，在脉冲能量一定的条件下，脉冲宽度与峰值功率成反比。因此，在实际应用中，为了获得较高的激光峰值功率，通常将激光脉冲的宽度压窄，目前常见的窄脉冲激光宽度在ns量级。

随着激光技术的发展，脉冲宽度在皮秒、飞秒量级的超短脉冲激光也将应用于各种军事装备中。由于纳秒脉冲信号与皮秒、飞秒等超短脉冲信号之间在时频特性上的巨大差异，使得纳秒脉冲激光接收系统对皮秒、飞秒等超短脉冲激光的敏感度极低。因此，针对未来的超短脉冲激光威胁，新的激光告警技术研究势在必行。

3  激光告警新技术

3.1  编码探测技术

编码探测技术基于通道探测的基本思路，不同方位的激光进入不同的探测通道，在后端通过分析处理，提取接收到激光信号的通道，从而根据对应关系来判断激光源所在方位。在通道探测中，若要提高角度分辨精度，则需要大幅增加探测通道数量，编码探测技术就是通过编码的方式减少通道数量。

编码探测具有多种不同的实现途径，公开报道的如光纤前端延时编码技术、HARLID屏蔽窗编码技术等。

3.2  基于柱透镜汇聚的线光斑探测技术

该研究方向是一个新的技术思路，其基本原理是利用柱透镜将激光束汇聚成线光斑，采用线列探测器或者其他特制探测器接收线光斑并计算线光斑在探测器上的位置，从而根据光学系统参数计算激光入射角度。该技术思路采用线列探测器，相对于成像探测的面阵CCD探测器，线列探测器光敏元数量少得多，可以实现对脉冲激光的实时探测。

光强分配探测技术是线光斑探测的一种新的技术思路，该技术方案采用一个特制的二元光电探测器接收线光斑，使不同角度入射的激光线光斑在二元光电探测器上的有效长度不同，从而根据二元光电探测器两个输出信号的强度来判断激光入射方位，如图2所示。

3.3  面阵探测技术

面阵探测技术是激光告警发展的主要方向之一，利用成像光学系统将来袭激光汇聚成像点，面阵探测器位于光学系统焦平面上接收像点位置，从而确定激光入射角度。目前，面阵探测器主要为图像传感器，公开报道的有美国HALWR激光告警系统，该系统采用超高帧频CCD作为光电传感器。由于该类专用CCD技术壁垒高，目前未见其他国家有采用此技术体制的激光告警装备。

非成像面阵传感器阵列没有帧频限制，能够实时探测照射的激光信号，是激光告警理想的技术方向。但由于光敏元数量庞大，同时要求所有光敏元的信号能够及时、独立输出，因此信号放大和信息处理电路规模庞大，这是未来的研究工作亟需解决的问题。

4  结  论

激光告警技术至今已经发展了多代产品，从早期的激光初告警只能粗略判断激光来袭的大致方位，到现在的激光精告警能够准确探测激光入射角度、激光波长、信号特征等。随着光电对抗技术的进一步发展，对激光告警技术也提出了新的要求，未来的激光告警技术将积极应对一些新出现的激光威胁，实现距离更远、位置更准、信息更全的目标“全息”告警。

参考文献：

[1] 任华军，刘勇，郑建锋.一种激光照射方位识别新技术研究 [J].半导体光电，2013，34（3）：503-505.

[2] 王恒坤，王兵，陈兆兵.对抗激光制导武器的光电装备的发展分析 [J].艦船电子工程，2011，31（8）：14-17.

[3] 陈宁，王兵，陈兆兵.激光告警装备的发展现状与趋势分析 [J].舰船电子工程，2011，31（7）：19-22.

[4] 任华军.激光照射方位精确探测技术研究 [D].西安：西安电子科技大学，2014.

[5] 叶嘉雄，常大定，陈汝钧.光电系统与信号处理 [M].北京：科学出版社，1997.

[6] 安毓英，曾晓东.光电探测原理 [M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.

作者简介：张方（1983-），女，汉族，河南郑州人，工程师，本科，研究方向：侦察告警。