激光近炸引信发展述评

陈洪钧，石治国

(海军驻天津地区兵器设备军代表室，天津 300308)

激光近炸引信是一种主动式光电引信。它通过发射光学系统将特定幅值、时域和空域特性的激光光束对目标进行照射，光电接收系统接收目标反射回波，并进行实时的识别和处理。当引信在预定距离内检测到目标，当导弹或战斗部处在最佳炸点位置时，就通过电子系统产生起爆信号启动战斗部。目前主动式激光近炸引信通常使用砷化镓半导体激光器，是因其体积小、重量轻、弹上配置简便。还因其波长短、脉冲窄、调制方便，可设定空间分布方式，能提供非常精确的目标距离和位置信息。特别是它的一些特性能适应现代战争中引信电子对抗技术的发展变化，所以倍受重视，应用领域日趋广泛。当导弹与目标不能直接碰撞，或命中精度不能满足战术技术要求，且战斗部的威力能在规定的距离内杀伤目标时，才设置近炸引信。因此激光引信可以作为主引信，也可以作为辅助引信，或与其它引信组合成复合引信。

1 激光近炸引信技术发展现状

激光引信在整个引战系统中的地位及工作过程如图1。

图1 引战系统构成原理框图

作为一种高可靠度和高精度的引信，小到迫击炮弹，大到战术导弹、战略导弹，从掠海飞行的反舰导弹，到对坦克掠顶垂直攻击的反坦克导弹，无论是空空导弹还是面空导弹，激光近炸引信在西方及俄罗斯的多种型号导弹上均有所应用。它已成为新一代先进导弹的标志之一。

近年来，激光引信在反辐射攻击武器中的应用日益广泛。如美国的哈姆(Harm)AGM -88 反辐射导弹，以色列的Harpy 和南非的RAKI 反辐射无人机均采用了激光近炸引信。

目前，近炸引信起爆控制技术的发展表现在以下5 个层次:

1)选择最佳炸点。这是近炸引信通常采用的起爆控制技术。

2)选择引信的最佳作用方式。如在与触发引信或其它体制引信联合工作时，保证触发优先或其它体制引信优先。

3)选择最佳起爆方向。根据目标与战斗部的相对位置，选择战斗部的最佳爆破方向。

4)从多目标中选择特定毁伤目标。在与其它检测技术配合使用时，近炸引信采用多目标选择识别技术，以使战斗部杀伤选定的目标。

5)选择目标易损部位。近炸引信采用目标易损部位选择判别技术。

现代近炸引信设计思想已经从过去单纯的目标敏感测距装置转变为:近炸引信 = 目标检测装置，表明了近炸引信设计重点的转移。即从开始的近炸引爆或作为触发引信的辅助手段，现已变为多种武器实现最佳引战配合的主要角色。目标探测装置实际上是为引信发现目标、测量与提取有关目标信息，以及接受和利用武器系统有关信息，共同产生引信启动指令的光电信息处理装置。它由目标光电探测装置(收发系统)、信号处理电路和引信启动指令产生装置组成。以激光近炸引信为例，在实际应用中已从提供单纯的精密测距功能来控制炸点，发展到利用激光引信实现全向探测识别目标，进而实现精确定距、定向起爆，这是一种主动光学目标检测器(AOTD active optical target detector)。近炸引信首先利用制导信息，再结合自身探测到的信号发现目标、识别目标、判别目标方位，最后精确定出最佳起爆位置。这是现代近炸引信的基本特征。

2 激光近炸引信的发射技术

主动光学目标检测器通常由一个或多个激光器和光学镜头组成的发射系统。正常情况下，激光是以光束能量的形式输出的，但利用特定的透镜可以把激光波束变为所需的形状。要增加引信探测目标的效率就必须提高激光引信的灵敏度以及光束对目标的覆盖范围。引信的性能还可以通过增加发射器和接收器的数量来加以改善。根据武器系统是对空、对舰、还是对地等攻击目标的不同，和其与目标接近姿态的不同，激光引信的照射波束可设计成不同的形式，以便更好地探测和识别目标及确定目标的方位。引信的发射波束类型可分为:

1)单波束—激光器发射的光束形状为细圆柱型。可应用于子母弹中母弹精确定距控制开舱高度，此时引信的目标为地面，或海面。它主要是利用激光引信的精密测距功能控制弹体飞行高度或进行目标识别，以决定引爆高度及时机。例如德国生产的JUNHANS 系列PX581 光学近炸迫击炮引信，如图2。及英国生产的对顶攻击的反坦克导弹激光近炸引信，如图3。

