激光近炸引信發展述評

陳洪鈞，石治國

(海軍駐天津地區兵器設備軍代表室，天津 300308)

激光近炸引信是一種主動式光電引信。它通過發射光學系統將特定幅值、時域和空域特性的激光光束對目標進行照射，光電接收系統接收目標反射回波，并進行實時的識別和處理。當引信在預定距離內檢測到目標，當導彈或戰斗部處在最佳炸點位置時，就通過電子系統產生起爆信號啟動戰斗部。目前主動式激光近炸引信通常使用砷化鎵半導體激光器，是因其體積小、重量輕、彈上配置簡便。還因其波長短、脈沖窄、調制方便，可設定空間分布方式，能提供非常精確的目標距離和位置信息。特別是它的一些特性能適應現代戰爭中引信電子對抗技術的發展變化，所以倍受重視，應用領域日趨廣泛。當導彈與目標不能直接碰撞，或命中精度不能滿足戰術技術要求，且戰斗部的威力能在規定的距離內殺傷目標時，才設置近炸引信。因此激光引信可以作為主引信，也可以作為輔助引信，或與其它引信組合成復合引信。

1 激光近炸引信技術發展現狀

激光引信在整個引戰系統中的地位及工作過程如圖1。

圖1 引戰系統構成原理框圖

作為一種高可靠度和高精度的引信，小到迫擊炮彈，大到戰術導彈、戰略導彈，從掠海飛行的反艦導彈，到對坦克掠頂垂直攻擊的反坦克導彈，無論是空空導彈還是面空導彈，激光近炸引信在西方及俄羅斯的多種型號導彈上均有所應用。它已成為新一代先進導彈的標志之一。

近年來，激光引信在反輻射攻擊武器中的應用日益廣泛。如美國的哈姆(Harm)AGM -88 反輻射導彈，以色列的Harpy 和南非的RAKI 反輻射無人機均采用了激光近炸引信。

目前，近炸引信起爆控制技術的發展表現在以下5 個層次:

1)選擇最佳炸點。這是近炸引信通常采用的起爆控制技術。

2)選擇引信的最佳作用方式。如在與觸發引信或其它體制引信聯合工作時，保證觸發優先或其它體制引信優先。

3)選擇最佳起爆方向。根據目標與戰斗部的相對位置，選擇戰斗部的最佳爆破方向。

4)從多目標中選擇特定毀傷目標。在與其它檢測技術配合使用時，近炸引信采用多目標選擇識別技術，以使戰斗部殺傷選定的目標。

5)選擇目標易損部位。近炸引信采用目標易損部位選擇判別技術。

現代近炸引信設計思想已經從過去單純的目標敏感測距裝置轉變為:近炸引信 = 目標檢測裝置，表明了近炸引信設計重點的轉移。即從開始的近炸引爆或作為觸發引信的輔助手段，現已變為多種武器實現最佳引戰配合的主要角色。目標探測裝置實際上是為引信發現目標、測量與提取有關目標信息，以及接受和利用武器系統有關信息，共同產生引信啟動指令的光電信息處理裝置。它由目標光電探測裝置(收發系統)、信號處理電路和引信啟動指令產生裝置組成。以激光近炸引信為例，在實際應用中已從提供單純的精密測距功能來控制炸點，發展到利用激光引信實現全向探測識別目標，進而實現精確定距、定向起爆，這是一種主動光學目標檢測器(AOTD active optical target detector)。近炸引信首先利用制導信息，再結合自身探測到的信號發現目標、識別目標、判別目標方位，最后精確定出最佳起爆位置。這是現代近炸引信的基本特征。

2 激光近炸引信的發射技術

主動光學目標檢測器通常由一個或多個激光器和光學鏡頭組成的發射系統。正常情況下，激光是以光束能量的形式輸出的，但利用特定的透鏡可以把激光波束變為所需的形狀。要增加引信探測目標的效率就必須提高激光引信的靈敏度以及光束對目標的覆蓋范圍。引信的性能還可以通過增加發射器和接收器的數量來加以改善。根據武器系統是對空、對艦、還是對地等攻擊目標的不同，和其與目標接近姿態的不同，激光引信的照射波束可設計成不同的形式，以便更好地探測和識別目標及確定目標的方位。引信的發射波束類型可分為:

