国外舰载激光测距机与光电火控系统
国外舰载激光测距机与光电火控系统
作者:蒋鸿旺
一、概况
激光测距仪是激光各种军事应用中最早、 最成熟的一项技术。 激光问世廿多年来已有300 多种激光测距机装备陆海空等军兵种, 装备舰船的激光测距机并不多(不到20种), 海军多 数是将陆军、 炮兵等激光测距机稍加改过, 使其适应于海洋条件下使用。 主要原因是: 舰载 激光测距机作用距离多数与陆军炮兵激光测距机作用距离相当, 激光器、 工作波长也基本一 样. 装于舰船主要是增加稳定装置, 使其免受舰船颠簸的影响, 与舰船指挥仪等交联, 使系 统反映时间尽可能短,行进中对激光测距机影响不大,但在海洋条件下仪器的密封等措施要 加强.
美国、英国、 法国、 瑞典研制的舰载激光测距机较多, 其次是荷兰、意大利、 西德等 国.
舰载激光测距机最主要的用途是: 和红外、 电视、 计算机等光电设备组成各种形式的舰 载光电火控系统(见图1) • 舰载光电火控系统和雷达火控系统相比的主要优点比: 能够探 测和跟踪低空、 超低空飞行的飞机、 导弹等目标,隐蔽性好, 不易暴露目标,测距、 跟踪精度高. 主要缺点是易受天气影响, 作用距离不及雷达远, 所以, 光电火控系统和雷达的各种 组合装置正是各自优缺点的互为补充.
国外在六十年代中期开始研制舰载光电火控系统, 六十年代末和七十年代初出样机, 开 始装备部队,近年来,舰载光电火控系统得到迅速发展, 国外现有各种舰载光电火控系统(包括其改进型)共有80余种, 在各军兵种当中处千领先地位, 用于中、 小型舰船的主要火控系 统, 装于大型舰船时, 只作为辅助火控系统.
国外现有舰载光电火控系统中, 法国电气设备和信号公司 (CSEE)研制的 “图腾"(Totem)型光电火控系统(以下简称 “图腾” 系统)比较先进, 比较典型。 在舰船上的工 作程序如下1 先由警戒雷达约在30km处发现目标,经过目标距离处理机处理后馈给“图腾” 系统指示目标。如果警戒雷达不能使用或受到干扰时,可以使用其它光学瞄准具进行目标指示.
“图腾“信息处理机能选择最佳传感器,白天、晴天通常选用电视跟踪器和激光测距机;黑夜、雾天、雨天选用红外跟踪器和激光测距机。 在15"-'lOkni之间对目标迸行监视、 跟踪, 将目标的方位、 高低、距离及其变化率输给计算机的有关模块中, 自动求取目标的未来点坐 标及其射击诸元。 射击诸元经火控计算机处理后送给火炮, 火炮在6,...._,8km时进行射击,5km处是最佳射击距离, 由操纵人员在操纵台上控 制击发, 通过电视观察弹着偏差, 由计算机自动修正弹着偏差, 从而.获得最佳射击效果。
国外现有80多种舰载光电火控系统, 大体 可以分为下列两种基本类型:
1.激光测距机和电视跟踪器组合系统;
2.激光测距机和电视、红外跟踪器组合系统。
二、 国外主要两类舰载光电火控系统
1. 激光测距机和电视跟踪器纽合系统
这类组合系统的优点是: 激光测距机可提供高精度的目标距离, 电视可提供清晰、 直观的目标图象,对目标实施精密跟踪,但这类组合系统捕获目标一般还得靠搜索雷达或 是目标指示器提供目标概略位置, 然后再由该系统进行自动跟踪或手动跟踪。所以,激光测 距机、 电视跟踪器有时又直接和雷达进行组合(图3)。 瑞典TVT300型自动电视跟踪系统.. EOS500型电视视频跟踪设备、9LV100型轻型光电和雷达系统等都属千这种类型.
