我国激光技术在引信上的应用现状月发展aspx

我国激光技术在引信上的应用现状与发展姚宏宝（中国航天科工集第团三院八三五八研究所天津300192）摘要：半导体激光器的发展使之在激光引信系统上得到了成功的应用，并使激光引信成为激光技术在武器系统应用最成功的系统。本文对我国激光引信技术、装备的现状进行了分析，对激光引信的发展提出了看法。激光引信已经从单纯的技术研究转向产品研究，抗干扰、目标判别、微小型化是向装备产品转化的重点攻关技术，三化、标准化设计已成为产品向规模发展的重要工作。激光引信产业化发展的时机已经到来，同时将带动我国相关光电子行业的发展。关键词：激光；激光引信；现状；发展1．引言引信是武器系统的重要组成部分，它的作用是探测、识别目标，适时引爆战斗部，昀大限度发挥战斗部的威力。激光近炸引信是一种主动式近炸引信，它在预定距离内检测目标，当导弹处在昀佳炸点位置时启爆战斗部。激光近炸引信探测脉冲窄、调制方便、抗干扰能力强、能精确探测目标距离和位置，具有引战配合效率高和抗光电干扰能力突出等优点，特别适应现代战争精确打击和光电对抗技术的发展。特别是进入新世纪以来，激光近炸引信的应用领域、研究领域趋向广泛，从炮弹、导弹到及无人机，从水下到天空，激光近炸引信在多种型号平台上均得到研究应用。激光引信具有引战配合效率高和抗光电干扰能力突出等优点，成为当前武器系统昀优选的近炸引信之一。它是精确打击武器的组成部分，是新一代新型导弹的重要标志之一。通过对我国激光引信技术、装备的现状分析，表明激光引信已经从技术研究领域快速向产品研究伸展，由于其应用广泛和技术转化的加快，已迫切需要开展其抗干扰、目标判别、微小型化技术研究和系统三化、标准化的设计。2．激光引信概述（1）概念引信是武器系统的重要组成部分，其作用是探测、分辨目标，使战斗部适时起爆，以昀大限度来发挥它的威力。激光引信是一种光学引信，属主动式近炸引信的技术范畴。激光引信通过激光对目标进行探测，对激光回波信息进行处理和计算，判断出目标、计算出炸点，在昀佳位置适时引爆战斗部。激光引信是激光探测技术在武器系统中昀成功的应用。（2）特点激光引信具有极窄的激光谱线，光束和探测场可以设计得很窄。它具有测距精度高、角分辨力强、隐蔽性好、抗综合干扰能力突出、主动式全向探测攻击和引战配合效率高的优点。（3）性能突出的激光引信，对提高武器系统对的目标杀伤能力是非常必要的。激光引信具有其它近炸引信不可替代的特点,是当前昀选的近炸引信之一。激光引信分类：激光引信的分类方法很多，通常按作用探测原理、探测方式、配用弹种等进行。1）按激光探测体制分:直接探测体制(单脉冲探测、脉冲编码探测等)、相干探测体制；2）按激光探测场分:小探测场（毫弧度～几度）、大探测场（几十度～360°）、收发光场平行、收发光场交叉等；3）按应用平台分类；4）按其他定义分。（4）激光引信在一些武器系统中的作用：对空导弹近炸、全向攻击、目标方位判别（定向引炸）；反舰导弹近炸、二次降高高度装定、末端高度控制；反辐射导弹近炸、抗电磁干扰、目标方位判别（定向引炸）；对地导弹定高引炸、近炸、母弹开仓、弹头定高引炸；反坦克导弹近炸；巡航导弹高度精确控制；无人驾驶飞机定高引炸、低空突防高度控制；水雷非触发引信；航弹近炸、定高引炸。3．激光引信工作原理3.1激光引信组成激光引信系统主要由激光探测系统、安全系统、传爆序列组成，一般也把激光探测系统称为激光引信[1]。激光引信技术是一项综合性技术，涉及光电子、微电子、无线电、计算机、激光、光学及精密机械技术领域。具体有激光发射技术、激光测距技术、精密光学设计技术、编码技术、小信号检测技术、信息统计与快速处理技术、数据高速通讯技术、抗干扰技术、电磁兼容技术、安全性与可靠性设计技术等。激光引信探测部分主要由激光发射电路及发射光学、激光接收电路及接收光学、综合信息处理电路、引爆执行电路、电源电路和机电接口组成（图1）。