CN111288850A - 一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电对抗研究领域，具体涉及一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备，该方法及装备首先开启被动高精度跟瞄，实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；接收到地面指令，发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击；而后使用激光进行连续攻击，直至接收地面指令停止命令。该方法及装备采用小型化固体光源，配合高精度跟瞄单元，能够用来对36000km地球同步轨道卫星的大面积饱和压制干扰，实现对本方重要军事目标及军事行动的掩护。

Description

一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备

技术领域

本发明属于光电对抗研究领域，具体而言，涉及一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备。

背景技术

高轨道卫星应用方面，第三代DSP卫星红外望远镜采用施密特型望远镜，长度3.66m，口径0.6m。探测器为双色焦平面阵列，由硫化铅(PbS)探测器和碲镉汞(HgCdTe)探测器组成。PbS探测器的探测谱段为2.7μm，为6000元线阵。载荷的空间分辨率达到30μrad。HgCdTe探测器谱段为4.3μm，对地平线以上的目标有一定探测能力。双色探测可提供光谱识别手段，有效地抑制背景干扰，降低虚警率。

为了应对日益紧密的侦察技术，出现了各种高功率或者脉冲光电对抗装备。光电对抗装备使用激光作为干扰源或者破坏源，通过大气传输，将激光能量传输到对敌方来袭导弹、卫星、无人机等各种侦察平台的光电载荷，造成探测器干扰、损伤等效应，破坏敌方光电传感器的正常工作，实现有效对抗。作战效能评估是光电对抗武器研发过程中的核心问题之一。

然而，由于高轨道距离地面极远达36000km，且主要用于探测大气层外飞行目标，因此工作谱段2.7/4.3μm为大气截止波段。这两方面的因素导致基于地基、舰载以及机载平台的光电对抗装备无法对高轨道卫星实施有效干扰。

目前，国内外还没有相应的应对有效手段，没有手段解决高轨道卫星远距离干扰问题。一是高轨道距离地面极远达36000km，且工作谱段2.7/4.3μm为大气截止波段。干扰激光必须选择工作谱段2.7/4.3μm，而且无法从常规地基、车载或者机载等手段实现对高轨道卫星远距离干扰问题。其它卫星平台也无法解决保护区域定点防护问题。利用低轨道卫星空间平台无法实现对特定区域定点长时间防护问题；而利用高轨道卫星近干扰手段可以在无法承受的技术成本下完成长时间随动防护，但没有实际部署意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备，以至少解决高轨道卫星远距离干扰问题。

根据本发明的实施例，提供了一种装备电缆虚拟预装和轨迹测量方法，包括以下步骤：

开启被动高精度跟瞄，实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；

接收到地面指令，发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击；

使用激光进行连续攻击，直至接收地面指令停止命令。

进一步地，激光为瓦级2.7/4.3μm激光。

根据本发明的另一实施例，提供了一种基于临近空间平台的空间光电对抗装备，装备布置于高轨道卫星和发射区域之间；装备包括固体光源和高精度跟瞄单元，高精度跟瞄单元包括：

被动跟踪单元，用于实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；

激光导光单元，与固体光源连接，用于发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击。

进一步地，激光导光单元包括：

快反镜，用于对激光进行导光；

合束发射单元，用于对激光进行偏摆；

扩束单元，用于对激光进行扩束。

进一步地，高精度跟瞄单元还包括：

方位轴系，用于对高精度跟瞄单元进行方位转动；

俯仰轴系，用于对高精度跟瞄单元进行俯仰转动；

电控设备，用于对高精度跟瞄单元进行自动控制。

进一步地，高精度跟瞄单元还包括底座，高精度跟瞄单元通过底座与临近空间平台实现接口。

进一步地，底座内设置有量子级联激光器，量子级联激光器从下至上依次包括：

Au/Ge/Ni衬底面电极、N型InP衬底、N型InP下包层、N型InGaAs下波导层、N型InGaAs/InAlAs有源区、N型InGaAs上波导层、N型InP上包层、N型InP盖层、阶梯型波导结构、Si3N4电绝缘层和Ti/Pt/Au外延面电极。

进一步地，阶梯型波导结构的阶梯数量大于等于一阶，阶梯型波导结构高度和宽度为300nm-500nm，N型InGaAs/InAlAs有源区的脊型台面宽度为10μm-20μm，N型InGaAs上波导层、N型InP上包层、N型InP盖层的宽度与N型InGaAs/InAlAs有源区的脊型台面的宽度相等；N型InP衬底、N型InP下包层、N型InGaAs下波导层、N型InGaAs/InAlAs有源区、N型InGaAs上波导层、N型InP上包层和N型InP盖层的外表面设置有Si3N4电绝缘层；Si3N4电绝缘层上表面开设有电注入窗口；Si3N4电绝缘层的外表面设置有Ti/Pt/Au外延面电极。

