战场对抗环境下提高激光末制导武器系统射击精度研究*

王代智 李 超

（陆军炮兵防空兵学院 合肥 230031）

1 引言

在现代信息化战场中，高技术武器的应用使得战场空间和时间都在极度压缩，这就造成攻防双方的对抗角色在不断转换。对抗双方都在努力构设一个对于对方是“复杂”、对于己方是“简单”的战场环境，在这样的模式下，对抗中一种新技术、新手段的出现，又会迫使另一方采取更新的技术和手段。这就形成了一种双方不断制约、又共同发展的螺旋式对抗过程。因此，技术和战术的优势只是相对的，有时效性的。对抗双方只有认真研究日益复杂的对抗环境，并预先采取相应的应对措施，才有可能在对抗中占据制高点。

2 战场对抗方式

目前来看，世界各国对抗激光末制导武器系统的方式主要有三种，分别是有源干扰、无源对抗、压制干扰。要想分析提出有效的对抗措施，必须先从各类手段的干扰原理入手。

2.1 有源干扰

有源干扰是战场上光电对抗的主要方式，它采用回答式或者同步转发式的方式发射转发光电干扰信号，对敌方激光武器系统实施欺骗。国外激光有源干扰技术比较成熟的有美国现役的AN/GLQ-13车载激光对抗系统、英国GEC-Maconi航空电子设备公司研制的405型激光诱饵系统[1]等。激光诱饵系统作为对抗激光末制导武器系统打击的有效手段，目前，该系统正向着综合化、多光谱化和多层防御化的方向发展。激光诱饵系统的干扰原理就是在激光末制导炮弹接受信号开启时，产生一种与制导炮弹频率一致、强度足够的激光信号，让目标弹接受并识别使用，从而达到干扰的目的，包括角度欺骗干扰、高重复频率干扰等。角度欺骗干扰就是通过在目标有效防护范围以外发射与敌激光一致的干扰信号，敌末制导炮弹在接受到强度足够的两束激光反射信号后，通过自身信号处理，调整攻击两束信号的中心位置。高重复频率干扰[2]也称作激光噪声干扰就是利用固体YAG激光器发射高达每秒几百千赫兹乃至兆赫兹的重复频率，使得激光制导信号湮没在大量的高重复频率中，从而让激光末制导炮弹无法提取真实制导信号而致盲。

2.2 无源干扰

激光无源干扰技术比较简单，主要以切断激光传播途径、改变传播特性或者改变目标光学特性为主要发力点，主要包括激光隐身技术、烟幕干扰技术、光电假目标等。其中激光隐身技术[3]即减弱自身的信号特征，尽可能降低目标在激光工作波长的反射特性，主要依靠自身的涂装来实现，隐身涂层可使激光照射器照射在目标上的激光产生微弱的激光回波，从而降低被探测、识别、跟踪及攻击的概率。烟幕干扰技术[4]主要是通过在空气中释放大量的气溶胶微粒，以改变激光在介质中的传输特性，使其无法完成末端制导工作以致偏离目标。光电假目标技术就是在目标附近布置由特殊材料仿制而成的假目标代替真目标，假目标的各类光学特性与真目标相似，可以直接迷惑激光照射器手照射假目标，也可以作用在激光末制导炮弹末端，让其接收由真目标和假目标同时反射的激光信号，根据质心原理，使其弹着点偏离真目标。

2.3 压制干扰

相对于激光有源干扰这类欺骗为主的对抗方式来说，压制干扰技术是指利用干扰设备发射高能量激光或者红外线束、去压制、致盲以致摧毁敌方光电设备、人员甚至是激光末制导炮弹本身，使之无法正常工作甚至完全失去攻击能力。激光有源干扰[5]是对激光制导武器的回波信号做出干扰，而压制干扰则是直接对武器系统本身进行干扰破坏，包括致盲干扰和摧毁式干扰等。其中致盲干扰主要属于低能激光系统，一种是主动侦察、精准定位，发射激光致盲目标，另一种是直接发射致盲弹，由炸药和惰性气体组成，爆炸后产生极强的定向或者全向激光辐射，破坏光电设备。摧毁式干扰则属于高能激光武器，主要通过雷达捕捉、弹道计算、启动瞄准和激光摧毁等一系列复杂动作直接击落或摧毁来袭目标。其具有快速、灵活、精确、不受电磁干扰、抗电子干扰等特性。

3 战场对抗方式对武器系统的影响

3.1 有源干扰对武器系统的影响

激光末制导炮弹的核心器件是激光导引头，而激光导引头接受分析激光信号的主要器件就是四象限探测器。有源干扰对武器系统的作用部位也大都在四象限探测器上，要想搞清楚有源干扰对激光武器系统的影响，首先要了解导引头和四象限探测器的工作原理。

