激光在军事上的应用

摘要
世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，它一问世，即获得超乎寻常的飞快发展，不仅使古老的光学及其技术焕发青春，也生发了许多新兴的学科。

40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域，比如光电技术，激光医疗与光子生物学，激光加工技术，激光检测与计量技术，激光全息技术，激光光谱分析技术，非线性光学，超快激光学，激光化学，量子光学，激光雷达，激光制导，激光分离同位素，激光可控核聚变，激光武器等等。

这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。

激光正以特殊的方式深刻影响着人们生活。

本文通过对激光特性的认识，展示了激光在军事上给人类社会带来巨大变化以及其快速的发展历程，同时也展望激光未来发展的趋向与前景
关键词：
激光军事未来
激光武器的分类：不同功率密度，不同输出波形，不同波长的激光，在与不同目标材料相互作用时，会产生不同的杀伤破坏效应。

激光器的种类繁多，名称各异。

按工作介质区分，目前有固体激光器、液体激光器和分子型、离子型、准分子型的气体激光器等。

按其发射位置可分为天基、陆基、舰载、车载和机载等类型，按其用途还可分为战术型和战略型两类，即战术激光武器和战略激光武器
任何物体都能辐射和反射电磁波，并具有不同的辐射和反射特性。

利用不同的光学遥感器，从空中或远距离探测目标和环境的光学波段电磁波信息，经光学、电子技术处理后，为军事应用、科学研究和经济建设服务。

光学遥感技术的发展可追溯到19世纪， 1858年在巴黎上空的气球上拍摄了第一张空中照片。

20世纪初发明飞机后，航空摄影广泛用于军事侦察，黑白、彩色的可见光和近红外波段照相技术得到实际应用。

60年代初，美国研制成功红外扫描仪和多光谱扫描仪，提供了新的遥感手段。

1957年人造地球卫星发射成功后，航天遥感技术得到迅速发展，照相侦察卫星、预警卫星、测地卫星、气象卫星和载人飞船等多种航天器上，广泛采用可见光、红外和多光谱遥感设备。

随着光学遥感器性能和信息处理技术水平的提高，光学遥感技术已成为一种先进的探测手段，在农业、工业、科研和国防建设中得到广泛应用。

中国在1930年初开始采用航空摄影测量。

20世纪50年代，开展了航测仪器的研制，进行了大规模的航测工作。

60年代中期，开始研制红外扫描相机。

现已研制成多种可见光、红外和多光谱遥感仪器，在航空遥感和航天遥感中应用。

从1975～1994年中国发射了15颗返回型遥感卫星和2颗气象卫星，获得了大量光学遥感资料，取得了显著的效益。

各种物体和军事目标,由于它们的种类、结构和环境条件不同，对不同的光谱波长具有各不相同的反射率和辐射率，它们反射和辐射光波的能量大小及其随波长的分布特性，是光学遥感技术的物理基础。

