激光告警技术综述资料

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1、激光告警技术综述 姓名：卢闯、蔡祎霖 摘要 激光告警技术是现代光电对抗的一个重要组成部分， 其作为一种特殊用途的侦察行为， 用于对激光测距机、激光武器等激光信号实时探测、识别和告警，以便采取对抗措施。随 着激光告警技术不断的发展和应用，我们深刻的认识到，激光告警技术已经不是传统的军 事辅助部分，而是对抗的一个重要组成部分。 本文首先对激光告警技术相关方面及组成进行分析、研究，并对激光告警系统的工作 原理和系统组成进行了系统的阐述，给出了激光告警器的几种分类，分析了当前激光告警 技术的研究现状，最后针对上述分析提出了一系列该领域中亟待解决的关键问题，提出了 激光告警技术的发展趋势。 关键字：激光

2、告警光电对抗军事 第一章引言 1.1 激光告警系统概述及其作战意义 激光技术在过去几十年得到了迅猛的发展。激光武器以其特有的强大威力成为新概念 武器中的佼佼者，许多种激光武器已经研制成功或者装备部队，如激光眩目器、激光致盲 武器、反导弹激光武器、反卫星激光武器等；作为武器系统的组成部分，激光器件在军事 上获得越来越广泛的应用，包括测距机、目标指示器、制导导弹、通信装置、侦察设备等， 并大大提高了武器系统的作战性能，如激光测距机使火炮的首发命中率大大提高，利用激 光制导导弹可以实现对特定目标的精确打击。 激光告警作为一种特殊的侦察方法，一般固定在飞行器，装甲车或重要设施上，实战 用途是探测、识别

3、激光测距信号或是制导武器发出的制导信号，判断威胁程度及决定是否 提供警告，以此提示自身战斗成员采取迅速躲避、打开对抗设备等相应措施。激光告警设 备的主要优点：一、能够判断威胁的大致方向，告警反应迅速；二、判别入射激光的威胁 与否准确度较高；三、实施探测范围大、频带宽，能够对很大区域的范围进行实时的侦测 并可以探测出目前现装备的大部分带激光武器所发出的激光信号；四、告警器使用面积小、 质量轻且维护费用较低。 美国早在 20 年代初为了充分论证激光告警技术在战场中的实际应用效能， 展开了相关 的论证测试。在进行的首次试验中，为了论证应用了激光告警技术的装甲车辆所带来的战 斗效能的提高，单独在被试的

4、一方车辆上安装激光告警设备，另外一方则没有安装此类设 备，通过取得的数据可以得出：激光告警技术的使用能够对敌对的测距信号和制导武器的 激光信号提供预先的警示，通过设备对激光信号的位置的判断，可以提高协助支援火力打 击的命中精度，同时采用了激光告警技术的装备其生存能力和攻击能力有了很大的提高。 在这一年，美国又进行了此类的第二次试验。采取的规避方式主要包括：不同浓度的可见 光烟幕；各种浓度的 IR 烟幕；攻击时选择有遮蔽的掩体；受到攻击时灵活躲避。对比采取 不同规避手段所得到实验数据表明：配合激光告警设备与烟幕弹发射装置，其在得到的规 避时间，被发现的程度，以及提供火力武器打击目标等诸多方面表现

5、最为优秀，尤其是激 光告警设备作为预警手段，其配合烟幕弹能够提高车辆的生存能力。 1.2 激光告警技术的发展情况 首次出现的是六十年代初发明的用于主站坦克上带红外探测器的主动防御装置，这种 装置经过后来的不断技术改进和发展，改进型从开始仅能够简单的识别红外线信号发展成 为能够对简单的激光信号(主要是激光测距机发出的测距信号)进行识别、报警。以改型装置 为蓝本，美国的 ELMORE 公司率先研究并制造出激光告警接收机，通过与烟幕发射设备的 配合应用，组成了早期意义上的光电对抗系统，其系统组成方式仍被延续应用至今，公司 通过无数次试验和技术研究， 研制出 AN/AVR-2 的原始样机： 法一珀型激