激光测距机怂这种组合系统的上要设备之一,多数舰载光电火控系统都装有激光测距机,恨测距范围在300,.....,20, OOO_m之间,作用距离低千9, 900m的没有,主要原因是z (1)作用距离近的激光测距机主要配小口径火炮,其作用距离只需大于或等于小口径炮的有效射程即 可,(2)作用距离远的激光测距机则配主炮.如英国海军郡级舰、42型舰, 其主炮口径均 为114mm, 有效射程在20km左右。 再则, 激光测距机在水面舰船上一般装在舰桥上距水平 面20m以下,由于地球曲率的影响,距离再远也难于测到目标, 因而作用距离大于20km的 激光测距机也基本没有。
激光测距机测距精度绝大多数为土5m, 这样的精度是普通雷达和光学测距仪望尘莫及 的,对于海战要求已经满足。
激光测正机工作物质主要是Nd:YAG, 工作波长为l.06µm, 峰值功率在5MW以内,脉冲宽度多数为20ns, 接收元件多数采用硅雪崩光电二极管,视场角一般在2mrad以内, 重量(包括电源)约25kg。
该测距机与目标距离处理机联接, 提供目标距离等。 当目标面积为o.2m 2 , 反射率为 0. 汇 能见度为20km时.作用距离大于10km, 测距精明为土2m, 测速精度为?次/s。所测数据在电视荧光屏上不断显示出来。 测距机内计时器可计算激光发射时间,以起始、 距离显 示、终止三条通道输送给目标距离处理机和激光时间处理机中, 将数字变换成电压模拟量.该测距机试验表明, 当靶机飞行速度为350节时, 激光回波率最高可达98.9%, 最低可达 38.53%。
舰载光电火控系统中电视越来越受到重视, 例如, 法国研制的十余种舰载光电火控系统 儿乎全装有电视 舰载光电火控系统中采用的电视种类很多, 例如, 微光电视、 昼光电视 等, 由千光强范围不同, 目前还没有见到昼夜通用的电视.
当目标面积为0.2m2 , 对比度为0.5, 能见度为20km, 作用距离大千8km, 零位精度小 于0,2mrad。 电视荧光屏为10~15cm, 中间小方框2mm, 这个小方框大小相当于距离10km, 宽3m的目标。 电视荧光屏上用数字显示瞬时值. 在电视摄象机后面有一个偏离分析器, 依靠偏离分析器将波门套住目标, 并使波门出现在荧光屏的中心。
2. 激光测距机和电视、 红外跟踪器组合系统
这类组合系统特点是, 装上红外跟踪器不仅使系统具有夜间工作能力, 而且可以识别伪装争 具有穿透烟雾的能力,特别是在战场上不受硝烟的影响。 这类组合系统在西欧和“北约 ” 海军已较普遍使用。 典型的有, 法国的 “ 眼镜蛇"(Naja)型、 意大利的NA-1, 荷兰的LIOD 型、 西德的OFLA-M型等。 这类系统是将电视、 红外跟踪器、 激光测距机装在一个稳定平台上, 类似于一部跟踪雷达(图6), 适用千跟踪低空、 超低空和海上目标。 法国 “ 图腾 ', 系统中红外跟踪器为皮拉纳(Pirana)型(图7)' 这是一种较先进的红外设备, 具有热成 象和自动跟踪能力。 在一定的大气条件下, 跟踪速度为1.5M的飞机, 作用距离为lO~lSkm, 跟踪2M的导弹, 作用距离为10~18km, 跟踪lM的导弹, 作用距离为8~12km。
国外有人主张这类组合系统不必再装雷达, 装了雷达增加了成本反而易遭导弹攻击, 况且在海面瞄准角接近30以下时,雷达也不能正常工作,再则现代战争通常是协何作战,往 往是搜索雷达或其它雷达先发现目标。不过,也有人主张这类组合系统再与跟踪雷达直接组 装在同一基座上,美、英合作研制的“海射手I" (Sea Archer J)、瑞典9LVMKz型等都属于这类休系。这类组合系统直接综合了光电设备和雷达的优点,不易受干扰、隐蔽性好, 图象清晰、直观、容易识别敌我友以及目标类型,可昼夜、全天候使用。这种系统与计算机、武器等设备组成的系统能够探测和跟踪超低空或贴近海面飞行的目标。这种组合系统目 前是世界上理想的光电火控系统。国外中小型舰船(如高速巡逻艇、护卫舰、驱逐艇等)已 有部分装上这种系统,大型舰船也开始装备.
