０引言

　　激光主動(dòng)偵察技術(shù)是利用激光束來偵察敵方的光電設(shè)備，并對(duì)其進(jìn)行探測(cè)、定位和識(shí)別的一種新型作戰(zhàn)手段。這種主動(dòng)式偵察技術(shù)在在反恐和軍事偵察中有重要實(shí)用前景。國內(nèi)已有許多文獻(xiàn)對(duì)“貓眼效應(yīng)”運(yùn)用于激光偵察進(jìn)行了研究［１—５］。這些文獻(xiàn)注意到了探測(cè)“貓眼效應(yīng)”和近似“貓眼效應(yīng)”回波的技術(shù)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(qiáng)度及分布，以及其對(duì)于主動(dòng)式偵察技術(shù)的適用條件。光學(xué)系統(tǒng)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(xué)儀器內(nèi)可能存在一條特殊反射路徑，入射激光經(jīng)該路徑反射，光學(xué)儀器的位置被該反射光束揭示出來。文中用矩陣光學(xué)追跡法分析主動(dòng)式偵察裝置發(fā)射光束在被探測(cè)儀器光路中的透射、反射路徑，以紅外成像光學(xué)系統(tǒng)為例，對(duì)光學(xué)系統(tǒng)前兩片透鏡的鏡面產(chǎn)生的“剩余反射”回波強(qiáng)度、分布區(qū)域及主要影響因素開展定性、定量的分析，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。這些分析結(jié)果對(duì)于界定激光偵察技術(shù)的適用范圍有重要參考價(jià)值。

　　１主動(dòng)式激光偵查的基本原理

　　主動(dòng)式激光偵察裝置。掃描裝置Ｓ向劃定區(qū)域發(fā)射激光束。目標(biāo)和背景所反射的激光信號(hào)由光電探測(cè)系統(tǒng)Ｊ接收。植物和土壤等產(chǎn)生的背景回波通常較弱，而在一定條件下，被探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的“貓眼反射”和各鏡面產(chǎn)生的“剩余反射”回波能量較強(qiáng)。這種回波差異是主動(dòng)式激光偵察裝置發(fā)現(xiàn)光學(xué)儀器隱藏位置的依據(jù)。

　　２紅外光學(xué)系統(tǒng)回波分析

　　２．１“剩余反射”光線追跡

　　掃描激光射入紅外光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，除了發(fā)生“貓眼反射”外，更多的是發(fā)生焦平面以外的“剩余反射”，下面運(yùn)用矩陣光學(xué)追跡法分析此光學(xué)系統(tǒng)中前兩片鏡片上的反射光波的能量分布區(qū)域、強(qiáng)弱及影響因素（只考慮一次反射情況）。根據(jù)矩陣光學(xué)［６］，各透鏡的折射、反射表面和光學(xué)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(shù)引自《光學(xué)鏡頭手冊(cè)》［７］）。在遵守符號(hào)規(guī)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(shí)的折射矩陣。入射激光射入紅外光學(xué)系統(tǒng)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(jīng)第一塊透鏡前表面反射的光束為發(fā)散光束，經(jīng)其它表面反射的光束透過鏡片后匯聚。用于偵察的光學(xué)鏡頭，雖然鏡頭內(nèi)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(fā)散角，其能量隨著傳輸距離的增大而迅速減弱，但覆蓋區(qū)域卻不斷增大。沿Ｉ２、Ｉ３和Ｉ４方向出來的反射光束經(jīng)匯聚，最后疊加在一起，其能量較強(qiáng)，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(shè)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(shè)光束橫截面內(nèi)光線的密集程度與光束內(nèi)所傳輸?shù)哪芰砍烧取６x“探測(cè)器接收光線比例ε”為從光學(xué)系統(tǒng)反射出來照在回波探測(cè)器Ｊ上的光線數(shù)目與進(jìn)入此光學(xué)系統(tǒng)的光線總數(shù)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(shù)一定的條件下，用接收光線比例數(shù)ε可以估計(jì)回波探測(cè)器Ｊ接收到的激光強(qiáng)度。照射在回波探測(cè)器Ｊ上的光線數(shù)目的統(tǒng)計(jì)采用逐條光線追蹤計(jì)數(shù)的方法［３］。例如追蹤掃描光束中的一條光線，設(shè)其入射角為θ，主動(dòng)式探測(cè)裝置離電視導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)的距離為Ｓ，回波探測(cè)器Ｊ的有效尺寸為Ｈ，進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)時(shí)入射光線與光學(xué)系統(tǒng)光軸之間的距離為ｈ（ｈ在光學(xué)系統(tǒng)有效孔徑范圍內(nèi)），則入射光矩陣為透鏡反射表面的等效矩陣為Ｆ。當(dāng)此光線通過光學(xué)鏡片反射后光線矩陣變?yōu)椤Ｓ蓲呙韫馐肷浣?theta;和距離Ｓ可以得到回波探測(cè)器Ｊ的上下探測(cè)范圍為，根據(jù)ｈ１的數(shù)值可以判斷出射光線是否照射在探測(cè)器Ｊ上，若照在探測(cè)器上則計(jì)數(shù)，反之不計(jì)數(shù)。

