军用脉冲激光测距机的应用
军用脉冲激光测距机的应用
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脉冲激光测距仪机作为军用装备器材,展于6O年代初。经过4O多年的开发、研制和装备,目前国外已形成了“手持式、脚架式、潜望式、坦克车、装甲车载、水面舰载、潜艇潜望、高炮、机载、机场测云、导弹和火箭发射、人造卫星、航天器载”等约十三大类400多个品种和型号。其中装备量最大的是以Nd:YAG 为工作物质的固体脉冲激光测距仪,其次是喇曼频移Nd:YAG 和Er:玻璃以及C02脉冲激光测距仪。按测距机装载平台和工作环境分别列出了典型军用脉冲激光测距机的技术性能。
1 轻型便携式脉冲激光 距机
轻型便携式脉冲激光测距机用于野战侦察、炮兵前沿观测、指挥以及舰队基地指挥员、海军陆战队员单兵用手持瞄准观察和测距等。步兵和炮兵侦察用的手持式以及前沿侦察和前沿对空控制双用途的激光测距仪/目标指示器。对上述用途的测距机系统,主要特点:操作简单、机动灵活性好、重量轻、体积小、用电池组作电源、可靠性和维修性高以及单一产品的成本低等。一般来说,该类测距机测程近,重复频率低,精度不高。
主要技术性能:最大测程4-10km,测距精度±10m,重复频率低:为单次或几次/分钟,束散角l-2mrad。由于上述激光测距机常用于与其他友军密切配合作战,不带装甲部队的大范围训练等环境,且操作手不带防护目镜,人眼安全极为重要。因此,这类脉冲激光测距仪已逐渐由装备Nd:YAG激光测距机改为喇曼频移Nd s YAG和Er:玻璃1.54pro 的人眼安全激光测距机。
在现代战争中,由以前单一的步兵、炮兵独立作战发展到有各军兵种组成的特种部队联合作战,武器系统也由单一的地炮、高炮逐渐发展到多功能综合高技术。因此激光测距机也由单一测距功能,逐步发展到激光测距与其它探测器集成,实现各种环境条件下对目标的探测。如与红外瞄准组成的昼夜观测仪,以及激光测距、目标指示、红外瞄准的激光红外目标指示器等。如美国光电公司采用Er:玻璃激光器的小型激光红外观测仪(MEL10S)是当代较先进激光测距机的代表。
2 车载脉冲激光测距机
车载脉冲激光测距机包括坦克、步兵战车、火控雷达、火炮或导弹制导的激光测距机以及目前发展的车载激光测距机/目标指示器等。这类测距机的测程为中距离,重复频率较高,精度也比较高。其主要技术性能:最大测程4— 15km,测距精度士5m,目标分辨约20m,重复频率5—10Hz,束散角1—2mrad。现代作战坦克和装甲战车采用Nd:YAG脉冲激光测距仪作为火控系统的配套设备,以改善主要作战武器的射击精度。激光测距机在坦克火控系统中的应用,是提供距离信息修正弹道轨迹及因逆风或目标移动引起的方位角校正信息。步兵战车主要是使用激光测距机去测量目标是否在反坦克导弹等武器的有效打击距离内,其次用于防空火控系统和对目标的分选。为了充分发挥激光测距机的探测能力,一般光电系统配备瞄准
光学系统、电视摄像跟踪仪和红外热成像跟踪仪等。据外刊报道,美国休斯公司采用喇曼频移Nd:YAG激光测距、电视摄像和红外成像组成的坦克、装甲车激光测距机系统是目前最新型的设备。对坦克和步兵作战的操作人员及指挥、作战人员均应采取人眼安全措施,或者采用人眼安全的1.54ktm 激光波长测距,从根本上实现对人眼安全的要求。
3 防空火炮和近程反导脉冲激光测距机
对空防御作战是国土防御战的重要环节,对空防御脉冲激光测距机广泛用于对空防御作战武器系统,提高对抗固定翼高速飞机和机动性大的武装直升机的跟踪精度及打击能力。按火控系统和作战系统的要求工作,在作用距离以内对空中高速机动目标提供稳定的跟踪信息和距离信息,以对抗固定翼飞机、武装直升机、隐身飞机和巡航导弹、反辐射导弹的威胁,这就要求激光测距机提供比较高的数据率和相当高的距离精度,其主要指标为:最大测程为4—20km,测距精度为士2.5—5m,重复频率为6—20Hz,束散角为0.5—2.5mrad等。若在某些高湿度季节或某些高温度气象区域内,由于很强的H。O分子吸收,限制了长波长(如波长为10.6 m 的C02)脉冲激光测距仪最大测距能力的发挥,此时,应采用1.06~tm 的Nd:YAG 脉冲激光测距机,或者采用喇曼频移Nd:YAG及Er;玻璃(1.54/~m)的脉冲激光测距机。美国休斯公司采用喇曼频移Nd:YAG和Er:玻璃的光电跟踪探测激光测距仪是目前先进系统的典型示例。
4 机载脉冲激光测距机
