０引言

　　激光主動偵察技術是利用激光束來偵察敵方的光電設備，并對其進行探測、定位和識別的一種新型作戰手段。這種主動式偵察技術在在反恐和軍事偵察中有重要實用前景。國內已有許多文獻對“貓眼效應”運用于激光偵察進行了研究［１—５］。這些文獻注意到了探測“貓眼效應”和近似“貓眼效應”回波的技術難度，但未能具體分析除焦平面反射以外的“剩余反射”光能量強度及分布，以及其對于主動式偵察技術的適用條件。光學系統中鏡頭的不鍍膜玻璃，所存在的天然反射率，就稱為“剩余反射率”。鍍膜后，在透射方向的相反方向，也存在“剩余反射”。在外部激光照射下，光學儀器內可能存在一條特殊反射路徑，入射激光經該路徑反射，光學儀器的位置被該反射光束揭示出來。文中用矩陣光學追跡法分析主動式偵察裝置發射光束在被探測儀器光路中的透射、反射路徑，以紅外成像光學系統為例，對光學系統前兩片透鏡的鏡面產生的“剩余反射”回波強度、分布區域及主要影響因素開展定性、定量的分析，并用實驗進行驗證。這些分析結果對于界定激光偵察技術的適用范圍有重要參考價值。

　　１主動式激光偵查的基本原理

　　主動式激光偵察裝置。掃描裝置Ｓ向劃定區域發射激光束。目標和背景所反射的激光信號由光電探測系統Ｊ接收。植物和土壤等產生的背景回波通常較弱，而在一定條件下，被探測光學系統產生的“貓眼反射”和各鏡面產生的“剩余反射”回波能量較強。這種回波差異是主動式激光偵察裝置發現光學儀器隱藏位置的依據。

　　２紅外光學系統回波分析

　　２．１“剩余反射”光線追跡

　　掃描激光射入紅外光學系統時，除了發生“貓眼反射”外，更多的是發生焦平面以外的“剩余反射”，下面運用矩陣光學追跡法分析此光學系統中前兩片鏡片上的反射光波的能量分布區域、強弱及影響因素（只考慮一次反射情況）。根據矩陣光學［６］，各透鏡的折射、反射表面和光學間隔可分別表示為矩陣Ｒ、Ｆ、Ｔ式中ｎ０為空氣折射率；ｎ１、ｎ２分別為前兩片透鏡的折射率；ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４分別為兩片透鏡的前、后曲率半徑；ｄ１、ｄ２、ｄ３為透鏡厚度及透鏡間的距離（以上參數引自《光學鏡頭手冊》［７］）。在遵守符號規則的前提下，以上公式不僅適用于由左向右傳播的光路，也適用于由右向左傳播的光路。其中，矩陣Ｒ′１、Ｒ′２、Ｒ′３、Ｒ′４為光線由右向左傳播時的折射矩陣。入射激光射入紅外光學系統后，在第一和第二塊透鏡前、后表面上的反射光線分別為Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３和Ｉ４，顯然只有經第一塊透鏡前表面反射的光束為發散光束，經其它表面反射的光束透過鏡片后匯聚。用于偵察的光學鏡頭，雖然鏡頭內的鏡片上都鍍有增透膜，但是反射率不可能為零。沿Ｉ１方向出來的反射光束，由于低反射率、大發散角，其能量隨著傳輸距離的增大而迅速減弱，但覆蓋區域卻不斷增大。沿Ｉ２、Ｉ３和Ｉ４方向出來的反射光束經匯聚，最后疊加在一起，其能量較強，不容忽視。后面其它鏡片的反射光束與多次反射后射出的反射光束能量極弱，可以忽略。設入射光矩陣為Ｌｉ，回射（出射光）光矩陣為Ｌｏ，則在第一塊透鏡前后表面上的反射光線Ｉ１、Ｉ２的矩陣分別為Ｌｏ１、Ｌｏ２Ｌｏ１＝Ｆ１Ｌｉ（１）Ｌｏ２＝Ｒ′１Ｔ２１Ｆ２Ｔ１２Ｒ１Ｌｉ（２）第二塊透鏡前后表面上的反射光線Ｉ３、Ｉ４的矩陣分別為Ｌｏ３、Ｌｏ４Ｌｏ３＝Ｒ′１Ｔ２１Ｒ′２Ｔ３２Ｆ３Ｔ２３Ｒ２Ｔ１２Ｒ１Ｌｉ（３）Ｌｏ４＝Ｒ′１Ｔ２１Ｒ′２Ｔ３２Ｒ′３Ｔ４３Ｆ４Ｔ３４Ｒ３Ｔ２３Ｒ２Ｔ１２Ｒ１Ｌｉ（４）

