激光雷達(dá)用于制導(dǎo)

　　以非制冷二極管泵浦固體激光器為基礎(chǔ)的工作波長1(m左右的激光雷達(dá)系統(tǒng)，可以提供以距離和強(qiáng)度為基礎(chǔ)的高分辨率影像。激光雷達(dá)得到的影像不同于紅外影像，允許使用比處理紅外場景簡單的算法實(shí)現(xiàn)自主目標(biāo)捕獲。因此，激光雷達(dá)尋的器可以為空-地武器提供自主精確制導(dǎo)手段。隨著成本的降低，激光雷達(dá)尋的器還將用于短程消耗性彈藥。

　　美國陸軍和空軍開展了多項(xiàng)激光雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)的研究工作。按照國防部的“武器自動目標(biāo)識別”科技目標(biāo)，美國陸軍正在試驗(yàn)將成像紅外傳感器自動目標(biāo)識別用的圖形識別算法用于激光雷達(dá)。目標(biāo)是演示將快速響應(yīng)和低虛警相結(jié)合的自動目標(biāo)識別技術(shù)。該技術(shù)將允許發(fā)展以有限搜索、發(fā)射前鎖定和發(fā)射后鎖定模式工作的武器。有效的自動目標(biāo)識別能力可以給士兵提供直接攻擊、發(fā)射后不管的武器。這種武器能在發(fā)射后捕獲目標(biāo)，鎖定丟失后能自動再捕獲目標(biāo)，識別友軍，并為彈頭選擇最佳瞄準(zhǔn)點(diǎn)。

　　按照低成本自主攻擊系統(tǒng)計劃，美國空軍賴特實(shí)驗(yàn)室研制了激光雷達(dá)尋的器。該尋的器能以100Hz的速率精確、自主地掃描，掃描寬度750m。一旦捕獲到目標(biāo)，掃描寬度就減小到100m，并開始攻擊。該激光雷達(dá)尋的器的目標(biāo)識別算法具有先進(jìn)的特征提取功能，可以區(qū)分炮管、雷達(dá)盤型天線、戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈等，在1997年的系留飛行試驗(yàn)中成功地識別出“飛毛腿”導(dǎo)彈型的目標(biāo)。按照計劃，改進(jìn)的能力更強(qiáng)的激光雷達(dá)尋的器，將于1998年在有誘餌和遮蔽的條件下識別目標(biāo)。為了解決激光雷達(dá)尋的器作用距離有限和缺少全天候能力的問題，賴特實(shí)驗(yàn)室又按照二極管激光器和探測器陣列發(fā)展計劃，研制采用高功率二極管泵浦固體激光器和末脈沖探測技術(shù)的成像激光雷達(dá)。該激光雷達(dá)在靜止試驗(yàn)中作用距離為10km，在系留飛行試驗(yàn)中作用距離為5km。

　　美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室彈藥處參與了適用于空-空和空-面彈藥的激光雷達(dá)尋的器技術(shù)的研究和發(fā)展工作。目前正研究能得到距離和強(qiáng)度影像的高速二維探測器陣列。要求這些陣列的幀速大于30Hz，增益調(diào)制速率在兆赫量級。研究工作集中在電子轟擊CCD（EBCCD）技術(shù)上。目標(biāo)是制造以EBCCD為基礎(chǔ)的像素數(shù)至少為256(256的陣列，以及獲得使EBCCD能工作在1.0～2.5(m近紅外波段的光電陰極材料。

　　三維成像激光雷達(dá)最初采用光柵掃描和掃帚式掃描接收機(jī)，需要多個激光脈沖，才能組合成一幀完整的三維影像。平臺/目標(biāo)的運(yùn)動和大氣效應(yīng)會引起三維影像抖動和撕裂，使影像處理復(fù)雜化。為此空軍賴特實(shí)驗(yàn)室按照 *** IR計劃開發(fā)無掃描器激光雷達(dá)接收機(jī)技術(shù)，研制了625通道組件式并行接收機(jī)。該接收機(jī)能以1kHz的幀速產(chǎn)生高分辨率三維距離影像，有可能作為高性能低成本激光雷達(dá)尋的器的通用組件。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室以主動泛光場照明器和像增強(qiáng)CCD攝像機(jī)為基礎(chǔ)的無掃描器距離成像器，可用于先進(jìn)常規(guī)彈藥制導(dǎo)。

　　使用激光雷達(dá)制導(dǎo)的唯一在役導(dǎo)彈，是通用動力公司的AGM-129A先進(jìn)巡航導(dǎo)彈。這種隱形巡航導(dǎo)彈在大部分飛行期間依靠慣性中段制導(dǎo)，但末段使用激光雷達(dá)。

　　子彈藥制導(dǎo)用的低成本小型激光雷達(dá)尋的器，一直受到美國軍方的關(guān)注。美國陸軍和空軍通過高質(zhì)量反器材子彈藥技術(shù)演示計劃、子彈藥制導(dǎo)計劃、低成本反裝甲子彈藥計劃等一系列計劃，發(fā)展子彈藥制導(dǎo)用激光雷達(dá)。