机载脉冲激光测距机可以装备武装直升机和固定翼飞机上,用于对地、对空攻击和防御,典型应用如对反坦克导弹进行指令制导,击毁坦克等地面目标,对飞行物的攻击和拦截。这些典型应用一般采用近红外激光波长如1.06ktm、1.54ktm、1.57/~m 等,并具有激光测距和目标指示的双重功能。机载脉冲激光测距机的主要技术性能:测程远(用于武装直升机为4—10km,用于固定翼飞机为l0—30km)、测距精度高(用于武装直升机为士5m,用于固定翼飞机为±l一5m)、重复频率高(用于武装直升机为4Hz,用于固定翼飞机为5—20Hz)、束散角小(用于武装直升机为0.4一lmrad,用于固定翼飞机为0.5一lmrad),同时机载设备必须要求体积小、重量轻并要与航空指示器共用。目前,美国研制的“利登”激光系统(LANTIRN)采用喇曼频移Nd:YAG激光目标指示器/测距机,是现代激光测距机多功能化并扩大机载应用的典型示例。
5 舰载脉冲激光测距机
舰载脉冲激光测距机大多在陆用车载和防空火控等对空防御激光测距机的基础上发展而来,它包括水面舰载和潜艇潜望两大类 。
水面舰载脉冲激光测距机在技术性能指标方面与车载火控和对空防御激光测距机基本相同,但在环境使用方面必须能适应舰载海空、海面以及海上盐雾的荷刻要求,而在体积、重量、维护保养能力和成本等方面的要求不苛刻。主要是和红外跟踪仪、电视跟踪仪、计算机等光电设备组成各种类型的火控系统,是舰载火控雷达系统的重要组成部分。
其主要作用是指挥、控制火炮、导弹等武器,完成对近程作战目标如飞机、导弹、舰船攻击的拦截。因此,目前大量用来装备水面舰艇上常规武器火控系统和对空防御的近程武器系统。典型性能:以Nd:YAG为工作物质,工作波长为1.06tim,光电探测器为雪崩光电二极管,最大作用距离25km,测距精度5 m ,重复频率5— 2 5 Hz,束散角l一2.5mrad。
潜艇潜望脉冲激光测距机主要用于潜艇潜望镜测距,目前采用两种组合方式,第一种将激光测距机、图像增强器和热成像仪装于其潜望镜中,而距离显示器、触发按钮等分别装于操作手上方或附近。其优点是传输光路中激光损耗小,但光束飘移,不易捕获目标;第二种将上面三部分均装在潜望镜底部,整个系统的安装、调试、拆卸均很方便,但采用这种方法的激光束要通过12m 长的潜望镜管和15-20块透镜,能量损耗较大。主要技术性能是:测距范围3o0—6000m,测距精度±5一l 0m,重复频率1—5 Hz,束散角l一1.5mrad。
6 星载脉冲激光测距机
星载脉冲激光测距机属超长距离战略用激光测距机。该类激光测距机的特点是,最大测程大于1000km,激光脉冲能量在0.1—10J之间,测距精度为±5—10cm,重复频率为l0—100Hz,束散角小,并且要与有源跟踪系统一起完成跟踪和测距。而这类激光测距机通常装载在人造卫星或者飞船上,由地面火箭向太空预定轨道发射。因此,对这类脉冲激光测距机的要求是:重量轻、效率高、可靠性高、工作环境恶劣。根据星载脉冲激光测距机的应用环境、功能和技术性能特性,采用短波长激光器,如半导体激光器、倍频Nd:YAG激光器和紫外波长等比较合适。若采用半导体激光器,其体积小、功耗低、重复频率较高,但峰值功率(能量)小,在太空应用时其测距机的最大测程可达500km;若采用0.53tim 的倍频Nd:YAG 激光器,可以用作增强CCD有源成像器的照射光源,并且光束在太空中传播时,其最大测程可以大于1000km;若采用小于0.3tim 的紫外波长测距,可以获取极低的地球背景信号,对太空测距具有极大的潜力和吸引力。
7 云高脉冲激光测距机
利用脉冲激光测距机来测量云层垂直高度的仪器称为云高激光测距机。这类激光测距机主要用来测量机场和卫星发射场的云层高度,为飞机的起降或卫星发射提供安全的气象数据。由大块或大片云层组成的目标虽然很大,变化多端,但反射系数很小,对最大测程为2—3km 的高度应采用5-40mJ的激光发射能量来测距,其束散角为1— 5mrad,远远大于其它类脉冲激光测距机,这是其主要特点。这类脉冲激光测距机若加以很好的隐蔽,可以为前沿军事基地、机场或军用卫星发射点(近距离)的安全提供可靠的气象数据,是现代战争不可缺少的仪器。若使用它为大型国际机场、小型商业民用机场和民用通信卫星发射点(近距离)提供飞机起降或卫星发射的安全气象数据,将对国民经济建设效益。但测距机的激光束通过高空和自由太空传播,将会对高空作业人员和飞机上的人员带来极大的危害,因此必须优先采用人眼安全的喇曼频移Nd:YAG 或Er:玻璃脉冲激光测距机。
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