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第六章激光探测技术


激光近炸引信的缺点: 穿透大气能力不够,烟尘、云雾、雨雪等 对激光的吸收和散射要比微波和毫米波 大得多,对天气和环境非常敏感。 但主动激光探测要比被动光学探测系统得 气候适应能力强:可通过距离或速度的 选通等来拒绝已经被确认为杂乱波的回 波信号。
6.1 概述 激光近炸引信的特殊要求: 1、近程、超近程探测(0.X米至几十米)(激光 雷达、激光测距机为几千米至几十千米) ; 2、只要求单点定距(不要求大范围测距); 3、体积小、功耗低(主要约束条件); 4、高过载环境(几千克到几十千克)(只有半 导体激光器由于其自身结构和工艺上的特点 才能适应); 5、弹目之间存在高速运动(必须考虑相对运动 速度产生的误差)。
6.1 概述
激光技术应用 : 1、激光加工; 2、激光在医学中的应用:激光美容等; 3、激光在计算机方面的应用; 4、激光传感器(laser transducer)利用激光 技术进行测量的传感器。它由激光器、 激光检测器和测量电路组成。激光传感 器是新型测量仪表,它的优点是能实现 无接触远距离测量,速度快,精度高, 量程大,抗光、电干扰能力强等 ; 5、激光雷达、激光武器等。。。。。
6.1 概述 (5)紫外线――波长从3 ×10-7米到6×10-10米。 这些波产生的原因和光波类似,常常在放电 时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵 涉的能量大小相当,因此紫外光的化学效应 最强; (6)伦琴射线―― 这部分电磁波谱,波长从 2×10-9米到6×10-12米。伦琴射线(X射线) 是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个 能态时或电子在原子核电场内减速时所发出 的; (7)γ射线――是波长从10-10~10-14米的电磁波。 这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的, 放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴 随着发出。γ射线的穿透力很强,对生物的破 坏力很大。
6.1 概述 3、颜色极纯 :光的颜色由光的波长(或频率) 决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光 的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间, 对应的颜色从红色到紫色共7种颜色。 发射单种颜色光的光源称为单色光源,单色光源 的光波波长虽然单一,但仍有一定的分布范 围。如氪灯只发射红光,单色性很好,被誉 为单色性之冠,波长分布的范围仍有0.00001 纳米,因此氪灯发出的红光,若仔细辨认仍 包含有几十种红色。 激光器输出的光,波长分布范围非常窄,因此颜 色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例,其 光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米, 是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。 激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
6.1 概述 激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体 之后,人类的又一重大发明,被称为“最快 的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和 “奇异的激光”。它的亮度为太阳光的50亿 倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学 家爱因斯坦发现,但要直到 1958 年激光才被 首次成功制造。激光是在有理论准备和生产 实践 迫切需要的背景下应运而生的,它一问 世,就获得了异乎寻常的飞快发展,激光的 发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得 了新生,而且导致整个一门新兴产业的 出现。
6.2 激光引信探测与识别的作用体制 常用方法: 一、几何截断定距机制 二、距离选通定距机制 三、脉冲鉴相定距机制 四、脉冲激光测距定距机制 五、微随机码定距机制
6.2 激光引信探测与识别的作用体制
一、几何截断定距体制 几何截断定距体制又称三角定距法,在各 种导弹特别是反坦克导弹、反武装直升 机导弹和各种打击空中目标的导弹激光 近炸引信中应用非常广泛。 在原理上:是激光特点与近炸引信特定要 求相结合的产物; 从系统设计角度:与激光测距、激光雷达 技术、无线电近炸引信技术相似。
6.2 激光引信探测与识别的作用体制
(一)几何截断定距体制作用原理
6.2 激光引信探测与识别的作用体制
(二)几何截断定距体制特点 几何截断定距体制的产生是基于激光和近 炸引信,特点: 1、激光工作于电磁波的光波段,波长极小, 故其发射和接收视场的集合参数可以比 较容易地使用光学元件精确控制; 2、近炸引信一般只要求对超近程目标进行 探测。
6.1 概述 电磁波 电磁波谱可大致分为: (1)无线电波:波长从几千米到0.3米左右,一 般电视和无线电广播的波段就是用这种波; (2)微波:波长从0.3米到10-3米,这些波多用 在雷达或其它通讯系统; (3)红外线:波长从10-3米到7.8×10-7米; (4)可见光:这是人们所能感光的极狭窄的一 个波段。波长从780―380nm。 光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出 的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察 觉的电磁波极少的那一部分;
