一種雙波長激光的半主動制導編碼設計

薛建國， 雷 萍， 王娟鋒

(中國洛陽電子裝備試驗中心， 河南 洛陽 471003)

一種雙波長激光的半主動制導編碼設計

薛建國， 雷 萍， 王娟鋒

(中國洛陽電子裝備試驗中心， 河南 洛陽 471003)

針對激光半主動制導武器面臨的激光有源干擾現狀， 設計了一種基于雙波長激光的相關雙脈沖偽隨機碼， 闡述了該碼型指示激光產生的基本原理， 給出了該編碼的譯碼流程， 并對其抗激光有源干擾性能進行了分析。 結果表明： 基于雙波長激光的相關雙脈沖編碼制導體系具有很強的抗激光有源干擾性能。

半主動激光制導； 相關雙脈沖； 偽隨機碼； 雙波長激光器； 匹配識別

0 引 言

半主動激光制導武器因其制導精度高、 價格低廉， 且具有較好的抗干擾特性, 成為當今最主要的精確制導武器之一。 但隨著激光干擾裝備的出現， 其作戰效能受到了挑戰。 為此， 提出一種基于雙波長激光的半主動激光制導編碼, 采用該編碼可以有效對抗激光誘騙干擾和高重頻激光干擾。

半主動激光制導抗干擾措施主要分為三類： 空域濾波、 頻域濾波和時域濾波。 空域濾波即通過壓縮導引頭接收視場以限制干擾激光進入接收視場而到達探測器光敏面， 從而濾除其干擾； 頻域濾波即通過在光學系統中加裝窄通濾光片， 以限制與目標指示激光波長不同的干擾激光到達探測器光敏面， 消除干擾； 時域濾波即通過區別處理不同時刻到達探測器光敏面的激光脈沖信號， 以期濾除干擾激光的影響。 時域濾波的實施措施較為復雜， 技術變化也比較多， 主要通過各種編解碼技術以達到抗干擾的目的， 常用的編碼主要有精確頻率碼、 兩變間隔碼和短偽隨機碼， 但這三類編碼容易被實時破解， 而受到欺騙干擾。 本文提出的編碼設計綜合利用了自由切換雙波長激光器技術、 雙色四象限激光探測器技術等， 技術實現難度小。

1 相關雙脈沖偽隨機碼設計

1.1 數學描述

要想使敵方難以破解編碼， 碼周期越長越好， 最好是無周期， 如偽隨機碼。要想從紛亂復雜的脈沖序列中找到目標指示激光脈沖信號， 則應使編碼具有相關性， 以便在較短的時間內捕捉到目標指示激光脈沖， 為此， 設計了相關雙脈沖偽隨機碼， 數學表述如下：

(1)

(2)

f(t)=f1(t)+f2(t)

(3)

式中：T1，T2，T3為常數, 單位ms;n為正整數序列；m(n) 為隨機函數。

f1(t)和f2(t)是兩個時間相差T3的相同脈沖序列(即相關序列)， 二者相“或”構成雙脈沖偽隨機脈沖序列f(t)。 在式(1)～(3)中， 各參量的含義分別為n是時間離散數值變量， 最大值為M，M是偽隨機碼數值時間周期；T1是偽隨機脈沖序列f(t)的基礎時間間隔， 其大小由制導武器制導控制、 制導距離、 技術可實現性等因素確定；T2是脈沖時間間隔變化最小幅值， 即偽隨機碼最小變化間隔， 大小通常與脈沖信號處理接收波門相同；T3為隨機脈沖序列f2(t)相對于f1(t)的延遲時間， 一般情況下， 取T3≈T1；m(n)為隨機函數， 取值范圍0～M正整數， 相對于自變量n有唯一確定的值。

1.2 目標指示激光的產生

雙波長激光目標指示器的主要組成如圖1所示， 包括1.06 μm激光諧振腔、 編碼產生與控制驅動器、 波長切換裝置、 OPO振蕩器等。 其基本工作原理： 1.06 μm激光諧振腔在編碼產生與控制驅動器的控制下， 產生并輸出編碼為f(t)的偏振態1.06 μm脈沖激光序列； 波長切換裝置利用激光偏振轉換方式， 在編碼產生與控制驅動器的控制下， 使f(t)序列1.06 μm脈沖激光中的f1(t)序列脈沖激光發生90°偏振偏轉， 遇EO2后， 反射進入OPO振蕩器， OPO振蕩器再將其轉換為1.57 μm脈沖激光序列輸出； 沒有發生偏振偏轉的f2(t)序列脈沖激光， 遇EO2后， 透射輸出， 從而形成相關雙波長偽隨機碼激光脈沖序列。

