强激光侦察告警系统检测方法研究

欧阳艺,杨彦杰

（解放军91404部队,河北 秦皇岛 066000）

强激光侦察告警系统检测方法研究

欧阳艺,杨彦杰

（解放军91404部队,河北 秦皇岛 066000）

本文针对强激光的特点，重点分析了激光对人眼和光电传感器的损伤机理，并对光电对抗手段（激光致盲对抗）性能的影响因素进行了必要的分析，对符合现实条件的检测鉴定方法进行了研究，为激光侦察告警系统性能的检测评定提供了有力的依据。

激光致盲；检测方法；安全系数

1 前言

随着激光、红外、电视和微光等现代光学技术的迅速发展，使现代化的武器如虎添翼，军用光电技术在侦测、火控、导航、制导、指挥、控制等领域得到日益广泛的应用。激光致盲武器已成为现代战争中一种非常有效的主动光电对抗装备。

近年来，在激光武器的研制中，激光致盲武器因其造价低、能耗小、技术难度小而异军突起，发展较快，已成为最先装备部队的激光武器。如何对抗这种光电威胁显得日趋重要。目前，检测激光侦察告警系统对强激光威胁源的告警能力显得尤为重要。

2 激光致盲原理

激光致盲的作用归纳为三个方面：一是伤害人眼；二是破坏光电器件；三是破坏光学系统。目标上探测的激光功率密度：

式中，ρ为激光器功率，λ为激光波长，β为光束质量，L为激光作用距离，D为发射镜直径，ε为激光大气透过率。

2.1 人眼的损伤原理

由于激光人眼损伤效应与激光波长、发射方式、光斑大小、脉冲宽度、脉冲重频和照射部位有关。由激光辐照度定义可知，照射到表面某处的面元上的平均辐照度，近似等于在该处的光束总能量除以该处的总面积。θaL

式中，H为光程L处辐射照射量，Q为激光输出总能量，a为激光器输出光束直径，L为激光器到观察处的光程，θ为出射光束发散角，μ为大气对该激光波长的衰减系数。激光对人眼损害的能量阈值与激光照射时间长短、激光照射人眼的部位有关。对视网膜产生损害的激光强度阈值每平方厘米约为0.5～5μJ。由于人眼瞬间反应时间约为100～150ns，激光脉宽越窄越容易进入人眼。激光在视网膜上的辐照度比角膜上的辐照度大2×10-5～5×10-5倍，一般多造成视网膜发热，暂时致眩和永久损伤。

2.2 对光电传感器损伤原理

所需激光能量要高出一个或者几个数量级，对于破坏光电传感器来说是非常重要的。当激光能量增大时，对光电探测器主要造成工作波长移动、材料不均导致击穿、材料的介电常数发生变化、强光饱和失真等损伤，当激光能量瞬间增大时，还可能使光学系统产生磨砂效应而失效。

2.3 对光学系统的损伤原理

当照射到的激光功率或能量足够大时，设备的光学表面就会产生裂纹、气泡、熔化等现象，使光学系统的功能失效，设备不能够正常工作或对激光威胁信号进行侦测。检测表明，300W/cm2的激光照射0.1s,就能使光学玻璃表面熔化，并产生龟裂，最后出现磨砂效应，致使其透明度大大下降，直至系统失效。

3 影响激光致盲效果因素分析

3.1 激光束散角对激光能量影响由于激光发散角的影响，目标上所感应的激光功率与测量距离有关：ALθdb

式中，b为传感器半径，d为传感器中心与光束能量中心的距离，θ为激光远场光束角，L为光程，QL为达到L处的激光能量。

3.2 大气对激光能量的影响

当考虑大气对激光传输的影响，则大气传输率：

并且假定在光束路径和光谱区域内的大气消光系数密度函数αd（ω，l）为常数，（6）式可以写成更普遍的比尔定律形式：

式中，α是大气消光系数，ω是波长积分变量，λ1是有用的最短波长，λ2是有用的最长波长，L代表激光发射器和目标之间的距离，在特定波长，α=μ。实际上，激光信号在时间和空间上的变动主要是受到大气扰动的影响，其产生的热导致起伏散射不同的根本原因在于激光波长相对大气气溶胶的粒子尺寸的不同。当然，大气消光系数也是随着其和气压的变化而变动。在外场检测中，大气对激光传输的影响主要是分子对特定激光谱线的吸收和散射，以及水蒸气连续区和气溶胶的吸收和散射。

4 检测方法研究

强激光信号模拟器用于激光侦察告警装备告警能力的检测。如何在激光功率低于人眼安全阈值达到检测目的，如何在激光功率高于人眼和探测器安全阈值时保证检测人员和装备的安全，是我们需要着重解决的问题。

检测中为了确保人员及设备安全，合理利用条件，考虑影响激光束传输的主要因素，针对激光致盲原理和检测需求分析，可采取能量变化测试：

通常情况下，激光信号发生器的输出能量是固定不变的。在检测中，可用采用加装衰减片改变信号源输出能量的方法对激光能量进行精确测量，以确定对人眼或设备安全的能量阈值和距离范围。加装衰减片后激光输出能量为：

式中，Q0为未加衰减片时输出激光能量。

首先加装最大衰减率的衰减片使激光输出能量为最小，然后逐渐减小衰减率，使能量增大，探测能量接近或达到人眼和探测器毁坏阈值，此时的衰减率即为安全系数，衰减片为临界衰减片。

5 结束语

致盲激光在检测中对人员和设备具有较大危险性。以上分析了影响目标上辐照度的因素，并且对强激光致盲武器的安全系数、临界能量阈值等参数的测量作了分析与研究，为实现安全检测鉴定提供了依据。也可以为强激光武器在其他方面的应用提供参考。