石永山

（海軍駐錦州地區(qū)軍事代表室 錦州 121000）

1 引言

紅外成像技術(shù)在軍事上早已突破作為夜視器材應用范圍，用于搜索、跟蹤、制導等多種領域。由于紅外光電探測器具有高吸收系數(shù)、高探測率和寬響應波段等特點，容易受到強激光干擾和損傷使其失去探測功能。因此作為一種有效的光電對抗手段，激光對紅外成像系統(tǒng)的干擾效果與影響因素的研究日益引起各方的高度重視。本文就對紅外熱像儀飽和閾值、CO2激光能量透過率、激光干擾等，作進一步的研究和探討[1]。

2 紅外熱像儀飽和閾值

紅外熱像儀（非制冷多晶硅）采用非制冷微測輻射熱計焦平面，陣列可以等效為一個熱敏電阻，且入射光與晶格相互作用，晶格因吸收光能而增加振動能量，引起材料的溫度上升，從而使材料本身的阻值發(fā)生變化，引起負載兩端電壓變化從而給出電信號。但當非晶硅半導體薄膜溫度升高到相變溫度，便可對熱像儀造成永久破壞[2]。

激光器輻照紅外熱像儀，實際成像光斑較小，局部像元被破壞之后，成像系統(tǒng)采用相應的算法進行像元補償，可以將像元被破壞造成的成像干擾降到最低。適當調(diào)節(jié)熱像儀焦距可以獲得更好的輻照效果。

非制冷熱像儀光學系統(tǒng)的飽和閾值根據(jù)不同熱像儀量值稍有差異，一般光學系統(tǒng)前激光能量密度達到4.89×10－8J／cm2～5.97×10－8J／cm2熱像儀就會出現(xiàn)局部飽和。

3 CO2激光透過率

CO2激光經(jīng)Lkm大氣傳輸后，到達熱像儀前的能量密度為[3]

其中，Ex為激光傳輸Lkm后激光能量密度；α為大氣衰減系數(shù)；d0為激光器出口光斑直徑；θ為激光光束發(fā)散角。

在分析純散射透過率時引入氣象學，采用依標準能見度Dv確定的試驗數(shù)據(jù)來計算透過率，Dv用來表征大氣的模糊度，并且是白天能看見天空背景下水平方向上角尺度大于30′模糊物體的最大距離。它代表了可見波長λ0處（通常取λ0＝0.555μm）。在此波長處，大氣吸收為零，因此影響透射的原因?qū)⒅皇巧⑸溥@一種因素。

眼睛感知的最小對比度等于2%，因此氣象能見度Dv就是目標對比度為1時，通過大氣后感知的對比度為0.02的距離：

在10.6μm區(qū)間衰減系數(shù)與散射aP～λ－q有關，因此大氣分子微粒散射系數(shù)aP（λ）可用下式得到：

求得純散射導致的透過率τ2（λ）為

綜上所述10.6μm大氣光譜透過率：

由此可計算出不同距離CO2激光透過率，氣象能見度Dv＝20km（λ＝0.555），溫度10℃，空氣相對濕度70%，大氣透過率見表1所示。

表1 大氣透過率

依據(jù)式（1）E0＝5J，θ＝0.5m／rad，得到30km處激光能量密度為2.18×10－7J／cm2。從表1中可以看出大氣透過率和距離成反比，主要影響因素是水蒸氣的吸收作用，30km處水蒸氣厚度接近200mm，當厚度大于200mm后，激光基本被水蒸氣完全吸收。

4 激光干擾

4.1 干擾方式

激光干擾的方式主要包括：欺騙性干擾和壓制性干擾等[4]。

1）欺騙性干擾。激光欺騙性干擾是發(fā)射與威脅激光束特征參數(shù)（包括工作波長、重復頻率、脈沖寬度、編碼方式等）完全相同的干擾激光束，投射到假目標上，從而以假亂真，誘使激光制導彈偏離真目標，射向假目標。根據(jù)產(chǎn)生激光干擾信號方法的不同，分為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾和應答式干擾兩種。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾是將系統(tǒng)中激光告警機接收到的激光威脅信號自動放大，并由激光干擾發(fā)射機進行轉(zhuǎn)發(fā)，從而產(chǎn)生激光欺騙性干擾信號。應答式干擾是將系統(tǒng)中激光告警機接收到的激光威脅信號存儲和再現(xiàn)，由此產(chǎn)生激光欺騙性干擾信號。在一個系統(tǒng)中，上述兩種干擾方式通常結(jié)合使用。

