夏全国

(解放军92941部队94分队，辽宁葫芦岛　125001)



基于阵列式探测器的舰载高能激光武器动态精度试验方法研究

夏全国

(解放军92941部队94分队，辽宁葫芦岛125001)

对高机动目标的跟踪、瞄准精度是舰载高能激光武器系统的重要性能指标之一，也是未来装备状态鉴定和列装定型工作的主要考核项目。以舰载高能激光武器为研究对象，系统分析了其动态精度试验的技术特点，在此基础上，针对其跟踪瞄准精度要求高的实际问题，提出了基于阵列式探测器的试验和数据处理方法，能够有效完成对舰载高能激光武器动态精度的试验与评估。

舰载高能激光武器系统;动态精度;阵列式探测器;试验方法

舰载高能激光武器作为未来承担水面舰艇末端防空反导任务的新概念武器装备之一，具有持续作战能力强、效费比高、反应速度快等突出优点，受到国内外海军的普遍重视[1-3]。为了击毁目标，舰载高能激光武器必须使激光以最小的光斑、最大的功率密度、最大的能量集中度会聚在瞄准点上。而在此之前，首先要高精度地捕获、跟踪、瞄准目标。传统的末端反导舰炮武器系统是依靠跟踪雷达或光电跟踪仪完成对目标的跟踪，其系统误差可达到亚毫弧级，这样的精度是不能满足高能激光武器的作战需求的。根据文献[4]的理论分析可知，战术高能激光武器系统对目标的跟瞄精度要求一般需达到微弧度量级，这比现役舰载跟瞄系统所能达到的最高精度还要高出近2个量级。

因此，对高机动目标的跟踪、瞄准精度是舰载高能激光武器系统的重要性能指标之一，也是未来装备状态鉴定和列装定型工作的主要考核项目。本文将对舰载高能激光武器动态精度试验与评估方法展开研究，为未来开展海上动态精度外场试验奠定理论基础，为试验保障条件建设提供技术参考。

1　动态精度试验技术特点分析

动态精度试验是高能激光武器系统海上试验阶段的重要试验项目，动态精度的优劣直接关系到武器系统在射击条件下，高能激光束能否持续稳定地照射目标的某一固定位置，从而直接影响系统作战效能。动态精度试验的目的是考核武器系统在接近实际使用条件下，对典型目标的跟踪、瞄准的平稳性和精度是否满足研制总要求。

1.1动态精度指标定义新、要求更高

一是定义不同。传统的末端反导舰炮武器系统动态精度是指在不考虑弹丸外弹道误差条件下，火炮架位指向的实际值与理论值的误差，是跟踪器的跟踪误差、火控解算误差、舰炮随动误差、舰艇姿态误差等的综合反映；而高能激光武器动态精度是指高能激光束终点光斑中心与瞄准点之间的误差，同时，由于是光速传播，火控系统不存在弹道解算和飞行时间预测误差。从这一点可以看出，高能激光武器的动态精度更能直接反映武器系统的终端精度，而舰炮武器系统的动态精度由于没有考虑弹丸外弹道误差，因此只反映了火炮架位的指向精度，并不能直接反映出舰炮武器系统的终端精度(即弹丸对目标的精度)。

二是精度指标要求高。舰炮武器是利用弹幕对目标实施拦截，一般来说其动态精度的指标要求约为几个毫弧度；而激光武器的高能量光斑集聚区尺寸很小，要求跟踪瞄准精度要能达到微弧度级的水平，才能使光斑稳定落在目标某指定点上。而且为了毁伤目标，必须在目标运动和舰艇摇摆的情况下，使激光束精确照射在目标的某一点上持续一定的时间。

1.2基于阵列式探测器的精度测量方法

传统的舰炮武器系统动态精度试验方法，是利用靶场真值测量系统实时测量、录取目标的瞬时位置信息并作为真值参数，经数据处理后与武器系统测量的目标位置数据进行比对，从而得到武器系统的动态精度，并完成精度评估工作的。按照文献[5]的要求，真值测量系统自身的精度应满足1/3与1/10法则，即真值参数系统误差小于1/10被试参数的系统误差，真值参数的标准偏差小于1/3被试参数的标准偏差。由于高能激光武器系统的精度达到微弧度级，靶场真值测量系统远远达不到其精度试验的需求。因此，舰载高能激光武器系统的动态精度试验应采用全新的测量手段和方法。

由于武器系统发射的是在时域和空间域内具有持续特点的激光束，这就使得利用阵列式探测器连续测量激光束在终点处的光斑强度和位置信息成为可能。在靶机(或靶弹)上加装阵列式探测器，通过测量终点处的光斑强度和位置信息，就可以准确得到武器系统的瞄准精度。因此，在舰载高能激光武器系统的动态精度试验中，不需要靶场真值测量系统对靶标的位置进行精确测量，而只需要测得高能激光束在目标终点处的光斑位置即可。

2　动态精度试验方法

2.1试验原理

开展海上动态精度外场试验，以加装阵列式探测器的无人机为目标，目标按照预定航路飞行。高能激光武器系统的搜索雷达对目标进行搜索，随后系统顺序完成粗跟踪、精跟踪，最后完成激光束的发射，试验原理图如图1所示。由于是考核精度，不要求武器系统以最高的输出功率发射激光束，因此可以适当调节激光器输出功率，只要满足阵列式探测器的测量需求即可。