三、国外舰载光电火控系统的特点及发展趟势
把国外现有约80多种舰载光电火控系统综合分析. 就可以看出下迷一些发展特点和趋势:
1. 向多用心、全天俟方向发展 国外舰载光电火控系统七十年代初才开始装备部队,性能也不够完善,而现在,许多舰载光电火控系统已经历许多代的演变、改进,例如意大利舰 载光电火控系统已从NAlO型、NA18-l型、NA21-0型、NA22-1型、NA22-2型等发展到现 在的NA30现瑞典的9LV系列也从9LV2QOM氐型、9LV100型、9LV200MK2型、9LV300 型、9LV350型、9LV400型等发展到现在的9LV450型。根据作战使命不同, 光电火控系统装船吨位也越来越大。例如: 9LV100型主要装于75,.....,150t小型高速巡逻艇等,9LV200MK2主要装于150,.....,200t高速巡逻艇等,9LV300型主要装千250,.....,300t较大型巡逻艇等, 而9LV450型主要装于600t以上重型快艇或驱逐领舰上。
9LV100型仅装于小艇用千近海,而9LV450型可装备大型舰船,可以控制火炮、导弹、 反潜武器(例如鱼雷、火箭、深水炸弹等),可以同时对付空中、水面、水下和岸上目标, 可以全天候工作.
2. 向统一化 、 组件化方向发展 国外舰载光电火控系统的主要设备,如激光测距机、电 视跟踪器等不少已实现统一化、 组件化, 这样便于检修和更换, 从而提高了系统性能. 例 如,瑞典UAL11601型对空激光测距机可以和瑞典、英国、荷兰等至少六国舰载光电火控系 统配用,相反, 同一种舰载光电火控系统也可以配置不同型号的激光测距机. 例如,法国“ 图腾系统即可以配置TMY83型激光测距机,也可以配置TMY113型激光测距机.
另外, 一种传感器里各个单元也实现统一化、组件化。例如激光测距机可分成发射机、接收机、放大器等独立单元,同一单元的组件做到各种参数相同,这样既节省费用,又提高了系统可靠性。
趴舰载尤电火控系统在不断提高性能的前提下,结构正朝着简单一复杂一简单的方向发 展,起初的舰载光电火控系统主要是激光测距机和电视跟踪器较为简单的组合型式,而现在 由激光测距机,电视,红外跟踪器和雷达组合的结构就复杂多了。近年来出现的激光跟综仪 和雷达组合型式又使结构趋于简单化。由瑞典L.M.埃雷克森(L.M.Ericsson)公司研制的 这种舰用激光跟踪仪实际用途主要有两个[4):(1)用在火控系统中作为辅助跟踪设备。在 这种应用中,激光跟踪仪主要解决在跟踪低空目标时雷达所遇到的多路效应问题。由于束散角极窄,这种激光跟踪仪不仅给舰船火控系统增加一个跟踪通道,而且增强舰船抗电子干扰 能力。(2)当雷达不能工作或受到干扰时,在舰船火控系统中作为主要跟踪设备使用.在 20, OOOm光学能见度的情况下,目标5000m时单程透过率为50%,目标面积为4.5m2, 目标 反射率大于0.1时,这时跟踪距离为7km。
舰载光电火控系统主要由红外探测、电视跟踪、激光测距发展成激光本身进行探测、跟 踪、测距,这是舰载激光测距机的一个重要进展,也是舰载光电火控系统的一个重要进展. 另外一个值得注意的发展动向是, 舰载红外雷达不仅本身能进行探测、 跟踪, 而且可以成象。
4.向更广泛的技术领域发展
国外舰载光电火控系统无论是整件还是部件都在不断更 新。例如,激光测距机,目前普遍使用的Nd:YAG为激光器,工作波长为1.06µm不可见光, 由于1.06µm光对人眼造成严重危害,现在正在研制CO2、Ho:YLF、Hr:YLF等对人眼安全 的激光器来代替Nd;YAG(fJ、7]。另外,舰载光电火控i系统整机也在不断改进,使之在减少 重抵、体积的同时提高性能,使之不仅适用于常规战争,而且适用于生物战、化学战、核大 战等情况。
还应看到,舰载光电火控系统和地炮光电火控系统大同小异,有些系统是十分相近的, 例如瑞典”卡莱"(Kalle)光电火控系统就分“卡莱“地面系统[8]和“卡莱"舰载系统.
综上所述,国外舰载光电火控系统的发展历史虽不长,但已经取得引人注目的进展.随 着科学技术,尤其是光电子技术的发展和各种地炮、坦克、机载光电火控系统的发展,舰载 光电火控系统势必会进一步发展,并得到更广泛的应用.
本文章转自爱学术(aixueshu.com),如有侵权,请联系删除