劉松濤，劉振興

（海軍大連艦艇學院信息作戰(zhàn)系，遼寧大連116018）

0 引言

激光有源干擾包括激光欺騙干擾、激光抑制干擾和強激光干擾。激光欺騙干擾用于干擾激光制導武器和激光測距機。激光抑制干擾是用激光干擾信號掩蓋或淹沒有用的信號，阻止敵方光電制導系統(tǒng)獲取目標信息，從而使敵方光電制導系統(tǒng)失效［1］。強激光干擾的致盲低能激光武器可破壞光學系統(tǒng)、光電傳感器和傷害人眼［2］，而其高能激光武器則可“直接命中”目標的本體或戰(zhàn)斗部，是摧毀式的硬殺傷武器，因而使光電干擾的概念演變?yōu)楣怆娺M攻。目前激光有源干擾的主要方式是強激光干擾和激光欺騙干擾，二者的區(qū)別是：強激光干擾強調(diào)使敵方的光電探測系統(tǒng)或人眼永久或暫時地失去光電探測能力，而欺騙干擾則致力于以假亂真，使敵方將干擾激光當成目標信號進行處理，從而做出錯誤的判斷；強激光干擾知道方位信息即可，無需更多信息，使用方便，而欺騙干擾還要求發(fā)射信號相同或相關(guān)，對激光的干擾波長、干擾體制要求十分苛刻，使用受限。

鑒于上述分析，本文首先結(jié)合激光欺騙干擾的防御，從激光測距機和半主動激光制導武器兩個方面論述了各種抗干擾技術(shù)，然后重點分析激光防護器材的防護原理以及新體制導彈的強激光防護技術(shù)。

1 激光欺騙干擾的防御措施

1.1 激光測距機的抗干擾措施

抗干擾措施包括：多波門、距離波門、濾光片和偏振接收等。

1）多波長測距往往配合濾光片接收技術(shù)，可有效對抗敵方的有源干擾，但對光纖延遲干擾作用不大；

2）距離波門針對正距離干擾效果較好，但是不能完全阻止高頻干擾脈沖；

3）偏振接收技術(shù)可以大幅度降低進入接收機的有源干擾強度。但是，若對方的告警系統(tǒng)很快探測到測距機的發(fā)射脈沖的偏振態(tài)，從而引導干擾機發(fā)射與之相垂直偏振的干擾脈沖，則測距機也會受到干擾。

1.2 半主動激光制導武器的抗干擾措施

1）常見的抗干擾措施

半主動激光制導武器中，采用的抗干擾措施主要包括編碼解碼、抗干擾電路、光譜濾波、縮短激光目標指示時間和時間波門等技術(shù)［3－4］。具體分析如下：

①激光編解碼技術(shù)。是指采用編碼技術(shù)將激光制導脈沖信號進行統(tǒng)一編碼，攻擊不同目標時，半主動激光制導武器可以采用不同的激光編碼。然后，利用解碼技術(shù)對探測到的激光脈沖信號解碼，解碼成功即可確定所預定的攻擊目標。受激光器本身的限制，當前激光目標指示器的脈沖重復頻率一般為10～20Hz，可能采用的脈沖編碼方式只有重復頻率碼和變頻碼。這類編碼方式比較簡單，容易被敵方識別后發(fā)送編碼相同且時間超前的激光信號進行干擾，所以應該不斷提高激光信號的編碼解碼技術(shù)，增強激光信號的抗識別能力。

②抗干擾電路技術(shù)。是指為提高系統(tǒng)的探測概率和降低系統(tǒng)的虛警概率等采用的相關(guān)電路技術(shù)，比如探測器、低噪聲放大器、信號處理等技術(shù)?？垢蓴_電路技術(shù)是提高半主動激光制導武器的精度及抗干擾性能的重要技術(shù)。

③光譜濾波技術(shù)。是指采用光學濾波的原理，對光學系統(tǒng)接收到的光學信號進行窄帶濾波。如果已知激光目標指示器發(fā)射的激光脈沖編碼信號的波長λ＝1064nm，就可以設計中心頻率λ0＝1064nm、帶寬Δλ＝15nm的窄帶光學濾波片，使得光學系統(tǒng)只能通過激光制導編碼脈沖信號，而大幅度衰減帶寬之外的光信號，從而提高半主動激光制導武器的抗干擾性能。

