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激光雷達用于制導(dǎo)

作者: 時間:2008-04-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  以非制冷二極管泵浦固體激光器為基礎(chǔ)的工作波長1(m左右的系統(tǒng),可以提供以距離和強度為基礎(chǔ)的高分辨率影像。得到的影像不同于紅外影像,允許使用比處理紅外場景簡單的算法實現(xiàn)自主目標捕獲。因此,可以為空-地武器提供自主精確手段。隨著成本的降低,激光雷達還將用于短程消耗性彈藥。

  美國陸軍和空軍開展了多項激光雷達技術(shù)的研究工作。按照國防部的“武器”科技目標,美國陸軍正在試驗將成像紅外傳感器用的圖形識別算法用于激光雷達。目標是演示將快速響應(yīng)和低虛警相結(jié)合的技術(shù)。該技術(shù)將允許發(fā)展以有限搜索、發(fā)射前鎖定和發(fā)射后鎖定模式工作的武器。有效的自動目標識別能力可以給士兵提供直接攻擊、發(fā)射后不管的武器。這種武器能在發(fā)射后捕獲目標,鎖定丟失后能自動再捕獲目標,識別友軍,并為彈頭選擇。

  按照低成本自主攻擊系統(tǒng)計劃,美國空軍賴特實驗室研制了激光雷達。該尋的器能以100Hz的速率精確、自主地掃描,掃描寬度750m。一旦捕獲到目標,掃描寬度就減小到100m,并開始攻擊。該激光雷達尋的器的目標識別算法具有先進的特征提取功能,可以區(qū)分炮管、雷達盤型天線、戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈等,在1997年的系留飛行試驗中成功地識別出“飛毛腿”導(dǎo)彈型的目標。按照計劃,改進的能力更強的激光雷達尋的器,將于1998年在有誘餌和遮蔽的條件下識別目標。為了解決激光雷達尋的器作用距離有限和缺少全天候能力的問題,賴特實驗室又按照二極管激光器和探測器陣列發(fā)展計劃,研制采用高功率二極管泵浦固體激光器和末脈沖探測技術(shù)的成像激光雷達。該激光雷達在靜止試驗中作用距離為10km,在系留飛行試驗中作用距離為5km。

  美國空軍研究實驗室彈藥處參與了適用于空-空和空-面彈藥的激光雷達尋的器技術(shù)的研究和發(fā)展工作。目前正研究能得到距離和強度影像的高速二維探測器陣列。要求這些陣列的幀速大于30Hz,增益調(diào)制速率在兆赫量級。研究工作集中在電子轟擊CCD(EBCCD)技術(shù)上。目標是制造以EBCCD為基礎(chǔ)的像素數(shù)至少為256(256的陣列,以及獲得使EBCCD能工作在1.0~2.5(m近紅外波段的光電陰極材料。

  三維成像激光雷達最初采用光柵掃描和掃帚式掃描接收機,需要多個激光脈沖,才能組合成一幀完整的三維影像。平臺/目標的運動和大氣效應(yīng)會引起三維影像抖動和撕裂,使影像處理復(fù)雜化。為此空軍賴特實驗室按照 *** IR計劃開發(fā)無掃描器激光雷達接收機技術(shù),研制了625通道組件式并行接收機。該接收機能以1kHz的幀速產(chǎn)生高分辨率三維距離影像,有可能作為高性能低成本激光雷達尋的器的通用組件。桑迪亞國家實驗室以主動泛光場照明器和像增強CCD攝像機為基礎(chǔ)的無掃描器距離成像器,可用于先進常規(guī)彈藥。

  使用激光雷達制導(dǎo)的唯一在役導(dǎo)彈,是通用動力公司的AGM-129A。這種隱形巡航導(dǎo)彈在大部分飛行期間依靠慣性中段制導(dǎo),但末段使用激光雷達。

  制導(dǎo)用的低成本小型激光雷達尋的器,一直受到美國軍方的關(guān)注。美國陸軍和空軍通過高質(zhì)量技術(shù)演示計劃、制導(dǎo)計劃、低成本反裝甲子彈藥計劃等一系列計劃,發(fā)展子彈藥制導(dǎo)用激光雷達。

