探测系统设计的关键技术

7.4.4.1　远距离探测弱回波能量定距技术

要满足远距离探测弱回波能量高精度定距的要求，采用的定距技术所能实现的定距距离与定距精度必须满足指标要求。相较于常规的激光定距技术，在新型破甲弹应用中，探测距离远、目标回波能量弱、定距精度要求高等一系列复杂工作条件对新型分离式破甲弹激光定距系统性能的要求十分严苛，其中主要关键技术包含以下几点。

（1）低功耗大阈值电流脉冲激光电源技术

在激光探测和目标识别中，系统的许多性能，如目标的识别能力、定距精度、抗干扰和低功耗等，都取决于半导体激光器发射的激光脉冲质量，而半导体激光器发射的光脉冲是由激光电源产生的电脉冲直接调制得到的，即激光脉冲质量的好坏决定因素在于脉冲电源的质量。因此，激光脉冲电源的设计是激光探测和目标识别中的一项极其关键的技术。

用于激光探测和目标识别的脉冲激光电源设计的技术难点为脉冲半导体激光器的激励阈值电流很大，即使是峰值7V的脉冲半导体激光器的阈值电流也要达到6.5 A，在引信的直流电源上基本不可能直接提供这么大的输出电流，必须利用能量压缩技术，即把瞬时功率较小的能量通过一定时间（相对较长）存储在储能元件中，在适当时刻瞬时（相对较短的时间内）放出。在脉冲激光电源中一般使用电容作为储能元件，也可以使用传输线（可得到极快的上升沿）。另一个困难在于激光引信或激光测距应用场合，对激光脉冲的脉宽和上升沿要求非常高，通常在几纳秒到几十纳秒；然而，在实际产生窄脉冲大电流的电路中，脉宽和上升沿主要受开关器件速度和电路寄生参数（在大电流情况下寄生电感的影响尤其严重）的限制。随着器件的微型化和模块化，在满足功能和性能要求的前提下，体积越小越好。

（2）低噪声高增益脉冲激光接收技术

在激光引信接收模块中，前置放大器和主放大电路的设计对系统的定距精度和探测距离有重要的影响。前置放大器是一种用来完成传感器与后续电路性能匹配的部件，对其主要的性能要求由传感器性质和后续处理电路决定，如对于压电传感器，由于传感器输出阻抗高，要求前置放大器有很高的输入阻抗，以实现与后续处理电路的阻抗匹配。对于激光引信中的光电前置放大器，最重要的性能要求是低噪声，这是因为在对非规则目标测距和定距的情况下，进入接收视场的回波功率非常小，在激光引信要求的探测距离范围内，放大器的噪声已经成为探测的主要限制因素，低噪声的前置放大器就意味着大的探测距离。主放大器基本是用来提供足够大的增益，以方便后续处理，但同时必须满足系统带宽的要求，保证有用信息不会丢失。另外，由于破甲弹用激光发射器的功率较小，因此系统检测回波信号的能力大小关键在于前置放大器的信噪比的大小。

（3）激光定距系统光路优化与发射光脉冲准直技术(www.xing528.com)

引战配合计算表明，对于坦克炮发射平台，其激光定距距离必须大于5m以上，定距距离越大，对破甲弹设计越有利。因此，需要解决在电源功率有限的前提下，进一步对光路进行优化设计，改善光路的聚焦效果，提高回波的信噪比，增大激光探测定距距离。同时，系统设计要求发射光脉冲发散角小于15mrad，由于发射单元尺寸限制，透镜和发射光路尺寸受限，光路准直难度大。

7.4.4.2　激光定距系统抗高过载

要满足常规弹药特别是坦克炮最大发射过载的要求，激光定距系统的零部件强度及元器件的抗冲击能力必须满足设计要求，特别是半导体元器件和光学器件的抗冲击能力最为关键。同时，设计科学合理的缓冲和防护措施是不可缺少的，它可以保证在高过载冲击后激光定距系统正常工作，其中应包含：半导体激光器抗冲击、光敏管抗冲击及光学透镜抗冲击。

7.4.4.3　小体积激光定距系统弹体适配性技术

目前激光系统小型化设计尺寸为：发射单元为φ 13mm × 42mm，接收单元为φ 24mm × 42mm，经准直后的发射光脉冲发散角小于15mrad。由于破甲弹结构尺寸的限制，收发单元的透镜和发射光路尺寸受限，光路准直难度大。在保证探测能力的前提下，激光探测系统需进行小型化设计。结合引信发射光束准直和接收系统聚焦的要求，根据非球面镜光学设计理论，应用ZEMAX光学设计软件，设计尺寸较小的单级非球面发射准直透镜和接收聚焦透镜，设计的激光脉冲发散角需小于15mrad，以便将回波信号高效汇聚。

7.4.5.4　低伸弹道激光定距环境适应性技术

激光定距系统的使用环境恶劣，各种噪声、干扰严重，如内部和背景噪声，电磁环境，敌方施放的光电干扰，烟尘、云、雨、雪、雷电等自然干扰等，都会对系统的性能造成影响，使系统性能下降，严重时甚至造成失效。激光定距系统由于工作在电磁波的高频段——光波段，在本质上对电磁干扰有较强的抵抗能力；同时，因为工作在光波段，对烟、雾、云、雨等自然环境非常敏感。针对环境特性对激光定距系统的影响，需对激光在云雾、雨、烟尘及阳光环境中的传输特性及坦克目标不同位置处的反射特性进行理论和试验研究。通过分析对激光的各种干扰因素，设计环境适应性和抗干扰试验以进行分析验证。根据分析结果对激光定距系统进行抗干扰设计及优化，避免膛内和弹道起始段的环境干扰、目标特性的干扰，消除在飞行过程中可能由于空气中悬浮颗粒的散射而引起的虚警，保证在受环境干扰时发火电路不发生作用，使系统能可靠且精确接收目标回波信号。