1)單波束—激光器發射的光束形狀為細圓柱型?？蓱糜谧幽笍椫心笍椌_定距控制開艙高度，此時引信的目標為地面，或海面。它主要是利用激光引信的精密測距功能控制彈體飛行高度或進行目標識別，以決定引爆高度及時機。例如德國生產的JUNHANS 系列PX581 光學近炸迫擊炮引信，如圖2。及英國生產的對頂攻擊的反坦克導彈激光近炸引信，如圖3。

2)扇狀單波束—激光器發射的光束形狀為扇形。扇狀的矩形截面與目標的高度、寬度尺寸相匹配。

3)雙波束—形成一定張角的兩條光束，各自覆蓋一定的空間范圍，以增加引信目標判別的能力和滿足一定的相關控制要求。

4)多波束全向探測型激光引信。波束形狀可分為由多個筆型光束形成的圓盤狀，或多個扇形光束形成的圓錐狀。在彈體周圍增加發射機和接收機數目可以改善引信性能，但需要精心設計發射和接收光學系統，以獲得最佳收發配置。利用電子掃描技術使多個圓柱狀光束輪換工作，可減少每個扇形激光束的覆蓋角度，更能節省電源，同時給出更精確的目標位置信息。全向探測型激光引信在面空導彈、空空導彈中應用的較多，以適應對快速運動的旋轉翼、固定翼空中目標的迎頭或追尾攻擊。例如瑞典的RBS -70 導彈目前已裝備多個國家。其改進型RBS-90 裝備的引信系統為激光近炸引信+觸發引信。激光引信必要時可在發射前關閉，它可抗目前所有已知的人為及自然干擾，并可在夜晚及惡劣自然條件下工作。它是由8 個砷化鎵激光二極管在彈身周圍順序排列組成環狀。俄羅斯的Sosna 面空導彈引信則采用12個激光器。再如英國THOMSON-THORN 導彈電子公司(TME)生產的用于檢測空中目標的激光引信，其中發射采用二極管泵浦YAG 脈沖微激光器，波長1.06 μm 脈寬1 ns，使用雪崩二極管接收。引信發射系統由三個激光器組成，如圖4:每個激光器與彈軸成45°，每束光在120°范圍內掃描，最大掃描重復頻率4 kHz。其距離分辨率0.25 m，(角分辨率與脈沖重復頻率有關)。圖5 所示的:THOMSON-THORN公司的另一種全向探測的激光引信發射采用4 個同樣的YAG 微激光器，每個激光器發射方向與彈軸成50°，利用透鏡將光束發散成90°，從而實現360°覆蓋探測。全向探測型激光引信，還應重視多個發射接收系統間的邏輯關系，和接收系統中目標判別算法的研究。

5)由多個激光器組成錐形波束加360°圓盤狀波束，共同組成復合型發射波束。兩套波束間距離可根據典型目標尺寸及導彈與目標接近時的相對速度而定。RBS -70 最新改進型BOLIDE SAM(surface to air missile)火流星面空導彈如圖6。為了對付高速運動的小目標，它由一組8 個向前的等角度、等間距發射器組成錐型波束，又由8 個等間距發射器組成圓盤型波束。各個發射器采用光電掃描方式順序發出高重復頻率的光脈沖，此種激光近炸引信不但可以實現全向探測，而且還具有識別目標的功能，如圖7 所示。引信可根據A、B 兩波束檢測到目標時間上的不同及它們相互之間的邏輯關系，判斷出目標的大小，決定戰斗部引爆的時機。

3 激光引信接收和數字信號處理技術

在發射系統中，可利用數字邏輯芯片對發射脈沖進行編碼，增加引信抗干擾性能。在接收系統中，為了能準確判別目標，必須對激光脈沖回波進行分析。回波帶有目標信息，但單個回波具有偶然性，接收到的單一回波不一定都是目標回波，其中含有各種可能的干擾信號。因此，必須利用多個回波信號及其目標效應(空間、時間的積累效應，回波形狀的變化等)或統計信號處理方法，來完成目標的識別?，F代引信設計中引入數字信號處理方法，分析不同目標返回的信號特征，最大限度地利用目標回波與干擾信號在特征信息上的差異，從干擾中鑒別和提取目標信息。這樣，在增強引信目標識別能力的同時又提高了引信抗主動及被動干擾的能力。以空空導彈為例，常常通過對激光脈沖回波的積累和回波展寬效應，判別出目標、云或干擾，從而提高引戰配合效率。為適應數字信號處理技術中復雜算法對處理器速度及穩定性的要求，DSP 產品及其技術被廣泛應用于引信系統中。根據現有資料，目前國際上已經將引信和制導系統發展成為由多個DSP 處理器組成的并行系統。例如美國AIM-9X 面空導彈系統采用的DSU-15A/B 激光近炸引信，通過4 個發射扇形光束的棱鏡組成發射系統，利用一個接收器接收返回來的信號，其引信與制導的核心部分就是由3 片TMS320C40 +2片C30 芯片組成的。另外，俄羅斯研制的引信中也廣泛采用了DSP 芯片。

