脉冲激光引信近程周向探测技术研究

发布时间：2020-11-21 03:38

　　 对敌方来袭弹药的拦截,常采用主动防护系统,通过主动探测并有效拦截来袭目标,是提升要地、重要目标战场生存的有效途径。受常规弹药引信发射过载、几何空间、系统功耗以及制造成本等因素的约束,国内外主动防护系统对目标的拦截主要采用导弹等一系列高价值弹药。通过对常规弹药配激光近程周向探测引信理论与实验研究,解决主动防护系统中常规弹药弹目交会的诸多关键问题,对于改善目前国内主动防护系统应用常规弹药的薄弱现状,拓展引信技术的应用空间,推动常规弹药引信的发展以及提高我国武器装备水平具有重要的军事意义。本文以真中大口径常规弹药实现武器系统主动防护为研究背景,以常规弹药激光近炸引信为研究对象,结合当前国内外激光近炸引信技术和激光引信周向探测技术,通过理论研究与建模、仿真和实验验证,研究脉冲激光单发单收周向动态扫描探测中的理论问题和关键技术,实现主动防护系统常规弹药炸点控制的引信小型化和低成本应用。主要研究内容和创新点如下:建立了含有时空特性的弹目交会与二次扫描最佳起爆模型。仿真分析了不同参数对周向探测系统目标探测概率的影响,获取最佳脉冲频率与电机扫描转速及匹配规律,为脉冲激光周向探测系统的设计提供理论依据;仿真分析了不同参数对最佳起爆延时和起爆方位角的影响,提出了最佳起爆策略,为提升对来袭目标的最佳毁伤效能提供更加精确的炸点控制理论。结合目标表面特性和脉冲激光时空分布,改进了回波功率理论方程。通过实验对典型目标的理论模型进行了验证,理论模型及其回波功率方程具有更广泛的适用性,为研究脉冲激光周向探测性能提供理论依据。揭示了不同探测方式下目标表面特性等因素影响测距精度的规律。推导了脉冲激光测距估计方差的Cramer-Rao下界,全面分析了影响系统探测距离精度的因素;推导了恒阈值和恒比定时时探测时平面目标测距概率密度函数,通过仿真和实验分析了两种探测方式受目标表面特性等因素的影响,得出恒比定时探测更能有效抑制平面角度变化对测距统计特性分布的影响,为提升脉冲激光周向探测的测距精度提供理论依据。提出了基于改进梯度粒子群的提升小波去噪算法的随机阈值探测方法。仿真分析单脉冲固定阈值、可变阈值和随机阂值探测的探测概率与虚警率,结果表明:在低信噪比条件下,采用随机阂值探测能获得恒定虚警率,提升目标探测概率;提出基于改进梯度粒子群的提升小波自适应非线性去噪算法,通过仿真与实验验证,算法能弥补随机阈值探测的固有缺陷并有效提高回波信噪比。为微弱回波信号探测提供理论基础与实现方法。优选脉冲激光周向探测光束布局方案,设计了脉冲激光周向探测系统,包括:物理隔离型扁平化光学系统、脉冲宽度可调型高频窄脉冲激光驱动电源、微弱回波信号放大电路、PWM和PFM混合调制式APD高压供电电源、高精度时间间隔测距模块、应用上升沿阈值周期检测算法的高精度磁电检测模块等各个子系统。加工了原理样机并进行实验研究,实验结果表明:脉冲激光周向探测系统具有小型化、低成本、抗高过载特征,各子系统完全按光电信息传递规律和预设机制工作,系统的电磁干扰被有效抑制、系统探测距离能力大于3m、方位角测量误差为±2°、抗冲击加速度能力达34000g。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ439.2
【部分图文】：

国外激光近炸引信于２０世纪６０年代末开始研制。２０世纪７０年代先后出现了用于??地空、空空导弹的激光近炸引信。其中，ＡＩＭ－９Ｌ型“响尾蛇”空空导弹是典型应川??之－？，其配备了?ＤＳＵ－１５Ａ／Ｂ？激光近炸引信胃１３］，如图１．１所示。??－夕?１??图１．１?ＡＩＭ－９Ｌ型“响尾蛇”空空导弹??随着半导体技术的发展与应用，在２０世纪８０年代，带有ＧａＡｓ半导休激光器的激??光引倍被成功应川于导弹中，如ＡＤＡＴＳ防空－反坦克导弹和“马特拉”导弹，激光器的??峰值功率在数十瓦左右。瑞典的埃里克森公司，研制了新型激光引信，其发射机采用极??窄脉冲激光，不易被其他目标探测到，可抗阳光、云雾、雨雪等环境干扰。在２０世纪??９０年代，美国的ＡＩＭ－９Ｘ、俄罗斯的Ｒ－７３Ｍ均配置了激光近炸引信［１３］。??２０１２年，法国泰雷兹（ＴＨＡＬＥＳ）公司研制了新型脉冲激光引信，如图１．２所示。??该激光引信采用双路高速ＡＤＣ芯片采集脉冲激光回波信号，基于高速采样的回波信号，??采用自适应阈值算法有效抑制云雾散射