3.2工作原理其工作原理是控制激光通过光学系统按设计的光束发射出去，当激光照射到目标或目标背景后被反射，光电接收器将激光回波转换为电信号，通过对激光回波携带的目标或目标背景信息进行处理和计算，正确判断出目标、准确计算出炸点，适时引爆战斗部（图2）。4．我国激光引信现状4.1发展情况和技术现状4.1.1我国激光引信的发展过程由于半导体激光器体积小、稳定性好、调制简单等突出的特点，使之在激光引信领域得到引信结构光电部分电路部分图1激光引信结构图成功应用。我国激光引信研究起始于六十年代，从研制到小批量生产，经历了以下过程：从60年代末到80年代中期，激光引信处于技术研究阶段：我国激光引信研究起始于20世纪60年代，从采用红外发光管着手开始了研究工作。一是由于光电器件水平的限制，二是没有明确的型号平台需求，到70年代，一些研究单位停止了该方向的研究工作。这时只有2～3单位在各自的应用领域里开展激光引信的原理样机研究和试验工作。从80年代末期到90年代后期，激光引信技术逐渐成熟、开始进入型号应用阶段：随光电子、微电子、计算机、激光技术的发展，激光引信技术快速成熟起来。这期间，半导体脉冲激光器技术快速发展，完成了从单异质介、大光腔、量子阱的发展过程，其工作阈值从10～20A降低到了1～2A、输出功率和稳定性的大幅提高，逐渐满足了工程化要求，对激光引信技术发展起到了重要的推动作用。海湾战争之后，光电技术在现代武器系统中的应用受到全面重视，从“八五”开始在国家对激光引信技术领域的研究经费投入也逐渐加大力度，以激光脉冲编码探测技术、激光引信抗干扰技术、激光引信仿真技术等为代表的一批技术成果的完成，为型号装备研制打下了坚实的基础，显著提高了技术向应用转化的速度。90年代中期，我国步入了反舰导弹、面空导弹、空空导弹激光引信的型号研制阶段，并且三化的昀初雏形――系列的激光器组件、探测器组件也开始研究应用在系统，参与的研究部门也逐渐增多。从90年代末到现在，技术研究范围显著扩展、型号应用快速上升阶段：以我国第一个定型的激光引信（反舰导弹激光引信）为标志，90年代后期进入应用的快速发展期。在激光引信技术领域展开了较全面的技术攻关与型号应用研究，取得的预先研究成果有的已达到国际先进水平。2000年以来，激光引信作为精确打击的系统之一得到认可，从而陆续在多个型号上开始了研制、生产和立项论证工作，涉及海防导弹、反辐射导弹、面空导弹、空空导弹、对地导弹、炮弹、反辐射无人机等应用平台，参与的研究部门迅速增加。4.1.2我国激光引信技术的基础和现状国内激光引信完全靠自己的技术人员自己研究发展的。经过三十多年的研究，在探测体制、探测技术、测试技术、试验技术、抗干扰技术、可靠性设计等方面开展了深入的研究工作：（1）探测体制：研究了激光直接探测体制的脉冲探测技术、编码探测技术以及相干探测体制的激光连续波探测技术。（2）激光发射技术：研究了半导体激光窄脉冲发射、脉冲编码发射技术和连续波发射技术，发射脉冲宽度可以做到10ns，为激光引信的动态高精度测距打下基础。（3）激光接收技术：研究了弱信号接收技术、低信噪比信号提取和探测技术，以及特种光发射光学系统激光器信息处理电路目标保险机构接收光学系统光电探测器基准电路控制电路引炸执行战斗部图2工作原理框图电探测器的研究。PIN探测组件的响应度可以做到5×106V/W，为激光引信的弱信号接收技术打下基础。（4）精密测距技术：研究了脉冲前沿修正技术、幅度校正技术和三角定距等技术。对动态目标单脉冲测距精度达到0.3m，相位测距技术，精度达到0.1m。（5）抗干扰技术：对抗有源干扰（电磁辐射、阳光、主动光干扰）和无源干扰（背景光、海杂波、地杂波、烟雾、雨雪、箔条）等进行了比较深入的研究，已经较彻底解决了阳光及背景光的干扰。（6）目标特性与引战配合技术：开展了对目标信息和环境信息的研究，研究了对目标的快速识别与起爆模式自适应控制技术。通过对目标形态、背景特性、交汇角、回波概率特性，可以进行目标的判别。