一种双波长激光的半主动制导编码设计

薛建国， 雷 萍， 王娟锋

(中国洛阳电子装备试验中心， 河南 洛阳 471003)

一种双波长激光的半主动制导编码设计

薛建国， 雷 萍， 王娟锋

(中国洛阳电子装备试验中心， 河南 洛阳 471003)

针对激光半主动制导武器面临的激光有源干扰现状， 设计了一种基于双波长激光的相关双脉冲伪随机码， 阐述了该码型指示激光产生的基本原理， 给出了该编码的译码流程， 并对其抗激光有源干扰性能进行了分析。 结果表明： 基于双波长激光的相关双脉冲编码制导体系具有很强的抗激光有源干扰性能。

半主动激光制导； 相关双脉冲； 伪随机码； 双波长激光器； 匹配识别

0 引 言

半主动激光制导武器因其制导精度高、 价格低廉， 且具有较好的抗干扰特性, 成为当今最主要的精确制导武器之一。 但随着激光干扰装备的出现， 其作战效能受到了挑战。 为此， 提出一种基于双波长激光的半主动激光制导编码, 采用该编码可以有效对抗激光诱骗干扰和高重频激光干扰。

半主动激光制导抗干扰措施主要分为三类： 空域滤波、 频域滤波和时域滤波。 空域滤波即通过压缩导引头接收视场以限制干扰激光进入接收视场而到达探测器光敏面， 从而滤除其干扰； 频域滤波即通过在光学系统中加装窄通滤光片， 以限制与目标指示激光波长不同的干扰激光到达探测器光敏面， 消除干扰； 时域滤波即通过区别处理不同时刻到达探测器光敏面的激光脉冲信号， 以期滤除干扰激光的影响。 时域滤波的实施措施较为复杂， 技术变化也比较多， 主要通过各种编解码技术以达到抗干扰的目的， 常用的编码主要有精确频率码、 两变间隔码和短伪随机码， 但这三类编码容易被实时破解， 而受到欺骗干扰。 本文提出的编码设计综合利用了自由切换双波长激光器技术、 双色四象限激光探测器技术等， 技术实现难度小。

1 相关双脉冲伪随机码设计

1.1 数学描述

要想使敌方难以破解编码， 码周期越长越好， 最好是无周期， 如伪随机码。要想从纷乱复杂的脉冲序列中找到目标指示激光脉冲信号， 则应使编码具有相关性， 以便在较短的时间内捕捉到目标指示激光脉冲， 为此， 设计了相关双脉冲伪随机码， 数学表述如下：

(1)

(2)

f(t)=f1(t)+f2(t)

(3)

式中：T1，T2，T3为常数, 单位ms;n为正整数序列；m(n) 为随机函数。

f1(t)和f2(t)是两个时间相差T3的相同脉冲序列(即相关序列)， 二者相“或”构成双脉冲伪随机脉冲序列f(t)。 在式(1)～(3)中， 各参量的含义分别为n是时间离散数值变量， 最大值为M，M是伪随机码数值时间周期；T1是伪随机脉冲序列f(t)的基础时间间隔， 其大小由制导武器制导控制、 制导距离、 技术可实现性等因素确定；T2是脉冲时间间隔变化最小幅值， 即伪随机码最小变化间隔， 大小通常与脉冲信号处理接收波门相同；T3为随机脉冲序列f2(t)相对于f1(t)的延迟时间， 一般情况下， 取T3≈T1；m(n)为随机函数， 取值范围0～M正整数， 相对于自变量n有唯一确定的值。

1.2 目标指示激光的产生

双波长激光目标指示器的主要组成如图1所示， 包括1.06 μm激光谐振腔、 编码产生与控制驱动器、 波长切换装置、 OPO振荡器等。 其基本工作原理： 1.06 μm激光谐振腔在编码产生与控制驱动器的控制下， 产生并输出编码为f(t)的偏振态1.06 μm脉冲激光序列； 波长切换装置利用激光偏振转换方式， 在编码产生与控制驱动器的控制下， 使f(t)序列1.06 μm脉冲激光中的f1(t)序列脉冲激光发生90°偏振偏转， 遇EO2后， 反射进入OPO振荡器， OPO振荡器再将其转换为1.57 μm脉冲激光序列输出； 没有发生偏振偏转的f2(t)序列脉冲激光， 遇EO2后， 透射输出， 从而形成相关双波长伪随机码激光脉冲序列。