从图1中可知，导引头主要利用各电子原器件组成接受激光信号，将光信号转换成电信号，根据电信号大小计算得出方向舵控制信号，最终完成导航控制任务。

图1 导引头电子路线组成图

四象限探测器工作原理主要是利用了电子原器件的光生伏特效应，即激光照在半导体产生电子与非光照区在空间上出现电压差的现象。这使得导引头可准确判断光斑在探测器上的位置信息，这是实时导航的关键。在激光末制导的导引头中，将四象限探测器置于导引头的焦平面上，将四个相同的探测器按照直角坐标系的要求组装，从而形成四个象限，中间有X、Y坐标系划分，将探测器上的点与坐标系形成一一对应关系。

四象限探测器为直角坐标系均匀分割的大圆，而被导引头所接收的回波光斑为近似小圆，当回波光斑落在四象限探测器上时，会均匀分布在坐标轴分开的四个象限内，每个象限根据投影光斑的大小，在光转伏特效应下，会产生大小不同的信号输出。不同的光板位置会形成不同的误差信号，x和y坐标系上的误差电压为

根据Vx和Vy的大小可以判断出光斑中心在哪个象限，经导引器内和差处理器采集分析，将会输出一个控制方向舵信号，调整炮弹飞行姿态，动态中指向打击目标，并最终命中目标。

有源干扰中，不管是角度欺骗干扰还是高重频激光干扰，都会使得炮弹导引头接受到除目标光斑以外的虚假光斑，其中角度欺骗干扰一般会出现一个虚假光斑，而高重复频率干扰会出现多个虚拟光斑。这些光斑的存在会让四象限探测器产生多个信号输出，信号输出之间相互影响，将直接导致目标光斑位置的判断偏移。

3.2 无源干扰对武器系统的影响

无源干扰主要包括激光隐身技术、烟幕干扰技术、光电假目标等，而激光隐身技术和光电假目标针对的都是目标本身，其原理简单，操作方便。激光隐身技术主要通过目标表面材料和结构的特殊来降低激光的反射率，从而降低激光回波强度。而在战场上，对抗效果最显著的还属烟幕干扰技术。它因为便于携带、操作简单、成本低廉、效果显著等一系列优点，被广泛应用于重要目标、装甲目标、飞行和水面舰艇目标上。烟幕对激光末制导的干扰主要有两种手段，一是释放烟雾，利用烟雾颗粒的阻挡和吸收作用，削弱激光回波的强度。二是利用烟雾反射激光能量这一特性，模拟假目标，让激光末制导炮弹在烟幕前爆炸。其中第一种方式是主要手段，也是我们研究的重点。

烟雾干扰主要利用的是气溶胶颗粒的消光特性，完整的烟幕干扰分析一般要考虑烟幕释放的颗粒组成、烟幕透过率、烟幕面积、烟幕沉降时间、烟幕消散率以及烟幕随气流运动的效率，这些复杂的参数共同作用于烟幕干扰的整个过程。

烟幕粒子的形状主要包括等轴状、片状和柱状。烟幕粒子大小分布并不是单一的，一般遵循两种形式的分布函数，分别是对数正态分布和Welbull分布，这两类函数可以概略的模拟出烟幕中粒子大小的散步规律。烟幕中粒子沉降的过程是粒子在重力作用下，落向地面的自然过程，基本符合斯托克斯公式。

另一个烟幕干扰的重要参数是烟幕的消光率，即光在烟幕颗粒中传播时，其能量不断衰减的程度。烟幕的消光可以用朗伯比尔定律，该定律是光吸收的基本定律，如图2所示。

图2 朗伯-比尔定律模型

原始激光I0通过均匀的烟幕后，透射激光光强为I，若该烟幕的吸收度A，则，吸收度A的大小与烟幕浓度c及烟幕厚度b线性相关，即A=Kcb+ε，其中，K表示消光系数。

将A代入公式中，则

这里我们主要求取的透射激光的强度I，求解方程得

当利用朗伯比尔定律描述烟幕时，可用烟幕的吸收截面即质量消光系数δ(λ)来表示K得

式中I0(λ)为激光的入射光强，I(λ)为通过烟幕后的透射光强，c表示烟幕的浓度，L为烟幕的厚度即激光在烟幕中的光程长，δ(λ)为烟幕的吸收截面即质量消光系数。

但上式中研究问题所采用的朗伯比尔定律假定的是烟幕粒子对激光的吸收与散射不受周围粒子影响的理想环境[6]，而在烟幕干扰中，烟幕粒子尺寸较大且形状不一，我们在计算激光的折射光强时不可避免的要考虑各粒子间的相互作用。