④縮短激光目標指示時間。半主動激光制導武器一般采用發(fā)射后捕獲目標技術(shù)，激光目標指示器與半主動激光制導武器協(xié)同工作，完成捕獲目標的任務。因此，激光目標指示器的工作時間應盡量縮短，從而縮短對方偵察、告警和干擾裝置的響應時間。

⑤時間波門技術(shù)。根據(jù)激光編碼信息和時間同步點，激光導引頭信息處理電路預測待檢測的激光制導脈沖到達時刻。由于激光脈沖間隔不確定度的存在，待檢測的激光脈沖到達時刻同樣具有不確定度，因此，只要在不確定度之內(nèi)的時間段里到達的激光脈沖都被認為是激光制導脈沖，除此之外均為干擾脈沖。這個特定時間段長度稱為波門大小，通常采用納秒為單位［5］。

時間波門主要包括固定型和實時型兩種。如圖1所示，固定型波門是指在確認一組相關(guān)制導信號T0～Tm（Tm代表制導信號，虛線代表波門）后，把最后一個脈沖Tm作為同步點，按照預先的編碼規(guī)律一次性設定好以后所有時刻的波門開啟時間。實時型波門則有多個同步點，可將每一次實際接收的信號脈沖作為下一個波門的同步點，來設定下一次波門的開啟時間，比如Tm＋1時刻波門開啟時間由Tm時刻的脈沖確定，Tm＋1時刻的脈沖確定又決定了Tm＋2時刻波門開啟時間。實時型波門的優(yōu)點是消除了波門設置中的累計誤差，同時波門大小可以設置得相對較窄。因此，大多數(shù)激光制導武器都采用實時型波門技術(shù)來提高抗干擾能力。

圖1 固定型波門

2）高重頻干擾及其抗干擾方法

高重頻干擾是一種非常有效的激光有源干擾方式。由于激光干擾信號的重頻頻率可達100kpps左右，比激光編碼頻率（10～20pps）高很多，所以未識別激光編碼規(guī)律，強行擠入波門的概率很大。這使得前面所述的激光制導武器的常見抗干擾措施，比如：編解碼技術(shù)和時間波門，均不能有效對抗高重頻激光干擾。文獻［6］設計了一個高重頻激光有源干擾源連續(xù)干擾的簡單方式。設高重頻激光干擾信號的頻率為100kpps，指示激光制導信號頻率為10～20pps。首先測出高重頻周期，再計算出反向高重頻信號的起始點，以此起始點為同步點發(fā)出與高重頻信號完全反向的周期信號，并以此信號控制一個高重頻電子開關(guān)。當高重頻激光干擾信號和制導信號的混合信號經(jīng)過該開關(guān)電路時就可以將高重頻信號消除，只剩下己方的制導信號，從而實現(xiàn)高重頻激光干擾的有效對抗。抗高重頻激光有源干擾如圖2所示。經(jīng)過高重頻的周期測定，反向高重頻信號的同步點確定以及高重頻信號的消除這三個過程，就可抑制高重頻激光干擾信號。

圖2 抗高重頻激光有源干擾方案示意圖

2 強激光干擾的防御措施

在強激光干擾防御時，可以采取以下措施：1）快門技術(shù)。在受到威脅時發(fā)出警告，啟動“眼瞼”式快門防護系統(tǒng)關(guān)閉光路，即讓“快門”阻斷強激光的攻擊，待激光干擾消失后，再開“門”工作，從而起到完全的防護作用。目前，美國已研制出快于4000次／s的快門機［7］。2）抗飽和接收技術(shù)。3）凍結(jié)AGC放大倍數(shù)。如果能量變化過大，通過凍結(jié)AGC放大倍數(shù)，可以防止AGC干擾。4）采用激光防護器材。5）發(fā)展新型抗強激光導彈。

