脈衝雷射引信煙霧後向散射特性研究
----2020年第49卷第4期
陳慧敏，馬 超，齊 斌，郭鵬宇，楊尚賢，高麗娟，霍 健
北京理工大學 機電動態控制重點實驗室
文章背景
雷射引信作為近炸引信的三大體制之一，利用其方向性強、抗電磁幹擾能力強等天然優勢，成為終端武器系統實現精確打擊與高效毀傷的關鍵。戰場環境下，煙霧作為實施光電類武器有效無源幹擾手段，會對雷射產生散射和吸收作用，容易引起虛警和漏警。因此，研究脈衝雷射在煙霧中的後向散射特性具有重要意義，為雷射引信抗煙霧幹擾提供理論基礎。
主要內容
作者基於Mie散射和Monte Carlo方法，建立了脈衝雷射在煙霧中的後向散射模型，該模型由脈衝雷射發射模型、雷射在煙霧中的傳輸模型、雷射接收模型組成，可以模擬脈衝雷射發射、傳輸、接收過程，仿真計算流程如圖1所示。選取近紅外波長905 nm脈衝雷射進行煙霧中的後向散射特性仿真，分析回波強度與煙筒長度、煙霧濃度以及距離之間的關係。
圖1 仿真計算流程圖
試驗系統示意圖如圖2所示，將自研的脈衝雷射回波動態測試系統固定，試驗系統布設圖如圖3所示，保持雷射收發系統和煙霧環境模擬裝置之間的距離不變，改變煙霧環境模擬裝置的長度、煙霧的質量濃度等參數，實測雷射後向散射回波波形並保存，實測結果與仿真結果進行對比分析。
研究總結
(1) 在不同的煙霧環境條件下，試驗測得的回波峰值電壓變化與仿真計算的歸一化峰值強度變化具有較好的相關性和一致性，相關係數均在0.90 以上，證明所建的脈衝雷射在煙霧中的後向散射模型較為準確。
(2) 煙筒長度(0.3、0.5、0.8、1.0 m)與距離(1.0 m)一定的情況下，回波強度與質量濃度呈正相關，質量濃度超過14 g/m^3 時，回波強度的變化逐漸變緩；質量濃度超過24 g/m^3 時，回波強度基本不再隨質量濃度的增大而變強。
(3) 煙霧質量濃度(3、7、10.5、14、18、21、24、28 g/m^3) 與距離(1.0 m) 一定的情況下，煙筒長度與回波強度呈正相關，質量濃度小於14 g/m^3 時，脈衝雷射回波強度隨煙筒長度的增加而增大明顯，隨著質量濃度的增大趨勢逐漸減緩；質量濃度超過24 g/m^3時，雷射在煙霧中的穿透深度已基本不變。
(4) 煙霧質量濃度(3、7、10.5、18 g/m^3) 與煙筒長度(0.5 m) 一定的情況下，距離與回波強度呈負相關，距離越遠，回波強度越小，且回波強度減小的趨勢逐漸變緩。
煙霧質量濃度對回波特性仿真與試驗結果對比
不同煙筒長度下的脈衝雷射回波強度對比
作者簡介
陳慧敏，男，北京理工大學兵器科學與技術學科副教授，物理電子學博士，探測與控制工程系副主任。國家自然基金委同行評議專家、中國航天科技集團公司第八研究院雷射探測技術研發中心第二屆學術委員會委員、中國宇航學會光電技術專業委員會第三屆委員會常務委員。《紅外與雷射工程》青年編委，《航空兵器》編委。主要從事雷射探測與信息處理、雷射抗幹擾、目標特性等方面的研究。近五年，主持國家自然基金、領域基金、重點實驗室基金、共用技術、橫向項目十餘項。獲得國防科技進步二等獎1項（排名2，2018年），發表相關論文40餘篇，被SCI、EI收錄30餘篇，已授權發明專利12項、軟體著作權20餘項。以第一作者出版《雷射引信技術》、《近程雷射探測技術》2部，主編圖書獲得第六屆兵工高校優秀教材二等獎（2017年）。指導的研究生獲得第二屆兵工學會兵器科學與技術學科全國優秀碩士學位論文（2018年）。
引用格式
Chen Huimin, Ma Chao, Qi Bin, Guo Pengyu, Yang Shangxian, Gao Lijuan, Huo Jian. Study on backscattering characteristics of pulsed laser fuze in smoke[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(4): 0403005. doi: 10.3788/IRLA202049.0403005