防激光探测伪装涂层的制备与实验研究

张拴勤，连长春，卢言利

(总装工程兵科研一所，江苏 无锡214035)

0 引言

激光制导弹药具有投掷精度高、捕获目标灵活，对目标识别能力强等特点，激光制导武器还有良好的抗干扰能力。因为任何自然物体都不可能辐射激光，故对激光制导武器而言，不存在自然干扰，这是它优于红外制导武器的显著特点［1－3］。由于激光制导弹药具有这些优点，因此发展很快。目前，用于防激光制导武器的手段不多，而激光伪装涂料是最基本、使用最便利的一种装备形式。本文采用高温烧结法制备出关键的激光吸收颜料，利用制备的颜料配置出深绿、中绿和黄土3 种兼容可见光伪装色的激光吸收涂料，研究结果表明该涂料能有效对抗激光制导武器的打击。

1 激光大气传输理论模型

激光能量经过大气传输介质的吸收散射效应，被目标表面反射，反射能量又通过大气返回到接收光学系统，只要反射能量大于激光接收系统的最小可探测能量，就可探知目标的存在。距离R 处激光光斑单位面积的激光能量［4］为

式中:ER为距离R 处激光光斑单位面积的能量;Et为激光器每个脉冲的能量;τt为发射激光系统的透过率;θt为光学系统出射光束的束散角;μa为激光能量通过大气单位长度的衰减系数.

当激光光束照射的目标面积为As，且被照射部分平均表面法线与入射线的夹角为θ 时，则被目标所截获的激光能量

如果目标是漫反射目标，即目标表面的不平整度超过入射激光波长时，漫反射系数记为ρ，那么目标在截获入射激光能量后，向入射方向的半球空间均匀漫反射的总能量

当它反射回激光寻的器处，被有效接收面积为Aγ、透过率为τγ的接收系统所接收，而到达光敏元件光敏面上的回波能量

换成功率表示为

在激光近场条件下，即目标尺寸大于光斑时，Ascosθ 取光斑尺寸，即则

当激光反射功率等于激光寻的器的最小可探测功率时，得到的即是激光制导武器的最大可探测距离。令(5)式右边等于pmin，得到

改变(6)式的反射系数ρ，得到下面方程式:

对车载激光制导炮弹，制导距离通常为3 km，取R1=3 km;考虑在2 种典型的标准大气条件下，大气能见度分别为23 km 和5 km，此时1.06 μm 激光的大气衰减系数分别为0.094 和0.454［5］.

如图1和表1所示，可看出目标在涂覆激光吸收材料后的最大探测距离大大缩短，要使目标的有效探测距离降低一倍，即有效探测距离为1.5 km，在23 km 和5 km 的大气能见度下对应的目标表面的反射系数分别约为0.100 和0.045.

图1 1.06 μm 近场条件Fig.1 Calculation results under 1.06 μm near－field condition

表1 1.06 μm 近场条件下有效探测距离Tab.1 Effective detection range under 1.06 μm near－field condition km

2 材料制备与性能试验

2.1 激光吸收颜料制备

采用高温烧结法，以氧化锡为主要原料，掺杂氧化铜、氧化锑、氧化钙、二氧化硅等以调节载流子浓度，采用高温熔融烧结方法制备，合成温度1 280 ℃～1 300 ℃，制备出不同颜色和激光吸收性能的陶瓷颜料。采用X 射线衍射分析仪:工作电压40 kV，工作电流100 mA，扫描速度0.02°/s，对这类颜料进行物相分析，扫描范围5°～80°;如图2所示测试的X－ray谱图，分析认为这类颜料的主晶相是SnO2.

图2 测试样品的X－ray 谱图Fig.2 X－ray spectroscopy of test sample

采用PE Lambda 900 可见/近红外分光光度计对制备的材料的光谱反射系数进行了测量，测试值如表2所示。

以制备的激光吸收颜料为主颜料，研制出深绿、中绿和黄土3 种伪装色的激光吸收涂料，迷彩伪装图案设计参照GJB4004—2000《陆军装备变形迷彩图册》标准进行，其颜色色度学数据参照GJB798—90《伪装涂料漆膜颜色》标准。采用常规喷涂方法将涂料喷在方舱车上进行试验。

