薛建國， 雷 萍， 王娟鋒

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心， 河南 洛陽 471003)

一種雙波長激光的半主動(dòng)制導(dǎo)編碼設(shè)計(jì)

薛建國， 雷 萍， 王娟鋒

(中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心， 河南 洛陽 471003)

針對激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器面臨的激光有源干擾現(xiàn)狀， 設(shè)計(jì)了一種基于雙波長激光的相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼， 闡述了該碼型指示激光產(chǎn)生的基本原理， 給出了該編碼的譯碼流程， 并對其抗激光有源干擾性能進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明： 基于雙波長激光的相關(guān)雙脈沖編碼制導(dǎo)體系具有很強(qiáng)的抗激光有源干擾性能。

半主動(dòng)激光制導(dǎo)； 相關(guān)雙脈沖； 偽隨機(jī)碼； 雙波長激光器； 匹配識(shí)別

0 引 言

半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器因其制導(dǎo)精度高、 價(jià)格低廉， 且具有較好的抗干擾特性, 成為當(dāng)今最主要的精確制導(dǎo)武器之一。 但隨著激光干擾裝備的出現(xiàn)， 其作戰(zhàn)效能受到了挑戰(zhàn)。 為此， 提出一種基于雙波長激光的半主動(dòng)激光制導(dǎo)編碼, 采用該編碼可以有效對抗激光誘騙干擾和高重頻激光干擾。

半主動(dòng)激光制導(dǎo)抗干擾措施主要分為三類： 空域?yàn)V波、 頻域?yàn)V波和時(shí)域?yàn)V波。 空域?yàn)V波即通過壓縮導(dǎo)引頭接收視場以限制干擾激光進(jìn)入接收視場而到達(dá)探測器光敏面， 從而濾除其干擾； 頻域?yàn)V波即通過在光學(xué)系統(tǒng)中加裝窄通濾光片， 以限制與目標(biāo)指示激光波長不同的干擾激光到達(dá)探測器光敏面， 消除干擾； 時(shí)域?yàn)V波即通過區(qū)別處理不同時(shí)刻到達(dá)探測器光敏面的激光脈沖信號(hào)， 以期濾除干擾激光的影響。 時(shí)域?yàn)V波的實(shí)施措施較為復(fù)雜， 技術(shù)變化也比較多， 主要通過各種編解碼技術(shù)以達(dá)到抗干擾的目的， 常用的編碼主要有精確頻率碼、 兩變間隔碼和短偽隨機(jī)碼， 但這三類編碼容易被實(shí)時(shí)破解， 而受到欺騙干擾。 本文提出的編碼設(shè)計(jì)綜合利用了自由切換雙波長激光器技術(shù)、 雙色四象限激光探測器技術(shù)等， 技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度小。

1 相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)學(xué)描述

要想使敵方難以破解編碼， 碼周期越長越好， 最好是無周期， 如偽隨機(jī)碼。要想從紛亂復(fù)雜的脈沖序列中找到目標(biāo)指示激光脈沖信號(hào)， 則應(yīng)使編碼具有相關(guān)性， 以便在較短的時(shí)間內(nèi)捕捉到目標(biāo)指示激光脈沖， 為此， 設(shè)計(jì)了相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼， 數(shù)學(xué)表述如下：

(1)

(2)

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

(3)

式中：T1，T2，T3為常數(shù), 單位ms;n為正整數(shù)序列；m(n) 為隨機(jī)函數(shù)。

f1(t)和f2(t)是兩個(gè)時(shí)間相差T3的相同脈沖序列(即相關(guān)序列)， 二者相“或”構(gòu)成雙脈沖偽隨機(jī)脈沖序列f(t)。 在式(1)～(3)中， 各參量的含義分別為n是時(shí)間離散數(shù)值變量， 最大值為M，M是偽隨機(jī)碼數(shù)值時(shí)間周期；T1是偽隨機(jī)脈沖序列f(t)的基礎(chǔ)時(shí)間間隔， 其大小由制導(dǎo)武器制導(dǎo)控制、 制導(dǎo)距離、 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性等因素確定；T2是脈沖時(shí)間間隔變化最小幅值， 即偽隨機(jī)碼最小變化間隔， 大小通常與脈沖信號(hào)處理接收波門相同；T3為隨機(jī)脈沖序列f2(t)相對于f1(t)的延遲時(shí)間， 一般情況下， 取T3≈T1；m(n)為隨機(jī)函數(shù)， 取值范圍0～M正整數(shù)， 相對于自變量n有唯一確定的值。

