多场景舰炮激光制导弹药照射指示特性研究.pdf
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1、第 卷 第 期 激 光 与 红 外 ,年 月 ,文章编号:()光电技术与系统多场景舰炮激光制导弹药照射指示特性研究牟晋升,宗思光,张鑫,杨劭鹏(海军工程大学 电子工程学院,湖北 武汉 ;海军航空大学 青岛校区,山东 青岛 )摘要:为提高舰炮武器系统作战效率,对舰炮激光制导弹药在典型条件下激光照射指示与跟踪探测进行仿真验证。针对舰炮武器系统激光精确制导弹药使用场景,建立了激光照射指示与弹药探测跟踪模型,编制了激光制导光区仿真计算软件,研究了不同气象能见度条件、不同攻击目标、舰艇本舰照射指示、无人机载照射指示等条件下激光精确制导弹药与照射器间的协同方法及指示、探测能力,并进行仿真计算。得到反射激光
2、能量密度随着角度 的增大过程中,反射激光的能量密度在逐渐减小,激光入射角度 越大,反射激光的能量密度越大,两种照射方式产生的激光制导光区较为接近。无人机激光制导方式与舰船激光制导方式各有优劣,可适用于不同应用场景。关键词:舰炮武器系统;激光制导光区;无人机载照射;舰载激光照射中图分类号:;文献标识码:作者简介:牟晋升(),男,本科,主要研究方向为信息对抗技术。:通讯作者:张鑫(),男,硕士,助教,主要研究方向为航空搜救,航空军械技术。收稿日期:;修订日期:,(,;,):,:;引言传统舰载舰炮武器打击中小型舰船目标时,采用普通弹药单发命中率低,大约在 左右,毁伤目标大约需要近百发弹药;对岸支援打
3、击装甲、工事类等小的目标时,弹药用量更大 。而采用激光末制导炮弹,命中精度很高,对于低速中小型舰船目标可实现首发命中,在对陆打击中,对于打击装甲、工事类等小的目标,只需要 发弹药,缩短了完成任务的时间,大幅度提高了作战效率 。受平台限制,舰炮激光制导弹药照射指示不同于传统的机载对地攻击激光照射,也无法采用地面照射指示,单舰采用激光制导弹药作战时,只能采用本舰照射以及无人机照射指示。但在不同的气象环境下激光照射衰减特性不同,其本舰照射以及无人机照射指示受天气、海况等影响较大。且由于不同目标具有不同的反射特性,其照射反射不同,对舰炮激光制导弹药的指示精度影响较大。因此,通过研究多任务场景下不同目标
4、的照射指示特性对提高舰载激光制导弹药与打照射器之间的协同、指示及探测能力具有重要的理论与应用价值。论文针对舰炮武器系统激光精确制导弹药使用场景,建立了激光照射指示与弹药探测跟踪模型,编制了激光制导光区仿真计算软件,研究了不同气象能见度条件、不同攻击目标、舰艇本舰照射指示、无人机载照射指示等条件下激光精确制导弹药与照射器间的协同方法及指示、探测能力,并进行了仿真计算,对典型条件激光照射指示与跟踪探测进行了测试验证。研究成果可为舰载激光制导弹药的使用提供支撑。激光制导武器激光制导过程建模 舰载激光制导弹药制导光区模型如图 所示,目标指示激光器的能量为,指示激光传播距离为,与目标表面法线成角度 照射
5、目标。设定目标表面特性为漫反射面,目标被目标指示激光照射的表面面积为 ,与照射激光方向夹角为 的方向上,与目标距离为 的空间单位中,激光能量密度为:()()()式中,为目标表面面积单位 上受到指示激光照射的激光能量密度;为目标表面的激光反射率;为大气衰减系数,那么该单位面积上的激光能量密度为:()()式中,为落在目标表面的光斑大小。通常目标指示激光的光束发射角很小(一般小于 ),假定传播距离 后,目标指示激光的光斑大小不变,认为全部光斑落在目标表面,则有:()目标表面的外形可能复杂多变,为便于简化计算,将目标表面看作平面板。同时,由于观测距离 一般较远,光斑区域内不同位置对观测点所张的角度 可
6、视为近似相等,因此式()可写为:,()()()()()由上述分析可知,目标指示激光经目标表面反射后的制导光区即为:(,)()的空间区域。图 激光制导示意图 综合上述内容,在模拟条件下建立对目标激光制导光区模型,主要考虑目标指示器的载具、激光单脉冲能量、大气环境衰减、目标特性等因素,对无人机与舰艇两种平台在不同参数条件下的激光照射进行建模仿真。舰载激光制导弹药的照射指示方法舰炮武器系统收到目标信息后,火控设备进行射向、射角、工作时序、引信方式等解算,舰炮调转、装定器给弹上信息处理装置装定发射诸元,制导炮弹装填并发射 。末制导炮弹发射时,通信系统自激 光 与 红 外 第 卷动向激光指示器发出激光编
7、码方式、延迟时间等指令,同步器将在规定的延迟时间自动启动激光目标指示测距机发射激光编码脉冲,为末制导炮弹指示目标 。炮弹发射时,在出炮口瞬间延时机构组件进入工作状态,并激活热电池,弹上制导部件依次上电工作,当导引头捕获目标后,进入末段制导直至命中、摧毁目标 ,图 为激光制导炮弹的工作原理示意图。图 激光末制导炮弹工作原理示意图 对于激光末制导炮弹,对陆或对海作战可采用舰载照射模式和无人机照射模式 。第一为舰载照射,舰载照射方案是由本舰或他舰上的激光照射器为末制导炮弹末段提供激光照射指示目标。该方案由于照射距离较远,需考虑地球曲率对激光照射的影响,同时船体自身的晃动对照射器的跟踪影响也较大。因此
8、,激光照射器需配备稳瞄随动系统,需提升架高,并增大激光器能量。大口径舰炮的目的是在 以内都可以对目标进行打击,照射激光单脉冲能量较高。其二为机载照射,无人机照射方案是由无人机在目标区上空照射目标,为激光末制导炮弹提供末段的目标指示。无人机携带重量有限,但机动性强,可抵近目标进行激光照射,照射距离一般为 ,照射激光单脉冲能量相对较低。多参数影响下激光照射特性仿真 激光精确制导弹药照射指示能力影响因素()攻击目标表面激光反射特性目标的差异表现为目标表面激光反射系数不同,影响目标指示激光所产生的制导光区。对海上与海岸典型目标的激光反射系数进行分析,如敌方混凝土材料的碉堡,被草地、植物与土壤所掩盖的重
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