激光雷達在軍事中的應用

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1、激光雷達在軍事中的應用作者摘要：本文簡要介紹激光雷達的特點、激光雷達探測的基本物理原理及其在軍事領域的應用現狀．關鍵詞：激光雷達；探測；軍事應用1.引言激光雷達是現代激光技術與傳統(tǒng)雷達技術相結合的產物，它像傳統(tǒng)的微波雷達一樣，由雷達向目標發(fā)射波束，然后接收目標反射回來的信號，并將其與發(fā)射信號對比，獲得目標的距離、速度以及姿態(tài)等參數．但是它又不同于傳統(tǒng)的微波雷達，它發(fā)射的不是微波束，而是激光束，使激光雷達具有不同于普通微波雷達的特點．根據激光器的不同，激光雷達可工作在紅外光譜、可見光譜和紫外光譜的波段

2、上．相對于工作在米波至毫米波波段的微波雷達而言，激光雷達的工作波長短，是微波雷達的萬分之一到千分之一，根據光學儀器的分辨率與波長成反比的原理，利用激光雷達可以獲得極高的角分辨率和距離分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad，距離分辨率可達0.1m,利用多普勒效應可以獲得10m/s以內的速度分辨率．這些指標是一般微波雷達難以達到的，因此激光雷達可獲得比微波雷達清晰得多的目標圖像。激光束的方向性好、能量集中，在20km外，其光束也只有茶杯口大小，因而敵方難以截獲，而且激光束的抗電磁干擾能力強，難以受到敵

3、方有源干擾的影響．由于各種地物回波影響，因而在低空存在微波雷達無法探測的盲區(qū)．而對于激光雷達，只有被激光照射的目標才能產生反射，不存在低空地物回波的影響，所以激光雷達的低空探測性能好．激光雷達體積小、重量輕，有的整套激光雷達系統(tǒng)的重量僅幾十千克．例如為了適應海軍陸戰(zhàn)隊的需要，美國桑迪亞國家實驗室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷達的設計方案．相對于重達數噸、乃至數十噸的微波雷達而言，激光雷達的機動性能顯然要好得多．任何事物都是一分為二的，激光雷達也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，雖然表現出能量集中的

4、優(yōu)點，但不宜用作戰(zhàn)場監(jiān)視雷達搜索大空域．而且激光的傳輸受環(huán)境影響大，尤其是在雨、雪、霧的天氣，激光在傳輸過程中的衰減更大．當然，激光在大氣層外傳輸時不易衰減，有其得天獨厚的優(yōu)勢．經過幾十年的努力，科學家們趨利避害，已研制出多種類型的軍用激光雷達．2.用干戰(zhàn)場偵察的激光雷達眾所周知，普通的成像技術（如電視攝像、航空攝影及紅外成像等）獲得的場景圖像都是反映被攝區(qū)域輻射強度幾何分布的圖像，而激光雷達可以通過采集方位角一俯沖角一距離一速度一強度等三維數據，再將這些數據以圖像的形式顯示出來，從而可產生極高分辨

5、率的輻射強度幾何圖像、距離圖像、速度圖像等，因而它提供了普通成像技術所不能提供的信息．例如美國桑迪亞國家實驗庫研制的一種激光雷達，激光器功率為120MW，顯示屏幕的像素為64X64元，視場內物體的圖像可顯示在屏幕上，每秒鐘更新4次，并用不同顏色和灰度顯示物體的相對距離．這種激光雷達能對運動的裝甲車輛產生實時圖像，圖像分辨率足以識別車輛型號．美國雷西昂公司研制的ILR100型砷化稼激光雷達，可安裝在高性能飛機和無人機上，當飛機在120m～460m高空飛行時，獲得的影像可實時顯示在駕駛艙內的顯示器上，或

6、通過數據鏈路發(fā)送到地面站．3.用于大氣探測的激光雷達現代戰(zhàn)場的偵察不能局限于人、兵器和建筑物的測量，因為天氣環(huán)境對戰(zhàn)場也很重要，例如風力、風向、溫度等都會對導彈、飛機等產生影響，尤其是核化生武器的使用更會污染戰(zhàn)場環(huán)境．利用激光雷達則可以進行某些微波雷達所不能完成的偵測工作，其主要原理是：通過射向大氣中的激光與大氣中的氣溶膠（如煙塵、粉末等）及大氣分子的作用，產生散射，探測器接收散射波并經分析、處理，可以檢測大氣的濕、溫、風、壓等基本參數，探測紊流，實時測量風揚起乃至大氣中的生物戰(zhàn)劑．為了測得某一物理

7、量，可根據相關物理學原理采用某一類型的激光雷達．例如，由物理學原理可知，對于同一波長的照射光，粒子直徑不同，散射情況也不同．當大氣中氣溶膠粒子直徑與照射的激光波長為同一數量級時，可以得到較強的散射信號．根據激光雷達接收到的散射信號的強度可以分析低空大氣乃至同溫層中氣溶膠粒子的直徑及密度，并可由此推得大氣的能見度，以至對云團、黃沙等進行分析．又例如，物理學知識告訴我們，大氣分子在光作用下會發(fā)生極化，極化率的大小與分子的熱運動（即大氣溫度）有關，同時極化率的不同又引起媒質折射率的不同，使大氣中光學均勻性

8、受到破壞，從而發(fā)生光的喇曼散射．因此，溫度不同，喇曼散射情況不同，由喇曼散射雷達可以分析大氣溫度．還例如，由于物體與雷達之間有相對運動時會產生多普勒頻移現象，因此，根據發(fā)射后接收的回波頻率相對于發(fā)射波頻率改變的大小，可由多普勒雷達確定風速的大小．再如，若將激光雷達技術與光譜分析技術相結合，可進行戰(zhàn)場化學毒劑的偵測，因為每種化學毒劑分子都具有特定的吸收光譜．利用差分吸收激光雷達交替發(fā)出不同波長的光，根據接收到的各種不同波長光的散射信號強度，通過對比、分析某一波長的光波在