1.2 目標(biāo)指示激光的產(chǎn)生

雙波長激光目標(biāo)指示器的主要組成如圖1所示， 包括1.06 μm激光諧振腔、 編碼產(chǎn)生與控制驅(qū)動(dòng)器、 波長切換裝置、 OPO振蕩器等。 其基本工作原理： 1.06 μm激光諧振腔在編碼產(chǎn)生與控制驅(qū)動(dòng)器的控制下， 產(chǎn)生并輸出編碼為f(t)的偏振態(tài)1.06 μm脈沖激光序列； 波長切換裝置利用激光偏振轉(zhuǎn)換方式， 在編碼產(chǎn)生與控制驅(qū)動(dòng)器的控制下， 使f(t)序列1.06 μm脈沖激光中的f1(t)序列脈沖激光發(fā)生90°偏振偏轉(zhuǎn)， 遇EO2后， 反射進(jìn)入OPO振蕩器， OPO振蕩器再將其轉(zhuǎn)換為1.57 μm脈沖激光序列輸出； 沒有發(fā)生偏振偏轉(zhuǎn)的f2(t)序列脈沖激光， 遇EO2后， 透射輸出， 從而形成相關(guān)雙波長偽隨機(jī)碼激光脈沖序列。

圖1 相關(guān)雙波長激光指示器組成示意圖

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

1.3 指示激光接收與譯碼

激光導(dǎo)引頭首先通過光學(xué)系統(tǒng)將雙波長激光匯聚到雙色四象限激光探測器上， 經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、 信號(hào)整合， 在指示信號(hào)識(shí)別方面， 分別形成1.57 μm和1.06 μm激光四象限合成脈沖序列信號(hào)， 作為譯碼輸入信號(hào)。 對于相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼， 采用軟硬件相結(jié)合的方式完成譯碼， 其中1.57 μm激光信號(hào)主要用于輔助解碼。 譯碼分為兩步： 第一步， 通過整形電路對來自信號(hào)檢測電路的脈沖進(jìn)行整形， 形成兩路方波脈沖序列，f1(t)脈沖信號(hào)序列延遲T3后與脈沖序列相“與”， 形成與f2(t)一致的單脈沖偽隨機(jī)編碼脈沖， 而將不相關(guān)的干擾信號(hào)濾除， 完成相關(guān)處理； 第二步， 在處理后的脈沖序列中， 可能還會(huì)留有個(gè)別噪聲干擾或人為干擾脈沖， 需進(jìn)一步濾除， 對此， 碼型匹配識(shí)別電路通過匹配識(shí)別完成目標(biāo)指示脈沖激光的識(shí)碼。 匹配識(shí)別的基本原理： 將偽隨機(jī)碼f2(t)預(yù)先置于碼型匹配識(shí)別電路， 當(dāng)探測電路測得兩激光脈沖時(shí)間間隔后， 與預(yù)置偽隨機(jī)碼逐一比較， 判斷其匹配性， 連續(xù)對多個(gè)激光脈沖(比較激光脈沖數(shù)量多少的選取由作戰(zhàn)要求來定)時(shí)間間隔進(jìn)行比較， 濾除干擾， 若比較結(jié)果是與偽隨機(jī)碼的部分碼片匹配(匹配概率達(dá)到設(shè)計(jì)要求)， 則認(rèn)為該脈沖序列為目標(biāo)指示激光， 據(jù)此預(yù)測下一個(gè)指示激光脈沖到達(dá)時(shí)刻， 針對此時(shí)刻生成跟蹤波門， 當(dāng)跟蹤波門連續(xù)數(shù)幀提取激光脈沖后， 輸出跟蹤有效信號(hào)， 譯碼流程示意圖如圖2所示。 圖中， 整形后的方波脈沖寬度主要取決于目標(biāo)指示器輸出激光的穩(wěn)定度， 通常取1～5 μs； 跟蹤波門寬度τ與T2相等。