　　美國陸軍的高質(zhì)量反器材子彈藥技術(shù)演示計劃，正研制對輕型裝甲進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的攻擊所需的制導(dǎo)系統(tǒng)。主要目標(biāo)是，演示能用于子彈藥的小型激光雷達(dá)尋的器技術(shù)。為了有效地對付輕型裝甲目標(biāo)，要求多管火箭炮系統(tǒng)和陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)這樣的武器每發(fā)彈能擊毀的目標(biāo)比現(xiàn)有型號多5～10倍，因此需要攜帶更多的子彈藥。為此，要求新型子彈藥比目前的小，而且能準(zhǔn)確地識別目標(biāo)和雜亂回波。目前的激光雷達(dá)尋的器已經(jīng)有了所需的基礎(chǔ)自動目標(biāo)識別技術(shù)，但直徑約為200mm，而新型子彈藥的直徑將約為75mm。為了減小激光雷達(dá)尋的器的尺寸，將需要使用低成本無常平架掃描器的設(shè)計（如聲光掃描器、相控陣掃描器或轉(zhuǎn)楔掃描器）、在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂醚苌浜腿⒐鈱W(xué)系統(tǒng)、發(fā)展新的將探測器與脈沖捕獲電子系統(tǒng)集成的方法。

　　美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室集中于低空、近距離應(yīng)用的低成本、高距離分辨率激光雷達(dá)。最初，軍用激光雷達(dá)的研究曾集中于CO2激光器。CO2激光雷達(dá)雖能探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)，但對陸軍應(yīng)用來說，太大、太貴、太不可靠。因而目前的研究工作大多集中于采用二極管泵浦激光器的激光雷達(dá)。這種激光雷達(dá)作用距離可在1km以上，但成本高，也不能滿足要求。陸軍子彈藥目標(biāo)捕獲、引信、遙控傳感器等，需要用低成本、高距離分辨率激光雷達(dá)獲得理想的三維影像。為此，陸軍研究實(shí)驗(yàn)室將低成本連續(xù)波半導(dǎo)體激光器與現(xiàn)代調(diào)頻雷達(dá)信號處理技術(shù)相結(jié)合，來獲得便宜、結(jié)實(shí)、可靠的激光雷達(dá)系統(tǒng)。這種激光雷達(dá)用射頻子載波調(diào)制發(fā)射的激光。目標(biāo)反射光被光電二極管非相干探測，轉(zhuǎn)變成電壓波形。然后，這個波形與原調(diào)制波形無延遲采樣混合。再對混頻器的輸出進(jìn)行處理，去除自雜波。最后，利用離散傅立葉變換將無雜波波形進(jìn)行相干處理，獲得目標(biāo)的振幅和距離。研制的實(shí)驗(yàn)室型激光雷達(dá)，采用工作波長830nm的30W GaAlAs 半導(dǎo)體激光器，獲得的影像和距離響應(yīng)表明，理論距離分辨率為0.25m。

　　根據(jù)子彈藥制導(dǎo)計劃，美國空軍賴特實(shí)驗(yàn)室研制了兩類可供子彈藥使用的激光雷達(dá)尋的器，即采用24元GaAs半導(dǎo)體激光器陣列的、有效作用距離200m激光雷達(dá)，和采用二極管泵浦Nd(YLF激光器的、有效作用距離2km的激光雷達(dá)。根據(jù)空軍-陸軍聯(lián)合的低成本反裝甲子彈藥計劃，賴特實(shí)驗(yàn)室還研制了采用二極管泵浦Nd(YVO4激光器的激光雷達(dá)尋的器，并實(shí)驗(yàn)證明了激光雷達(dá)的自主制導(dǎo)能力。據(jù)稱，這種尋的器是經(jīng)濟(jì)可承受的，預(yù)計產(chǎn)量為1萬個時生產(chǎn)成本為12000美元。

　　空軍提出的“靈巧小炸彈”將采用激光雷達(dá)制導(dǎo)。靈巧小炸彈是一種以外科手術(shù)式精度投放22.7kg（50磅）高爆炸藥的113.4kg（250磅）炸彈，其毀傷效能類似于現(xiàn)有的精度較低的900kg（2000磅）侵徹武器，而且附帶破壞的危險較小。按照空軍-海軍的聯(lián)合DASSL計劃，賴特實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)根據(jù)靈巧小炸彈的任務(wù)要求導(dǎo)出對激光雷達(dá)的要求和激光雷達(dá)尋的器的基本設(shè)計參數(shù)。

　　洛克希德.馬丁.沃爾特公司的低成本自主攻擊系統(tǒng)，是攻擊地面目標(biāo)的小型有翼制導(dǎo)子導(dǎo)彈。這種陸軍-空軍聯(lián)合發(fā)展的子導(dǎo)彈，采用以慣性/GPS裝置和激光雷達(dá)尋的器為基礎(chǔ)的制導(dǎo)系統(tǒng)，可以由AGM-130導(dǎo)彈、AGM-154導(dǎo)彈、多管火箭炮系統(tǒng)火箭彈、陸軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)和SUU-64戰(zhàn)術(shù)彈藥撒布器投放。激光雷達(dá)尋的器能搜索370×900m的范圍，形成目標(biāo)的三維影像，分辨率為15cm，確保準(zhǔn)確地識別目標(biāo)。可能的目標(biāo)包括坦克和其他裝甲車輛、面-空導(dǎo)彈陣地和彈道導(dǎo)彈運(yùn)輸車/豎立/發(fā)射架。