光电定位与光电对抗（第2版）

本书基于作者多年从事光电定位和光电对抗及相关领域的科研项目和教学成果，系统阐述光电定位和光电对抗的相关原理和方法，主要内容包括：光电制导、光电侦察告警、目标跟瞄和交叉定位、基于光学成像的单站被动测距、光电无源对抗、光电有源干扰等技术，对光电对抗的评估与仿真，以及典型光电对抗装备的介绍，覆盖了紫外、可见光、红外、毫米波和激光等技术在光电定位和光电对抗中的应用。

付小宁：博士，西安电子科技大学副教授、硕士生导师；光电传感器专业会员。主要从事光电检测、光电对抗方面的科研和教学工作。参加重大科研3项；主持完成国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基金各1项。发表论文40多篇，其中EI检索十余篇；出版教材1部、专著1部；获得国家发明专利授权2项。

目 录
第1章 绪论 1
1.1 光电对抗的基本概念 1
1.2 光电对抗的基本特征 2
1.3 光电对抗的技术环节 3
1.3.1 光电侦察及告警技术 3
1.3.2 光电被动定位 3
1.3.3　光电制导技术 5
1.3.4 光电干扰技术 6
1.3.5 光电打击中的激光武器 7
1.4 光电对抗的发展趋势 8
1.4.1 概述 8
1.4.2 告警技术的发展趋势 9
1.4.3 被动定位 12
1.4.4 光电制导的发展趋势 13
1.4.5 激光武器的发展趋势 16
参考文献 17
第2章 光在大气中的传播 20
2.1 大气的衰减 20
2.1.1 普朗克公式 20
2.1.2 吸收定律 22
2.1.3 散射分析 23
2.1.4 大气衰减[6] 24
2.2 大气窗口及能见度 25
2.2.1 大气窗口[7] 25
2.2.2 能见度 26
2.3 大气的成分 27
2.3.1 大气分子 27
2.3.2 气溶胶 28
2.4 气象条件的影响及分析模型 29
2.4.1 霾 30
2.4.2 雾 30
2.4.3 雨 31
2.4.4 雪 32
2.4.5 云 32
2.4.6 大气湍流效应 33
2.4.7 热晕 35
2.4.8 战场遮蔽与沙尘暴 35
2.5 路径辐射及地球大气背景环境的影响 36
2.5.1 路径辐射 36
2.5.2 太阳闪烁 37
2.5.3 太阳光散射 38
2.5.4 地表和海洋辐射 38
2.5.5 天空和云层辐射 39
2.6 目标辐射源[26] 40
2.6.1 火箭和导弹 40
2.6.2 重返大气层的再入段导弹 44
2.6.3 飞机 45
2.6.4 地面上运动（工作）的军事目标源[27] 47
2.7 光辐射侦察的方法[26] 48
2.7.1 截获光辐射的方式 48
2.7.2 不同光辐射截获接收方式的理论计算 49
参考文献 51
第3章 光电制导技术 53
3.1 概述 53
3.2 红外制导 56
3.2.1 红外点源寻的制导 57
3.2.2 红外成像制导 60
3.2.3　红外成像制导的发展趋势[12] 63
3.3 激光制导 63
3.3.1 激光制导的原理 64
3.3.2 激光制导武器的导引方式[13] 66
3.3.3 激光制导武器的应用[17] 67
3.3.4 激光制导武器装备及发展趋势 69
3.4 电视制导 70
3.4.1 电视制导的原理 71
3.4.2 电视制导武器的应用 72
3.4.3 电视制导技术的发展趋势 73
3.5 光纤制导 74
3.5.1 光纤制导导弹的工作原理[22] 74
3.5.2 光纤制导武器的应用 75
3.5.3 光纤制导技术的发展趋势 76
3.6 毫米波制导 77
3.6.1 毫米波制导的特点和关键技术 77
3.6.2　毫米波制导的原理 78
3.6.3 毫米波制导武器的应用 82
3.6.4 毫米波制导技术的发展趋势 84
3.7 多模复合制导 85
参考文献 90
第4章 光电侦察预警技术 92
4.1 光电侦察告警系统 92
4.1.1 系统组成 92
4.1.2 基本参数[1] 93
4.1.3 分类 98
4.2 激光侦察告警技术 98
4.2.1 主动式激光侦察告警技术 99