6、光告警设备。 随后， 欧洲的许多国家也开始了这方面的研究、研制工作。 七十年代初， ELMORE 公司研制出相干光探测器， 通过扫描式法一珀干涉仪获取入射激 光信号的方向及波长等信息，以硅光管作为接收器件，以此为基础，后来该公司通过技术 设备的不断改进提高了探测更多波段的能力。终于在七十年代末期，研制出能够识别 m145. 0范围激光信号的 MIWR 型多传感器警戒接收机，在进行的试验验证中证明，将 其与雷达告警设备的配合使用，能够极大提高装备应对空地威胁的反应能力，直接提高了 人员和装备的生存能力，后来其改进型被陆续配备到部队。 英国也是在七十年代底研制进行了主要用在地面主要载体上的激光与红

7、外探照灯探测 器的相关试验工作：通过在车顶上安装的探测设备，接收入射的激光信号；最终通过安装 在车内的显示器，负责判断威胁等级并产生报警信号。探测设备的观测范围覆盖整个载体， 形如一个锥形的罩子；来自任何方位的激光经过安装告警设备的载体，都会被探测器侦测 到，探测器下方的直接探测器，只有入射的是真正激光信号时才会工作。探测装置通过多 个硅光管构成的圆阵列形成的视场彼此重叠，通过编译码技术最终确定大概的入射激光角 度。法国也是七十年代初就开始了激光告警技术和设备的研究研制工作，在七十年代中期 就对外公布了相关设备的组成和主要性能， 其中一个代表型号的告警设备主要包括传感器、 指示设备等，该型号设

8、备能够探测水平所有角度、垂直 90范围的可见光、激光信号和红 外射线，并可以显示并存储。 美国在激光告警技术上的研究一直走在世界的前列，也为其他国家这方面技术的研究 奠定了基础，在八十年代初美国就以迈克尔逊干涉原理为基础，用以计算入射信号的方位 和波长等参数，利用这种技术此研制出了 LARA 型激光接收分析仪，该设备能够用二维阵列 探测器接收并存储入射激光信号的图样，后来 ELMORE 公司在此基础上研制出了该型号的 改进型，在地面重要建筑和目标上配备此类激光告警设备，配合雷达的共同使用，在防御 方面体现出极好实际效果。 由于作战时距离较近，系统发出告警和敌方进攻的时间间隔很短，激光告警系统的

9、在 坦克这一平台上所体现的作战效能不是很明显，以至于激光告警设备无法装备到”挑战者” 上，但是随着后期作战半径的不断扩大、激光制导武器的产生，其是是率先被应用到华沙 部队的坦克上面。以色列特别重视武器装备防御方面的投入，其制造的”梅瓦塔”系列坦 克就使用了激光告警设备，该设备的性能十分先进，除了识别常规激光测距机等发出的激 光脉冲信号，还能够识别出激光驾束制导导弹尾部透出的能量极小的激光控制信号。随后 的不长时间，许多欧洲的国家也着手在此类装备上面的技术储备与研究，虽然这一时期的 激光告警设备在灵敏度和准确性上还有许多问题，但是此时的人们已经渐渐意识到配合了 烟幕发射装置的激光告警系统，带来的

10、战场生存能力的提高。 在这一时期，激光告警技术得到大踏步的发展，许多关键性的问题得到了解决，并不 断向更精确更小型化发展，其中最著名的公司有美国的 AIL 和特拉科公司以及德国的 MBB 公司。 第二章激光告警技术 2.1 激光告警技术原理 激光告警以激光为信息载体，通过测量和识别来袭激光的波长、能量密度、脉冲重复 频率等技术参数，以判断敌光电装备种类、方位、工作状态、性能参数、运动情况等重要 信息，并经处理电路后迅速发出威胁警报。 激光告警器主要由激光光学接收系统、光电探测器、信号处理电路、告警装置等部分 组成(见图 2.1)。光学接收系统将收集来袭的激光光束会聚到光电探测器上，光电探测器将

11、 光信号转变为电信号后送至信号处理电路，信号处理电路处理后得到目标类型、威胁等级 以及方位等有关信息，发出告警信号。 光电探测器 信号放大和处理 电路 告 警 图 2.1 激光告警原理示意图 在光学接收系统中，激光取到主激光信号的时候，不可避免接收到各种各样的干扰信 号，所以信息处理单元根据输入的信息来判定主激光信号是否出现就有了无法确定性，这 就要使用奈曼-皮尔逊准则对此进行处理。 1、正确报警：当敌方发射的激光信号与干扰信号同时被截获时，信息处理单元检测出 威胁激光信号存在并发出报警信号。报警正确的概率记为 PD其对应风险因子记为 C11。 2、虚警：当截获的信号中存在干扰噪声，但是告警系