2)扇状单波束—激光器发射的光束形状为扇形。扇状的矩形截面与目标的高度、宽度尺寸相匹配。

3)双波束—形成一定张角的两条光束，各自覆盖一定的空间范围，以增加引信目标判别的能力和满足一定的相关控制要求。

4)多波束全向探测型激光引信。波束形状可分为由多个笔型光束形成的圆盘状，或多个扇形光束形成的圆锥状。在弹体周围增加发射机和接收机数目可以改善引信性能，但需要精心设计发射和接收光学系统，以获得最佳收发配置。利用电子扫描技术使多个圆柱状光束轮换工作，可减少每个扇形激光束的覆盖角度，更能节省电源，同时给出更精确的目标位置信息。全向探测型激光引信在面空导弹、空空导弹中应用的较多，以适应对快速运动的旋转翼、固定翼空中目标的迎头或追尾攻击。例如瑞典的RBS -70 导弹目前已装备多个国家。其改进型RBS-90 装备的引信系统为激光近炸引信+触发引信。激光引信必要时可在发射前关闭，它可抗目前所有已知的人为及自然干扰，并可在夜晚及恶劣自然条件下工作。它是由8 个砷化镓激光二极管在弹身周围顺序排列组成环状。俄罗斯的Sosna 面空导弹引信则采用12个激光器。再如英国THOMSON-THORN 导弹电子公司(TME)生产的用于检测空中目标的激光引信，其中发射采用二极管泵浦YAG 脉冲微激光器，波长1.06 μm 脉宽1 ns，使用雪崩二极管接收。引信发射系统由三个激光器组成，如图4:每个激光器与弹轴成45°，每束光在120°范围内扫描，最大扫描重复频率4 kHz。其距离分辨率0.25 m，(角分辨率与脉冲重复频率有关)。图5 所示的:THOMSON-THORN公司的另一种全向探测的激光引信发射采用4 个同样的YAG 微激光器，每个激光器发射方向与弹轴成50°，利用透镜将光束发散成90°，从而实现360°覆盖探测。全向探测型激光引信，还应重视多个发射接收系统间的逻辑关系，和接收系统中目标判别算法的研究。

5)由多个激光器组成锥形波束加360°圆盘状波束，共同组成复合型发射波束。两套波束间距离可根据典型目标尺寸及导弹与目标接近时的相对速度而定。RBS -70 最新改进型BOLIDE SAM(surface to air missile)火流星面空导弹如图6。为了对付高速运动的小目标，它由一组8 个向前的等角度、等间距发射器组成锥型波束，又由8 个等间距发射器组成圆盘型波束。各个发射器采用光电扫描方式顺序发出高重复频率的光脉冲，此种激光近炸引信不但可以实现全向探测，而且还具有识别目标的功能，如图7 所示。引信可根据A、B 两波束检测到目标时间上的不同及它们相互之间的逻辑关系，判断出目标的大小，决定战斗部引爆的时机。

3 激光引信接收和数字信号处理技术

在发射系统中，可利用数字逻辑芯片对发射脉冲进行编码，增加引信抗干扰性能。在接收系统中，为了能准确判别目标，必须对激光脉冲回波进行分析。回波带有目标信息，但单个回波具有偶然性，接收到的单一回波不一定都是目标回波，其中含有各种可能的干扰信号。因此，必须利用多个回波信号及其目标效应(空间、时间的积累效应，回波形状的变化等)或统计信号处理方法，来完成目标的识别。现代引信设计中引入数字信号处理方法，分析不同目标返回的信号特征，最大限度地利用目标回波与干扰信号在特征信息上的差异，从干扰中鉴别和提取目标信息。这样，在增强引信目标识别能力的同时又提高了引信抗主动及被动干扰的能力。以空空导弹为例，常常通过对激光脉冲回波的积累和回波展宽效应，判别出目标、云或干扰，从而提高引战配合效率。为适应数字信号处理技术中复杂算法对处理器速度及稳定性的要求，DSP 产品及其技术被广泛应用于引信系统中。根据现有资料，目前国际上已经将引信和制导系统发展成为由多个DSP 处理器组成的并行系统。例如美国AIM-9X 面空导弹系统采用的DSU-15A/B 激光近炸引信，通过4 个发射扇形光束的棱镜组成发射系统，利用一个接收器接收返回来的信号，其引信与制导的核心部分就是由3 片TMS320C40 +2片C30 芯片组成的。另外，俄罗斯研制的引信中也广泛采用了DSP 芯片。