2）壓制性干擾。激光壓制性干擾是利用低能量激光輻射，暫時致眩致盲或永久致盲敵方武器系統(tǒng)中裝備的光學儀器、夜視儀、光電傳感器及其操作手的眼睛，致使敵方武器系統(tǒng)不能觀測和瞄準目標；致盲入侵導彈導引頭上的光電探測器和制導線路，使之飽和和過載，導致敵方紅外制導導彈和激光制導彈丟失和偏離真目標，失去控制而墜落。

4.2 試驗設備

試驗設備采用高功率TEA－CO2激光器、擴束及導光系統(tǒng)、紅外熱像儀（多晶硅非制冷焦平面探測器）、紅外跟蹤瞄準設備及其他輔助設備[5]。

1）激光器。TEA－CO2激光器，輸出激光波長為10.6μm；激光單脈沖能量約5J；擴束及導光系統(tǒng)包括ZnSe反射鏡及擴束裝置；

2）探測器。紅外熱像儀探測器為多晶硅非制冷焦平面探測器，像元數(shù)為320×240，響應波段為8μm～14μm，場頻為50Hz；

3）跟蹤瞄準。紅外跟蹤瞄準設備由工作波段在3μm～5μm的紅外成像系統(tǒng)、跟蹤架及激光發(fā)射光路組成。

4）環(huán)境。實驗環(huán)境分別選擇在能見度很好（Dv＝20km無沉積物）及一般（Dv＝2km霧霾）條件下對比進行，通過紅外跟蹤瞄準系統(tǒng)對10km處紅外熱源進行捕捉跟蹤，紅外熱源處迎面擺放多晶硅非制冷焦平面探測器。

4.3 干擾效果

在氣象條件良好情況下，以10.6μm波長，重頻10Hz進行干擾。例如，已知單脈沖能量為5J，發(fā)散角為0.5m／rad，傳輸距離10km，根據(jù)式（1）可得出使熱像儀達到飽和閾值的透過率為0.002，然后依據(jù)式（5）可得出能量密度Ex與Dv之間的對應關系：Dv大約在0.5km時激光能量密度達到飽和閾值[6]。

干擾前成像清晰，能見度在20km左右；激光器用10.6μm，10Hz重頻干擾后熱像儀出現(xiàn)30mm左右高亮壞點，屏幕已不能正常成像，熱像儀像元被完全破壞。激光器停止出光后，熱像儀損壞且不能開啟。

在Dv＝2km時的中等能見大氣條件下，10.6μm重頻10Hz，被輻照后熱像儀局部飽和，呈現(xiàn)不均勻光暈，連續(xù)輻照30秒恢復后熱像儀仍可正常成像。

5 結(jié)語

波長為10.6μm，功率為50W的TEA－CO2激光器，在大氣條件良好情況下，可使10km處紅外熱像儀永久性損壞，說明其能量密度遠遠高于熱像儀的飽和閾值；激光器在中等能見度以上激光能量密度足以使紅外探測器飽和，在實際氣象條件下還需綜合考慮大氣溫度、濕度、微粒散射等對激光傳輸?shù)挠绊慬7]。

[1]葛成良，范國濱，梁正，等.單元紅外成像探測器的激光干擾實驗研究[J].強激光與粒子束，2006（18）：25－30.

[2]車進喜，張恒偉，王東.10.6μm CO2激光對非制冷紅外熱像儀飽和閾值的實驗研究[J].激光與紅外，2010（8）：855－858.

[3]柯常軍，萬重怡.紅外光電探測器的激光損傷分析[J].光學技術(shù)，2002（28）：118－122.

[4]宋海平，葉征宇，柯常軍.非制冷焦平面熱像儀獲取脈沖CO2激光光斑研究[J].激光與紅外，2004（6）：203－205.

[5]何康，陳翻，趙世明.激光對紅外成像反艦導彈的對抗能力分析[J].艦船電子工程，2012（11）：133－136.

[6]李振偉，劉班，楊勇.目標測偏統(tǒng)計用于對成像制導的激光干擾效果分析[J].光學與光電技術(shù)，2012（3）：17－21.

[7]張恒偉，冀翔，趙威，等.激光對紅外熱成像設備自動增益控制電路的干擾效果[J].強激光與粒子束，EI CAS CSCD 2011（9）：2325－2328.