激光在军事中的应用

激光在军事中的应用

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度是太阳亮度的100亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。

激光经过40多年的发展，从机理到原理，实验手段到制造工艺都已逐步成熟。由于激光具有高亮度，强方向性，好的单色性，因此激光在军事领域得到广泛的应用。其主要应用有以下几个方面：

一、激光测距

距离的测量，是军队最感兴趣的一个项目，因为枪炮射击、侦查等都需要精确地距离数据。激光一出现，各种军用激光测距仪也相继发展起来。事实也证明，激光测距与坦克、大炮相结合构成的火控系统，首发命中率大大提高，已成为军队必备的武器装备，被誉为常规武器的威力倍增器。1.激光测距的优点

（1）激光测距精度高。

（2）测距仪体积小重量轻。

（3）分辨率高，抗干扰能力强。

2.激光测距的分类

（1）脉冲测距法。测距精度大多为米的量级，是在军事及工程测量中精度要求不高的场合使用。

（2）相位测距法。通过测量连续激光的调制波在待测距离上往返传播所发生的相位变化，间接测量时间，打到距离测量的目的。这种方法测量精度高，通常在毫米量级，因而在大地、工程和体育测量中得到了广泛应用。

（3）干涉测距法。也是一种相位测距，但不是通过测量激光调制信号的相位来测定距离，而是通过测量激光光比本身的干涉条纹变化来测定距离，所以距离分辨率可达到半个激光波长，通常达到微米量级。

二、激光雷达

激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、

布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。

激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统，其原理和构造与激光测距仪极为相似。科学家把利用激光脉冲进行探测的称为脉冲激光雷达，把利用连续波激光束进行探测的称为连续波激光雷达。激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。经过多年努力，科学家们已研制出火控激光雷达、侦测激光雷达、导弹制导激光雷达、靶场测量激光雷达、导航激光雷达等。

三、激光制导

利用激光获得制导信息或传输制导指令使导弹按一定导引规律飞向目标的制导方法。

1．激光驾束制导

激光接收器置于导弹上，导弹发射时激光器对着目标照射，发射后的导弹在激光波束内飞行。当导弹偏离激光波束轴线时，接收器敏感偏离的大小和方位并形成误差信号，按导引规律形成控制指令来修正导弹的飞行。

2．激光半主动式自动导引

使用位于载机或地面上的激光器照射目标，导弹上的激光导引头接收从目标反射的激光从而跟踪目标并把导弹导向目标。

3．激光主动式自动导引

激光照射器装在导引头上。这种激光制导的自动化程度高，但实际上还没有应用到反坦克导弹上。

4．激光传输指令制导

用激光脉冲代替红外半自动指令制导中用来传输控制指令的导线。弹上接收机用激光接收器。激光脉冲经编码后发射出去，如采用哈明码(一种能自动纠错的码)对激光脉冲进行编码。

激光波束方向性强、波束窄，故激光制导精度高，抗干扰能力强。但是0.8—1.8微米波段的激光易被云、雾、雨等吸收，透过率低，全天候使用受到限制。如采用10.6微米波段的长波激光，则可在能见度不良的条件下使用。

激光制导是60年代才开始发展起来的一种新技术。目前已出现激光半主动制导和激光驾束制导的空对地、地对空导弹以及激光制导航空炸弹。激光驾束和激光半主动制导已应用于反坦克导弹技术中。

四、激光导航

惯性制导的关键设备是陀螺仪。由于激光陀螺没有活动部件，具有寿命长、性能好、可靠性高以及不受环境影响等特点，目前已应用于各种惯性制导、精密测量、姿态控制、定位等领域。1982年，美国霍尼威尔公司首创的激光陀螺惯性基准系统进入航线使用，标志着激光陀螺的成熟。目前，波音757、波音767、波音737等新型客机都已采用了激光陀螺系统。

1.激光陀螺

激光陀螺以萨格奈克效应为工作原理。如下图。它是一个三镜环形He-Ne激光器，两个阳极使环形腔内实际存在两个相反方向传输的激光束。

这两个光束在输出镜处会产生干涉。如果环形腔不动，干涉条纹也不动；如果环形腔绕垂直腔面的轴旋转（相当于出现航向偏转），两束光出现相对论误差，干涉条纹就发生相应的移动，移动的方向由腔面转动方向确定，移动的快慢和大小由转动角速度决定。将三个这样的环形腔结构相互垂直结合，就成为能检测三维旋转的激光陀螺。

2.光纤陀螺

环形激光陀螺虽然获得了极大成功，但在低转速下产生所谓“模式锁定”现象。光纤的发展为激光陀螺的改进做了很大的贡献。与激光陀螺相比，光纤陀螺具有以下优点：

(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；

(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；

(3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；

(4)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；

(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；

(6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；

(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是级联式惯导系统的传感器；

(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻

五、激光武器