目前，国外激光引信信息处理的层次上，已经达到了对激光回波频谱分析的水平，分析目标回波的时域、频域特性，根据不同目标反射特性在复杂环境中寻找典型目标，再根据典型目标频谱变化的规律判断最佳起爆位置。也就是说国外的激光引信在对目标的判别上，不但利用了目标回波携带的距离信息，而且利用了目标回波幅度的特征信息，从而为进一步的抗干扰处理、目标易损部位的判别奠定了基础。

4 激光近炸引信技术的发展趋势

综合现有资料表明，激光近炸引信技术的发展将表现在以下几个方面:

1)激光引信大功率小型化技术。随着激光近炸引信在各类武器上的广泛应用和所攻击目标对引信要求的不同，要求发射光束的功率更大，波束扫描范围更宽。因此，激光器大功率小型化技术将是发展的主要趋势之一。如高功率半导体激光器制作技术，大功率微型固体激光器制作技术。随着数字电子技术及微电子技术的日臻成熟，为引信小型化提供了条件。以AIM-9X 为例，其主动光学检测器长4 英寸，重量为4 磅。又如THOMSON-THORN 公司的激光引信，应用利顿(LITTON)公司生产的二极管泵浦YAG 微激光器，发射峰值功率3 kW，脉宽1 ns，脉冲重复频率15 kHz，脉冲能量30 μJ，TO3 管壳封装，只有25 美分硬币大小，如图8。

图8 DPL-YAG 微激光器

2)激光引信与其他体制引信的复合技术

任何一种体制的引信都有其自身固有的弱点，仅靠单一体制的引信，区分信号来自于目标或干扰是不够的。例如激光引信最怕烟、雾、雨、雪这样的小散射体的散射和吸收干扰。多体制复合引信的出现弥补了单一体制引信的不足。例如将无线电引信与激光引信复合，电容引信与激光引信复合，红外与激光引信复合，GPS 与激光引信复合等。发展的难点是不同体制引信作用方式的相互转换以及探测信息的融合技术。法国Thomson-CSF 公司生产的红外激光双模式复合近炸引信，如图9。这样的双模式近炸引信，已经应用于SEAWOLF 海狼导弹及ASRAAM 导弹上。图10 所示的反坦克导弹采用了触发引信、电磁近炸引信和光学近炸引信复合的引信。

3)制导与引信一体化技术

近炸引信是提高导弹战斗部杀伤威力的手段，这就需要解决引信与战斗部的配合问题。制导与引信一体化技术便于数据实时交换，并可充分利用导引头提供的弹速、目标形状和方位等信息，以实现多目标选择和攻击目标易损部位，达到最佳引战配合的目的。另外，还可减少不必要的重量与体积。据有关资料表明，美国爱国者3 型导弹就使用了制导与引信一体化技术。

4)激光引信仿真技术

为使激光引信能够识别出目标与背景环境，对抗各种主动及被动干扰，就必须分析目标背景特性和干扰特性，建立各种目标回波特征的数据库。例如建立各种复杂几何形状目标反射回波数据库，建立目标、海面和地面综合回波信号数据库，目标与各种已知干扰的综合反射回波数据库，以及相应的计算处理程序等。这些现代数学仿真和半实物仿真是十分必要的基础性工作。它可以帮助设计者进行最优化设计，预测和评估引信系统的性能水平，分析引信系统在试验、使用中发生的各种问题。因此成为激光近炸引信研制中不可缺少的手段。

［1］陶敏，王卓，白修宇.激光引信光束布局方式的选择与分析［J］.弹箭与制导学报，2007(2):162 -165.

［2］方登建，关虹，王文双. 防空导弹近炸引信发展分析［J］.海军航空工程学院学报，2006(4):433 -436.

［3］方伟，姜本清，董凯，等.导弹激光引信可视化仿真系统设计与实现［J］.海军航空工程学院学报，2009(6):627-630.

［4］刘鹏，栗苹，陈慧敏.提高近程脉冲激光探测系统精度研究［J］.激光杂志，2010(1):14 -16.