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解決方案

新世紀軍用賦能技術“新神眼”:光控激光相控陣雷達

星之球激光 來源:科普中國2016-04-20 我要評論(0 )   

  現(xiàn)代軍用光電子技術是以賦能技術形式出現(xiàn)的,并且廣泛應用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的情報偵察、預警、精確打擊、夜戰(zhàn)、戰(zhàn)術通信等多個方面,成為21世紀軍事高科技的基石和支柱...


  現(xiàn)代軍用光電子技術是以“賦能技術”形式出現(xiàn)的,并且廣泛應用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的情報偵察、預警、精確打擊、夜戰(zhàn)、戰(zhàn)術通信等多個方面,成為21世紀軍事高科技的基石和支柱之一。光控激光相控陣雷達源于相控陣雷達,就是利用不斷發(fā)展進步的現(xiàn)代軍用光電子技術,而又不同于傳統(tǒng)微波或者毫米波相控陣雷達的一種新型激光雷達。
  由于激光雷達是利用工作在光波段的激光作為信息載體,不受傳統(tǒng)無線電波的干擾,而且光束極窄,很難被第三方截獲,因此在軍事上得到廣泛應用。
  首先,我們來了解一下什么是激光雷達?激光雷達就是將激光用于測距、定向,并通過位置、徑向速度以及物體反射特性來識別目標的一種光電探測手段。從用途上看,激光雷達被劃分為測距測角激光雷達、測速激光雷達和成像激光雷達;從輻射方式上看,又分為自身帶有激光輻射源的有源激光雷達(包括發(fā)射和接收分置的半有源激光雷達)和自身不帶激光輻射源的無源激光雷達;從工作方式上,又分為脈沖激光雷達和連續(xù)波激光雷達。
  1961年激光器出現(xiàn)不久,人類便開始探索和發(fā)展激光雷達。到20世紀80年代,隨著頻率和功率穩(wěn)定性更好、寬頻帶可調諧、壽命更長和效率更高的新型激光器開始投入實用,配合更好的激光發(fā)射波形控制和光束掃描算法的出現(xiàn),激光雷達及其相關技術開始進入飛速發(fā)展時期。在這一時期,先后發(fā)展出來三代激光雷達技術,并且分別以美國麻省理工學院林肯實驗室的“火池”二氧化碳相干激光雷達、美國NASA的車載二氧化碳相干多普勒激光雷達、前視/下視成像目標識別激光雷達等為代表。而光控激光相控陣雷達則代表了第四代激光雷達技術的發(fā)展方向。
  由于激光雷達是利用工作在光波段的激光作為信息載體,不受傳統(tǒng)無線電波的干擾,而且光束極窄,很難被第三方截獲,因此在軍事上得到廣泛應用,主要是表現(xiàn)在以下方面:靶場測量,用于火箭、導彈發(fā)射初始彈道和低空飛行軌跡的測量;飛行姿態(tài)測量;火箭、導彈再入段軌跡測量;目標跟蹤識別,包括導彈制導、航空偵察、敵我識別、機載遠程預警和水下潛艇探測;精密引導,包括軍用航天器的交會、對接以及巡航導彈的地形地物回避。大氣測量,主要是測量和識別大氣中的各種化學或者生物物質(化學戰(zhàn)劑或者生物戰(zhàn)劑)的含量和成分。
  美國國防部高級項目計劃局采用的二維光學相控陣技術,該技術可用于先進激光雷達和其他國防用途,在2013年時進行了驗證。
  但是傳統(tǒng)的激光雷達,只能通過單一的光學天線(光學透鏡系統(tǒng))發(fā)射一定功率和光束質量的激光,并且賦予特定的方位和角度來實現(xiàn)探測和掃描,在使用上比較局限。而光控激光相控陣雷達作為一種新體制的激光雷達,其光束指向是通過調節(jié)從各個相控單元(光學移相器)射出的光波之間的相位關系,使其在某一設定方向上彼此相同,產生相互加強的干涉,在各自設定方向上形成多束高強度的激光光束。這樣就可以在方位和俯仰平面上實現(xiàn)多波束同時發(fā)射,使激光雷達可以通過控制多個波束按需掃描整個視場而無需伺服移動部件,從而實現(xiàn)真正意義上的光學相控陣(OPA),提高了激光雷達的工作效率和多任務能力。
  雖然光控激光相控陣雷達目前還處于概念發(fā)展階段,尚未有實用型號出現(xiàn),但是一旦相關的光學加工工藝獲得突破,那么以光學相控陣(OPA)為基礎的激光雷達將在目標探測與跟蹤、高分辨率成像、自適應光學系統(tǒng)(定向能武器)、精密捕獲與對準(自由空間激光通信)等方面發(fā)揮出巨大潛力。

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激光雷達賦能技術
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