目前，國外激光引信信息處理的層次上，已經達到了對激光回波頻譜分析的水平，分析目標回波的時域、頻域特性，根據不同目標反射特性在復雜環境中尋找典型目標，再根據典型目標頻譜變化的規律判斷最佳起爆位置。也就是說國外的激光引信在對目標的判別上，不但利用了目標回波攜帶的距離信息，而且利用了目標回波幅度的特征信息，從而為進一步的抗干擾處理、目標易損部位的判別奠定了基礎。

4 激光近炸引信技術的發展趨勢

綜合現有資料表明，激光近炸引信技術的發展將表現在以下幾個方面:

1)激光引信大功率小型化技術。隨著激光近炸引信在各類武器上的廣泛應用和所攻擊目標對引信要求的不同，要求發射光束的功率更大，波束掃描范圍更寬。因此，激光器大功率小型化技術將是發展的主要趨勢之一。如高功率半導體激光器制作技術，大功率微型固體激光器制作技術。隨著數字電子技術及微電子技術的日臻成熟，為引信小型化提供了條件。以AIM-9X 為例，其主動光學檢測器長4 英寸，重量為4 磅。又如THOMSON-THORN 公司的激光引信，應用利頓(LITTON)公司生產的二極管泵浦YAG 微激光器，發射峰值功率3 kW，脈寬1 ns，脈沖重復頻率15 kHz，脈沖能量30 μJ，TO3 管殼封裝，只有25 美分硬幣大小，如圖8。

圖8 DPL-YAG 微激光器

2)激光引信與其他體制引信的復合技術

任何一種體制的引信都有其自身固有的弱點，僅靠單一體制的引信，區分信號來自于目標或干擾是不夠的。例如激光引信最怕煙、霧、雨、雪這樣的小散射體的散射和吸收干擾。多體制復合引信的出現彌補了單一體制引信的不足。例如將無線電引信與激光引信復合，電容引信與激光引信復合，紅外與激光引信復合，GPS 與激光引信復合等。發展的難點是不同體制引信作用方式的相互轉換以及探測信息的融合技術。法國Thomson-CSF 公司生產的紅外激光雙模式復合近炸引信，如圖9。這樣的雙模式近炸引信，已經應用于SEAWOLF 海狼導彈及ASRAAM 導彈上。圖10 所示的反坦克導彈采用了觸發引信、電磁近炸引信和光學近炸引信復合的引信。

3)制導與引信一體化技術

近炸引信是提高導彈戰斗部殺傷威力的手段，這就需要解決引信與戰斗部的配合問題。制導與引信一體化技術便于數據實時交換，并可充分利用導引頭提供的彈速、目標形狀和方位等信息，以實現多目標選擇和攻擊目標易損部位，達到最佳引戰配合的目的。另外，還可減少不必要的重量與體積。據有關資料表明，美國愛國者3 型導彈就使用了制導與引信一體化技術。

4)激光引信仿真技術

為使激光引信能夠識別出目標與背景環境，對抗各種主動及被動干擾，就必須分析目標背景特性和干擾特性，建立各種目標回波特征的數據庫。例如建立各種復雜幾何形狀目標反射回波數據庫，建立目標、海面和地面綜合回波信號數據庫，目標與各種已知干擾的綜合反射回波數據庫，以及相應的計算處理程序等。這些現代數學仿真和半實物仿真是十分必要的基礎性工作。它可以幫助設計者進行最優化設計，預測和評估引信系統的性能水平，分析引信系統在試驗、使用中發生的各種問題。因此成為激光近炸引信研制中不可缺少的手段。

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