防激光探測偽裝涂層的制備與實驗研究

張拴勤，連長春，盧言利

(總裝工程兵科研一所，江蘇 無錫214035)

0 引言

激光制導彈藥具有投擲精度高、捕獲目標靈活，對目標識別能力強等特點，激光制導武器還有良好的抗干擾能力。因為任何自然物體都不可能輻射激光，故對激光制導武器而言，不存在自然干擾，這是它優于紅外制導武器的顯著特點［1－3］。由于激光制導彈藥具有這些優點，因此發展很快。目前，用于防激光制導武器的手段不多，而激光偽裝涂料是最基本、使用最便利的一種裝備形式。本文采用高溫燒結法制備出關鍵的激光吸收顏料，利用制備的顏料配置出深綠、中綠和黃土3 種兼容可見光偽裝色的激光吸收涂料，研究結果表明該涂料能有效對抗激光制導武器的打擊。

1 激光大氣傳輸理論模型

激光能量經過大氣傳輸介質的吸收散射效應，被目標表面反射，反射能量又通過大氣返回到接收光學系統，只要反射能量大于激光接收系統的最小可探測能量，就可探知目標的存在。距離R 處激光光斑單位面積的激光能量［4］為

式中:ER為距離R 處激光光斑單位面積的能量;Et為激光器每個脈沖的能量;τt為發射激光系統的透過率;θt為光學系統出射光束的束散角;μa為激光能量通過大氣單位長度的衰減系數.

當激光光束照射的目標面積為As，且被照射部分平均表面法線與入射線的夾角為θ 時，則被目標所截獲的激光能量

如果目標是漫反射目標，即目標表面的不平整度超過入射激光波長時，漫反射系數記為ρ，那么目標在截獲入射激光能量后，向入射方向的半球空間均勻漫反射的總能量

當它反射回激光尋的器處，被有效接收面積為Aγ、透過率為τγ的接收系統所接收，而到達光敏元件光敏面上的回波能量

換成功率表示為

在激光近場條件下，即目標尺寸大于光斑時，Ascosθ 取光斑尺寸，即則

當激光反射功率等于激光尋的器的最小可探測功率時，得到的即是激光制導武器的最大可探測距離。令(5)式右邊等于pmin，得到

改變(6)式的反射系數ρ，得到下面方程式:

對車載激光制導炮彈，制導距離通常為3 km，取R1=3 km;考慮在2 種典型的標準大氣條件下，大氣能見度分別為23 km 和5 km，此時1.06 μm 激光的大氣衰減系數分別為0.094 和0.454［5］.

如圖1和表1所示，可看出目標在涂覆激光吸收材料后的最大探測距離大大縮短，要使目標的有效探測距離降低一倍，即有效探測距離為1.5 km，在23 km 和5 km 的大氣能見度下對應的目標表面的反射系數分別約為0.100 和0.045.

圖1 1.06 μm 近場條件Fig.1 Calculation results under 1.06 μm near－field condition

表1 1.06 μm 近場條件下有效探測距離Tab.1 Effective detection range under 1.06 μm near－field condition km

2 材料制備與性能試驗

2.1 激光吸收顏料制備

采用高溫燒結法，以氧化錫為主要原料，摻雜氧化銅、氧化銻、氧化鈣、二氧化硅等以調節載流子濃度，采用高溫熔融燒結方法制備，合成溫度1 280 ℃～1 300 ℃，制備出不同顏色和激光吸收性能的陶瓷顏料。采用X 射線衍射分析儀:工作電壓40 kV，工作電流100 mA，掃描速度0.02°/s，對這類顏料進行物相分析，掃描范圍5°～80°;如圖2所示測試的X－ray譜圖，分析認為這類顏料的主晶相是SnO2.

圖2 測試樣品的X－ray 譜圖Fig.2 X－ray spectroscopy of test sample

采用PE Lambda 900 可見/近紅外分光光度計對制備的材料的光譜反射系數進行了測量，測試值如表2所示。

以制備的激光吸收顏料為主顏料，研制出深綠、中綠和黃土3 種偽裝色的激光吸收涂料，迷彩偽裝圖案設計參照GJB4004—2000《陸軍裝備變形迷彩圖冊》標準進行，其顏色色度學數據參照GJB798—90《偽裝涂料漆膜顏色》標準。采用常規噴涂方法將涂料噴在方艙車上進行試驗。

2.2 測試方法

利用Y/MJ/PL66－152 型激光測距目標指示器對目標靶的激光偽裝性能進行外場實際測試，測試時通過目標靶和標準靶在同等條件下對激光的衰減程度進行對比，由此來衡量目標靶的激光偽裝特性。試驗氣候條件選擇無雨、無雪及平均風速小于10 m/s，能見度大于3 km，測試靶距離激光探測儀的距離500 m.在這樣的氣候條件和測試距離條件下，激光的大氣衰減效應基本可以忽略。標準靶的靶面符合朗伯體條件，靶面積滿足大目標要求。

試驗時，先測試標準靶在臨界測距狀態(準測率為90%)時衰減片組相應的分貝值，再測試目標靶在同等檢測條件下直到臨界測距狀態時衰減片組相應的分貝值，通過2 者的對比，可推知目標對激光的漫反射系數和目標靶對激光的衰減程度。采用的測試儀器為Y/MJ/PL66－152 型激光測距目標指示器，對距離指示器445 m 的標準靶和試樣進行測距，同時在指示器激光輸出窗口前加衰減片，找出臨界可測距衰減分貝值［6－7］，測試方程如下:

式中:S 為激光照射器的消光比;ρt為目標靶的反射系數;ρs為標準靶的反射系數。

3 結果和討論

如圖3所示，給出了在軍用方艙車上噴涂激光偽裝涂層的可見光照片。

圖3 方艙車上噴涂激光偽裝涂層Fig.3 Laser camouflage coating on military vehicle

如表2所示，給出了采用激光測距儀測試得到的不同偽裝色的涂層的試驗數據。可看出，采用激光測距機測試的深綠、中綠和黃土涂層在1.06 μm的反射系數分別為0.013、0.005 和0.025，表中數據都是測試次數在300 次以上得到的平均值，它們相比標準靶的反射率降低了1 個數量級以上。采用激光測距機檢測的數據同采用分光光度計檢測的數據很接近，后者測試的精度更高。根據計算，使用這3 種涂層可使激光最大可照射距離降低約50%.

表2 涂層在1.06 μm 激光反射系數試驗數據Tab.2 Measurement results of laser reflectance at 1.06 μm

4 結論

本文從激光大氣傳輸及能量反射原理出發，建立了材料表面的激光反射系數與最大制導距離之間的關系模型，計算了不同激光反射系數相對應的最大制導距離被降低的倍率，為實際激光偽裝材料提供了設計依據。在此基礎上采用高溫燒結方法制備出激光偽裝顏料，利用這些顏料調配出深綠、中綠和黃土3 種激光偽裝涂層樣板。測試結果表明這3 種涂層均可有效對付激光制導武器的打擊。

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