amsler
第1楼2008/11/07
据1991年5月的《防卫电子学》报导,美国空军和海军当时正在研制“先进技术激光雷达系统(ATLAS)”。该系统拟装在巡航导弹上,用CO2激光和新型红外雷达将巡航导弹引向目标。此项计划由设在佛罗里达州伊格林空军基地的莱特研究所先进制导部主管,主承包商麦道公司和通用动力公司康威尔分部各自按照1500万美元的合同研制AGM-130或巡航导弹型武器。海军发言人雷上尉当时称计划在1992年财政年度对ATLAS以吊舱结构进行飞行试验;1992年,位于加利福尼亚州的休斯公司光电与数据系统研究组已研制成功一种先进的CO2激光雷达,并将其作为ATLAS计划的一部分,交付主承包商通用动力公司康威尔分部。1992年6月的《光子学》和7月的《防卫电子学》对此相继作了报导。为了演示激光雷达的功能,康威尔分部将其与有关的信号处理电子设备以及制导系统的其他部件。即处理机,导航传感器和测试仪器等一起装入吊舱,吊挂在康威尔分部的试验喷气飞机上,在伊格林试验场针对目标进行飞行,激光雷达提供了目标区域的高分辨率三维图像。此后,又进行了多种空对地武器的导航,末端瞄准和精密寻的导引试验,充分显示出该激光雷达用于导弹制导的很多独特的优点。
军事上常常希望飞机低空飞行,但飞机飞行的最低高度受到机上传感器探测小型障碍物能力的限制。且不说阻塞气球线这样的对抗设施,在60米以下,各种动力线,高压线铁塔,桅
杆、天线拉线这样的小障碍物也有明显的危险性。
现有的飞机传感器,从人眼到雷达,均难以事先发现这些危险物,这种情况,在夜间和恶劣天气条件下尤其突出。而扫描型激光雷达因其具有高的角分辨率,故能实时形成这些障碍物有效的影像,提供适当的预警。据1993年5月出版的《军事技术》报导,在法国政府和英国政府的倡议下,由法国达索电子公司和英国GEC-马可尼航空电子学公司雷达系统分部组成的联合体研制出一种紧凑的激光雷达(CLARA)。其主要功能即是发现飞机航线上有危险的障碍物。并显示给驾驶员,且不论白天、黑夜及天气的好坏,均能对前面所提到的各种障碍物进行实时探测、分类和显示。选用的工作波长不受阳光的影响,有良好的穿透烟、雾的特性。为了保证飞机转弯时始终提供适当的警戒,传感器采用了大视场。
紧凑激光雷达的另一功能是进行地形跟踪和目标确定,这要求系统能实现处理飞机前方地形的回波,以产生飞行控制指令。紧凑激光雷达由三部分组成,即传感器头,扫描器及信号与数据处理器。传感器头的核心是激光器组件与探测器组件,前者包括两台CO2激光器,一台提供脉冲或连续波发射光束;另一台是小功率本机振荡器,用于与回波进行外差相干。而探测器组件则为宽波段红外探测器上光学元件的组合,并采用超低温冷却,以减小量子噪声,提高探测灵敏度。探测器将光信号转换为电信号,送往信号处理器进行处理,扫描器的核心是陀螺稳定的双反射镜及其他可旋转光学部件,要求能适应不同的工作模式。在障碍物告警模式下,首先要找到目标的大致方位,因而无需很多的分辨率,但必须有较大的扫描视场;与此相反,在瞄准模式下,目标的大致位置已知,因此无需很大的扫描视场,但要求有很高的距离和视角分辨率,并能以高精度跟踪所选目标。
信号与数据处理的核心是数字信号处理器和微处理器。其功能是执行复杂的目标探测及识别运算,并存储每个重要的信息。此外,处理器必须与CLARA的其他分系统接口,以实现工作模式的控制与机内检测。所用软件采用高级语言编程。该系统在英国是安装在固定翼飞机上飞行,而在法国还要在旋转翼飞机上试验。为便于在固定翼飞机或直升机上吊挂。整个CLARA系统安装在一个吊舱内,吊舱的前部包括光具座和处理器,后部装有自主式环境调节装置,其余大部分部件则安装在吊舱中部,据最新文献报导,达索公司,GEC-马可尼公司,马可尼意大利公司和蔡司公司又联合研制了一种用于直升机障碍物报警的Eloise激光雷达,可提前10秒钟对直径为5mm的缆线报警,并具有地形导航功能。
以上介绍的几种激光雷达有一个共同的特点,即都是以CO2激光器为波束源,这些激光器采用高功率射频泵浦,需要高电压和强致冷,其结果是雷达系统体积庞大,价格昂贵,而且可靠性也比较差。相比之下,半导体激光器泵浦的固体激光系统,尺寸和价格均可低达相同功率CO2激光束系统的十分之一,且具有更高的可靠性。近10年左右的时间里,半导体激光技术本身及二极管泵浦固体激光技术均有了飞速发展,使固体激光作为激光雷达的辐射源成为可能。于是很多有影响的公司都将相当大的注意力投向固体激光雷达。洛拉尔-沃特公司多年来一直从事激光雷达的研究。
1992年4月,该公司在“锡斯纳”412飞机上试验固体激光雷达样机,据称,这是这种系统首次进行飞行试验。稳定的装置将光学发射接收机,相关的电子系统组合成一个组件,长度和直径均为203mm,重量仅5.5kg。系统采用近红外波长运转的固体激光器,由GaAs二极管激光泵浦,不需要进行冷却。带有实时自动目标识别的样机,1992年也进行了飞行试验。洛拉尔-沃特公司经多年努力,开发了自动目标识别算法。据称,这种算法可以区分坦克和卡车,识别单个坦克的类型。另一方面,休斯公司丹伯利分部还在努力制造能在室温工作的二极管固体激光阵列。据称,这将进一步减少甚至取消对致冷的需要。曾经开发了以CO2激光器为辐射源的相干光雷达机载切变传感器的洛克希德公司,在美国国家航空航天管理局的提议下,也用更可靠和性能更好的2微米波长固体激光器代替了CO2激光器。洛克希德公司新的CLASS系统于1993年秋季在美国国家航航天管理局位于哈卜顿的朗雷研究中心进行了飞行试验,装载飞机为波音-737。该公司的高级科学家塔戈说:“2微米固体激光器尺寸更小,价格更廉,质量更小,性能更优,它是未来之波”。总之,激光雷达已经历了约30年的发展过程,迄今种类繁多。