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主题:【原创】侃侃半导体激光器(一) -- imres

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坦克上火控用的激光测距,最早是用砷化稼/锑化锢激光器,但是由于GaAs/AlGaAs系列的激光器的波长主要在红光区,但是这个波段极易暴露目标,而且对人眼不安全,主要是因为人眼对红光极其敏感,原因就太复杂了,和眼睛的构造和光学一些性质有关。简单的举个例子就是红绿灯都是红灯来代表停止,就是因为一个红光在大气中传播距离最长,然后就是人眼对红光狠敏感。但是对于坦克手来说,辐射极易对人眼造成损伤。具体来说,单脉冲激光不会对眼睛造成明显伤害的最大允许曝光能量只有几个微焦,而典型激光测距机的输出能量一般都在10毫焦以上。这意味着,只要有输出能量的千分之一进入人眼,就会引起伤害,因而它对眼睛的潜在危险是相当严重的。长期使用这种激光器就很容易产生眼部的疾病,所以很快就被淘汰了。

而CO2激光器主要的一个优点就是对人眼安全,因为其工作波长在10。6um,但是这个波长容易被水分子吸收,所以在雨天和雾天会限制它的最大测距能力。

而且CO2激光器的波长对战术目标的反射系数低于1.54um(喇曼Nd:YAG激光测距仪),1.06um(Nd:YAG脉冲激光) 和0.69um(红宝石激光).

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细看中国T-98式主战坦克,你还会在炮塔的右上方发现一个奇特的小装置,那是一部坦克车载光电对抗装置。随着精确制导反坦克武器的广泛使用,单纯依靠增加装甲厚度等被动防护手段,已不足以保证坦克在战场上的生存。九十年代以来,国外开始研制坦克车载光电对抗系统。这类系统主要用来对抗敌方坦克炮的激光测距机和反坦克导弹的红外制导系统,它可以针对敌方发出的激光克和红外制道信号,向坦克乘员及时发出警告,并自动控制对抗装置加以迷茫。车载光电对抗系统的问世,使坦克由传统的被动防护发展到主动对抗。

  火控系统具有先进的自动跟踪功能。自动跟踪器能有效跟踪地面目标,无论坦克是在停止间还是在行进间都能有效使用。在没有自动跟踪器的情况下打击目标时,炮长或车长使用手动控制装置跟踪目标;在使用自动跟踪器打击目标时,车长或炮长只需在发现目标并等目标落入瞄准镜的锁定框中,尔后按下锁定开关即可。当目标运动到遮蔽物后面暂时消失时,瞄准镜仍继续以同样的速度跟踪目标;当目标再次出现时,炮长就可迅速重新锁定目标。车长双向稳定瞄准镜只有昼视能力,该装置不仅使车长能直接捕获和攻击目标,而且还提供了“猎歼”性能。车长按下超越控制手柄上的一个按钮,就可把捕获到的目标切换给炮长,然后在炮长攻击第一个目标时,车长开始搜索新的目标。

  