2.1 采用激光防護器材

對激光防護器材的基本要求是，在對有害的強激光實施有效防護的同時，保持較高的視場透明度，以不影響人眼的視物功能及光電傳感器的探測靈敏度。單兵用激光防護鏡用于作戰(zhàn)人員眼睛的保護，包括眼鏡、眼罩和護目鏡。武器裝備用的防護濾光片、防護薄膜、涂層等常與觀瞄裝備或各種光電傳感器件組合在一起，用于保護光電傳感器乃至儀器使用者的眼睛。下面以武器裝備的激光防護器材為例，對相應的原理和技術(shù)進行說明。

2.1.1 激光防護器材的性能

理想的激光防護器材應具有如下特點：

1）防護帶寬足夠?qū)?，即對相關(guān)的各種波長的激光都有較好的防護作用；

2）弱光透過率足夠高，以保證正常情況下人眼的觀察和光電傳感器接收信號的要求；

3）強光衰減度足夠高，使得強激光照射時，輸出能量控制在損傷閾值以下，保證人眼和光電裝備的安全；

4）響應時間足夠快，能及時響應脈寬為納秒甚至更短的脈沖或高重頻激光；

5）破壞閾值足夠高，使得強激光照射時，自身防護性能不被破壞。

2.1.2 激光防護技術(shù)

目前已得到了具體應用的激光防護技術(shù)，從原理上可歸納有以下幾類［8］：

1）基于線性光學效應的激光防護技術(shù)

①吸收型防護。其原理是通過吸收介質(zhì)吸收入射激光使激光能量減弱，以達到防護激光的目的。常見防護材料有塑料和玻璃兩種。主要缺點有：吸收激光能量導致防護材料的破壞而失去防護功能，光的銳截止性能不好導致可見光的透過率不高而影響觀察。

②反射型防護。其原理是通過薄膜設計和鍍膜工藝，在光學鏡片表面鍍制特定材料和厚度的光學薄膜。這些薄膜通過鏡面干涉作用反射特定波長的激光，實現(xiàn)對激光的防護。缺點包括：只能防護特定的波長，存在防護角度的限制。

③復合型防護。在吸收式防護材料的表面鍍上反射膜，兼有吸收式和反射式兩種防護材料的優(yōu)點，但成本高，可見光透過率相對于反射式材料下降較多。

總之，基于線性光學效應的激光防護技術(shù)由于存在防護波長單一、透過率低、有防護角度限制和反應時間慢等缺點，在深入應用方面受到限制。

2）基于非線性光學原理的激光防護技術(shù)

線性光學防激光裝置的主要缺點是對激光波段上的自然光和有用光不加區(qū)分的予以吸收或反射。而非線性防激光裝置對弱光呈高透過率，對強光呈強衰減，則可以克服這個不足。利用三階非線性光學效應，可細分為四類，即非線性吸收型、折射型、反射型和散射型。美國海軍科技人員曾經(jīng)利用一個光纖面板來捕獲輸入信號，然后通過非線性光學元件送給探測器。當強激光照射到非線性光學元件時，其光波被倍頻，倍頻后的光波波長超出了探測器的工作范圍，從而實現(xiàn)防護探測器的目的。

此外，利用非線性光學原理中，在強激光下表現(xiàn)出來的光限幅效應，可制成激光限幅器。所謂激光限幅器，就是在輸入光強低于某一值（稱為限幅閾值）時，系統(tǒng)透過率高，輸出光強或隨著入射光強或的增加而近似線性增加；當輸入光強超過限幅閾值時，系統(tǒng)透過率低，從而把輸出的光強限制到一定的功率或能量。

3）基于全息光學的激光防護技術(shù)

全息光學的防激光裝置是采用全息光學元件，從接收光學孔徑中去除有害激光，保護光學元件和探測器。該防護技術(shù)能在大入射角范圍內(nèi)去除已知波長的強激光，同時透過有用光，使光學系統(tǒng)免遭激光損傷。

4）基于燒蝕效應的激光防護技術(shù)

利用聚合物在高溫下發(fā)生物理（熔化、蒸發(fā)、升華）和化學（分解、解聚、離子化等）及碳化等復雜過程來消耗激光熱能的防護技術(shù)。高能激光輻照下，有效燒蝕熱高的材料消耗了大量的激光能量，激光熱能不斷被燒蝕材料所產(chǎn)生的氣體帶走，從而保護了光電武器裝備。