圖1 相關雙波長激光指示器組成示意圖

Fig.1 Component diagram of the relevant dual wavelength laser designator

1.3 指示激光接收與譯碼

激光導引頭首先通過光學系統將雙波長激光匯聚到雙色四象限激光探測器上， 經光電轉換、 信號整合， 在指示信號識別方面， 分別形成1.57 μm和1.06 μm激光四象限合成脈沖序列信號， 作為譯碼輸入信號。 對于相關雙脈沖偽隨機碼， 采用軟硬件相結合的方式完成譯碼， 其中1.57 μm激光信號主要用于輔助解碼。 譯碼分為兩步： 第一步， 通過整形電路對來自信號檢測電路的脈沖進行整形， 形成兩路方波脈沖序列，f1(t)脈沖信號序列延遲T3后與脈沖序列相“與”， 形成與f2(t)一致的單脈沖偽隨機編碼脈沖， 而將不相關的干擾信號濾除， 完成相關處理； 第二步， 在處理后的脈沖序列中， 可能還會留有個別噪聲干擾或人為干擾脈沖， 需進一步濾除， 對此， 碼型匹配識別電路通過匹配識別完成目標指示脈沖激光的識碼。 匹配識別的基本原理： 將偽隨機碼f2(t)預先置于碼型匹配識別電路， 當探測電路測得兩激光脈沖時間間隔后， 與預置偽隨機碼逐一比較， 判斷其匹配性， 連續對多個激光脈沖(比較激光脈沖數量多少的選取由作戰要求來定)時間間隔進行比較， 濾除干擾， 若比較結果是與偽隨機碼的部分碼片匹配(匹配概率達到設計要求)， 則認為該脈沖序列為目標指示激光， 據此預測下一個指示激光脈沖到達時刻， 針對此時刻生成跟蹤波門， 當跟蹤波門連續數幀提取激光脈沖后， 輸出跟蹤有效信號， 譯碼流程示意圖如圖2所示。 圖中， 整形后的方波脈沖寬度主要取決于目標指示器輸出激光的穩定度， 通常取1～5 μs； 跟蹤波門寬度τ與T2相等。

圖2 相關雙脈沖偽隨機碼譯碼流程示意圖

Fig.2 Decoding process diagram of the double pulse pseudo random code

2 抗干擾性能分析

本文提出的相關雙脈沖偽隨機碼對激光半主動制導武器系統的硬件提出了新的要求， 全方位促進了激光半主動制導武器的抗干擾性能的提高。 首先， 要區別半主動激光制導指示激光波長， 激光告警硬件設備需要成倍增加； 其次， 激光制導指示信號編碼的破解幾乎不可能， 因為除了長偽隨機碼外， 又增加了波長變化； 再次， 在原有1.06 μm激光干擾源的基礎上， 增加一個1.57 μm激光干擾源。 該設計不但具有很強的抗激光誘騙干擾能力， 而且具有很強的抗高重頻激光干擾能力。 前者主要是因為采取了長偽隨機編碼， 后者主要是因為采取了基于雙波長激光的相關編碼技術。

就該碼型抗高重頻干擾的性能進行如下分析： 高重頻干擾不需要解碼， 當接收到有限的幾個激光脈沖后就會發射干擾激光， 相關雙脈沖偽隨機碼抗單波長高重頻激光干擾原理如圖3所示。 圖中，Z1為目標指示1.57 μm激光脈沖序列；Z2為目標指示1.06 μm激光脈沖序列；G為1.06 μm高重頻干擾激光脈沖序列；A為激光導引頭接收的1.06 μm激光經光電轉換后的脈沖序列；C為激光導引頭接收到并延遲的1.57 μm激光脈沖序列；D為經相關處理后的脈沖序列， 與目標指示1.06 μm激光脈沖序列一致。

圖3 相關雙脈沖偽隨機碼抗高重頻激光干擾示意圖

Fig.3 Diagram on against high repeated frequency laser jamming of the relevant double pulse pseudo random code

由圖3可看出， 經相關處理后， 高重頻激光脈沖幾乎全部被濾出， 只有同時到達的極個別干擾脈沖通過， 此干擾脈沖會對指示目標的位置計算造成影響， 但由于數量極其有限， 因而不會對制導產生影響。

若采用雙波長高重頻激光干擾， 經相關處理后會遺留少部分干擾脈沖， 出現這種情況時， 碼型識別碼中的匹配處理算法可以剔除干擾脈沖。

3 結 束 語

激光制導與激光有源干擾是光電對抗領域永恒的話題， 此消彼長。 本文在雙波長自由切換輸出激光技術、 雙色四象限激光探測器技術的基礎上， 設計了一種基于雙波長激光的相關雙脈沖偽隨機碼， 并給出了制導體系的實現途徑。 分析表明該技術可以大大提高半主動激光制導武器抗激光有源干擾的性能， 技術可行， 且成本增加較少。

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CodingDesignforDualWavelengthLaserSemi-ActiveGuidance

XueJianguo,LeiPing,WangJuanfeng

(ElectronicEquipmentTestCenter,Luoyang471003,China)

Facing the current situation of laser active jamming for semi-active laser guidance weapons, a relevant double pulse pseudo random code based on dual wavelength laser is designed. The basic principle of this code indicated laser transmission is expounded, the coded decoding process is presented, and the laser active jamming resistance are analyzed. The results show that relevant double pulse coding based on dual wavelength laser guidance system has a strong laser active jamming resistance.

semi-active laser guidance; relevant double pulse; pseudo random code; dual wavelength laser; match identification

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2017.04.010

2017-03-22

薛建國(1961- )， 男， 陜西華陰人， 高級工程師, 研究方向為光電對抗。

薛建國， 雷萍， 王娟鋒 . 一種雙波長激光的半主動制導編碼設計[ J]. 航空兵器， 2017( 4)： 59-62. Xue Jianguo, Lei Ping, Wang Juanfeng. Coding Design for Dual Wavelength Laser Semi-Active Guidance[ J]. Aero Weaponry, 2017( 4): 59-62. ( in Chinese)

TJ765.3+32; TN977

： A

： 1673-5048(2017)04-0059-04