在0.3～2.5微米波段内，它们主要反射太阳辐射的电磁波，本身的热辐射可以忽略不计。

在波长大于6微米的波段，则主要是本身的热辐射，太阳辐射的影响较小。

在2.5～6微米波段内，太阳辐射和本身的热辐射均应考虑。

大气对不同波长的光波有不同的透射特性，只有大气透过率高的那些波段范围可供遥感应用，这些波段称为大气窗口。

常用的波段有0.3～2.7． 3～5和8～14微米。

光学遥感的工作方式，可分为接收自然辐射能的被动方式和接收人造辐射能的主动方式。

被动方式是利用地物和目标对太阳光的反射和自身的辐射光进行探测，是光学遥感的主要工作方式。

遥感的军事应用
采用光学遥感技术可以探测和识别各种军事目标，在侦察、预警、制导、测绘、气象等方
面有广泛的应用。

1、光学侦察
可见光照相的分辨率高，在晴朗的天气下能分辨军事目标的细节，是军事侦察的一种重要手段。

红外遥感能昼夜工作，温度分辨率高，获取的信息可实时传输和处理显示。

多光谱遥感的波段范围宽，光谱信息丰富，有利于识别目标。

装载有各种光学遥感器的侦察卫星和侦察飞机，能对地面、海洋的军事目标进行连续的侦察和监视，红外遥感还可以发现潜航中的潜艇。

航天、航空遥感具有侦察范围广、发现目标快等特点，重要手段。

2、红外预警星载或机载红外遥感设备可发现和跟踪敌方导弹、飞机等目标。

主要是在预警卫星上采用红外预警，对洲际和潜射导弹进行监视。

导弹发射时，发动机喷焰温度高达3000℃以上，辐射出很强的红外线。

将红外探测设备安装在地球同步轨道或其他轨道的预警卫星上，由多颗卫星组成预警网，可覆盖全球，提供15～30分钟的预警时间。

采用长波红外探测器，可探测被动段飞行的运载火箭和弹头。

将红外探测设备安装在预警飞机上，可以警戒敌方导弹和飞机的入侵。

3、光电制导
光学遥感技术用于武器制导，可大幅度提高武器的命中精度。

红外制导、激光制导和光电复合制导技术，已广泛用于战术导弹、炮弹和航空炸弹的制导，也可用于战略导弹的末制导。

红外制导是用遥感器探测目标自身的红外辐射，隐蔽性好，角分辨率高，红外成像制导具有识别目标能力。

激光制导是用激光照射目标，用遥感器探测目标反射的激光信号，与雷达制导相比，具有制导精度高、抗电磁干扰能力强的优点。

此外，电视、红外、激光和雷达等不同制导方式组成的光电复合制导，可根据不同情况灵活使用。

4、军事测绘
航空摄影早已用于测绘军事地图。

利用卫星进行大地测绘，具有测绘速度快、范围广和精度高等特点。

卫星上通常装有高精度照相机、多光谱扫描仪等，地物相机对地面景物拍照，用星相机同步拍摄恒星，并用地面测量设备精确测定卫星的轨道，从而保证测量结果的准确性。

卫星遥感资料经过处理后，可制成各种军用地图。

5、气象探测
气象卫星上装有可见光、红外、多光谱扫描仪和辐射计等多种光学遥感设备，能实时获取全球的气象资料，为军事行动提供气象保障。

利用激光探测设备，可监测大气成分、污染和毒剂。

专门设计的激光雷达还可测量大气的温度、湿度、风速，能见度和云层高度。

6.新型激光器研究：
激光测距仪是激光在军事上应用的起点，将其应用到火炮系统，大大提高了火炮射击精度。

激光雷达相比于无线电雷达，由于激光发散角小，方向性好，因此其测量精度大幅度提高。

由于同样的原因，激光雷达不存在"盲区"，因此尤其适宜于对导弹初始阶段的跟踪测量。

但由于大气的影响，激光雷达并不适宜在大范围内搜索，还只能作为无线电雷达的有力补足。

还有精确的激光制导导弹，以及模拟战场上使用的激光武器技术运用。

在激光实战演习的战场上，酷似实际战争场面。

光电技术的发展，如电荷耦合器件、红外焦平面器件的出现，使探测器的集成度提高数个数量级。

光学遥感器的测量精度、探测距离将进一步提高，获取的图像质量将大大改善。

光学、精密机械与电子技术紧密结合，使光学遥感技术向智能化的方向发展。

遥感技术在军事上如此神通，我们在充分认识并应用遥感技术使也不能忽略其两面性。

既要发展我军传统作战理论方法和作战形式，又要创造新的作战理论，方法和形式，有针对性的研究。

如何充分发挥传感武器的作战效能，如何在敌高清晰度的侦察监视下，有效隐蔽我军的行动企图；如何有效地进行反制导攻击；如何诱惑敌军，使其无法正确定位攻击……在各种优势上找到对策，寻找自己的克星，并有效防止它，扬我之长，避我之短，用敌之短，避敌之长。

I自由空间光通信技术
自由空间光通信 (简称FsO)又称无线光通信。

这是一种以激光 (MHz)为载波，以自由空间为传输介质的新型通信技术。

自由空间光通信系统一般包括三个基本部分：发射机、信道和接收机。

在点对点传输的情况下，每一端都设有光发射机和光接收机，可以实现全双工的通信。

系统所用的基本技术是光电转换。

光发射机的光源在电信号的调制下。

通过作为天线的光学望远镜将光信号通过自由空间传输信道传送到接收机望‘远镜；而在接收机中，望远镜接收光信号并将它聚焦在光电检测器中。

再由光电检测器将光信号转换成电信号。

FSO可用于空间及地面间通信。

可进行数据、语音、电视、多媒体图像的高速双向传输。

其传输特点是将光束以直线传播。

和其他无线通信相比。

该方法不需要频率许可证，并具有频带宽、成本低廉、保密性好、低误码率、安装快速、抗电磁干扰、组网方便灵活等优点。

根据其使用情况．自由空间光通信可分为点对点、点对多点、环形或网格状通信等。

而从光万方传播的路径或信道来看。

光在自由空间的传播介质有近地面大气层、远离地面的深空和水三种，因此，根据其传输信道特征又可分为：大气层光通信、星际(深空)光通信和水下光通信
海军：
潜艇是各国海军装备的重要组成部分．目前潜艇通信方式仍以“两超“为主．即超长波岸对潜通信和超短波潜对岸通信。