  美國陸軍的高質(zhì)量子彈藥技術(shù)演示計劃,正研制對輕型裝甲進行經(jīng)濟有效的攻擊所需的制導(dǎo)系統(tǒng)。主要目標是,演示能用于子彈藥的小型激光雷達尋的器技術(shù)。為了有效地對付輕型裝甲目標,要求系統(tǒng)和陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)這樣的武器每發(fā)彈能擊毀的目標比現(xiàn)有型號多5~10倍,因此需要攜帶更多的子彈藥。為此,要求新型子彈藥比目前的小,而且能準確地識別目標和雜亂回波。目前的激光雷達尋的器已經(jīng)有了所需的基礎(chǔ)自動目標識別技術(shù),但直徑約為200mm,而新型子彈藥的直徑將約為75mm。為了減小激光雷達尋的器的尺寸,將需要使用低成本無常平架掃描器的設(shè)計(如聲光掃描器、相控陣掃描器或轉(zhuǎn)楔掃描器)、在適當?shù)牡胤绞褂醚苌浜腿⒐鈱W(xué)系統(tǒng)、發(fā)展新的將探測器與脈沖捕獲電子系統(tǒng)集成的方法。

  美國陸軍研究實驗室集中于低空、近距離應(yīng)用的低成本、高距離分辨率激光雷達。最初,軍用激光雷達的研究曾集中于CO2激光器。CO2激光雷達雖能探測遠距離目標,但對陸軍應(yīng)用來說,太大、太貴、太不可靠。因而目前的研究工作大多集中于采用二極管泵浦激光器的激光雷達。這種激光雷達作用距離可在1km以上,但成本高,也不能滿足要求。陸軍子彈藥目標捕獲、引信、遙控傳感器等,需要用低成本、高距離分辨率激光雷達獲得理想的三維影像。為此,陸軍研究實驗室將低成本連續(xù)波半導(dǎo)體激光器與現(xiàn)代調(diào)頻雷達信號處理技術(shù)相結(jié)合,來獲得便宜、結(jié)實、可靠的激光雷達系統(tǒng)。這種激光雷達用射頻子載波調(diào)制發(fā)射的激光。目標反射光被光電二極管非相干探測,轉(zhuǎn)變成電壓波形。然后,這個波形與原調(diào)制波形無延遲采樣混合。再對混頻器的輸出進行處理,去除自雜波。最后,利用離散傅立葉變換將無雜波波形進行相干處理,獲得目標的振幅和距離。研制的實驗室型激光雷達,采用工作波長830nm的30W GaAlAs 半導(dǎo)體激光器,獲得的影像和距離響應(yīng)表明,理論距離分辨率為0.25m。

  根據(jù)子彈藥制導(dǎo)計劃,美國空軍賴特實驗室研制了兩類可供子彈藥使用的激光雷達尋的器,即采用24元GaAs半導(dǎo)體激光器陣列的、有效作用距離200m激光雷達,和采用二極管泵浦Nd(YLF激光器的、有效作用距離2km的激光雷達。根據(jù)空軍-陸軍聯(lián)合的低成本反裝甲子彈藥計劃,賴特實驗室還研制了采用二極管泵浦Nd(YVO4激光器的激光雷達尋的器,并實驗證明了激光雷達的自主制導(dǎo)能力。據(jù)稱,這種尋的器是經(jīng)濟可承受的,預(yù)計產(chǎn)量為1萬個時生產(chǎn)成本為12000美元。

  空軍提出的“靈巧小炸彈”將采用激光雷達制導(dǎo)。靈巧小炸彈是一種以外科手術(shù)式精度投放22.7kg(50磅)高爆炸藥的113.4kg(250磅)炸彈,其毀傷效能類似于現(xiàn)有的精度較低的900kg(2000磅)武器,而且附帶破壞的危險較小。按照空軍-海軍的聯(lián)合DASSL計劃,賴特實驗室已經(jīng)根據(jù)靈巧小炸彈的任務(wù)要求導(dǎo)出對激光雷達的要求和激光雷達尋的器的基本設(shè)計參數(shù)。

  洛克希德.馬丁.沃爾特公司的低成本自主攻擊系統(tǒng),是攻擊地面目標的小型有翼制導(dǎo)子導(dǎo)彈。這種陸軍-空軍聯(lián)合發(fā)展的子導(dǎo)彈,采用以慣性/GPS裝置和激光雷達尋的器為基礎(chǔ)的制導(dǎo)系統(tǒng),可以由AGM-130導(dǎo)彈、AGM-154導(dǎo)彈、系統(tǒng)火箭彈、陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)和SUU-64戰(zhàn)術(shù)彈藥撒布器投放。激光雷達尋的器能搜索370×900m的范圍,形成目標的三維影像,分辨率為15cm,確保準確地識別目標??赡艿哪繕税ㄌ箍撕推渌b甲車輛、面-空導(dǎo)彈陣地和彈道導(dǎo)彈運輸車/豎立/發(fā)射架。



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