CN103148744A - 一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法 - Google Patents

Abstract

一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，激光半主动导引头利用目标漫反射的激光，来自动搜索、截获和跟踪地面固定/移动目标。但大气悬浮物不仅会对传输路径上的激光造成衰减，而且大气后向散射形成的回波信号可能会干扰到导引头对目标信号的捕获。本方法以距离波门技术按照时间的先后分开不同距离上的后向散射光和目标反射光，使目标反射光在激光接收器选通工作的时间内到达并成像，保证导引头对目标回波准确的捕获。利用本发明抗后向散射方法，导引头在低亮度、大气传输特性差或者后向散射严重等恶劣天气条件下，依然可以克服后向散射、提高激光成像系统信噪比，对干扰目标还具有滤波作用。

Description

一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法

技术领域

本发明涉及一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，利用距离波门技术可以抑制大气后向散射对导引头捕获目标信号造成的干扰，主要在激光半主动导引头上使用。

背景技术

激光导引头在工作时，首先由机载激光照射器发射激光束到目标上，再利用激光探测器接收目标反射的激光信号并进行处理，最终完成目标探测。以测距为例，通过测量从发出激光脉冲到接收到从目标反射的激光脉冲的所需时间，计算出导弹距目标的距离。影响其精度的主要是激光脉宽和电路时间分辨率或延迟，由于激光脉宽可设置为纳秒级，随着计时电路时间分辨率的提高，测量精度可达米米至厘米量级，所以激光导引头得到了愈来愈多的应用。

但是，激光导引头的主要缺点是受大气环境的影响比较大，云雾、雨雪等对激光的吸收和后向散射都会对导引头的正常工作带来干扰。大气分子和大气悬浮物由半径为几微米到几十微米的水滴和尘埃晶体组成的，它不仅会对传输路径上的激光造成衰减，而且由大气后向散射所形成的回波信号可能会干扰到激光探测器对目标信号的捕获，进而使导引头失去目标或跟踪到错误目标。

以距离r处为例，在激光照射到目标之前，在激光照射路径上，有一部分光在散射方向为180°上被反射回来，由激光探测器接收。大气后向散射接收方程为：

式中，P_t为激光器的峰值功率，c为光速，Δt为激光脉冲宽度，A_r为有效接收面积，β(180°)为单位体积后向散射系数，u为大气单位长度的衰减系数。

而距离R处的目标回波功率为：

$P_R=\frac{P_t{K}_t{K}_r{A}_r{A}_t\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\πR}}^2}{e}^{-2\mathrm{uR}}---\left(2\right)$

式中，K_t为发射光学系统透过率，K_r为接收系统透过率，A_t是目标反射截面积，ρ为目标的漫反射系数。

由式(1)、(2)，经过仿真分析，在一定距离内，大气后向散射足以干扰激光探测器对目标回波的捕获甚至使接收系统饱和。因而激光导引头要想获得更高的捕获精度，就必须解决大气后向散射的干扰问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，实现了激光半主动导引头在低亮度、大气传输特性差或者后向散射严重等恶劣天气条件下，依然可以准确捕获跟踪目标，最大程度满足了导弹制导需要。

本发明的技术解决方案是：

一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，步骤如下：

(1)令所述激光半主动导引头启动搜索工作，如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路能够探测到导弹火控系统发出的同步信号，则开启距离计数后进入步骤(2)；所述距离计数的起始值为激光脉冲从所述激光半主动导引头到目标之间往返传输需要的时间值，计数模式为递减计数，确保目标的反射光到达所述激光半主动导引头时的计数值为0；

如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路不能探测到导弹火控系统发出的同步信号，则令所述激光半主动导引头继续搜索工作；

(2)根据距离计数的值判断波门是否选通，当计数值为0时，到达所述激光半主动导引头的为所述目标的反射光，令波门选通产生选通脉冲，同时令所述激光半主动导引头的激光接收器开始接收所述目标的反射光，该反射光信号经信号处理转换成电信号之后进入步骤(3)；