图1 相关双波长激光指示器组成示意图

Fig.1 Component diagram of the relevant dual wavelength laser designator

1.3 指示激光接收与译码

激光导引头首先通过光学系统将双波长激光汇聚到双色四象限激光探测器上， 经光电转换、 信号整合， 在指示信号识别方面， 分别形成1.57 μm和1.06 μm激光四象限合成脉冲序列信号， 作为译码输入信号。 对于相关双脉冲伪随机码， 采用软硬件相结合的方式完成译码， 其中1.57 μm激光信号主要用于辅助解码。 译码分为两步： 第一步， 通过整形电路对来自信号检测电路的脉冲进行整形， 形成两路方波脉冲序列，f1(t)脉冲信号序列延迟T3后与脉冲序列相“与”， 形成与f2(t)一致的单脉冲伪随机编码脉冲， 而将不相关的干扰信号滤除， 完成相关处理； 第二步， 在处理后的脉冲序列中， 可能还会留有个别噪声干扰或人为干扰脉冲， 需进一步滤除， 对此， 码型匹配识别电路通过匹配识别完成目标指示脉冲激光的识码。 匹配识别的基本原理： 将伪随机码f2(t)预先置于码型匹配识别电路， 当探测电路测得两激光脉冲时间间隔后， 与预置伪随机码逐一比较， 判断其匹配性， 连续对多个激光脉冲(比较激光脉冲数量多少的选取由作战要求来定)时间间隔进行比较， 滤除干扰， 若比较结果是与伪随机码的部分码片匹配(匹配概率达到设计要求)， 则认为该脉冲序列为目标指示激光， 据此预测下一个指示激光脉冲到达时刻， 针对此时刻生成跟踪波门， 当跟踪波门连续数帧提取激光脉冲后， 输出跟踪有效信号， 译码流程示意图如图2所示。 图中， 整形后的方波脉冲宽度主要取决于目标指示器输出激光的稳定度， 通常取1～5 μs； 跟踪波门宽度τ与T2相等。

图2 相关双脉冲伪随机码译码流程示意图

Fig.2 Decoding process diagram of the double pulse pseudo random code

2 抗干扰性能分析

本文提出的相关双脉冲伪随机码对激光半主动制导武器系统的硬件提出了新的要求， 全方位促进了激光半主动制导武器的抗干扰性能的提高。 首先， 要区别半主动激光制导指示激光波长， 激光告警硬件设备需要成倍增加； 其次， 激光制导指示信号编码的破解几乎不可能， 因为除了长伪随机码外， 又增加了波长变化； 再次， 在原有1.06 μm激光干扰源的基础上， 增加一个1.57 μm激光干扰源。 该设计不但具有很强的抗激光诱骗干扰能力， 而且具有很强的抗高重频激光干扰能力。 前者主要是因为采取了长伪随机编码， 后者主要是因为采取了基于双波长激光的相关编码技术。

就该码型抗高重频干扰的性能进行如下分析： 高重频干扰不需要解码， 当接收到有限的几个激光脉冲后就会发射干扰激光， 相关双脉冲伪随机码抗单波长高重频激光干扰原理如图3所示。 图中，Z1为目标指示1.57 μm激光脉冲序列；Z2为目标指示1.06 μm激光脉冲序列；G为1.06 μm高重频干扰激光脉冲序列；A为激光导引头接收的1.06 μm激光经光电转换后的脉冲序列；C为激光导引头接收到并延迟的1.57 μm激光脉冲序列；D为经相关处理后的脉冲序列， 与目标指示1.06 μm激光脉冲序列一致。

图3 相关双脉冲伪随机码抗高重频激光干扰示意图

Fig.3 Diagram on against high repeated frequency laser jamming of the relevant double pulse pseudo random code

由图3可看出， 经相关处理后， 高重频激光脉冲几乎全部被滤出， 只有同时到达的极个别干扰脉冲通过， 此干扰脉冲会对指示目标的位置计算造成影响， 但由于数量极其有限， 因而不会对制导产生影响。

若采用双波长高重频激光干扰， 经相关处理后会遗留少部分干扰脉冲， 出现这种情况时， 码型识别码中的匹配处理算法可以剔除干扰脉冲。

3 结 束 语

激光制导与激光有源干扰是光电对抗领域永恒的话题， 此消彼长。 本文在双波长自由切换输出激光技术、 双色四象限激光探测器技术的基础上， 设计了一种基于双波长激光的相关双脉冲伪随机码， 并给出了制导体系的实现途径。 分析表明该技术可以大大提高半主动激光制导武器抗激光有源干扰的性能， 技术可行， 且成本增加较少。

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CodingDesignforDualWavelengthLaserSemi-ActiveGuidance

XueJianguo,LeiPing,WangJuanfeng

(ElectronicEquipmentTestCenter,Luoyang471003,China)

Facing the current situation of laser active jamming for semi-active laser guidance weapons, a relevant double pulse pseudo random code based on dual wavelength laser is designed. The basic principle of this code indicated laser transmission is expounded, the coded decoding process is presented, and the laser active jamming resistance are analyzed. The results show that relevant double pulse coding based on dual wavelength laser guidance system has a strong laser active jamming resistance.

semi-active laser guidance; relevant double pulse; pseudo random code; dual wavelength laser; match identification

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2017.04.010

2017-03-22

薛建国(1961- )， 男， 陕西华阴人， 高级工程师, 研究方向为光电对抗。

薛建国， 雷萍， 王娟锋 . 一种双波长激光的半主动制导编码设计[ J]. 航空兵器， 2017( 4)： 59-62. Xue Jianguo, Lei Ping, Wang Juanfeng. Coding Design for Dual Wavelength Laser Semi-Active Guidance[ J]. Aero Weaponry, 2017( 4): 59-62. ( in Chinese)

TJ765.3+32; TN977

： A

： 1673-5048(2017)04-0059-04