进一步地，量子级联激光器为瓦级2.7/4.3μm激光器。

进一步地，装备布置于临近空间飞行器上。

本发明实施例中的基于临近空间平台的空间光电对抗方法及装备，采用小型化固体光源，配合高精度跟瞄单元，能够用来对36000km地球同步轨道卫星的大面积饱和压制干扰，实现对本方重要军事目标及军事行动的掩护。具体指标为：作用距离：≥36000km；保护区域直径：≥100km；2.7/4.3μm激光输出功率：≥10W；激光跟瞄精度：≤10μrad；总重量：≤500kg。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明装备电缆虚拟预装和轨迹测量方法的流程图；

图2为本发明装备电缆虚拟预装和轨迹测量装备的实际作战过程示意图；

图3为本发明装备电缆虚拟预装和轨迹测量装备中高精度跟瞄单元的结构示意图；

图4为本发明装备电缆虚拟预装和轨迹测量装备中量子级联激光器的构造图；

图5为本发明装备电缆虚拟预装和轨迹测量装备可实现的干扰效果图；

其中附图标记为：1、卫星；2、发射区域；3、目标；4、对抗装备；5、激光；6、高精度跟瞄单元；7、地面指令；8、Au/Ge/Ni衬底面电极；9、N型InP衬底；10、N型InP下包层；11、N型InGaAs下波导层；12、N型InGaAs/InAlAs有源区；13、N型InGaAs上波导层；14、N型InP上包层；15、N型InP盖层；16、阶梯型波导结构；17、Si3N4电绝缘层；18、Ti/Pt/Au外延面电极；19、方位轴系；20、俯仰轴系；21、被动跟踪单元；22、快反镜；23、合束发射单元；24、扩束单元；25、电控设备；26、底座。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明一实施例，提供了一种装备电缆虚拟预装和轨迹测量方法，参见图1，包括以下步骤：

步骤S101:开启被动高精度跟瞄，实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；

步骤S102:接收到地面指令，发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击；

步骤S103:使用激光进行连续攻击，直至接收地面指令停止命令。

参见图2，空间光电对抗装备4按照既定作战计划飞行至卫星1和重要军事目标3之间的连线上，开启被动高精度跟瞄，实施对高轨道卫星1的被动跟踪任务。接收到地面指令7，发射激光5对高轨道卫星1实施对抗攻击；激光连续攻击(典型攻击时间30分钟)，直至接收地面指令7停止命令，停止激光5攻击，停止高精度跟瞄单元6攻击任务。完成以上作战任务后，空间光电对抗装备进入待命状态，等待下一地面指令7到来。

本发明的技术效果是：采用小型化10W级2.7/4.3μm固体光源，配合高精度跟瞄单元6，布置于临近空间飞行器上，能够用来对36000km地球同步轨道卫星的大面积饱和压制干扰，实现对本方重要军事目标及军事行动的掩护。

作为优选的技术方案中，激光5为瓦级2.7/4.3μm激光。高轨道距离地面极远达36000km，且主要用于探测大气层外飞行目标，因此工作谱段2.7/4.3μm为大气截止波段。这两方面的因素导致基于地基、舰载以及机载平台的空间光电对抗装备无法对高轨道卫星实施有效干扰。

本发明采用临近空间平台利用高精度跟瞄单元6，可以保证36000km的作用距离；本发明采用临近空间平台可以解决大气截止波段传输问题；本发明还能够解决保护区域定点防护问题，解决利用低轨道卫星空间平台无法实现对特定区域定点长时间防护问题。

实施例2

根据本发明的另一实施例，提供了一种基于临近空间平台的空间光电对抗装备4，对抗装备4布置于高轨道卫星1和发射区域2之间；对抗装备4包括固体光源和高精度跟瞄单元6，高精度跟瞄单元6包括：

被动跟踪单元21，用于实施对高轨道卫星1的被动跟踪任务；

激光导光单元，与固体光源连接，用于发射激光5对高轨道卫星1实施对抗攻击。

本发明实施例中的基于临近空间平台的空间光电对抗装备4，采用小型化固体光源，配合高精度跟瞄单元6，能够用来对36000km地球同步轨道卫星1的大面积饱和压制干扰，实现对本方重要军事目标及军事行动的掩护。具体指标为：作用距离：≥36000km；保护区域直径：≥100km；2.7/4.3μm激光输出功率：≥10W；激光跟瞄精度：≤10μrad；总重量：≤500kg。