（7）光学技术：研究了弹用特种光学系统设计、光学材料及精密加工技术，完成了多种形导弹类型国别导弹名称备注美国响尾蛇：AIM-9L、AIM-9J-3、AIM-9N-1、AIM-9N-3、AIM-9P-1、AIM-9P-3、AIM-9MAIM-9X近距格斗型英国AIM-132先进近距(ASRAAM)俄罗斯AA-11的改型(R-73)、AA-12（R-77）AAM-AE近距格斗型先进中距(ASRAAM)南非Darter、U-Darter以色列怪蛇4近距格斗型空对空导弹中国空对空导弹近距格斗型英国长剑2000(MKICB)的改型以色列巴拉克I法国西北风三军通用的超近程导弹瑞典RBS-70，RBS-90美国海小檞树美、瑞士阿达茨(ADATS)美、德、丹麦拉姆(RAM)RIM-116A巴西MAA-1地(舰)对空导弹中国面空导弹面空导弹美国哈姆(HARM)AGM-88A、佩剑(sidearm)英国ALARM俄罗斯氪（krypfon）AS－17/X－31II反辐射导弹中国反辐射导弹反舰导弹中国反舰导弹南非RAKI中国反辐射无人机美国龙3(DRAGON3)M47、陶2B(TOW2B)BGM-71F侧向激光、磁复合近炸引信美、瑞士阿达茨(ADATS)前向触发引信侧向激光近炸引信以色列马帕斯(MAPATS)法、德米兰2T、霍特2T(HOT2T)反坦克导弹西欧中程崔格特(TRIGAT-MR)远程崔格特(TRIGAT-LR)激光定距激光定距表1配用激光引信的国内外部分战术导弹和无人机式的特种探测场光学系统研究，探测场的设计从几个毫弧度到360°。（8）可靠性：经过十几年型号研制的过程，积累了较丰富的型号设计、可靠性和三化设计技术。（9）环境适应性：研究了抗高温烧蚀技术、光学窗口高温隔离技术、抗高温红外辐射技术、抗高过载技术等技术，抗高温可到千度，抗冲击达到了上万G值。其他方面：激光引信推动了国内光电器件的发展，完成了一系列激光探测用的激光器组件、探测器组件的配套研制。4.2装备应用现状八十年代后期，激光引信步入型号研制阶段，开始为反舰导弹、面空导弹研制激光引信。国内目前研究、生产激光引信主要涉及海防导弹、反辐射导弹、对空导弹、对地导弹、炮弹和反辐射无人机等应用平台。我国目前激光引信主要研制、生产部门涉及航天、航空、兵器的研究机构，大学以及一些引信生产工厂。目前国内外激光引信在主要系统中的研制和装备情况见表2所示。4.3产业价值2005年之后，激光引信将进入技术研究全面发展、型号产品批生产快速提升阶段，并将逐渐形成产业化格局。在海防导弹、反辐射导弹、对空导弹、对地导弹、炮弹和反辐射无人机等应用平台的年产值将至上亿元，并迅速带动我国光电器件、DC/DC电源模块、特种光学材料和加工等相关产业发展。就光电器件而言，其年产值就要达到上千万元。5．激光引信发展随着精确打击武器在现代战争中重要地位的显现，智能战斗部及精确引战配合对近炸引信的要求越来越高，使激光引信成为了精确打击武器的组成部分。由于应用广泛和技术转化的加快，激光引信将进入技术研究全面发展、型号产品批生产快应用平台主要功能特性拥有的技术特点海防导弹脱靶近炸、末端高度控制激光动态测距技术，抗海浪干扰技术，触发优先控制保证技术。反辐射导弹近炸、判别目标激光动态测距技术，光学抗高温技术，抗高过载技术，伪随机编码探测技术。面空导弹全向探测近炸、判别目标激光周视探测技术，抗阳光、云雾干扰技术，空中目标快速判别技术。空空导弹弹全向探测近炸、判别目标激光周视探测技术，抗阳光、云雾干扰技术，空中目标快速判别技术。对地导弹定高引炸、近炸激光动态测距技术、抗地物干扰技术。反坦克导弹过顶引炸激光三角精确定距技术、抗地物干扰技术。无人驾驶飞机定高引炸、低空突防高度控制激光动态测距技术，抗阳光、云雾干扰技术。炮弹定高引炸抗高过载技术。其他激光水下目标探测激光水下探测技术。表2我国激光引信在主要系统中研制和应用的情况速提升阶段。激光引信进入产业化建设轨道，并逐渐形成产业化格局，技术和市场的竞争局面开始显现。从而迫切需要加强产品的“三化”和标准化的设计，并在抗