[科普中國]-機載激光探雷系統(tǒng)

研發(fā)歷程

美國諾斯羅普·格魯門公司提供機載激光水雷探測系統(tǒng)(ALMDS)。由MH-60S直升機控制的ALMDS，利用一種光探測和測距的藍一綠激光器，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，整個項目總價值大約是2億美元。ALMDS提供控制瀕海的復雜、高速作戰(zhàn)環(huán)境所必須具備的機動力量，ALMDS是為瀕海戰(zhàn)斗艦艇設計的水雷戰(zhàn)任務包的重要部分。2007年1月29日，該公司已經(jīng)向美國海軍交付了首套機載激光水雷探測系統(tǒng)(ALMDS)，用于搜索移動的、水面和接近水面的水雷。ALMDS還計劃安裝在瀕海作戰(zhàn)艦(LCS)上；海軍計劃于2018年前購買45套此系統(tǒng)，預計項目費用總值將近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)或進人“快速機載掃雷系統(tǒng)”(RAMIC)。

裝備藍綠激光的美國海軍直升機將很快能夠以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)，直升機返回到該領域，運用二級聚焦激光瞄準水雷，然后用專門設計的30 mm超空泡射彈將其摧毀。

新型機載激光探雷系統(tǒng)(ALMDS)及其伴侶機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，同時保證工作過程的安全性。

該探測水雷激光裝在一個8英尺的吊艙，掛于MH-60S直升機的一側。每秒向水中發(fā)射數(shù)以百計的激光脈沖。吊艙內的照相機以數(shù)字格式捕獲其反射信息。直升機返回到母艦后，該數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，分析員借此鑒定水雷，該系統(tǒng)的運算處理能力要求很高。一旦鑒定出水雷，直升機就會配備RAMICS系統(tǒng)，配備RAMICS系統(tǒng)耗時約4 h。RAMICS采用同一種藍綠激光，但其對焦更精細。利用全球定位系統(tǒng)，直升機返回到雷場，重新定位并導向水雷。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。

機載激光探雷系統(tǒng)是直升機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進行高效率的海面掃描、搜索、探測，發(fā)現(xiàn)水雷，定位水雷，報告水雷的分布情況。2

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

激光雷達系統(tǒng)包括：激光發(fā)射機、發(fā)射光學、激光電子單元、激光接收光學、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)射機出射的激光束經(jīng)過擴束，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)應是一個狹長方形視場的光學結構，視場與發(fā)射光學匹配，焦面與條紋管探測器匹配，分辨率應滿足系統(tǒng)探雷需求。

當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刻返回。這樣就把景物的空間距離信息轉變成返回光脈沖的時間信息。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問信息再轉變成空間信息，就得到了扇面內景物的二維空間信息。條紋管探測的光雷達系統(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)裝在直升機上，利用直升機向前的飛行，進行“推掃”，系統(tǒng)不斷發(fā)射脈沖激光束，每一個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，即可構成搜索水域的三維圖像，從而實現(xiàn)對水下目標的探測、識別與定位。2

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

整套系統(tǒng)裝在直升機前部下方的導流罩中。由于光波中藍綠光對海水的穿透能力最強，故使用藍綠激光器為光源。掃描器為光學系統(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)射并進行掃描，水中目標產(chǎn)生的回波由攝像機接收，形成相應圖像。精確定時脈沖發(fā)聲器則控制攝像機的快門，以接收從預定水深返回的激光回波。打開快門的延時時間取決于探測距離．持續(xù)時間小于或等于激光脈寬。這種距離選通技術剔除了水面及其他水層強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行存儲并生成視頻圖像以便技術人員確定該物體是否為水雷。它可由MH-60S“海鷹”直升機進行部署，幫助美國海軍將反水雷技術應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