激光测距机的新应用
激光测距机的新应用
作者:无
激光测距仪机是激光技术最早的实际应用之一,这一应用不断演变发展以成为当今的一项成熟技术,并涌现出新技术。以Nd:YAG、CO2、拉曼频移Nd:YAG和Er:玻璃激光器为基础的器件,目前均处于不尽相同的研制和应用阶段。由于眼睛安全系统用于商业和工业应用领域使成本较高,所以现有应用大多集中在军事火控方面。随着应用推广(甚至在国防预算紧缩以及与毫米波技术竞争的情况下),新的和成熟的技术可望能使仪器更便宜更有前途。
目前,人们已仔细研究了各种激光技术并将其应用在激光测距机上。以0.69μm波段工作的红宝石激光器是最早使用的技术。奠定的红宝石系统采用脉冲回波测距技术,测量由发射机至目标并由此返回至测距接收机内硅二极管探测器的几十纳秒的传输时间。
这种激光器的缺点是效率低、输出能量低,而且输出可见光,对观测人员构成危险。另外,其Q开关含有复杂昂贵的转镜。实际上,这种激光器早已用于装甲车火控系统(如装备到M60A3坦克火控系统内)。但目前看来改装备已过时。在这种激光测距仪的使用上, 眼睛安全性始终是个问题,这是因为1.4 m以下的波长光能透过眼睛聚焦在视网膜上,对观测者视力构成严重的威脚。
现行标准装置
输出波长为1.06 m的Nd:YAG激光器,是目前激光测距机使用的典型激光装置。Nd:YAG激光测距机与红宝石测距机一样,通常采用脉冲回波技术。尽管对^眼睛仍不安全,但效率高、输出能量高且输出脉冲为非可见光。用染料或色心晶侔组装的被动式Q开关,价格便宜使用可靠, 可提供测距所需的短脉冲。目前战场使用的测距系统,如M1坦克、F/B一11l飞机、AH一6 4和OH一58D直升飞机所装备的激光测距机和各种手提式装置,多数都采用Nd:YAG激光器。但这种激光仍能损伤人眼睛,这就限制了它的民用和某些军用。
10.6 m波长的CO z激光系统,是第一种对人眼睛安垒的激光器。本文提出的两个激光系统,均可与军、民用热成象观测仪器的展宽渡段兼容。横向激励大气压激光器采用lOOns脉宽、低温操测器和脉冲回波探测技术。调制型连续毛细管和波导激光器均采用声光或电光调制器、低温探测器和外差探测式设计。
研究人员对各种CO:激光系统进行了研讨,并为能在光学雷达或校准普通高额雷达等军事部门广泛应用开展了研制工作。CO激光器在未来的多功能军事传感系统如非合作目标识别(友或敌)、测距、跟踪目标、驾束制导和电线/障碍物探铡中发挥作用。在中红外波段运转可保障人眼睛的安垒, 但在激光器、探测器/低温致冷技术的研究上,花费的时问比原来预料的要长。这种研究周期的延长使另一种固体激光系统出现,成为这一长期应用领域的有力竞争对象。
对人眼安全的固体激光系统
在1.54 m附近运转的固体激光器对人眼安全,是一项可供激光测距机使用的新技术。采用脉冲回波测距技术的两种方法目前正在加紧研制。现已有一种改型器件采用普通的N cl:YAG激光器,并用甲烷气经受激拉曼散射实现波长额移。其主要优点是采用确认的泵浦激光技术和用简单流动气体系统达到高脉冲速率运转。这种系统的一缺点是元『牛数量和体积珞有增加, 这一点与密封拉曼气体盒有关。但这种方法可保证1.06~tm波长光用作指示。
1.06μm波长光 尽管从单价上看这种激光器颇有吸引力,但由于受热问题影响,脉冲重复率限制在5~1 0Hz(最大), 大大低于拉曼额移Nd:YAG系统可得到的频率。另外,其效率较低,Q开关需要转动光学部件,而不用被动盒。这种器件不具备对靶的标定/指示能力。电信业采用激光测距不但获益而且促进了这项技术的改进,但这两种1.54μm波长的固体激光铡距系统使用的探测器(Ge或InGaAs)还不理想。目前正在生产一种拉曼频移系统(LANTIRN),可供机载导航和火控系统使用。其它系统仍在研制中。
随着便宜而且对人眼安全的激光系统的出现,这类应用可能会在军用和民用领域迅速增长。现有对人限: 安垒的激光测距系统只能用于军事对抗环境。在军用领域,这种测距机由于不能保障人眼的安垒,而严重地限制了训练使用,也限制了某些有益的应用。如对已知沿途停靠点实行精密测距以适时修正导航系统。
就军事应用而言,对人眼安全的激光器可为加强军事训练和新应用提供机会; 另外, 在紧缩防卸财政年度计划而军界要求改进现有系统,必须采购新系统时,这种器件变得更具有吸引力。对现正目 役但尚未装备精密火控系统的许多飞机、舰艇和地面三军系统来说,可以适中的成本(尤其是与整套全新系统相比)装备上现代化的激光测距机和光学瞄准具。一些有希望的民用. 如供气象和机场安垒使用的云高指示仪,晴空大气湍流和风剪切力探测器,便携式精密飞机着陆辅助装置和控制行驶速度的交通雷达等, 均可采用这种激光测距技术。
新研制的这些技术可使对人眼安垒测距系统的应用更为有效。二报管泵浦拉曼额移Nd YAG激光器可提高效率、缩小足对、并且与任何其它类型的测距机相比可关失延长寿命。在过去,GaklAs泵浦只是个梦想,但目前已有可用尺寸的阵列产品。预计,在夸后五年内, 其价格会降至寿命周期成本的竞争水平。尽管其它技术(10.6和1.54μm波长探测器及使10.6μm探测器致冷的低温装置)日趋完善,但是其效果与二枝管泵捕激光器相比大为逊色。
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