12、统却错误给出威胁激光信号存在 的判断。这一概率记为 Pf，对应风险因子记为 C10。 威 胁 光 光学接收系统 3、漏警：当截获的信号中同时存在敌方威胁激光信号与干扰噪声时，系统没有能够检 测到威胁激光信号，而给出判断威胁激光信号不存在的不正确判断。漏警概率记为 Pf，对 应风险因子记为 C01。 4、正确不报警：当只存在干扰噪声时，系统能够正确判定激光信号不存在。正确不报 警的概率记为 Pt，风险因子记为 C00。 由上我们可以得出总的错误概率 P 为： fH1h PPPPP 01 式中， 1 h P是同时得到激光信号与干扰噪声的概率； 0 H P表示只存在干扰噪声的概率。 而系统通过计算分

13、析做出判断产生的风险 )PCPC(P)PCPC(PC t00f10Ht01d11H 01 设计激光告警系统时，我们都本着高正确检测概率、尽可能低的虚警率，这里应用奈 曼皮尔逊准则：设定一个可行的虚警率 Pf，得到的系统探测概率 d P做到最大，也就是 Pf= 常数 Pt设计到最小。 组成一个公式 lf PPK 0 根据 NP 准则 K 最小，同时平均风险最小 PP)CC(PP)CC(CC 10 Ht0010Hf00100 其中 11H00H0 CPCPC 10 是不可去除的风险。 2.2 激光告警系统的硬件组成 2.2.1 激光告警系统信号接收装置 激光信号接收装置主要作用是探测、过滤来袭的各

14、种入射光信号，选取其中有价值的 激光信号进行光电转换、放大等处理，把来袭的激光信号通过一系列处理转换成数字系统 能够使用的数字脉冲信息。 接收装置组成包括：视场光阑、滤光片、运算放大器、激光探测二极管等光学元件组 成。视场光阑和滤光片的主要作用是过滤掉可见光、人造光源及弹爆闪光等干扰能量，提 高信噪比，得到系统需求的可疑激光脉冲信息；利用多个探测头构成的接收组合并设计符 合系统要求的固定位置，通过入射到光电探测器传感的激光信号，经过光电转换、信号放 大送到信号处理器，确定的激光信号在处理器的控制下，进行数字后，利用信号幅度比较 关系判别，得到比较精准的入射角度，实现接收装置对激光脉冲的高灵敏、

15、快响应、宽动 态范围的探测。 2.2.2 数字信息处理单元 数字信息处理单元包括：脉冲展宽电路、运算放大部分、光电转换装置、信息处理器 等。运算放大部分根据系统设计的要求，使设定频率范围内的激光信号通过，对该频率外 的信息进行抑制，使其难以通过，滤除产生的噪声后，通过脉冲展宽等处理，传送给数字 信息处理单元进行编码识别、多目标分选等，计算分析出入射激光脉冲信号的方位、类型 等参数信息并向显示系统传递信息。 2.2.3 信息显示装置 信息显示装置通过通信接口与信息处理单元连接，实现入射激光脉冲方位、频率类型、 危险程度等做最后分析和展现。对抗系统根据威胁等级判断是否需要告警及认为危险时驱 动各对

16、抗设备实施告警及相应对抗手段的展开。 2.3 激光告警系统的干扰噪声 在研究激光告警的信号处理技术中一个十分重要的方向就是如何过滤白噪声中得到想 要的激光脉冲信号，通常我们只能在设计时尽可能减少这种噪声的干扰因为它是无法完全 清除的，在激光告警系统设计时我们通常考虑的白噪声是指与入射激光信号无关的一系列 随机信号，其功率频谱密度是一个常数而研究信号处理的过程中的白噪声通常包括阳光辐 射、约翰逊噪声和告警系统本身噪声等。 2.3.1 阳光辐射噪声 研究信号处理的过程中，阳光辐射产生的干扰噪声其电流强度可用下式表示： AERITS 式中， R是告警系统接收器的响应率(A/w)， E为阳光辐射通量密度(E)W/m2， 为 阳光的光谱通带(m)， A为激光告警系统的实际接收的辐射面积(m2)，为光路的传输率。 据此计算出太阳照射带来的噪声变化大小 2/1 TSS )feI2(I其中f为电子的光谱通 带。 所以阳光辐射噪声为： 2/1 d 2/12/1 TYS )fA()E()GRe2(T