图1　高能激光武器系统试验原理图

高能激光系统发射激光束到阵列探测器上，测距系统测量激光传输距离，阵列探测器通过采集激光辐照强度时空分布数据得到积分光斑的分布，根据积分光斑分布计算得到积分光斑的质心，该质心与瞄准点相对于发射点的张角即瞄准精度，测量原理框图如图2所示。

图2　高能激光武器系统靶上瞄准精度测量原理图

2.2外场试验对阵列式探测器的要求

阵列探测器组成包括光电探测器阵列、信号采集处理电路、数据采集处理软件等组成。其测量原理为：激光束直接作用于阵列探测器上的激光束取样探测单元，探测单元将接收到的光信号转换为电信号，经信号采集处理系统转换为数字信号，并发送给数据处理系统，经计算和分析，得到光斑强度时空分布及积分光斑强度分布，并实时显示光斑。

作为高能激光武器系统动态精度试验的主要测量设备，为满足外场试验需求，阵列式探测器应满足如下的技术要求：

1)有效接收口径应根据激光光斑直径和瞄准误差确定，一般不应小于待测激光积分光斑直径的2倍；

2)空间分辨力应小于被测激光积分光斑直径，建议探测单元尺寸不大于0.5mm；

3)采集帧频满足测量要求；

4)可测量接收角大于激光入射角；

5)满足测量环境条件要求。

2.3试验实施步骤

1)将阵列探测器安装无人机上；

2)布置好测距系统；

3)按设备操作规程要求，确认阵列探测器和测距系统的工作状态，做好测量前准备；

4)确定瞄准点的坐标，设为(x0，y0)；

5)无人机按照预定航路飞行，高能激光武器系统对目标完成跟踪，对瞄准点发射激光发射激光束；

6)采集发射到阵列探测器上的激光强度时空分布数据；

7)发射激光的同时，测距系统测量激光传输距离；

8)经数据处理得到武器系统动态精度。

3　动态精度数据处理方法

3.1数据处理基本思路

测量中当激光传输距离变化时，测量数据需要进行分段处理，根据激光传输距离将出光过程分为若干时间段，每一时间段内距离变化在5%内，求出该时间段的瞄准精度，然后取所有时间段瞄准精度的平均值作为该次测量的瞄准精度。

3.2任一积分时间段内的瞄准精度数据处理

3.2.1积分光斑质心的计算方法

积分光斑质心坐标按照式(1)-式(3)计算得到：

(1)

(2)

(3)

3.2.2积分光斑质心与瞄准点的偏差的计算方法

积分光斑质心与瞄准点的偏差由式(4)和式(5)计算得到：

(4)

(5)

式中Δxi为第i积分时间段内积分光斑质心与瞄准点的x向偏差，mm；x0为瞄准点x向位置，mm；Δyi为第i积分时间段内积分光斑质心与瞄准点的y向偏差，mm；y0为瞄准点y向位置，mm。

3.2.3激光传输距离的计算方法

设第i积分时间段内得到K次激光传输距离，分别记为L1,L2,...,LK；则该时间段内的平均传输距离为

(6)

3.2.4计算瞄准精度

第i积分时间段内的瞄准精度由式(7)-式(9)计算得出：

(7)

(8)

(9)

3.3出光全过程瞄准精度计算方法

1)当传输距离变化较小时

出光过程中传输距离变化在±5%内时，瞄准精度由式(7)-式(9)计算得出，式中i=1。

2)当传输距离变化较大时

将出光全过程分为I段，则瞄准精度由式(10)-式(12)计算得出：

(10)

(11)

(12)

4　结束语

本文以舰载高能激光武器为研究对象，系统分析了其动态精度试验的技术特点，在此基础上，针对其跟踪瞄准精度要求高(达到微弧度级)的实际问题，提出了基于阵列式探测器的试验和数据处理方法，能够有效完成对高能激光武器动态精度的试验与评估，研究成果丰富了试验理论。

[1]隋江波, 孙东延, 马乐梅. 舰载激光武器反导作战使用研究[J]. 现代防御技术, 2006, 34(4): 6-9.

[2]苏毅, 万敏. 高能激光系统[M]. 北京: 国防工业出版社, 2004.

[3]孙华燕, 张廷华, 韩意. 军事激光技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012.

[4]黄勇, 邓建辉. 高能激光武器的跟瞄精度要求分析[J]. 电光与控制, 2006, 13(6): 86-88.

[5]黄守训, 杨榜林, 等. 舰炮武器系统试验与鉴定[M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.

Research on the Dynamic Accuracy Test Method of ShipborneHigh Energy Laser Weapon Based on Array Detector

XIA Quan-guo

(94thdetachment of 92941st troops of PLA, Huludao 125001, China)

The tracking and aiming accuracy of high maneuvering target is not only one of the key performance specifications of shipborne high energy laser weapon system, but also a main check item of future equipment status qualification and type approval. This paper takes shipborne high energy laser weapon as a research object, analyzing the technical characteristics of dynamic accuracy test systematically, considering its high requirement of tracking and aiming accuracy, proposing a test and data processing method based upon array detector, which can perform the dynamic accuracy test and evaluation of high energy laser weapon effectively.

shipborne high energy laser weapon system; dynamic accuracy; array detector; test method

1673-3819(2016)04-0138-03

2016-04-25

2016-05-21

夏全国(1971-) ，男,江苏南京人，高级工程师，研究方向为装备试验学。

E933.43;TN248

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.028