.激光测距仪

激光测距仪是用激光来测定坦克至目标距离的一种仪器。利用激光测距

比用目测判断距离或用光学测距的精度都高,而且精度不受距离远近的影

响;激光测距仪体积小,重量轻,操作和使用方便,易于掌握;抗干扰性强。

但是,它在大雾弥漫能见度差激光衰减严重的情况下,无法测距。

激光测距仪的测距原理是怎样的呢?大家知道,距离=速度×时间。激

光测距仪就是根据这个基本道理设计的。测距时,激光测距仪向目标发时一

个激光脉冲,由于目标的漫反射,部分能量被反射回激光测距仪。激光测距

仪测量出从发射激光脉冲到接收到回波激光脉冲所经过的时间t、则激光测

距仪到目标的距离S 就可以求出。因为光速C 约为30 万公里/秒,在激光测

距仪测量出的时间t 内,激光经过一个来回路程,所以1/2Ct 就是激光测距

仪到被测目标的距离S。但是,由于光速极快,其运行几百米、几千米的时

间,是用钟表无法精确测出的。采用时标振荡器(石英晶体振荡器)可以计

时。这种振荡器振荡频率极高,比如每秒钟能产生3000 万个晶振脉冲,每个

脉冲的持续时间就是3000 万分之一秒。测距时,在发射激光脉冲的同时,计

数器开始记录晶振脉冲的个数,一直记到接收到回波激光为止。如果共记录

n 个脉冲,那么,n×3×10-7 秒就是激光脉冲在激光测距仪和目标间往返一

次的时间。显然,用这种方法可以精确地测量出时间t,从而算出目标的精

确距离。

激光测距仪种类繁多,性能各异。但其结构都包括电源、激光器、激光

发射光学系统(发射望远镜)、激光接收光学系统(接收望远镜)、电控系

统(光电元件、放大整形、门控电路、时标振荡器、计数器等)、距离显示

器等几部分。激光测距仪的工作过程如下:接通电源,激光测距仪及其时标

振荡器开始工作。这时由于门关闭,时标振荡器的脉冲信号不能进入计数器。

当测距仪对准目标且炮长按下触发按钮时,激光器就发出一个很强很窄的激

光脉中。激光器发出的激光要分成两路:一路激光束经过发射光学系统,使

激光束发散角进一步减小后射出并经大气传输打到目标上;另一路就是其中

的极小一部分激光立即由取样棱镜的反射而进入光电元件的光敏面上,作为

发射参考信号(取样信号或称主波信号),来标定激光出发的时间。参考讯

号到达光电转换器(光电倍增管等),将光讯号转换成为电信号,即光脉冲

变成电脉冲。这个电脉冲经放大整形后送入时间测量系统,打开电子计数器

的电子门,此时,时标振荡器的脉冲信号进入计数器,计录器开始记录脉冲

个数(即开始计算时间)。而射向目标的激光脉冲,由于目标的漫反射作用,

总有一部分光从原路反射回来,而进入接收光学系统,由目标返回的激光脉

冲(接收信号或称回波信号)同样也经过光电转换器、放大整形电路而进入

时间测量系统,回波信号推动电子门发出关门指令,使电子门关闭,时标振

荡器的脉冲信号不能进入计数器内,计数器停止计数(停止计算时间)。时

间测量系统的计数器把所记录的脉冲个数经译码电路换算成距离,通过距离

显示器显示出来,所显示的数字,就是被测目标的距离。同时,把测出的目

标距离信息自动输入火控计算机。

激光测距瞄准镜借助瞄准镜视场内的指标可与坦克武器一起进行校正。

独立式激光测距仪是根据望远镜原理制成的接收望远镜和发射镜望远镜各有

其独自光学元件的测距仪。其主机部分(收、发机部分)通常安装在坦克炮

塔外部的装甲匣内,其控制部分位于炮长和车长的工作位置上。独立式激光

测距仪通常是借助坦克炮瞄准目标的,这时,两者的光轴必须一致(两者同

时对准一个目标)。也就是说炮长通过瞄准镜瞄准目标后,激光测距仪也对

准这个目标,只要按下激光发射按钮,就可以测出目标的距离并在距离显示

器上显示出距离数值,使用起来非常方便。

现代坦克用激光测距仪测距范围为300~10000 米,测距误差为±5~10

米,每分钟能测距6~12 次,最高达每秒钟1 次,在各种气候条件下测距的

可靠性达99%。在-40℃~+50℃的温度下都能正常工作。但是由于激光的

光束较狭窄,对准目标较困难,所以当目标比较隐蔽,其前后有烟带、树木、

土堆或农作物(仍可见目标)等时,不易测得其真实目标距离,目前有的已

有“选择”数据的能力,由乘员控制来解决,即在一次发射中,能选择读第

一或第二或第三返回的数据,而舍弃其他数据。美国M-1 坦克采用的二氧化

碳激光测距仪比较简单,测距效能高,对人眼也安全;该测距仪和热成像仪

一体化之后,能够昼夜测距。所以,它是一种较理想的激光测距仪。

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