若计数值为非0时，到达所述激光半主动导引头的为来自近距离内的大气后向散射光，令波门不选通并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作；

(3)根据所述电信号的电压值判断所述目标的反射光是否稳定，若电压值始终保持在预设范围内，则该目标为真目标，令所述激光半主动导引头锁定该目标；若电压值不能稳定在预设范围内，则该目标为假目标并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作。

所述激光脉冲和所述同步信号的频率相同。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明可以使激光半主动导引头抵抗大气后向散射影响，克服连续激光主动成像的许多缺点，能够通过散射介质成像，能够实现在低亮度、大气传输特性差等恶劣天气条件下成像，能够提高激光成像系统信噪比，极大地增强了导引头对目标的捕获精度。

(2)本发明通过距离波门按照时间的先后分开不同距离上的后向散射光和目标反射光，使目标反射光在导引头选通工作的时间内到达并成像，能够获得远距离小暗目标的高分辨率图像，可以在全天候、零照度条件下工作，在监视、侦察、瞄准和目标探测等军事和非军事领域具有重要的实用价值和广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为连续激光发射和距离波门成像工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

激光半主动导引头利用目标漫反射的激光，来自动搜索、截获和跟踪地面固定/移动目标。但大气后向散射形成的回波信号可能会干扰到导引头对目标信号的捕获，所以抑制大气后向散射的干扰，是激光半主动导引头所要解决的重要问题。本发明提供了一种方法，利用距离波门技术抑制大气后向散射，其有益效果是在低亮度、大气传输特性差或者后向散射严重等恶劣天气条件下，依然可以克服激光后向散射、提高激光成像系统信噪比，准确探测目标信息，有效提高激光半主动导引头的捕获精度。

根据图2所示，A序列为火控系统控制同步信号，B序列为机载激光照射器发射的激光脉冲信号，C序列为导引头探测系统接收的反射激光信号，D序列为距离波门信号(选通脉冲信号)；脉冲1为探测器接收火控系统的同步指令，脉冲2为波门关闭期间某范围内大气后向散射光到达探测器的虚拟脉冲，脉冲3为目标激光回波的脉冲；t₀为假定初始时刻，t_c为目标激光往返时间，t_d为距离波门开启延迟时间，t_g为波门开启时间。

距离波门技术原理为：以同步脉冲信号一个上升沿时间为t₀，对应一个窄脉冲激光信号开始发射，经时间t_c由目标返回到激光探测器。通过在导引头探测系统上设置距离波门，在同步脉冲之后延时时间t_d才启动波门选通信号，选通时间为t_g。探测系统在波门关闭期间不接受任何信号，只有在波门选通之后激光探测器才开始接收激光回波。同步脉冲之后t_d时间段内，一定距离内的大气后向散射光其回波能到达探测器，甚至使探测系统饱和，波门的关闭能避开探测器对此范围内大气后向散射光的响应。而t_c-t_d时间段内，波门选通信号开启，此时探测器可以接收来自距离

的大气后向散射光，但对于目标反射光的干扰已经极微弱。

如图1所示，本发明提出了一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，激光半主动导引头装在导弹上，导弹挂载在飞行器上，比如无人机。

步骤如下：

(1)令所述激光半主动导引头启动搜索工作，如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路能够探测到导弹火控系统发出的同步信号，则开启距离计数后进入步骤(2)；所述距离计数的起始值为激光脉冲从所述激光半主动导引头到目标之间往返传输需要的时间值，计数模式为递减计数，确保目标的反射光到达所述激光半主动导引头时的计数值为0；

如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路不能探测到导弹火控系统发出的同步信号，则令所述激光半主动导引头继续搜索工作；激光脉冲和所述同步信号的频率相同。

(2)根据距离计数的值判断波门是否选通，当计数值为0时，到达所述激光半主动导引头的为所述目标的反射光，令波门选通产生选通脉冲，同时令所述激光半主动导引头的激光接收器开始接收所述目标的反射光，该反射光信号经信号处理转换成电信号之后进入步骤(3)；