4.2.2 被动式激光告警系统 100
4.2.3 新型激光告警设备 105
4.2.4 激光告警的关键技术 107
4.2.5 部分告警器及其性能 108
4.2.6 激光告警器发展趋势 110
4.3 红外侦察告警技术 110
4.3.1 概述 110
4.3.2 红外侦察告警系统的组成 112
4.3.3 红外侦察告警系统工作原理 112
4.3.4 关键技术 113
4.3.5 装备实例 114
4.3.6　装备现状 115
4.3.7 发展趋势 117
4.4　紫外侦察告警技术 117
4.4.1　紫外侦察告警的原理 118
4.4.2　紫外侦察告警系统组成与战术应用 118
4.4.3　紫外侦察告警的特点 119
4.4.4　紫外侦察告警关键技术 120
4.4.5　紫外侦察告警装备实例 121
4.5 毫米波侦察告警技术 122
4.5.1　毫米波侦察告警的发展 122
4.5.2 毫米波侦察探测的原理 123
4.5.3 毫米波侦察告警的特点和关键技术 124
4.5.4 装备实例 125
4.5.5 发展趋势 127
4.6 多模复合光电告警技术[7, 21] 127
参考文献 130
第5章 目标跟瞄与距离估计 132
5.1 激光目标指示器[1] 132
5.1.1 概述 132
5.1.2 激光器与光学系统 133
5.1.3 实例 135
5.1.4 目标距离的主动测量[2] 135
5.2 激光雷达[1] 136
5.2.1 激光跟踪雷达 136
5.2.2 红外成像雷达 138
5.2.3 激光雷达装备及发展趋势 139
5.3 IRST 141
5.3.1 概述 141
5.3.2 基于双波段探测的被动测距 143
5.3.3 基于单波段探测的被动测距 145
5.3.4 红外小目标被动测距 148
5.4 经典三角形测距及其演变 150
5.4.1 对静止目标的被动测距 150
5.4.2 对运动目标的被动测距 152
5.4.3 基于扫描时差的基线被动测距 153
5.5 交叉定位的单平台应用 155
5.5.1 交叉定位的特点和问题 155
5.5.2 当前测角精度下所需的短基线尺寸 156
5.5.3 同步测时交叉定位法作用距离 156
5.6 基于短基线的准单目被动测距 156
5.6.1 双目视觉测距原理 156
5.6.2 双目视觉测距误差分析 157
5.6.3 从双目视觉到准单目视觉测距 158
5.6.4 基于像差的测距再讨论 159
5.7 一种激光源的定位方法 160
5.7.1 测距原理 161
5.7.2 测距实现方案和特点 162
5.8 基于辐射吸收差异的被动测距 162
5.8.1 基于A带氧吸收的被动测距 163
5.8.2 基于红外吸收差异的被动测距 165
5.9 小结 167
参考文献 167

第6章 基于光学成像的单站被动测距研究 172
6.1 透镜成像系统与成像约束 172
6.1.1 透镜成像公式与点扩散函数 172
6.1.2 聚焦法测距和离焦法测距 173
6.1.3 基于OTF函数或MTF函数的测距 175
6.2 小孔成像系统与成像约束 177
6.2.1 小孔成像模型 177
6.2.2 外标法测距 178
6.2.3 基于仿射变换的相对测距 179
6.2.4 基于双目视差的被动测距 179
6.3 基于目标线段特征的被动测距 180
6.3.1 借助目标本身特征线段的测距方法 180
6.3.2 借助旋转不变线段特征的测距方法 181
6.3.3 基于旋转不变线段特征测距的改进 186
6.3.4 目标特线段特征的选取 189
6.4 基于特征线度测距的性能分析 189
6.4.1 观测平台静止情况下的测距性能 189
6.4.2 观测平台运动时的测距性能 190
6.5 基于区域特征的目标距离估计 194
6.5.1 天气对红外成像的影响[48] 195
6.5.2 基于联合视角?身份流形的目标识别与距离估计 199
6.5.3 基于AI的目标测距 201
6.6 小结 201
参考文献 202
第7章 光电无源对抗技术 205
7.1 遮障 205
