1.3 光电对抗的技术环节

根据当前的光电对抗体制，可将光电对抗分为光电侦察及告警、光电定位、光电制导、光电干扰和强激光束打击等5个技术环节，在光电定位技术中光电被动定位技术占据主导地位。

1.3.1 光电侦察及告警技术

光电侦察技术包括的内容涉及到微光、红外夜视、电视侦察、多光谱照相、红外遥感及激光主动侦察等范畴。在防空作战中，激光主动侦察技术是激光对抗作战的重要技术之一，这项技术集中反映在具有“猫眼效应”的激光雷达中。一般的光电装置都有透镜、光电传感器结构，透镜具有像猫眼晶状体一般汇聚光线的功能，光电传感器表面对猫眼眼底的光具有反射特性。当激光雷达发射的激光波束扫描敌方空域时，一旦照射到一个敌方光电传感器，激光雷达便可探测到其反射光束，从而检测到它的存在及位置。随着导弹武器的发展，导弹逼近告警技术已被各国争相研究与开发。光电告警装备利用光电探测器，对敌方武器设备所辐射或散射的光波进行侦察、截获及识别，判断威胁的性质和危险等级，确定来袭方向，然后发出警报并启动与之相连的防御系统实施对抗，如引导激光致盲武器对来袭导弹进行软杀伤，或引导高能激光武器实行硬摧毁。光电告警设备具有体积小、质量轻、成本低、角分辨率高（可达微弧度级）、无源工作（不易被敌探测）等特点，目前已广泛应用于战机、战舰和陆上重要目标的自卫。

1.3.2 光电被动定位

对目标空间坐标的确定称为定位。定位包括对目标实施测向和测距。在军事对抗中，对目标的精确定位是制敌取胜的前提。只有实现了对目标的精确定位，才可能实施有效的对抗：主动对抗可以对敌施以摧毁性的精确打击，被动对抗可以及时规避对方的打击以保存实力或隐蔽自己。

雷达是目标探测和定位的传统装备，最先出现于第二次世界大战，在对付德军U艇中曾大显身手。其后，经过不断改进，特别是经过美苏冷战阶段的军备竞赛、越南战争、第一次海湾战争（1991年）和科索沃战争（1999年），其性能有了很大的提高，具有全天候、全波段、高灵敏度和作用距离远等多方面的优点。雷达的定位是对目标发射探测信号，然后通过分析目标的反射回波来确定其空间位置。这类依赖于自身发射探测信号的定位方式称为主动定位。

在雷达定位出现之后，逐渐产生了雷达对抗。在现代战争中，基于接收目标反向电磁散射的主动定位系统（如常规雷达）受到电子侦察、反辐射导弹寻踪攻击的严重威胁。因此，研究出一种不发射探测信号，既能隐蔽自己又能对目标实施定位的被动定位技术受到了广泛的重视。故被动定位又被称为无源定位，其定位功能的实现是借助目标的主动辐射（如通信信号、导航信号），自身辐射，以及反射的第三方电磁辐射（如日光、卫星信号或地面广播信号）等实现的。

按照被动定位接收信号的类别，被动定位可分为声呐被动定位、雷达波被动定位、光电被动定位，等等。在军事应用中，声呐被动定位只适用于直升飞机、舰船之类较慢运动目标。无源雷达定位适用于海、陆、空中的多种目标。光电被动定位，尤其是红外无源定位具有高隐蔽性和高精度的优点，是当前的主要研究方向。

被动定位的实现体制取决于定位目标的特性，并根据实际观测距离进行选择。除利用空间几何学原理之外，被动定位还应借助电磁辐射或光波的传播特性、几何光学的性质、三维运动分析以及图像序列分析的原理来实现。在我们的研究中，定位的对象是空中来袭目标，典型的如飞机，在后续各章节中称其为机动目标。

从理论上讲，凡是温度在绝对温度零度以上的任何物体都会有红外辐射产生，其射线的波长与温度成反比，即温度越高，其辐射的波长就越短。飞机是一种典型的红外辐射源，其红外辐射主要有两个方面：一方面是涡轮发动机向外喷射的尾焰的辐射，主要在3～5μm波段；飞机飞行中，蒙皮与大气摩擦发热产生的辐射，主要在8～14μm波段。飞机的辐射分布和光源谱特性与环境的差异为目标的红外探测和定位提供了有利条件，使得我们能够在红外辐射传播的“大气窗口”内对目标进行有效探测和定位。

