国外军用CO2激光雷达技术的发展

国外军用CO2激光雷达技术的发展
于少数任
务,即常规微波雷达不能很好执行的任务.
这些任务是远程,高精度SATKA,极精确的
导航适时修正.以及高分辨率成象.
随着激光技术的不断发展,战术激光雷
达证实了它在许多应用中比常规微波雷达有
显着的优点:
(1)可进行地形跟随/地形圆避(TF/TA).
co激光雷达可让飞机回避高架电线和地面
障碍物,从而可让飞机飞得更低更快,因为具
有高的角分辨率.
(2)CO,激光雷达的光束能很好穿透烟,
雾,覆,识别伪装,在很远距离上探测空载目
标,遥感化学药剂;
(3)通过分析高分辨率的角一角一多普
勒成象,能识别目标和识别目标部位;
(4>用相干激光雷达可遥感大气风速,已
用于航天器尾部涡流的检测与跟踪,航天穿
梭机起飞和着陆时的大气引力测量,空基风
剪应力的检测,地基机场微矮风剪应力的监测,气象研究和环境监测等.
若我们将军用激光雷达分为战略性和战
术性两丈类,那么它们的现状(指已在生产中.或在现场演习中已被证实)和未来(指已被证实,或能被证实.它们为具有宽带性能的系统)如下:
A,战略性激光雷达
现状未来
激光器C一
最大距离8(JOhn>1000kin
测距精度lem一
多普勒精度<0.1em!sec一
角精度10ps’ad—
B,战术性激光雷达
‘
现状未来
激光器
最大距离
测距精度
多普勒精度
角精度
“CO2
,
‘C..
CO2,YAG.
?一
3km
<lt4cm
<5em/se~
<50urad
本文仅就军用c激光雷达作简要说
明.然后对其发射机中的CO,激光器情况作一
评估,再提出对发展我国军用激光系统的
建议,供参改.
二,战略性军用C02激光雷
达——火池激光雷达(Firepond
I_aserRadar)
在美国海军空问与系统司令部和弹道导
弹防预组织的发起下,美国麻省理工学院林肯实验室(mrILL~研制和证实了一种战略性
激光集锦第9卷
军用CO2激光雷达——火池激光雷达.它
是一种宽带,大功率,成象,测距雷达,能io,~i 真假目标和多弹头.1990年3月4日成功地得到一颗轨道卫星SEASAT的第一张测距一多普勒成象照片,其时SEASAT距地球800一lOookm.在以后的25天内,叉收集到多张照片.1990年3月29日叉成功地进行了飞火(Fir~ar)激光雷达实验,识别出一枚弹道导弹再人头与一枚可膨胀的诱骗物之间的区别; 1990年10月2013再次成功地完成了第二次飞火激光雷达成象,进一步确认了第一次获
得的结果.1991年4月1213发射火鸟(Fire. bird1)火箭,部署多目标,欲证实激光雷达的1.发射机
识别技术与激光雷达对抗.搜集和跟踪;1992 年4月日13发射飞鸟疆火箭,成功地收集
了飞行期问的数据,野心勃勃的目的得以实现.
火池c02激光雷达从1990年到1992
年.在大于l5OOkm的距离上,收集了许多卫星的宽带测距——多普勒图象.在相干激光
雷达技术的历史上,树立了一个显着的里程
碑.它首次能精确跟踪和成象兆米距离上的
目标,并收集卫星和火箭有效负载的有用数
据.
火池宽带c02激光雷达的技术性能为
下表:
激光放大器”02.1个大气压.电子束维持放电
波长11.17/ma.1一P(22)
能量1脉冲5o】
峰值功率1.56MW
平均功率3c0W
脉宽32岫.FWHM
波形
多普勒探测未调制的32脉冲
测距和多普勒探测100MHz/16tas线性调频上啁啾
100MHz/16tas线性调频下啁啾
测距一多普勒粗成象50,170MHd64&~线性调频上啁嗽I距一多普勒细成象32.1GI4z/1/as线性调频上啁啾
3分贝天线束宽l
2.接收机:双转换外差接收机
3分贝天线束宽10
瞬时带宽lMHr2.4
瞬时MD输人动态范围48dB
多普勒跟踪,第二奉振数字处理器带宽185MHz,1和O通道对测距和多普勒跟踪,作实时处理;或以成象.
火池激光雷达采用了主控振荡器——功
率放大器(MOPA)发射机系统设计.采用
c02,工作于11.17tan,以减小大气中c02
的吸收和大气反常色散发射机链中第一台
器件是长2.36m,20w连续波一e02激光主控
振荡器,对成象雷达其频率稳定度为lkHz;
随后是几级放大器,产生高达IOOJ,脉冲的输
出脉冲,脉宽为25一lOOns,为具有严格线性
的宽带线性调频脉冲采用特殊设计的
曲电光调制器,产生2tts内的1.5GHz的线
性调频脉冲.曲电光调制器由7.5kW的
镦波源驱动.
功率振荡器被锁相到一台超稳振荡器和
一
台1wC02工作于1一P(22)(11,17/ira)
跃迁上的超稳本振的和频IOMHz上.10MHz
用于产生发射机波形的频率合成器的一个源
第2期潘承志:国外军用0激光雷达技术的发展?17
(对第二个本振)以及产生模拟信号处理器的
信号.功率振荡器的信号经机械斩波形成一个35∞的脉冲,并经过一对lnSb法拉弟旋转隔离器通过-_台窄带放大器,输出能量为40 —
100mJ,脉冲重复频率为6Hz.
低气压窄带放大器系统的典型工作参量为:
激光器参数值
有效增益(dB)30—35
输出脉冲能量()150一Ⅻ】
脉宽()35—5O
脉冲重复频率()5～10
束直径(f)(一)输入时为I.9;输出时为3.8
混台气18C:15:65He:2CO
总气压(mnfflg)16～l8
工作电压(kv)3.2—3.6
放电的E/N值(1v,c)—5
能量负载(J?rI.arm)150—250
清除率
第二级窄带放大器～100mJ的输出是调
频的,然后在三通道的宽带放大器中被进一步放大.该宽带放大器是一台电子束维持放
电的工作于环形放大器方式的两个分开的增益段,发射机的信号通过每个增益段的全部三个通道.每个增益段的体积为10x10×
250cn~(25升),典型的电子束加速电压为200kV,电流密度为～5mc,在35b~s的脉
宽内.混合气体为1”C16:2N2:3He.
图1示出火池宽带成象C激光雷达系
统的布置图,图2示出激光放大器示意图.
圉1火池宽带成象O激光雷达系统布置图。