对激光测距机干扰效果的评估方法研究
对激光测距机干扰效果的评估方法研究
作者:高卫
干扰效果评估是对实施电子干扰后所产生效果的定性或定量评价 ,它是干扰技术研究中必不可少的重要环节 ,对于改进干扰技术有重要意义。因此 ,各国十分重视干扰效果评估方法和技术的研究及应用。光电干扰是电子干扰的组成部分之一 ,针对的干扰对象是光电武器或设备 ,对激光测距机的干扰是光电干扰的主要任务之一。根据工作体制的不同 ,激光测距仪机分为脉冲激光测距机和连续波相位激光测距机两类 ,目前在武器上应用的绝大多数是脉冲激光测距机 ,本文研究对其干扰效果的评估方法。
在评估干扰效果时 ,首先要确定相应的评估准则 ,即评估指标和干扰效果等级划分。评估指标是指在评估中需要检测的被干扰对象与干扰效应有关的关键性能指标。干扰效果等级划分则是指根据上述评估指标量值大小对被干扰对象性能的影响程度 ,确定出与干扰无效、有效或一级、二级、三级等量化等级对应的评估指标的阈值。由此可见 ,干扰效果评估准则是进行干扰效果评估所必需的依据 ,在确定了干扰效果评估准则后 ,通过检测实施干扰后评估指标的量值并与阈值相比较 ,便可以确定干扰是否有效以及干扰效果的等级。
1 对激光测距机的干扰机理分析
针对激光测距机的光电干扰主要是激光距离欺骗干扰和激光致盲干扰两种。它们对激光测距机的干扰目的和干扰程度有所不同。激光距离欺骗干扰是一种欺骗式的干扰方式 ,有两种干扰方法。一种方法是 ,在干扰系统捕获到对方的激光测距信号后 ,经过极短的时间延迟 ,将激光测距信号沿原光路反射回去 ,或者沿原光路发射一个与测距信号特征相同但经过延迟的激光干扰信号 ,导致测得的距离大于真实距离 ,从而使对方判断失误。另一种方法是 ,通过向对方测距机发射高重频激光脉冲 ,使干扰激光脉冲能够在激光测距回波信号之前进入测距机接收系统 ,导致测距机的计数器提前关门 ,从而使得测得的距离小于真实距离。可见 ,激光距离欺骗干扰的目的是增大测距误差 ,干扰程度较轻。
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除 激光致盲干扰则是一种压制式的干扰方式 ,所用干扰激光强度一般要比欺骗式干扰激光高得多 ,利用这样的高功率激光束对被干扰对象进行照射 ,通过激光与材料之间的光学、热学和力学等效应 ,导致被干扰对象的某些敏感部件 ,如光电传感器等性能下降、暂时或永久失效。可见 ,致盲激光的干扰效果往往是破坏性的 ,干扰程度较之欺骗干扰为重。对激光测距机的致盲干扰 ,轻则会使测 距精度降低 ,重则会使测距机的探测器件或其他部件暂时失效或永久损伤 ,从而导致测距机无法处理输出有效测距数据或完全不能测距。
致盲激光通过对探测器件或其他部件的损伤导致测距机不能测距是很容易理解的 ,在此不再赘述 ,这里主要对致盲激光对测距精度的干扰机理进行分析。
我们知道 ,激光脉冲测距是通过分别利用激光主波取样脉冲和回波脉冲触发计数门控开关电路的开与关以控制计数器计数开始和停止 ,从而测量出激光传播时间和相应传播距离。在正常测距条件下 ,始终存在因激光脉冲变化引起计数门控开关触发点时间变化带来的测距误差 ,这也是激光测距机的主要测距误差来源之一。
当利用外来干扰激光对测距机进行干扰时 ,对于测距机本身的主波取样激光脉冲信号和回波激光脉冲信号而言 ,干扰激光相当于噪声信号 ,经测距机激光接收系统接收、光电转换和放大后 ,不仅导致输出噪声增大而信噪比下降 ,还可能使激光脉冲形状发生变化。噪声增大到一定程度时将有可能导致两种后果 ,一是使激光接收系统的放大器产生外激振荡导致测距机工作不稳定 ,一是使计数门控开关电路误触发 ,两种后果的最终表现就是测距机不能输出有效测距数据、误测距、虚警或不能测距。因干扰激光使得激光脉冲形状发生变化则直接导致测距误差增大 ,这就是激光干扰会导致测距机测距精度下降的主要根源。
综上所述 ,由于激光距离欺骗干扰和激光致盲干扰对激光测距机的干扰目的、干扰机理和干扰程度的差别 ,相应的干扰效果评估准则也必然有所不同 ,下面分别予以分析研究。
2 激光距离欺骗干扰效果的评估准则
测距误差和测距精度是反映激光测距机战术性能的关键指标 ,根据上述干扰机理的分析可见 ,对测距机的干扰直接影响到其测距误差和测距精度 ,所以对激光测距机干扰效果的评估指标可以选择为测距误差或测距精度 ,通过检测测距机受干扰后测距误差或测距精度的变化情况来评估干扰效果。
对于激光距离欺骗干扰 ,其干扰效果主要是使激光测距机的测距误差增大 ,因此对其干扰效果的评估可以实施干扰后测距误差是否超出无干扰时测距机的正常测距精度的允许范围为依据。