红外被动定位的一个显著特点是对天时环境的依赖性较小。由于红外无源探测和定位系统是利用探测目标与背景之间的红外辐射的差异进行工作的，因而，它具有全天候的工作能力：无论是白天还是夜晚、晴天还是阴天都可进行，差别只是由于白天的背景较强因而效果比夜晚较差，阴天由于云层等对红外辐射的衰减或吸收而效果比晴天较差而已。

在几千米到几十千米的近战范围内，红外被动定位成为首选的被动定位制式，主要原因是：

（1）当目标处于近战距离内时，往往采取“无线电静默”策略，因此，捕获雷达、激光信号几乎不可能。这种情况下，必须采用截获目标主动辐射以外的其他被动定位制式。

（2）因红外辐射的波长较雷达短而具有更高的定位精度。于是，基于目标红外辐射探测的被动定位（即红外被动定位）成为被动定位研究的重点。

为了适应高速搭载平台不可能提供较大空间的实际状况，同时为了获取足够的机动性，近战范围内的红外被动定位多在单一运动平台上实现。可在单一观测站上实现的被动定位即单站被动定位。单站被动定位与多站被动定位并不矛盾，它与多站被动定位的组合使用可提高多站定位的定位精度，增强安全性或抗毁性。

本书主要研究以飞机、导弹为代表的近战距离内来袭目标的红外单站被动定位的原理方案及其实现技术。

1.3.3 光电制导技术

1991年海湾战争后，包括美国在内的各国军方更深深感到配备红外热成像系统兵器的重要性，再一次唤醒了世界各国对发展和装备智能化精确制导兵器的重视。近年来，随着光电技术的迅速发展，光电制导技术尤其是成像制导技术成为导弹复合制导系统的核心。目前主要的光电成像制导技术有红外成像制导技术、雷达成像制导技术、多模复合制导和智能末制导技术等。

1.红外成像制导技术

红外成像制导是利用红外探测器探测目标的红外辐射，获取红外图像进行目标捕获与跟踪并将导弹引向目标。红外成像制导的关键部件之一是红外探测器。与其他成像制导技术相比，红外成像制导具有抗干扰能力强、空间分辨率和灵敏度高、探测距离远、制导精度高等优点。但也存在以下缺点：探测器需要制冷，对目标与背景的温差依赖性强；只能被动探测，无法获取目标的距离信息。

2.雷达成像制导技术

雷达成像制导主要有微波、毫米波雷达以及激光雷达制导，它们都是精确制导武器的主要制导方式。

微波制导是由弹上的微波雷达导引头接收目标的微波能量捕获跟踪目标，导引导弹命中目标的制导技术。微波成像制导中，合成孔径雷达成像制导技术逐渐受到重视。合成孔径雷达是一种主动微波成像雷达，它将天线元在空间各点所接收的信号处理合成后，可获得大型天线阵的分辨率，甚至可以成像，因此它可以在能见度极差的气象条件下得到高分辨率的雷达图像。合成孔径雷达成像技术具有全天候、全天时，可远距离成像，能穿透一定的伪装、掩体成像，精度高等优点，但其费用高、易受电子干扰及不能近距离成像。

毫米波制导是由弹上的毫米波导引头接收目标反射或辐射的毫米波信息捕获跟踪目标，导引导弹命中目标的制导技术。导引头的工作模式有主动式和被动式。主动式采用毫米波雷达，被动式采用无发射机的被动雷达，也称辐射机。与红外相比，毫米波更适应复杂的战场环境和恶劣的天气条件，可探测距离更远；与微波相比，毫米波探测、跟踪目标的精度更高，具有分辨多目标的能力。毫米波雷达导引头还能有效跟踪捕获隐身目标以及抗反辐射导弹。

激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物。它具有探测精度高，抗干扰能力和目标识别能力强，获取信息量多，能三维成像等优点。因此，激光雷达成像制导技术已经成为先进国家争先研究和发展的重点课题。

3.多模复合制导和智能末制导技术

复合制导技术是改造已有制导武器和开发先进的精确打击武器或防御武器的一项极为重要的技术手段。因此，多模复合制导方式和智能化导引头已经成为未来发展的主要方向。

多模复合制导并不是单一制导方式的简单组合，它从信号检测、信号处理的角度考虑，运用数据融合技术综合不同信号源的信息来克服单传感器系统所固有的缺陷，利用不同传感器的数据互补和冗余，为目标识别提供更多可利用的判别信息和指令信号。目前各国常用的或在研的复合寻的制导系统主要有微波/毫米波雷达、微波雷达/红外成像、主动毫米波雷达/红外成像和激光/红外成像等。

