[科普中國]-機(jī)載激光探雷系統(tǒng)

研發(fā)歷程

美國諾斯羅普·格魯門公司提供機(jī)載激光水雷探測系統(tǒng)(ALMDS)。由MH-60S直升機(jī)控制的ALMDS，利用一種光探測和測距的藍(lán)一綠激光器，探測、定位和區(qū)分沉底雷、錨雷和漂雷。海軍在2005年至2011年之間購買57套ALMDS吊艙，整個(gè)項(xiàng)目總價(jià)值大約是2億美元。ALMDS提供控制瀕海的復(fù)雜、高速作戰(zhàn)環(huán)境所必須具備的機(jī)動(dòng)力量，ALMDS是為瀕海戰(zhàn)斗艦艇設(shè)計(jì)的水雷戰(zhàn)任務(wù)包的重要部分。2007年1月29日，該公司已經(jīng)向美國海軍交付了首套機(jī)載激光水雷探測系統(tǒng)(ALMDS)，用于搜索移動(dòng)的、水面和接近水面的水雷。ALMDS還計(jì)劃安裝在瀕海作戰(zhàn)艦(LCS)上；海軍計(jì)劃于2018年前購買45套此系統(tǒng)，預(yù)計(jì)項(xiàng)目費(fèi)用總值將近2.55億美元。

全天候ALMDS系統(tǒng)是利用激光探測艦船龍骨線(大約12.2 m深)以下水域的水雷。搜集到的信息將很快傳送到“海岸戰(zhàn)場偵察與分析系統(tǒng)”(COBRA)或進(jìn)人“快速機(jī)載掃雷系統(tǒng)”(RAMIC)。

裝備藍(lán)綠激光的美國海軍直升機(jī)將很快能夠以60節(jié)的速度，探測到水深超過40英尺(1ft=0.3048 m)的水雷。根據(jù)掠掃所收集到的數(shù)據(jù)，直升機(jī)返回到該領(lǐng)域，運(yùn)用二級聚焦激光瞄準(zhǔn)水雷，然后用專門設(shè)計(jì)的30 mm超空泡射彈將其摧毀。

新型機(jī)載激光探雷系統(tǒng)(ALMDS)及其伴侶機(jī)載快速水雷清除系統(tǒng)(RAMICS)將大幅度提高探測和清除漂雷和淺水水雷的速度，同時(shí)保證工作過程的安全性。

該探測水雷激光裝在一個(gè)8英尺的吊艙，掛于MH-60S直升機(jī)的一側(cè)。每秒向水中發(fā)射數(shù)以百計(jì)的激光脈沖。吊艙內(nèi)的照相機(jī)以數(shù)字格式捕獲其反射信息。直升機(jī)返回到母艦后，該數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，分析員借此鑒定水雷，該系統(tǒng)的運(yùn)算處理能力要求很高。一旦鑒定出水雷，直升機(jī)就會配備RAMICS系統(tǒng)，配備RAMICS系統(tǒng)耗時(shí)約4 h。RAMICS采用同一種藍(lán)綠激光，但其對焦更精細(xì)。利用全球定位系統(tǒng)，直升機(jī)返回到雷場，重新定位并導(dǎo)向水雷。然后該系統(tǒng)開火，其子彈是由氣泡或者“氣泡膜”包裹，而不是像普通子彈在飛行過程由水來包裹。

機(jī)載激光探雷系統(tǒng)是直升機(jī)所裝載的空對海激光探雷系統(tǒng)．它能利用綠波段的激光雷達(dá)進(jìn)行高效率的海面掃描、搜索、探測，發(fā)現(xiàn)水雷，定位水雷，報(bào)告水雷的分布情況。2

工作原理機(jī)載激光探雷系統(tǒng)的核心是機(jī)載激光探雷吊艙。在艦載設(shè)備系統(tǒng)、機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)和保障系統(tǒng)的配合下，完成海上探雷任務(wù)。激光探雷吊艙由激光雷達(dá)系統(tǒng)、慣導(dǎo)/GPS、環(huán)控系統(tǒng)、吊艙增壓系統(tǒng)、吊艙殼體等組成，其核心是激光雷達(dá)系統(tǒng)。