3.3 压制干扰对武器系统的影响

压制干扰和有源干扰的主要区别在于：压制干扰强调的是使用高能量激光直接永久或者暂时破坏激光末制导武器系统的光电系统，而有源干扰仅仅是诱使敌方处理虚假的激光回波信号，造成错误的制导控制，本身并不对光电系统造成影响，在激光末制导战场对抗方式中，之所以存在压制干扰，其根本就是光电原器件的脆弱性，感光材料是灵敏、脆弱的原材料，哪怕是低能量的激光束也能对其造成损伤甚至是毁灭性的破坏，常用的毁伤手段主要包括：热损伤、雪崩式损伤、缺陷式损伤、电离式损伤以及强光饱和式损伤。

当前最新的高能激光武器尚属于新概念武器，它的作用原理不仅仅是破坏光电原器件这类的软杀伤，而是直接利用高能激光的热冲击能量，对目标进行直接摧毁和破坏，这种简单粗暴式的硬杀伤已经不仅仅属于对抗的范畴，而是对方的一种兼顾防御的攻击性武器。其基本的工作原理如图3所示。

图3 高能激光武器组成及工作原理

4 提高战场对抗条件下激光末制导武器系统射击精度的对策

激光末制导炮弹在现代战场上具有命中精度高，发射平台简单，适应地形能力强，射程远，作战效费比高等诸多优点，是现代战争“破击体系”的有力手段，但激光末制导武器系统绝非无懈可击，矛与盾的故事自古以来就在武器发展史上此消彼长的变化着。激光末制导武器系统在战场上大放光彩之时，对手构筑的对抗环境也在不断增强。尤其是人为干扰所营造的复杂战场环境，极大地限制了激光末制导武器系统的实现效能发挥。

4.1 结合技术性能现状

激光制导武器系统是由光学接收系统，电路处理部分和信息处理部分组成，要想从技术层面上加强武器系统的抗干扰能力，势必要从以上三个部分入手。通常情况下，技术上主要采取预置编码技术和设置选通波门来增加抗干扰能力。

4.1.1 预置编码技术[7]

预置编码技术就是激光指示器在发射目标指示信号时采用编码方式，同时，激光末制导炮弹的导引头根据装订时设置好的编码方式按照约定的规律识别回波信号，当回波信号编码正确时，处理电路开始接收并处理相关信息。目前激光制导武器系统最常用的编码方式有精确频率码、脉冲调制码和变间隔码，但国外早已装备针对三种编码方式的干扰设备。发展新的、随机性更强的编码技术是预置编码技术发挥作用的关键，如差级数码、伪随机码和脉宽编码等编码方式。当然对于编码技术参数还要严格保密，没有保密措施的编码形同虚设。

4.1.2 设置脉冲选通波门

在干扰存在的情况下，区别虚假信号和目标信号的主要特征就是信号的到达时间，设置脉冲选通波门就是让跟踪系统在目标回波信号到达时开启波门，下一次信号到达前关闭波门。现有的选通波门设置一般分为固定型和自适应型两种。固定型波门即是根据到达波门的第一组目标脉冲信号时间作为同步点，一次性设置好后续波门开启时间。而自适应型则是以每次目标脉冲信号到达的时间为同步点，依次设定下一次的波门开启时间。自适应型与固定型波门相比，消除了波门设置中的累计误差且波门时间可设置相对较窄，抗干扰能力更强。

4.1.3 抗高重频激光干扰技术

众所周知，电磁波跟声波类似，都是无法用肉眼观看的具有物理特性的波形，利用了反向声波的相互中和特性将其消除，而对抗高重频激光干扰技术恰恰也是借鉴了这一原理。一般敌方在重点目标附近会设置一个高重频激光有源干扰源，敌方干扰信号重频一般在100kp/s[8]。我们在导引头通过增加硬件来识别高重频干扰周期，再计算出反向高重频激光信号的起始点，根据光波的物理原理，两条参数相同相位相反的光波会相互抵消，只要在导引头上增加一个高重频发射电子开关。当导引头收到高重频干扰时，硬件开始工作，按照先识别后仿制发射的步骤，产生与干扰信号相反的反干扰信号，多路信号相叠加后，即可接收到原回波信号，实现高重频干扰的有效对抗。

第二种方案是在导引头中加入延时翻转电路，在已知干扰信号频率的前提下，用延迟电路和反转电路直接复制一条与干扰信号完全相反的反干扰信号，两信号消除后，可实现高重频信号滤除和目标回波信号筛选。此种方案因工作量小，在多种高重频信号混合干扰时可推广使用。

4.1.4 抗压制干扰技术

面对强激光能量干扰这种类攻击类的方式，主要是利用各种新技术新材料降低来袭激光的能量，目前比较成型的思路主要有三种：一是从材料特征入手，在激光照射器和炮弹导引头上安装高能激光滤光片或者高能激光触发式保护开关。二是从光特性入手，抗可调谐、高功率激光时可采用衍射技术、限幅技术等高新技术方式来实现。三是从物理特性入手，研究抗高能激光结构。比如夹层结构，空腔结构等，通过激光在夹层和空腔中，多次折射吸收，逐渐降低高能激光束能量。