首先考察测距机的正常测距精度。设目标距离真值为 d0 , 经系统误差修正后的距离测量值为di ( i = 1 , …, n) , n 为重复测距次数 ,于是第 i 次测量的测距误差为Δdi = di - d0 ,利用 Bessel 公式 ,可得测距误差的标准差在系统误差已消除或修正的情况下 ,可计算测距精度。
测距误差来源于测距机内部和外界的各种随机干扰 ,在正常情况下 (即未实施干扰时) ,测距误差产生的特征是 ,误差来源很多 ,同时又没有一个起决定性作用的因素 ,在这种情况下 ,按照概率论的中心极限定理 ,测距误差应服从正态分布。这一点已被试验结果所证实。
既然测距误差服从正态分布 ,根据测量误差理论 ,在正常情况下 ,测距误差在 ±σ范围内的概率应为 68127 % ,落在 ±2σ和 ±3σ范围内的概率则分别为 95145 %和 99173 %.如前所述 ,对测距机实施激光距离欺骗干扰时 ,其干扰效果是使测距误差增大 , 那么应该以何为标准判定测距误差是否超出正常测距精度允许范围 ,即干扰是否有效呢 ? 设测距机的正常测距精度为σ0 ,假如以σ0 为界限判定干扰效果 ,即当实施干扰后测距误差超出 ±σ0 ,则认为干扰有效 ,否则无效。然而 ,如上所述即使在没有干扰的正常情况下 ,测距误差也有 31173 %的概率超出 ±σ0 , 即误判概率可达 31173 % ,可见以σ0 为判定标准则干扰效果的误判概率太高 , 显然是很不合适的。假如以 2σ0 为界限判定干扰效果 ,因为在正常情况下 ,测距误差仍有4155 %的概率超出 ±2σ0 , 所以误判概率也近 5 % ,这对于准确、可靠评价干扰装备的干扰能力而言 ,也显得过高。而如果以 3σ0 为界限判定干扰效果 , 因为在正常情况下 ,测距误差仅有 0127 %的概率超出±3σ0 ,所以误判概率只有不到 1 % , 可见采用 3σ0为界限判定干扰效果是非常可靠的。
为此 ,建议以 3σ0 为界限判定实施干扰时测距误差是否超出正常测距精度的允许范围 ,即当|Δd|≤3σ0 时 , 本次干扰无效;当| Δd| > 3σ0 时 , 本次干扰有效。其中Δd 为有干扰时的测距误差。
由于在实际使用中 ,干扰效果往往具有很大随机性 ,在相同条件下 , 每次试验结果各不相同 , 有时有效 ,有时无效 , 所以通常还需要考核干扰成功率 ,即有效干扰次数占总干扰次数的百分比。为考核干扰成功率 ,需要进行多次干扰试验 ,依据上述标准判定各次干扰是否有效 , 然后统计出干扰成功率。在实际应用中 ,还可以根据评估需要 ,依据干扰成功率的大小 ,将干扰效果划分为若干等级。
3 激光致盲干扰效果的评估准则
如前所述 ,与激光距离欺骗干扰不同 ,对测距机的激光致盲干扰往往是破坏性的 , 轻则会使测距精度降低 ,重则会使测距机的探测器件或其他部件暂时失效或永久损伤 , 从而导致其无法处理输出有效测距数据或完全不能测距。
如果致盲干扰导致测距精度降低 ,则可以仿照激光距离欺骗干扰效果的评估准则定量评估干扰效果。如果致盲干扰导致功能部件损伤 , 则只能根据对测距机测距能力的影响定性评估干扰效果。为此 ,可以根据对测距精度、测距能力的影响程度评估致盲激光对测距机的干扰效果。
基于对外场试验结果的分析 ,可以根据对测距精度、测距能力的影响程度将致盲激光对测距机的干扰效果划分为以下几个等级 :当| Δd | ≤3σ0 时 ,为 0 级干扰 ,即本次干扰无效;当|Δd| > 3σ0 时 ,为1 级干扰;由于探测器件饱和、暂时失效或其他部件受损等原因 ,导致测距机无法处理输出有效测距数据 ,但停止干扰一段时间后测距机性能可以恢复或部分恢复 ,此为 2 级干扰;由于探测器件或其他部件永久损伤等原因 ,导致测距机不能测距 ,停止干扰后性能不能恢复 ,此为 3 级干扰。
为考核干扰成功率 ,需要进行多次干扰试验 ,依据上述标准判定各次干扰的等级 , 如果干扰等级达到 1 级或 1 级以上 ,则判定干扰有效 ,最后统计出干扰成功率。
4 结论
1) 由于干扰激光会使得激光测距机的接收系统接收到的激光脉冲形状发生变化 , 进而引起计数门控开关触发点时间变化 , 由此导致附加的测距误差。这是激光致盲干扰会导致测距机测距误差增大的主要原因。
2) 对激光距离欺骗干扰效果的评估 ,可以根据实施干扰后测距机的测距误差是否超出无干扰时的正常测距精度的 3 倍判定干扰是否有效 , 并依据干扰成功率的大小将干扰效果划分为若干等级。
3) 激光致盲干扰设备对测距机的干扰效果可以依据致盲激光对测距机测距精度、测距能力的影响程度划分为 4 个等级。
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