若计数值为非0时，到达所述激光半主动导引头的为来自近距离内的大气后向散射光，令波门不选通并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作；

所述选通脉冲由可变延时信号发生器产生，所述信号处理机制为：来自近距离内的大气后向散射光到达时，计数计数定时器保持递减计数、波门不选通、接收器不工作、不处理，来自目标的反射光到达时，计数值为0、波门选通，接收器工作、目标返回信号采集放大滤波后输出；所述选通波门开启的持续时间和设定的门宽相等，保证来自目标的反射激光脉冲处于波门内；

(3)根据所述电信号的电压值判断所述目标的反射光是否稳定，若电压值始终保持在预设范围内，则该目标为真目标，令所述激光半主动导引头锁定该目标；若电压值不能稳定在预设范围内，则该目标为假目标并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作。

步骤(1)中距离计数时间及计数模式设置时：如图2，假定激光脉冲频率为20HZ，脉宽为15ns，机载激光照射器照射距离9km处的目标，由导引头接收。激光速度为300m/μs，双程速度为150m/μs。试验验证显示，1.8km以内大气后向散射光足以干扰探测器对目标回波的探测，所以必须设置距离波门抑制大气后向散射干扰。此时计数时间即回波时间为1.8/0.15＝12μs，具体模式设置按照如下步骤进行：

(a)导弹未发射阶段：t_c＝60μs，即t₀时刻后60μs探测器接收到目标回波信号，所以可设置固定距离波门延迟时间，应满足12μs≤t_d≤60μs，越接近t_c越好，理想状态下t_d＝t_c。于是，同步脉冲1之后t_d时间段内，由于距离波门关闭，虽然一定范围内大气后向散射光在主放大器上有输出，例如脉冲2(可以对探测器造成干扰的大气后向散射光)，但此时选通脉冲为低电平，放大器的输出信号不能经过后续信号处理电路，所以可以消除近距离的大气后向散射干扰。t_d时间后，距离波门开启，以保证目标回波信号返回时处于选通状态，而此时到达探测器的大气后向散射光造成的干扰已极其微弱。

(b)导弹发射后：时间t_c不断变小，所以可以设置动态距离波门，根据弹速适当调整动态波门延迟时间，但选取的原则依然是12μs≤t_d≤t_c，导弹飞至目标1.8km内时，距离波门应完全选通。对于距离波门选通时间的选择，理想状态下选通时间愈小愈有利，但其大小还要看应用对象。

通过多次靶试试验验证，应用了本发明方法后，导引头在低亮度、大气传输特性差等恶劣天气条件下，抗大气后向散射效果良好，可准确捕获跟踪目标，最大程度满足了导弹制导需要。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，其特征在于步骤如下：

(1)令所述激光半主动导引头启动搜索工作，如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路能够探测到导弹火控系统发出的同步信号，则开启距离计数后进入步骤(2)；所述距离计数的起始值为激光脉冲从所述激光半主动导引头到目标之间往返传输需要的时间值，计数模式为递减计数，确保目标的反射光到达所述激光半主动导引头时的计数值为0；

如果所述激光半主动导引头中的同步控制电路不能探测到导弹火控系统发出的同步信号，则令所述激光半主动导引头继续搜索工作；

(2)根据距离计数的值判断波门是否选通，当计数值为0时，到达所述激光半主动导引头的为所述目标的反射光，令波门选通产生选通脉冲，同时令所述激光半主动导引头的激光接收器开始接收所述目标的反射光，该反射光信号经信号处理转换成电信号之后进入步骤(3)；

若计数值为非0时，到达所述激光半主动导引头的为来自近距离内的大气后向散射光，令波门不选通并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作；

(3)根据所述电信号的电压值判断所述目标的反射光是否稳定，若电压值始终保持在预设范围内，则该目标为真目标，令所述激光半主动导引头锁定该目标；若电压值不能稳定在预设范围内，则该目标为假目标并且令所述激光半主动导引头继续搜索工作。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光半主动导引头的抗后向散射方法，其特征在于：所述激光脉冲和所述同步信号的频率相同。

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