4.2 结合战术运用实际

4.2.1 分析干扰态势，建立“小、精、巧”的照射小组

大部分有源干扰方式采用发射比激光照射器功率更高的干扰信号来干扰导引头工作，通常目标激光照射器的有效照射距离在五千米以上，但根据光在大气中传播的特性来看，激光测距机距目标越远，激光在空气中传播距离越长，相应的能量衰减就越大，与敌方有源干扰信号强度差距也越大，敌方干扰效果就越好，为抵抗干扰，降低干扰效果，我们要尽可能的靠前配置激光照射小组。此时，照射小组完全在敌轻重火力的打击范围内，为更好地保存自己打击敌人，照射小组的组成必须要小型、精干、高效。

4.2.2 根据战场时机，巧妙选择打击目标和照射时机

现代战场随着武器装备和预警技术的发展，瞬息万变的战场态势已经倒逼指挥员进入“读秒”决策阶段。这就要求我们在组织激光照射器工作时要尽量做好以下两点。

一是合理选择照射时机。激光干扰系统工作一般是按照预警、分析、干扰等流程进行的[9]，只要我们尽可能缩短照射时间，无限接近窗口期开启照射器，就可以最大程度的躲避干扰系统工作。对于固定目标，可采取逐步靠近目标，最后读秒时刻照射目标的方式。对于移动目标，可在运动路线上选择阻击点，当目标靠近时开机照射。

二是巧妙选择打击目标。一般照射目标是由指挥所提前确定和下发的，但战场态势瞬息万变，打击目标的状态也在实时变动，当照射前目标状态出现大范围变动，或者已经采取了有效的抗打击干扰手段，我们就要巧妙地更改打击目标，提高打击效费比。激光末制导炮弹可对打击中心300m之内的目标实现制导打击，这就给照射手更改目标提供了足够的冗余空间。

4.2.3 多机、多向照射，一次多发式饱和打击

对于重点打击目标，敌方防护力量势必会重点配置，相应的抗打击干扰手段也更加有效，如果仅仅采取上述简单的抗干扰措施，可能仍然无法破除防护装备对末制导武器系统的有效干扰。有时为完成关键性的作战任务，我们不得不牺牲必要的效费比，饱和照射和饱和打击手段便应运而生。

一是破除敌方有源干扰。干扰机通过预警、分析、转发激光照射器信号到假目标的方式来干扰有效激光回波信号，我们可以采取各自编码、多机照射、多弹饱和打击的方式破除敌方干扰，受制干扰设备性能制约，干扰装备不可能同时对多种编码、多弹打击进行完全有效的工作，从而增大命中目标的概率。

二是破除敌方无源干扰。尤其是敌方的烟幕干扰，能向激光束射来的方向发射烟幕弹，在其50m～70m距离上形成一团烟雾[10]，从烟幕干扰的原理看，烟幕干扰致命弱点就是干扰方向单一，当面向并垂直激光照射面时，干扰效果最好。利用此弱点，我们在选择打击目标时，可以在打击目标全方位间隔选择多个射击和照射阵地，或者协调友邻炮兵阵地保障，形成方向上的饱和打击，在烟幕干扰的侧面或者背面完成打击任务。

4.2.4 突出战术协同，多弹种复合射击

炮兵作为火力打击单元，具有小巧、灵活、快速、多样化发扬火力的优势，“战争之神”发展到现在，同一口径同种火炮能够发射的弹药种类在不断完善，而且弹药保障简单，发射要求一致，这就给复合射击带来了极大的便利。对于破坏激光干扰手段同样可以考虑采用复合射击法。

一是对于运动速度高于10m/s的机动目标，无法满足激光末制导炮弹的制导要求，可在目标运动轨迹前设置阻击点，发射普通榴弹给予拦阻射击，同时随时观察运动状态，当符合射击要求时，快速协同阵地发射激光末制导炮弹予以精确打击。

二是对于采取烟雾干扰的目标，一般目标会躲藏在烟幕之中躲避照射，此时我们协同阵地发射普通榴弹打击烟幕区域，逼迫目标运动至烟幕外，随即开始照射目标，保障激光末制导炮弹准确命中目标。

5 结语

当前，各国一方面大力发展激光制导武器，另一方面也在加紧研制激光武器系统对抗技术，激光末制导武器系统作为现代炮兵信息化战场的主角，必然要面对敌方构设的复杂战场环境。本文通过分类总结国内外先进战场对抗方式，深入分析影响因子，从技术和战术两个层面，针对性的提出了八项举措，对应对复杂的战场对抗环境，特别是有效地应对人为有意干扰环境，提出了有效可行的应对方案。