参见图2，假设卫星1对本方某发射区域2实施告警跟踪，为了保护该区域的目标3，阻止敌方实施拦截，使用空间光电对抗装备4对卫星1进行干扰，使得卫星1无法准确评估目标3的飞行弹道轨迹，破坏了卫星1正常的告警能力，从而实现保护在发射区域2发射目标3的战术突防任务。一般情况下，空间光电对抗装备4需要布置于卫星1和发射区域2之间的连线上，以确保对发射区域2保护的有效性。

该对抗装备4主要由小型化固体光源和高精度跟瞄单元6组成。小型化固体光源实现瓦级2.7/4.3μm激光输出，而高精度跟瞄单元6由被动跟踪单元21以及激光导光单元等组成，用于实时捕获跟踪高轨道卫星1，并实施瓦级2.7/4.3μm激光导光、输出打击，进而实现对卫星1压制干扰的功能。

作为优选的技术方案中，参见图3，激光导光单元包括：

快反镜22，用于对激光5进行导光；

合束发射单元23，用于对激光5进行偏摆；

扩束单元24，用于对激光5进行扩束。

快反镜22、合束发射单元23以及扩束单元24实现激光5的导光、偏摆以及扩束。

作为优选的技术方案中，参见图3，高精度跟瞄单元6还包括：

方位轴系19，用于对高精度跟瞄单元进行方位转动；

俯仰轴系20，用于对高精度跟瞄单元进行俯仰转动；

电控设备25，用于对高精度跟瞄单元进行自动控制。

高精度跟瞄单元6由方位轴系19、俯仰轴系20实现方位与俯仰转动，由被动跟踪单元21实现对目标的捕获跟踪，该对抗装备4的自动控制均受到电控设备25控制。

作为优选的技术方案中，参见图3，高精度跟瞄单元6还包括底座26，高精度跟瞄单元6通过底座26与临近空间平台实现接口。高精度跟瞄单元6通过底座26与临近空间平台实现接口，该装备总重量：≤300kg。

作为优选的技术方案中，图4为实现本装备小型化、轻量化总体指标所采用的一种高效侧向导热的量子级联激光器结构技术实现，置于高精度跟瞄单元6的底座26内部。从下至上依次为：Au/Ge/Ni衬底面电极8、N型InP衬底9、N型InP下包层10、N型InGaAs下波导层11、N型InGaAs/InAlAs有源区12、N型InGaAs上波导层13、N型InP上包层14、N型InP盖层15、阶梯型波导结构16、Si3N4电绝缘层17和Ti/Pt/Au外延面电极18。

其中阶梯型波导结构16的阶梯数量大于等于一阶，本实施例中，阶梯数量为三阶。阶梯型波导结构16高度和宽度为300nm-500nm。N型InGaAs/InAlAs有源区12的脊型台面宽度为10μm-20μm。N型InGaAs上波导层13、N型InP上包层14、N型InP盖层15的宽度与N型InGaAs/InAlAs有源区12的脊型台面的宽度相等；N型InP衬底9、N型InP下包层10、N型InGaAs下波导层11、N型InGaAs/InAlAs有源区12、N型InGaAs上波导层13、N型InP上包层14和N型InP盖层15的外表面生长有Si3N4电绝缘层17；Si3N4电绝缘层17上表面开一个电注入窗口；在Si3N4电绝缘层17的外表面生长有Ti/Pt/Au外延面电极18。

作为优选的技术方案中，量子级联激光器为瓦级2.7/4.3μm激光器。

作为优选的技术方案中，对抗装备4布置于临近空间飞行器上。

图5为装备可实现的干扰效果图。激光5进入卫星1探测视场后，结合激光作用距离方程计算得到将为拟保护的发射区域2实现≥10000km2的有效压制保护范围，在该区域发生的任何行动对方无法有效获取，在此实施的本方发射的目标3通过敌方区域时敌方无法判断预测其弹道轨迹，即无法实施有效拦截。理论分析表明，激光入瞳功率达到0.5μW即可达到预设技术指标。