　　２．３計(jì)算結(jié)果與分析

　　設(shè)主動(dòng)式探測(cè)裝置離紅外光學(xué)系統(tǒng)的距離Ｓ分別為１００ｍ、１０００ｍ、５０００ｍ，假設(shè)掃描光束由１００００條平行光線組成，且光線在截面內(nèi)呈均勻分布，并充滿紅外光學(xué)系統(tǒng)的有效孔徑。回波探測(cè)器Ｊ的有效尺寸為２ｍ。前兩片透鏡共四個(gè)反射面所反射回波強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果列于表１。當(dāng)測(cè)距離Ｓ＝１００ｍ、掃描光束入射角θ＝０ｒａｄ時(shí)，回波能量較強(qiáng)，達(dá)到２８．４４％，但是隨著θ的增大（０～０．１８ｒａｄ），不同探測(cè)距離的接收光線比例ε０、ε１、ε２急劇減少。當(dāng)入射角增大到０．１８ｒａｄ后接收光線比例突然變?yōu)榱恪．?dāng)改變探測(cè)距離Ｓ時(shí)（１００～５０００ｍ），相同的入射角對(duì)應(yīng)的接收光線比例ε也急劇變化（２８．４４～０．５６％）。

　　２．４實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　文中使用半導(dǎo)體激光器（光束半徑為６ｍｍ，波長λ＝０．６３μｍ，發(fā)散角為θｓ＝１ｍｒａｄ）對(duì)專業(yè)狙擊步槍瞄準(zhǔn)鏡８×４２Ｌ（分化板已拆除）進(jìn)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(biāo)鏡頭反射光束所成光斑。當(dāng)探測(cè)器距離Ｓ為２ｍ、平行光入射時(shí)（入射角θ為０ｒａｄ），反射光束所成光斑，此時(shí)的光斑強(qiáng)度很大，實(shí)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(gè)亮斑，這是由于光學(xué)系統(tǒng)中各鏡片上的反射光斑相互錯(cuò)開所形成。當(dāng)掃描光束的入射角θ超過０．２ｒａｄ時(shí)，反射光束所成光斑強(qiáng)度迅速減弱，直至消失。這與前面理論分析所得到的結(jié)論基本一致。

　　３結(jié)論

　　文中分析了觀瞄器材在外部激光照射下，產(chǎn)生回波的物理圖像，定量估算了影響紅外光學(xué)系統(tǒng)“剩余反射”回波強(qiáng)度的主要因素。光線追蹤的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明：探測(cè)器距離和掃描光束的入射角對(duì)回波強(qiáng)度影響很大。當(dāng)掃描光束的入射角超過０．２ｒａｄ時(shí)，探測(cè)器難以接收到回波信號(hào)。研究結(jié)果再次表明：光學(xué)系統(tǒng)回波用于主動(dòng)式激光偵察的適用條件較為苛刻。回波強(qiáng)度容易受到偵察環(huán)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(chǎn)生較強(qiáng)回波［２］。而在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，敵方光學(xué)儀器反射面嚴(yán)格構(gòu)成后向反射光路、我方探測(cè)器正好位于回波最強(qiáng)的有利位置，這兩個(gè)條件通常不易同時(shí)滿足。