7.1.1 烟幕 205
7.1.2 水幕和水雾 210
7.1.3 箔条云 211
7.1.4 沙尘 213
7.2 伪装 213
7.2.1 涂料伪装技术 213
7.2.2 遮障伪装技术 215
7.3 隐身 217
7.3.1 视频隐身[41] 217
7.3.2 红外隐身 218
7.3.3 激光隐身 220
7.3.4 毫米波隐身 221
7.3.5 紫外隐身 224
7.3.6 引射技术 224
7.3.7 外形隐身 226
7.4 光电假目标 227
7.4.1 光电假目标的分类 227
7.4.2 光电假目标的工作原理 228
7.4.3 光电假目标的现状和发展趋势 229
7.4.4 激光欺骗性干扰 229
7.5 其他无源光电对抗措施 231
7.5.1 红外动态变形伪装[68] 231
7.5.2 光谱变换[13] 233
7.5.3 环境自适应伪装 234
7.5.4 广谱自适应隐身 235
7.5.5 毫米波无源干扰技术 235
7.6 飞行器无源光电隐身 236
7.6.1 飞机隐身[77] 236
7.6.2 导弹隐身[63] 240
参考文献 243
第8章 光电有源干扰技术 246
8.1 红外干扰弹 246
8.1.1 红外干扰弹的分类和组成 246
8.1.2 红外干扰弹的干扰原理 246
8.1.3 红外干扰弹的技术要求 249
8.1.4 新型红外诱饵 250
8.2 红外有源干扰机 253
8.2.1 红外有源干扰机的分类和组成 253
8.2.2 红外有源干扰机的干扰原理 255
8.2.3 定向红外干扰机 257
8.3 强激光干扰技术 258
8.3.1 强激光干扰的分类和组成 258
8.3.2 强激光毁伤效果 259
8.3.3 强激光干扰的关键技术 263
8.4 激光欺骗干扰技术 265
8.4.1 激光欺骗干扰的分类和组成 265
8.4.2 角度欺骗干扰 265
8.4.3 距离欺骗干扰 267
8.4.4 激光近炸引信干扰技术 269
8.4.5 激光欺骗干扰的关键技术和发展趋势 271
8.5 毫米波有源干扰 272
8.5.1 毫米波有源干扰的原理与实现 272
8.5.2 毫米波有源干扰的关键技术 274
8.6 GPS干扰机[24] 275
8.6.1 GPS易受干扰性 275
8.6.2 GPS干扰的原理 275
8.7 紫外干扰源 276
8.7.1 紫外光源与紫外干扰源 276
8.7.2 紫外光源的分类 276
8.7.3 紫外干扰 277
8.8 有源干扰的发展趋势 277
参考文献 278
第9章 光电对抗的评估与仿真研究 280
9.1 国内外光电对抗效能评估技术现状 280
9.1.1 美国主要光电对抗效能评估系统[2] 280
9.1.2 国内发展现状 281
9.2 光电对抗的评估准则 282
9.2.1 功率准则 283
9.2.2 概率准则 283
9.2.3 效率准则 284
9.3 光电对抗效能评估的技术途径 285
9.3.1 效能评估的层次 285
9.3.2 系统层次分析及指标体系 285
9.3.3 常用的军事装备效能评估方法 285
9.3.4 计算机仿真 287
9.3.5 半实物仿真 287
9.3.6 光电对抗系统中的实验评估法 287
9.4 光电对抗系统中的半实物仿真 289
9.4.1 光电半实物仿真系统组成 289
9.4.2 针对操作的半实物仿真 290
9.4.3 针对目标特性的半实物仿真 292
9.4.4 针对原理验证的半实物仿真 294
9.5 本章小结 296
参考文献 296
第10章 光电对抗的典型系统 298
10.1 机载光电对抗系统介绍 298
10.1.1 第四代战机机载光电侦察告警系统 298
10.1.2 第四代战机机载光电干扰系统 300
10.1.3 第四代战机光电隐身系统 301
10.1.4 机载高能激光武器系统 301
10.1.5 机载光电定位系统 305

前    言