其中：光电对抗是指利用激光等照明光源对目标光电载荷实施干扰、损伤或者致盲攻击并导致其无法履行其功能的行为。

光电对抗装备：利用激光器、跟瞄装备、光束控制等单元实施光电对抗作战的装备。

光源：指激光器(LASER)。激光器是一种利用受激辐射机理的人造强光设备，具有单色性好、指向性好等优点。

作用距离：指光电对抗装备的打击距离；

保护区域直径：指光源对目标光电载荷实施干扰时，在光电载荷上干扰光斑对应区域直径。

对高轨道卫星实施干扰是公认的技术难题，本发明通过引入：临近空间平台、小型化固体光源、轻量化的高精度跟瞄单元予以解决。其技术优势主要体现在：

利用临近空间平台解决了地基、舰载以及机载等平台对抗大气截止波段激光传输的问题；

利用临近空间平台解决了星载等平台无法定点防护的问题；

利用小型化固体光源解决了低成本、高效率的问题；

利用轻量化的高精度跟瞄单元，并配合临近空间平台、小型化固体光源解决了低功率干扰条件下的36000km远距离对抗。

本发明的创新点至少在于：

临近空间平台对抗总体方案和策略；

采用临近空间平台同时解决对高轨道卫星激光大气传输、定点防护两个功能，作用距离36000km；

干扰光源选择量子级联激光体制或者固体激光光源，谱段选择大气截止波段2.7/4.3μm；

轻量化(≤300kg)的稳定跟瞄单元精度优于10角秒。

本发明存在的替代方案为：

临近空间平台：临近空间平台是指飞行高度不低于18km的无人机、气球以及飞艇等所有平台，但不包括飞行高度在100km以上的卫星、空间站等平台。在临近空间平台对高轨道卫星对抗的总体方案下，所有临近空间平台的替代方案均应在本发明的保护范围内。

小型化固体光源：2.7/4.3μm小型化固体光源不限于量子级联激光器，还包括PPLN、Fe：ZnSe、ZGP、光纤等体制光源。在临近空间平台对高轨道卫星对抗的总体方案下，所有小型化固体光源的替代方案均应在本发明的保护范围内。

轻量化的高精度跟瞄单元：轻量化的高精度跟瞄单元不限于本申请所述的两轴系控制跟瞄单元，替代方案包括快反镜方案、姿态控制方案等。在临近空间平台对高轨道卫星对抗的总体方案下，所有轻量化的高精度跟瞄单元的替代方案均应在本发明的保护范围内。

临近空间平台对高轨道卫星对抗的总体方案下，利用激光作用距离方程推导的不同于发明保护的跟瞄精度、激光功率以及保护面积的技术方案，例如一方面通过提升激光功率，另一方面通过降低跟踪精度手段保证相同的远场激光功率密度，进而达到相同的装备干扰能力。在临近空间平台对高轨道卫星对抗的总体方案下，所有基于激光作用距离方程推导的替代方案均应在本发明的保护范围内。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于临近空间平台的空间光电对抗方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启被动高精度跟瞄，实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；

接收到地面指令，发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击；

使用激光进行连续攻击，直至接收地面指令停止命令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光为瓦级2.7/4.3μm激光。

3.一种基于临近空间平台的空间光电对抗装备，其特征在于，所述装备布置于高轨道卫星和发射区域之间；所述装备包括固体光源和高精度跟瞄单元，所述高精度跟瞄单元包括：

被动跟踪单元，用于实施对高轨道卫星的被动跟踪任务；

激光导光单元，与所述固体光源连接，用于发射激光对高轨道卫星实施对抗攻击。

4.根据权利要求3所述的装备，其特征在于，所述激光导光单元包括：

快反镜，用于对激光进行导光；

合束发射单元，用于对激光进行偏摆；

扩束单元，用于对激光进行扩束。

5.根据权利要求3所述的装备，其特征在于，所述高精度跟瞄单元还包括：

方位轴系，用于对所述高精度跟瞄单元进行方位转动；

俯仰轴系，用于对所述高精度跟瞄单元进行俯仰转动；

电控设备，用于对所述高精度跟瞄单元进行自动控制。

6.根据权利要求5所述的装备，其特征在于，所述高精度跟瞄单元还包括底座，所述高精度跟瞄单元通过所述底座与临近空间平台实现接口。

7.根据权利要求6所述的装备，其特征在于，所述底座内设置有量子级联激光器，所述量子级联激光器从下至上依次包括：

Au/Ge/Ni衬底面电极、N型InP衬底、N型InP下包层、N型InGaAs下波导层、N型InGaAs/InAlAs有源区、N型InGaAs上波导层、N型InP上包层、N型InP盖层、阶梯型波导结构、Si3N4电绝缘层和Ti/Pt/Au外延面电极。

8.根据权利要求7所述的装备，其特征在于，所述阶梯型波导结构的阶梯数量大于等于一阶，所述阶梯型波导结构高度和宽度为300nm-500nm，所述N型InGaAs/InAlAs有源区的脊型台面宽度为10μm-20μm，所述N型InGaAs上波导层、N型InP上包层、N型InP盖层的宽度与所述N型InGaAs/InAlAs有源区的脊型台面的宽度相等；所述N型InP衬底、N型InP下包层、N型InGaAs下波导层、N型InGaAs/InAlAs有源区、N型InGaAs上波导层、N型InP上包层和N型InP盖层的外表面设置有所述Si3N4电绝缘层；所述Si3N4电绝缘层上表面开设有电注入窗口；所述Si3N4电绝缘层的外表面设置有所述Ti/Pt/Au外延面电极。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述量子级联激光器为瓦级2.7/4.3μm激光器。

10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述装备布置于临近空间飞行器上。

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