智能末制导技术能够扩大搜索范围，降低系统对目标观测定位精度的要求，并增强导弹的抗干扰性能。

1.3.4 光电干扰技术

光电干扰是指以特定手段破坏对光信息的利用，降低其光电装备的使用效能，并保护自己的作战行为。激光（红外）干扰机、红外诱饵弹、烟幕剂、激光致盲、隐形及伪装技术器材等，是常见的光电对抗和干扰设备。

烟幕对抗对于在作战处于弱势的一方有便于实施、成本低廉等优点。海湾战争中，由于天空阴雨连绵，伊拉克又故意点燃多处油井，使得许多地区烟云弥漫，美军的侦察设备很难发挥作用。由于能见度差和其他原因，美军飞机导弹误炸己方战车及人员的误伤事件时有发生。

科索沃战争是巧妙运用隐形及伪装技术器材的典型战例。战争中，南联盟军队令多国部队真伪难辨，被炸损多次的跨国大桥是用聚乙烯制造的，灰飞烟灭的南联盟大炮不过是卡在汽车轮胎上的黑色圆木，而北约摧毁的坦克群现场，大多只是小汽车、大轿车和卡车的残骸，很少有坦克的影子。战争结束后发现，被北约飞行员证实已摧毁的144个目标，实际上只有58个，伪装技术充分取得了示假隐真的战绩。

根据海湾战争和科索沃战争的战例分析，从战术上讲“可采用分层对抗方法”来对付空中来袭光电精确制导武器的攻击。

第1层高度为20km以上，为远方侦察、接收上级及友邻情报和雷达信息及卫星信息层，此层称为光电干扰战术应用的预备层。第2层高度为20～10km，为侦察、告警、识别和导弹反击层。第3层高度为10～5km，为施放有源干扰，实施密集炮火反击层，对精确制导武器实施拦截或使其脱离目标。第4层高度为5～0.3km，为施放无源干扰、机动转移、光电干扰、水雾干扰和气球云干扰层。进一步干扰和诱偏精确制导武器，使其丢失目标。第5层高度为300m以下，为伪装隐身层，是最后的光电干扰防御措施。其中第1、2、3层方法就是战术主动的手段；而第4、5层则是采用被动的手段，采取战术上的光电欺骗干扰，对目标进行光电伪装、隐蔽和欺骗干扰等方法，使敌方光电武器目标搜索捕获和跟踪系统得不到必要的信息，或者为其提供虚假的数据诱敌上当。被动方法的范围包括许多提高目标生存力的措施，在战术应用中，它是光电对抗最有效、成本最低、效果最好的方法。

光电干扰战术应用主要是第3层实施激光有源干扰，将敌光电制导的导弹吸引到假目标上；第4层采用多种干扰手段，它可以根据上层来的威胁等级类型发射各种烟幕弹、消光弹、红外弹、光箔条弹、箔条弹，发射的数量要根据敌情而定，其干扰面积要大于保护目标的2倍以上，在有条件的情况下要大于3倍，还可以采用气球云干扰和激光半球干扰机等，同时水面舰艇可以实施有效机动进行对抗。

为了对付光电干扰，光电装备大都采用了光电反干扰措施，例如：

（1）为了避免激光制导武器受到外界激光干扰而迷失方向，也为了避免在使用多枚激光制导炸弹攻击集群目标时产生重炸、漏炸的现象，就必须依赖于编码抗干扰的方法。编码抗干扰就是给激光制导信号通过加密措施进行编码，只要对方不知密码，那么对方的干扰机就不能发出相同的密码脉冲，制导炸弹遵循加密激光信号，也就不会互相干扰，从而大大提高了激光制导武器的抗干扰能力。

（2）为了避免激光制导武器的导引头受到外界强激光的照射而损坏光敏元器件，不少国家都在研究在光学仪器上配备变色镜。当强激光照射到透镜上时，透镜能在短时间内自动析出大量的银质粒子，对来袭强激光产生强烈的反射作用而阻止其通过，而当强激光小的时候，透镜又恢复到透明状态。

（3）光电制导武器采用复合制导。

1.3.5 光电打击中的激光武器

激光武器指利用激光束直接对目标实施攻击和杀伤的定向能装备。依据美国国防部的提法，常把平均输出激光功率不小于20kW或每个激光脉冲能量不低于30kJ的划为高能激光武器，而功率或能量低于上述水平的则划为低能激光武器。也有人认为，用被攻击的目标对象来划分激光武器可能更为合适：只能有效攻击敌方人员和武器系统传感器者归为低能激光武器；而能直接摧毁或严重损伤敌方大型武器装备（如导弹、飞机、坦克、舰艇等）本身（而不仅仅是传感器）者则划归为高能激光武器，其主要作用是光电打击。