圖2 相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼譯碼流程示意圖

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

2 抗干擾性能分析

本文提出的相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼對激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)的硬件提出了新的要求， 全方位促進(jìn)了激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的抗干擾性能的提高。 首先， 要區(qū)別半主動(dòng)激光制導(dǎo)指示激光波長， 激光告警硬件設(shè)備需要成倍增加； 其次， 激光制導(dǎo)指示信號(hào)編碼的破解幾乎不可能， 因?yàn)槌碎L偽隨機(jī)碼外， 又增加了波長變化； 再次， 在原有1.06 μm激光干擾源的基礎(chǔ)上， 增加一個(gè)1.57 μm激光干擾源。 該設(shè)計(jì)不但具有很強(qiáng)的抗激光誘騙干擾能力， 而且具有很強(qiáng)的抗高重頻激光干擾能力。 前者主要是因?yàn)椴扇×碎L偽隨機(jī)編碼， 后者主要是因?yàn)椴扇×嘶陔p波長激光的相關(guān)編碼技術(shù)。

就該碼型抗高重頻干擾的性能進(jìn)行如下分析： 高重頻干擾不需要解碼， 當(dāng)接收到有限的幾個(gè)激光脈沖后就會(huì)發(fā)射干擾激光， 相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼抗單波長高重頻激光干擾原理如圖3所示。 圖中，Z1為目標(biāo)指示1.57 μm激光脈沖序列；Z2為目標(biāo)指示1.06 μm激光脈沖序列；G為1.06 μm高重頻干擾激光脈沖序列；A為激光導(dǎo)引頭接收的1.06 μm激光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的脈沖序列；C為激光導(dǎo)引頭接收到并延遲的1.57 μm激光脈沖序列；D為經(jīng)相關(guān)處理后的脈沖序列， 與目標(biāo)指示1.06 μm激光脈沖序列一致。

圖3 相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼抗高重頻激光干擾示意圖

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

由圖3可看出， 經(jīng)相關(guān)處理后， 高重頻激光脈沖幾乎全部被濾出， 只有同時(shí)到達(dá)的極個(gè)別干擾脈沖通過， 此干擾脈沖會(huì)對指示目標(biāo)的位置計(jì)算造成影響， 但由于數(shù)量極其有限， 因而不會(huì)對制導(dǎo)產(chǎn)生影響。

若采用雙波長高重頻激光干擾， 經(jīng)相關(guān)處理后會(huì)遺留少部分干擾脈沖， 出現(xiàn)這種情況時(shí)， 碼型識(shí)別碼中的匹配處理算法可以剔除干擾脈沖。

3 結(jié) 束 語

激光制導(dǎo)與激光有源干擾是光電對抗領(lǐng)域永恒的話題， 此消彼長。 本文在雙波長自由切換輸出激光技術(shù)、 雙色四象限激光探測器技術(shù)的基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了一種基于雙波長激光的相關(guān)雙脈沖偽隨機(jī)碼， 并給出了制導(dǎo)體系的實(shí)現(xiàn)途徑。 分析表明該技術(shù)可以大大提高半主動(dòng)激光制導(dǎo)武器抗激光有源干擾的性能， 技術(shù)可行， 且成本增加較少。

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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

薛建國(1961- )， 男， 陜西華陰人， 高級工程師, 研究方向?yàn)楣怆妼埂?/p>

薛建國， 雷萍， 王娟鋒 . 一種雙波長激光的半主動(dòng)制導(dǎo)編碼設(shè)計(jì)[ 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