　　２．２“剩余反射”回波能量的估算方法

　　假設光束橫截面內光線的密集程度與光束內所傳輸的能量成正比。定義“探測器接收光線比例ε”為從光學系統反射出來照在回波探測器Ｊ上的光線數目與進入此光學系統的光線總數的比值。在大氣透過率、透鏡透射率及反射面反射率（≤５％）等參數一定的條件下，用接收光線比例數ε可以估計回波探測器Ｊ接收到的激光強度。照射在回波探測器Ｊ上的光線數目的統計采用逐條光線追蹤計數的方法［３］。例如追蹤掃描光束中的一條光線，設其入射角為θ，主動式探測裝置離電視導引頭光學系統的距離為Ｓ，回波探測器Ｊ的有效尺寸為Ｈ，進入光學系統時入射光線與光學系統光軸之間的距離為ｈ（ｈ在光學系統有效孔徑范圍內），則入射光矩陣為透鏡反射表面的等效矩陣為Ｆ。當此光線通過光學鏡片反射后光線矩陣變為。由掃描光束入射角θ和距離Ｓ可以得到回波探測器Ｊ的上下探測范圍為，根據ｈ１的數值可以判斷出射光線是否照射在探測器Ｊ上，若照在探測器上則計數，反之不計數。

　　２．３計算結果與分析

　　設主動式探測裝置離紅外光學系統的距離Ｓ分別為１００ｍ、１０００ｍ、５０００ｍ，假設掃描光束由１００００條平行光線組成，且光線在截面內呈均勻分布，并充滿紅外光學系統的有效孔徑。回波探測器Ｊ的有效尺寸為２ｍ。前兩片透鏡共四個反射面所反射回波強度計算結果列于表１。當測距離Ｓ＝１００ｍ、掃描光束入射角θ＝０ｒａｄ時，回波能量較強，達到２８．４４％，但是隨著θ的增大（０～０．１８ｒａｄ），不同探測距離的接收光線比例ε０、ε１、ε２急劇減少。當入射角增大到０．１８ｒａｄ后接收光線比例突然變為零。當改變探測距離Ｓ時（１００～５０００ｍ），相同的入射角對應的接收光線比例ε也急劇變化（２８．４４～０．５６％）。

　　２．４實驗驗證

　　文中使用半導體激光器（光束半徑為６ｍｍ，波長λ＝０．６３μｍ，發散角為θｓ＝１ｍｒａｄ）對專業狙擊步槍瞄準鏡８×４２Ｌ（分化板已拆除）進行掃描，在激光器后方放一光屏（接收器），在此光屏上可以觀察到目標鏡頭反射光束所成光斑。當探測器距離Ｓ為２ｍ、平行光入射時（入射角θ為０ｒａｄ），反射光束所成光斑，此時的光斑強度很大，實際上就是所有鏡片“剩余反射”所形成的光斑疊加。稍微傾斜入射光，則形成多個亮斑，這是由于光學系統中各鏡片上的反射光斑相互錯開所形成。當掃描光束的入射角θ超過０．２ｒａｄ時，反射光束所成光斑強度迅速減弱，直至消失。這與前面理論分析所得到的結論基本一致。

　　３結論

　　文中分析了觀瞄器材在外部激光照射下，產生回波的物理圖像，定量估算了影響紅外光學系統“剩余反射”回波強度的主要因素。光線追蹤的結果和實驗結果都表明：探測器距離和掃描光束的入射角對回波強度影響很大。當掃描光束的入射角超過０．２ｒａｄ時，探測器難以接收到回波信號。研究結果再次表明：光學系統回波用于主動式激光偵察的適用條件較為苛刻。回波強度容易受到偵察環境和儀器裝配誤差等因素的影響。只有理想“貓眼反射”和“剩余反射”光路能產生較強回波［２］。而在實際應用環境中，敵方光學儀器反射面嚴格構成后向反射光路、我方探測器正好位于回波最強的有利位置，這兩個條件通常不易同時滿足。