光电对抗技术是由大气光学、光电探测、目标识别、跟踪定位、信息处理、光电打击等多种技术交叉融合而成的综合学科，是“武器信息化，信息武器化”的集中体现。其中，发现目标和保持对目标的定位是光电对抗的基础，光电打击是光电对抗的应用，对抗则主要体现在光电信息的隐身/反隐身、干扰/反干扰方面。
本书覆盖紫外、可见光、红外、毫米波和激光等技术在光电定位和光电对抗中的应用，介绍了一些典型的光电对抗装备，论述了相关原理和方法。
全书分为10章，各章内容安排如下：
第1章为绪论，介绍光电对抗的基本概念、基本特征和技术环节，将光电对抗体制分为光电侦察及告警、光电定位、光电制导、光电干扰和强激光束打击等5个技术环节，并简述相应环节的发展趋势。
第2章论述大气的衰减，气象条件的影响及分析模型，背景环境的影响，目标辐射源以及光辐射侦察的方法。其中所涉及的气象条件，包括霾、雾、雨、雪、云、大气湍流效应、热晕、战场遮蔽与沙尘暴，对这些条件的克服和应用是有效实现光电对抗所必需的，也是后面各章理论分析的基础。所列举的典型目标辐射源包括火箭、导弹、重返大气层的再入段导弹、飞机以及地面军事目标。
第3章介绍各种光电制导技术，如红外点源寻的制导、红外成像制导、激光制导、电视制导、光纤制导、毫米波制导和多模复合制导。光电定位是利用光电系统对目标方位的确定，后来发展到可以确定目标的距离。光电制导是运动的战斗部（导弹、炸弹、炮弹）对已定位目标的锁定和跟踪，是间接光电打击手段；激光武器则是直接光电打击手段（详见第10章有关“高能激光武器”的内容）。
第4章介绍各种光电侦察告警技术，例如主动式激光侦察告警、被动式激光告警、红外侦察告警、紫外侦察告警、毫米波侦察告警和光电综合侦察告警等。关于毫米波在大气中的传播，请参考有关专著。
第5章讨论目标跟瞄装备和距离估计方法。首先介绍激光目标指示器、激光雷达和IRST系统等装备；其次论述基于IRST的双波段探测的被动测距、单波段探测的被动测距；然后分析和讨论基于双站基线交叉定位的测距原理及方法的改进，研究从基线测距到双目视觉测距的演化；对激光源，给出了一种被动定位方法；后，论述基于辐射吸收差异的被动测距。
第6章开展基于光学成像的单站被动测距研究。首先，论述镜成像系统与成像约束，介绍基于透镜成像的被动测距；其次，论述小孔成像系统与成像约束，介绍基于小孔成像模型的被动测距；再次，专门研究基于目标线段特征的被动测距，提出目标虚拟圆特征的概念，并将它应用于被动测距；接着，分析基于特征线度测距的性能分析；后，介绍基于区域特征的目标距离估计。
第7章论述光电无源对抗技术中的遮障、伪装、隐身、光电假目标等技术，并介绍飞行器无源光电隐身技术。光电无源对抗发端于对红外制导导弹的对抗，而制导系统对目标的攻击要经历3个阶段：目标探测、目标识别和目标跟踪。针对这3个阶段，可采用的相应对抗措施为遮障或伪装、隐身和干扰。
第8章讨论多种光电有源干扰技术，包括红外干扰弹、红外有源干扰机、强激光毁伤、激光欺骗干扰、毫米波有源干扰、GPS干扰机以及紫外有源干扰。
第9章针对光电对抗的评估与仿真研究，介绍国内外光电对抗效能评估技术的现状，阐述光电对抗的评估准则、光电对抗效能评估的技术途径、光电对抗系统的实验评估法，并介绍光电对抗系统中的半实物仿真。
第10章讲述光电对抗的典型系统，涉及第四代战机、机载光电定位系统、无人机、舰载光电告警系统、舰载光电干扰系统、舰载高能激光武器（防空和反导）、各种地基激光防空武器系统，以及天基定位与光电对抗系统等。
本书第5、6章内容直接来自国家自然科学基金（60872136）、陕西省自然科学基础研究计划资助项目（2011JM8002）的研究成果。
本书由付小宁、王炳健和王荻编著，其中第1、2章和第5～8章由付小宁编写，第3、4章由王炳健编写，第9、10章由王荻编写，全书由付小宁统稿；参加编写的还有牛建军、王会峰，以及王洁、高文井、何天祥和侯国强。
白露教授审阅了本书部分章节，特别是对第2章提出了不少宝贵的修改意见，在此表示感谢。此外，感谢杨庭梧、程玉宝、汪大宝在书稿撰写过程中对编著者的帮助，感谢多年来光电探测技术教学班上一些研究生、本科生所收集的素材。
由于时间和水平有限，书中必定存在疏漏和不足，恳请读者不吝指正，以便今后逐步改进和完善。联系方式：[email protected]。