5）基于相變原理的激光防護技術(shù)

目前研究最多的相變材料是二氧化釩（VO2）薄膜。因為VO2相變溫度接近于室溫，使VO2薄膜發(fā)生相變需要的激光能量小，輸出閾值低。VO2在室溫附近為單斜結(jié)構(gòu)，呈半導體態(tài)，當溫度上升到68°C時，轉(zhuǎn)變?yōu)檎唤Y(jié)構(gòu)，呈金屬態(tài)。隨著相變的發(fā)生，紅外波段的光學常數(shù)會發(fā)生變化，因此，可利用這種突變實現(xiàn)對強激光的防護。

6）基于反射膜破壞的激光防護技術(shù)

在系統(tǒng)原有結(jié)構(gòu)中加入一個反射結(jié)構(gòu)，并在反射鏡上加裝特殊材料的反射膜。當入射激光能量較低時，激光經(jīng)反射鏡反射進入系統(tǒng)，一切正常；當入射激光能量高于某一閾值時，反射膜被破壞，絕大部分的入射光被透射、吸收和散射，只有少部分光進入系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對強激光的防護。

2.2 發(fā)展抗強激光的導彈

1）旋轉(zhuǎn)導彈［9］

高能激光武器摧毀導彈需要在某固定點持續(xù)攻擊數(shù)秒。如果采用彈體自旋技術(shù)，導彈在飛行過程中按照一定的角速度繞導彈中心軸旋轉(zhuǎn)，則可避免高能激光對導彈固定部位的長時間輻照，使激光照射點沿彈體環(huán)向移動，達到分散激光能量的目的。目前彈體自旋已從低速、近程小型導彈逐漸向高速、中型化方向發(fā)展。美、德聯(lián)合研制的RAM導彈，已裝備世界上不同國家的近百艘軍艦。

2）超高聲速導彈

為了進一步提高導彈的突防能力，許多國家在大力發(fā)展超高聲速導彈。目前，美國已研制出Ma數(shù)為5的彈道導彈與Ma數(shù)為10的小型導彈，并計劃使巡航導彈的飛行速度達到2720～3060m／s，法、俄等國巡航導彈的飛行速度也將達到2040～2380m／s。顯然，導彈以高馬赫數(shù)飛行將會使激光持續(xù)跟瞄照射同一靶心，累積熱能損傷目標變得更加困難。

3）光學薄膜

光學薄膜最先接收入射激光，是最易損傷的薄弱環(huán)節(jié)。激光對光電設備的破壞，首先損傷光學薄膜，然后才破壞光學元件及光學系統(tǒng)。美國正在研究的金剛石薄膜具有極堅硬、透明和良好的紅外和紫外特性，抗激光損傷閾值極高。

4）傳感器的抗激光冗余設計

在光電探測系統(tǒng)中采用探測器冗余設計，使入射光線可偏轉(zhuǎn)到多個探測器中的任一個，當工作探測器被激光致盲時，特殊結(jié)構(gòu)能使入射光線偏轉(zhuǎn)到冗余探測器上，保證光電系統(tǒng)的正常工作。

5）使用抗激光材料制作整流罩

使用氧化鋁陶瓷作為導彈整流罩的結(jié)構(gòu)材料，主要由低介電材料組成，每層氧化鋁纖維采取單向排列，各層間互成90°。當基體材料為硼硅酸鹽玻璃時，使用溫度為600°C，若改用低膨脹的二氧化硅，使用溫度可高達1100°C。

3 結(jié)束語

圍繞激光有源干擾的防御措施這個主題，本文重點討論了激光測距機和半主動激光制導武器的抗干擾措施、激光防護器材的防護原理以及新體制導彈的強激光防護技術(shù)。對這些已有光電防御措施的概括總結(jié)，便于激光有源干擾的防御方選擇合適的抗干擾措施，也可為相關(guān)研究者進一步提出更加有效的防御措施提供參考?！?/p>

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