6.1 概述 激光探测近炸引信: 利用激光获取目标信息的近炸引信。 发展: 激光技术起源于20世纪60年代; 发展较快,(由电磁波谱可以看出,激光是无 线电波、毫米波、红外线等电磁波向光波频 段的发展,许多成熟技术可移植;及激光本 身技术的优越性等); 20世纪70年代初应用于引信设计; 70年代末开始装备部队; 80年代至今,大规模装备部队。 在我国的发展:发展较慢(关键器件的国产化、 实用化及成本较高等)。
第六章 激光探测技术 6.1 概述 激光: 激光的最初中文名叫做“镭射”,是它的英文名 称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写 词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的 英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。 1964年按照我国著名科学家钱学森建议将 “光受激发射”改称“激光”。
6.1 概述
激光近炸引信的优点: 为无线电探测技术提供了必要的补充: 发射波束窄,发射信号不易被敌方接收; 接收视场有限,使地方干扰机瞄准困难; 发射峰值功率较大、方向性好,探测距离 远; 工作于光波波段,波长极小,使其角度和 距离分辨率极高; 发射波束旁瓣小,对地、海杂波的干扰抵 抗能力较强。
6.1 概述
6.1 概述
6、能量密度极大: 光子的能量是用E=hf来计算的,其中h为普 朗克常量,f为频率。由此可知,频率 越高,能量越高。激光频率范围 3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz. 由此看来,激光能量并不算很大,但是它 的能量密度很大(因为它的作用范围很 小,一般只有一个点),短时间里聚集 起大量的能量,用做武器也就可以理解 了。
6.1 概述 2、亮度极高 :在激光发明前,人工光源中高压 脉冲氙灯的亮度最高,与太阳的亮度不相上 下,而红宝石激光器的激光亮度,能超过氙 灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高,所以 能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射 的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯 (光照度的单位),颜色鲜红,激光光斑明 显可见。若用功率最强的探照灯照射月球, 产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯,人 眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因 是定向发光。大量光子集中在一个极小的空 间范围内射出,能量密度自然极高。
6.1 概述 2、非无线电及多模复合近炸引信 无线电引信以外的其它近炸引信,如磁近炸、红 外近炸、激光近炸、电容近炸、毫米波近炸 等。 近炸引信发展趋势: 由单模向多模发展,如红外/毫米波、激光/红外 成像、双色红外等等。而毫米波与红外复合 制导将是最有前途的制导体制之一。毫米波 和红外成像制导在使用和性能上互相补充, 将两者结合取长补短,可取得很好的作战效 果。而双色红外/毫米波双模三波段复合制导 的反坦克武器,由于毫米波频带宽和复合系 统使用三波段工作,使敌方很难干扰,且目 标的伪装和隐身也难以奏效 。
6.1 概述 激光的产生:原子或分子等微观粒子具有高能级 E2和低能级E1,在两能级间存在着自发发射 跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种 过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光, 与入射光具有相同的频率、相位、传播方向 和偏振方向。一个原子从高能阶降到低能阶 时,会放出一个光子,原子在高能阶时受到 一个光子的撞击,就会受激而放出另外一个 相同的光子,变成两个光子,如果受激放光 的过程持续产生,则所发出来的光子便会越 来越多。利用「共振腔」,把由光放大器所 产生的光线用反射镜局限在一个特定的范围 内,让光线可以来回反射;透过共振腔的作 用,能让光线行进的方向完全相同,能量足 够大时就会有光子射出,从而产生激光。 。
6.1 概述
近炸引信发展: 1、无线电引信 利用无线电波获取目标信息的近炸引信。 习惯上把无线电引信以外的近炸引信, 统称为非无线电引信。 起源于20世纪年代,1943年装备部队,是 应用最为广泛的一种近炸引信,它在战 术导弹和战略导弹中均被广泛用。 它不仅可以检测到目标的存在,还可以获 得引信与战斗部最佳配合所需的目标方 位、距离(高度)、速度等信息。
6.1 概述 按工作波长分,有米波(波长为1-10米)和微波 (波长为1毫米-1米)无线电引信。 按工作体制分,有多普勒式、调频式、脉冲式、 比相式和编码式等无线电引信。 按无线电波辐射物理场源分,有主动式、半主动 式和被动式无线电引信。半主动式无线电引 信的辐射源由使用方设臵在引信以外的地面 上、飞机上或军舰上。被动式无线电引信的 辐射源即为目标本身。两者的敏感装臵只有 接收系统。主动式无线电引信的敏感装臵既 含有发射系统也包括接收系统它对目标探测 定位的方式与雷达类似,俗称雷达引信。
6.1 概述
激光探测技术的发展及应用前景 1、反武装直升机激光近炸引信技术; 2、激光成像引信(比红外成像更准确); 3、远距离定高母弹开仓引信; 4、激光引信测高与引爆一体化技术; 5、迫弹通用多选择激光近炸引信; 6、高定距精度云爆弹激光近炸引信; 。。。。。。
6.2 激光 优点(与机械引信相比) 它不仅可以检测到目标的存在,还可以获得引信 与战斗部最佳配合所需的目标方位、距离 (高度)、速度等信息。 缺点: 1、泼长较长,角度分辨率低,作用距离尽,探 测识别能力明显不足,对目标、环境等不能 进行有效识别; 2、泼束发散角大,易被对方接收和破解等等。 3、随着干扰措施的加强,抗干扰能力减弱,为 了提高抗干扰,付出的代价越来越大。
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