2.2 测试方法

利用Y/MJ/PL66－152 型激光测距目标指示器对目标靶的激光伪装性能进行外场实际测试，测试时通过目标靶和标准靶在同等条件下对激光的衰减程度进行对比，由此来衡量目标靶的激光伪装特性。试验气候条件选择无雨、无雪及平均风速小于10 m/s，能见度大于3 km，测试靶距离激光探测仪的距离500 m.在这样的气候条件和测试距离条件下，激光的大气衰减效应基本可以忽略。标准靶的靶面符合朗伯体条件，靶面积满足大目标要求。

试验时，先测试标准靶在临界测距状态(准测率为90%)时衰减片组相应的分贝值，再测试目标靶在同等检测条件下直到临界测距状态时衰减片组相应的分贝值，通过2 者的对比，可推知目标对激光的漫反射系数和目标靶对激光的衰减程度。采用的测试仪器为Y/MJ/PL66－152 型激光测距目标指示器，对距离指示器445 m 的标准靶和试样进行测距，同时在指示器激光输出窗口前加衰减片，找出临界可测距衰减分贝值［6－7］，测试方程如下:

式中:S 为激光照射器的消光比;ρt为目标靶的反射系数;ρs为标准靶的反射系数。

3 结果和讨论

如图3所示，给出了在军用方舱车上喷涂激光伪装涂层的可见光照片。

图3 方舱车上喷涂激光伪装涂层Fig.3 Laser camouflage coating on military vehicle

如表2所示，给出了采用激光测距仪测试得到的不同伪装色的涂层的试验数据。可看出，采用激光测距机测试的深绿、中绿和黄土涂层在1.06 μm的反射系数分别为0.013、0.005 和0.025，表中数据都是测试次数在300 次以上得到的平均值，它们相比标准靶的反射率降低了1 个数量级以上。采用激光测距机检测的数据同采用分光光度计检测的数据很接近，后者测试的精度更高。根据计算，使用这3 种涂层可使激光最大可照射距离降低约50%.

表2 涂层在1.06 μm 激光反射系数试验数据Tab.2 Measurement results of laser reflectance at 1.06 μm

4 结论

本文从激光大气传输及能量反射原理出发，建立了材料表面的激光反射系数与最大制导距离之间的关系模型，计算了不同激光反射系数相对应的最大制导距离被降低的倍率，为实际激光伪装材料提供了设计依据。在此基础上采用高温烧结方法制备出激光伪装颜料，利用这些颜料调配出深绿、中绿和黄土3 种激光伪装涂层样板。测试结果表明这3 种涂层均可有效对付激光制导武器的打击。

References)

［1］ 倪云飞.激光精密制导武器发展概况［J］.激光与红外，1998，18(3):8－12.NI Yun－fei，Development of the Laser guiding weapons［J］.Laser and Infrared Technology，1998，18(3):8－12.(in Chinese)

［2］ 蒋鸿旺.军用激光设备［J］.激光与红外，1992，22(5):28－31.JIANG Hong－wang.Laser equipment in the military field［J］.Laser and Infrared Technology，1992，22(5):28－31.(in Chinese)

［3］ 艾继立.激光制导导弹及发展趋势［J］.激光技术，1998，12(5):52－55.AI Ji－li.Development of the laser guiding missiles［J］.Laser Technology，1998，12(5):52－55.(in Chinese)

［4］ 邓树森.激光加工技术发展近况［J］.中国表面工程，1993，(2):1－5.DENG Shu－sen.Development of laser processing technology［J］.China Surface Engineering，1993，(2):1－5.(in Chinese)

［5］ 杨臣华，梅遂生，林钧挺.激光与红外技术手册［M］.北京:国防工业出版社，1990.YANG Chen－hua，MEI Sui－sheng，LIN Jun－ting.Technoloty manual of laser and infrared［M］.Beijing:National Defence Industry Press，1990.(in Chinese)

［6］ 卢显葵，杨材栋.中华人民共和国国家军用标准GJB2241—94［S］∥国防科学技术委员会.无锡:第31 训练基地，1995.LU Xian－kui，YANG Cai－dong.The military standard GJB2241—94［S］∥National Science and Technology Department.Wuxi:31st Experiment Station，1995.(in Chinese)

［7］ 朱修成，赵宏喜，刘庆明，等.中华人民共和国国家军用标准GJB1324—91［S］∥国防科学技术工业委员会.扬州:中国兵器工业总公司国营第5308 厂，1992.ZHU Xiu－cheng，ZHAO Hong－xi，LIU Qing－ming，et al.The military standard GJB1324—91［S］∥National Science and Technology.Yangzhou:5308 Factory of Armed Forces in China，1992.(in Chinese)