激光武器主要由激光器、光学系统和光束控制系统组成，其关键技术包括激光器技术、光学部件制造技术和光束控制技术。光学部件制造技术用于满足激光器技术、光束控制技术的要求。

激光器是激光武器的核心，其技术难点在于既要功率大，又要体积小。从高空拦截几百千米外处于助推段的弹道导弹需要兆瓦级的功率，而战术防空激光武器所需的功率为0.1～1MW。目前，美国BMD计划正在研制的激光武器主要是化学激光器。例如，美国空军的机载激光器（ABL）采用的是氧碘激光器，美国陆军的通用区域防御综合反导（GARDIAN）激光武器系统将采用氟化氘中红外化学激光器（MIRACL），美以联合研制的鹦鹉螺战术防空激光武器将可能采用拉斐尔公司正在研制的二氧化碳激光器。

光束控制技术主要有：

（1）自适应光学技术。大气湍流会引起激光束的相位畸变，必须采用自适应光学技术进行补偿。自适应光学系统的主要部件是波前传感器、相位重构器和变形镜。美国空军的机载激光器，其自适应光学系统需要每秒钟对大气湍流引起的畸变进行约1000次的测量，并相应地调整变形反射镜。

（2）精确瞄准与跟踪技术。由于目标飞行速度很快，激光束不仅要瞄得准，而且要能在目标上锁定一定的时间，因此对瞄准与跟踪系统的要求很高。对于射程达几百千米的机载激光器所要求的精度应小于1μrad。

随着高能激光武器的关键技术（高能激光器技术、光束控制发射技术、精密跟踪瞄准技术、大气传输技术等）取得重大突破，高能激光武器迅速成为一种具有直接杀伤力的新式武器。它所发射的激光能量高达几百千瓦甚至上兆瓦，可直接毁伤目标，具有其他武器系统无法比拟的特点：定向精度高、响应时间快、应用范围广、摧毁力强、转移火力快、效费比高、抗干扰能力强等。它是对付精确制导武器、卫星、遏制大规模导弹戟与进行战略防御的最具威慑的有效武器，是21世纪夺取制空权和控制空间的重要的新概念武器，广泛应用于各种装备平台。

根据用途，激光武器可分为：天基激光武器、机载激光武器、地基反卫星激光武器、舰载激光武器、战术高能激光武器等。

美国非常重视高能激光武器的研究，尤其是对高能激光武器的核心器件——高能激光器的研究。目前技术成熟的高能激光器有：化学激光器、自由电子激光器和固体激光器等。高能激光器的进步以及相关技术的提高，为美国激光武器在各平台的应用奠定了基础。几十年来，美国不断地对舰载、机载和车载等多种平台的高能激光武器进行深入的研究和广泛的试验、演示验证，取得了多项重大突破。目前，美国的高能激光武器已达到了工程化的水平。

法国《航宇防务》2004年8月27日报道，诺·格公司为美陆军研制的战术高能激光器（THEL）2004年8月24日首次击落迫击炮弹，表明激光武器可以用于战场打击多种常见目标。在白沙导弹靶场进行的实弹打靶试验中，THEL不但击落了单发迫击炮弹，而且还摧毁了齐射的迫击炮弹。

从目前看来，激光武器的缺点是：

（1）毁伤目标所需的高光能密度与武器系统体积、质量形成矛盾，实用性受限。

（2）大气传输的影响成为一个重要的制约因素。大气折射率的无规则变化、湍流对光束波面的破坏、大气散射与吸收等，都严重影响激光对目标的损伤效果。强激光通道上空气被击穿电离，大气中水汽、尘埃、气溶胶的含量等，也都是影响激光武器作战效果的重要因素。同时，大气状况的随机变化直接影响光束对目标的“锁定”跟踪和对攻击部位的选择。这就对武器的瞄准跟踪系统、随动机构提出了很高要求，并且使远程攻击需要自适应光学支持。因此，系统的复杂性、机动性、环境适应性、可维护性能及成本等，都是很重要的制约因素。以激光热烧蚀为例，它要求激光束被稳定地锁定在要害部位上，并经历约0.01～1s的时间。这要有很精密的跟踪系统和优异的光束质量。假定目标距离为2km，聚焦光斑直径为100mm，则跟踪角精度必须优于0.05mrad；若目标距离为10km，仍要求光斑直径为100mm，则跟踪角精度必须优于0.01mrad。一般无线电雷达不可能胜任，必须配以激光精跟踪雷达。

（3）受天气条件、战场烟尘、人为烟雾影响较大，在恶劣天气时难以用于作战。

（4）全系统精密、复杂且庞大，又包含大型易损部件，其战场生存受到威胁。