国外激光近炸引信于２０世纪６０年代末开始研制。２０世纪７０年代先后出现了用于??地空、空空导弹的激光近炸引信。其中，ＡＩＭ－９Ｌ型“响尾蛇”空空导弹是典型应川??之－？，其配备了?ＤＳＵ－１５Ａ／Ｂ？激光近炸引信胃１３］，如图１．１所示。??－夕?１??图１．１?ＡＩＭ－９Ｌ型“响尾蛇”空空导弹??随着半导体技术的发展与应用，在２０世纪８０年代，带有ＧａＡｓ半导休激光器的激??光引倍被成功应川于导弹中，如ＡＤＡＴＳ防空－反坦克导弹和“马特拉”导弹，激光器的??峰值功率在数十瓦左右。瑞典的埃里克森公司，研制了新型激光引信，其发射机采用极??窄脉冲激光，不易被其他目标探测到，可抗阳光、云雾、雨雪等环境干扰。在２０世纪??９０年代，美国的ＡＩＭ－９Ｘ、俄罗斯的Ｒ－７３Ｍ均配置了激光近炸引信［１３］。??２０１２年，法国泰雷兹（ＴＨＡＬＥＳ）公司研制了新型脉冲激光引信，如图１．２所示。??该激光引信采用双路高速ＡＤＣ芯片采集脉冲激光回波信号，基于高速采样的回波信号，??采用自适应阈值算法有效抑制云雾散射

激光近炸引信在火箭弹屮也成功获得应用，２０世纪７０年代初期，美国就出现了?２．７５??英十的火箭弹用激光引信。１９９７年开始研制的“阿布拉姆”（ＡＢＲＡＨＡＭ）防空火箭弹??Ｌｉ测试成功并投入国际市场。“阿布拉姆”（ＡＢＲＡＨＡＭ）防空火箭弹如图１．４所示。其??激光近炸引信设置在火箭弹体的中后部，采用双路Ｔ．作方式，有较强的抗干扰能力。前??向支路和后向支路各心三纟丨［脉冲激光探测系统，且互成一定角度。前后支路利用弹体自??讶的高速旋转完成３６０°周向探测。怛两个支路只能按照预先设定的起爆准则引爆战斗??部，防止非目标小物体的十扰［１８１。??Ｉｋ??ＣＪ?ｆｅｗ?「＾??图１．３?ＰＸ５８１迫弹Ｍｆｆｌ激光近炸引倌?图１．４?“阿布拉姆”（ＡＢＲＡＨＡＭ）防空火箭弹??我国激光近炸引倍的研宂工作始于２０阯纪６０年代，在相当长的一段时间内一直处??Ｐ技术研宄阶段。随着半导体激光技术的单导介质、人光腔、量子阱的发展，８０年代末，??我国的激光引信技术逐渐成熟。“八五”开始，逐渐步入应用阶段，相继开展了?“ＡＦＴ－９??激光以及磁复合近炸引信”和“迫弹激光多选择引信敏感装置”的研宄工作，并成功研??制／?“ＡＦＴ－９重型反坦克导弹引信精确电＋延时部件”?ｆｌ９Ｌ?８３５８所研制某型反舰导弹的??激光近炸引信作用距离控制在２０ｍ
【参考文献】

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1 徐孝彬;张合;;脉冲激光探测方位角磁电检测技术[J];光子学报;2017年01期

2 徐孝彬;张合;;激光周向探测系统最佳脉冲频率与扫描转速[J];中国激光;2016年05期

3 周平;赵辰霄;梅林;陈光辉;朱晶晶;;现代坦克主动防护系统发展现状与趋势分析[J];指挥控制与仿真;2016年02期

4 徐孝彬;张合;;脉冲激光周向探测最佳定向起爆技术（英文）[J];光子学报;2016年05期

5 徐孝彬;张合;张祥金;甘霖;;激光周向探测小型化发射技术[J];光子学报;2016年03期

6 李元;李燕华;李洛;郭海超;张彦梅;温玉全;;一种扫描式六象限激光探测系统弹目交会算法研究[J];兵工学报;2015年11期

7 寇添;王海晏;王芳;吴学铭;王领;徐强;;基于机载激光雷达成像的动目标轨迹检测模型[J];激光与光电子学进展;2015年10期

8 寇添;王海晏;王芳;吴学铭;王领;徐强;;机载多脉冲激光测距特性及其不确定度研究[J];物理学报;2015年12期

9 郭泽荣;李洛;温玉全;李元;;六光束脉冲激光探测定向战斗部最佳起爆方位角研究[J];北京理工大学学报;2015年04期

10 寇添;王海晏;王芳;陈闽;徐强;;机载激光探测空中目标脉冲回波特性研究[J];光学学报;2015年04期

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1 姜海娇;高重频脉冲激光雷达测距统计特性及其像质评价[D];南京理工大学;2013年

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1 潘程浩;周视激光探测系统信号处理研究[D];北京理工大学;2014年

2 郭美灵;激光雷达测距的峰值估计与测距精度分析[D];南京理工大学;2013年

3 林平;目标表面结构对激光雷达测距特性的影响研究[D];南京理工大学;2013年

4 顾斌;周视激光动态探测系统[D];南京理工大学;2010年

5 芦文;半导体激光器高速脉冲驱动电路的设计与实现[D];暨南大学;2010年

6 梁向如;AIM-120导弹制导引信一体化系统分析与仿真[D];电子科技大学;2009年

7 常嵘;空中目标近距动态探测周视光学系统设计[D];南京理工大学;2008年

8 孙传鹏;基于DSP的激光近炸引信信号处理技术[D];哈尔滨工业大学;2007年

9 吕晓玲;半导体激光测距接收系统研究[D];长春理工大学;2006年

10 宗丽娜;便携式反直升机火箭弹引战配合的计算机仿真研究[D];南京理工大学;2006年

本文编号：2892466