半主動激光制導中光斑參數分析

李響 安巖 王超 謝欣欣

摘要：在激光制導廣泛應用于各國的背景下，由于試驗場所要求復雜，天氣影響等問題，提出半主動激光制導方式，在整個試驗當中，激光光斑的分析至關重要，決定著整個試驗的成敗，分析了影響激光光斑變化的影響因素，從而采取相關措施進而提高試驗的總體性能。

關鍵詞：激光制導；激光半主動導引頭；半實物仿真；光斑尺寸；

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（B）-0000-00

1激光半主動制導的發展意義

由于激光具有單色性好、方向性好，發射束散角小等優點，所以敵方很難進行有效的電子信息干擾。可采取多種編碼的方式，使得不同武器擁有同時攻擊很多目標的殺傷性能力。半主動制導導彈的實戰效率高，它也存在一些問題，比如容易受到天氣和戰場條件的影響。世界各國正加速研制高性能的目標捕獲、跟蹤系統，從而在未來戰爭里發揮最大的優勢。

2光斑尺寸分析：

半主動激光制導中，光斑的尺寸分析以及變化特別重要，直接影響激光制導的參數。本文采用不同波段的光源進行分析。光斑尺寸的變化由分析可知，主要由兩個方面引起，首先是激光照射器與攻擊目標間的距離會引起光斑的大小發生改變，激光照射器發射激光照到目標后，其光斑的大小由激光照射器的發射束散角決定，由于目標距離的變化使得導引頭所接收到的光斑尺寸也在變化。按基本的幾何光學設計，可仿真出下圖1（a）的結果：

（a）光斑尺寸隨導彈距離變化曲線 （b） 光斑尺寸隨導彈距離的變化速率

但是由于實際情況會有些出入，對于導引頭的探測器的四象限光電探測器，在捕獲階段，目標進入探測器視場，如果跟蹤穩定，光斑應該集中在某一象限上，它只可以檢測出大致的方位，但是由于檢測精度比較差，需調節導彈的視軸角度，進而將光斑引入到探測器的中心位置，之后再引入跟蹤部分。當光斑的尺寸很小難以觀測時，視軸的檢測精度比較高，但是檢測的范圍有限、較小，光斑過小，在探測器的死區內，信號將會丟失，捕獲失敗，通常取光斑的大小為近似四象限探測器的光敏面，這樣可以保證效果，當導引頭的距離與目標間隔比較遠時，成像在探測器光敏面的光斑非常小，至少要大于探測器的溝道寬度，所以需要安裝變焦系統，解決離焦或散斑問題，使得光斑的大小變化成線性關系，由于視軸檢測精度的降低，卻增加了檢測范圍。通過對總體系統中導引頭接收到的光斑尺寸的理論數據可知，影響導引頭接收到光斑尺寸變化的主要因素為：導彈距目標的實際距離以及導彈的地平角。可以通過計算機仿真得出下圖2（b）的結果。

從圖中我們可以得到以下的結論，導引頭接收到的光斑尺寸會隨著導彈距離的減小而增大，當距離特別大時，光斑的尺寸變化比較緩慢，有一個平緩的過程，當距離小于盲區后，光斑尺寸會迅速的變大，曲線特別陡，上圖進一步證明了上述觀點。

3不同波段光斑特性分析

本文選擇1064nm和650nm波長的光源進行試驗，由于兩個波長一個是不可見光，一個是可見光，這樣給試驗的理論以及實際論證提供了很大的參考價值。

上面三幅圖片中，圖a是經過光纖的激光最大光斑圖，圖b圖c分別是激光器經過能量衰減最強和最弱的最大光斑圖片，從圖片中可明顯看出激光器激光圖片的雜散光比較強，光斑信號強度分布相對不均勻。下圖3為圖像處理后激光器輸出所對應的圖片。

4結束語

本文從實際情況出發，結合了本實驗室的條件進行了實驗，得出了導引頭接收不同波段激光的光斑大小，亮度變化，以及分析了影響導彈導引頭接收光斑尺寸變化的因素，符合半主動激光制導的要求，具有進一步研究的意義。

參考文獻：

[1]高志杰，張安京，史國華.風標式激光導引頭光電建模與仿真[J].光電工程，2007，34（1）：4-8.

[2]劉志國，張金生，王仕成.激光制導炸彈數字仿真研究[J]. 系統仿真學報，2005，17（7）：1757-1759.

[3]張金生，王仕成.激光制導武器仿真系統視線角精確控制研究[J]. 電光與控制，2005，12（4）：19-23.

[4]施德恒，熊水英.激光半主動尋的制導導彈發展綜述.紅外技術，2000，22（5）

[5]郭修煌.精確制導技術.國防工業出版社，1999