激光雷達(dá)系統(tǒng)包括：激光發(fā)射機(jī)、發(fā)射光學(xué)、激光電子單元、激光接收光學(xué)、激光探測器、信息處理及通信和激光電源，激光發(fā)射及電子組件。激光發(fā)射機(jī)出射的激光束經(jīng)過擴(kuò)束，使系統(tǒng)出射的光束成為“扇形”光，在海面形成一窄光帶，光帶的長和寬應(yīng)滿足系統(tǒng)大面積搜索和無漏檢的需求。

激光接收系統(tǒng)應(yīng)是一個(gè)狹長方形視場的光學(xué)結(jié)構(gòu)，視場與發(fā)射光學(xué)匹配，焦面與條紋管探測器匹配，分辨率應(yīng)滿足系統(tǒng)探雷需求。

當(dāng)脈沖激光束照射海面，由海面及近海面的似雷物體反射或散射的激光脈沖在不同的時(shí)刻返回。這樣就把景物的空間距離信息轉(zhuǎn)變成返回光脈沖的時(shí)間信息。條紋管探測器的激光接收狹縫與發(fā)射扇形激光束平行條紋管將返回光脈沖的時(shí)問信息再轉(zhuǎn)變成空間信息，就得到了扇面內(nèi)景物的二維空間信息。條紋管探測的光雷達(dá)系統(tǒng)可提供四維(俯仰角度一方位角度一距離一對比度)成像，條紋管探測器隨系統(tǒng)裝在直升機(jī)上，利用直升機(jī)向前的飛行，進(jìn)行“推掃”，系統(tǒng)不斷發(fā)射脈沖激光束，每一個(gè)激光脈沖均能得到一幅垂直海面的水下二維條紋圖像，所有脈沖形成的圖像按空間位置組合，即可構(gòu)成搜索水域的三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)對水下目標(biāo)的探測、識別與定位。2

系統(tǒng)組成機(jī)載激光探雷系統(tǒng)由激光器、掃描器、具有電子圖像增強(qiáng)的高靈敏度攝像機(jī)和精確定時(shí)脈沖發(fā)生器組成。

整套系統(tǒng)裝在直升機(jī)前部下方的導(dǎo)流罩中。由于光波中藍(lán)綠光對海水的穿透能力最強(qiáng)，故使用藍(lán)綠激光器為光源。掃描器為光學(xué)系統(tǒng)，激光器產(chǎn)生的高能脈沖激光波束，經(jīng)掃描器向下方水中發(fā)射并進(jìn)行掃描，水中目標(biāo)產(chǎn)生的回波由攝像機(jī)接收，形成相應(yīng)圖像。精確定時(shí)脈沖發(fā)聲器則控制攝像機(jī)的快門，以接收從預(yù)定水深返回的激光回波。打開快門的延時(shí)時(shí)間取決于探測距離．持續(xù)時(shí)間小于或等于激光脈寬。這種距離選通技術(shù)剔除了水面及其他水層強(qiáng)烈反向散射造成的背景干擾，增大了探測距離。1

目的ALMDS是一個(gè)用于檢測、分類和定位漂浮物或者附近區(qū)域水雷的傳感器系統(tǒng)，其工作原理與雷達(dá)類似：向水中發(fā)射一束激光，然后接收激光遇到障礙物而反射回來的反射波，再對返回來的信息進(jìn)行存儲并生成視頻圖像以便技術(shù)人員確定該物體是否為水雷。它可由MH-60S“海鷹”直升機(jī)進(jìn)行部署，幫助美國海軍將反水雷技術(shù)應(yīng)用到以前無法靠近的區(qū)域，可提供快速、廣泛的偵察，能有效排除存在于沿海、海峽和咽喉要道的水雷威脅。3