超长波岸对潜通信也就是超低频通信(3-300 Hz)，在这种通信方式中，潜艇要用一根数百米长的漂浮电缆。

因此通信速率极低，通信的有效性受到极大的限制，再加之基地天线系统极为庞大，战时易被催毁。

1963年。

S． Q． Dunfley及G． D． Gilbert等人在研究光波在海洋中的传播特性时。

发现海水对0． 47加． 58微米波段内的蓝绿光的衰减比对其他波段光的衰减要小很多。

证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。

图1所示是光波在水中的衰减曲线。

依据上述物理现象，利用工作在蓝绿光波段的激光器，就可研制出基于新的物理机理的水下目标探测、控制、通信等新型装备．从而为解决长期以来困扰各国海军对潜通信等难题带来了新的希望。

蓝绿激光对潜通信的原理是先由发射端将信息内容按一定规律进行编码变换以形成数字化的电脉冲信号，然后以此电信号来调制激光载波，使激光器发射的光强度随信号的变化而变化。

当安装在潜水艇上的激光接收机收到这一激光束后，再用透镜系统对激光束进行聚焦、滤波，然后送到光电检测器还原成电信号，再经低噪放大、脉冲整形等手段恢复原编码信号，并解码还原出原来的信息内容。

蓝绿激光对潜通信的突出优点是隐蔽性好、数据传输率高、保密性优良、抗干扰性能好、具有双工通信的能力。

因此．蓝绿激光水下通信系统有望成为水下通信的一个新的有效方式。

一般来讲。

蓝绿激光对潜通信系统可分为陆基、天基和空基三种方案。

其中陆基系统是由陆上基地台发出强脉冲激光束．然后经卫星上的反射镜将激光束反射至
所需照射的海域，从而实现与水下潜艇的通信。

这种方式也可通过星载反射镜扩束成宽光束。

从而实现一个相当大范围内的通信；
也可以控制成窄光束，以扫描方式通信。

天基系统是把大功率激光器置于卫星上来完成上述通信功能。

并在地面通过通信系统对星上设备实施控制和联络。

也可以借助一颗卫星与另一颗卫星进行星际之间的通信，然后让位置
最佳的一颗卫星实现与指定海域的潜艇通信。

空基系统将大功率激光器置于飞机上。

当飞机飞越预定海域时，激光束以一定形状的波束扫过目标海域来完成对水下潜艇的广播式通信。

军事应用：随着潜艇的航速增加、“寂静”潜艇的出现、消磁技术及无磁性艇壳材料的采用、各种声对抗武器的装备，潜艇的隐蔽性与机动能力进一步增强。

为对付敌方潜艇日益严重的威胁以及解决威胁己方潜艇安全的水雷探测难题，各国海军更加重视研究新的水下目标探测手段，如利用机载蓝绿激光扫描进行水下目标探测。

机载激光探潜探雷是一种非声探测技术。

与声纳技术
相比，尽管机载激光扫描的探测距离小 (目前最大探测深度在70～80m)，但其搜索效率和探测点密度远远高于声纳。

此外，它还具有很强的机动性、运行成本低和易于操作等许多优点。

机载激光探潜探雷是在机载激光海深测量技术的基础上发展起来的。

在机载激光水深测量技术研究的基础上，美国80年代开始研制机载激光探潜探雷系统。

1987年，美国国防研究远景规划局将蓝绿激光探潜列为正在进行的几项非声波探潜技术计划之一。

美国卡曼公司 (Kaman Corporation)、洛拉尔防务系统公司 (Loral Defense Systems)、洛克希德公司 (Loekheed Sanders)、诺斯罗普公司 (Northrop)等几个公司相继开展了机载激光探潜探雷技术的研究。

比较有代表性的是卡曼公司于80年代中期研制成功的“魔灯Magic Lantern”机载激光探潜探雷系统。

1991年海湾战争期间，由于伊拉克布放的水雷使美国的一艘巡洋舰和一艘水陆两用舰遭重创，美军决心加强其反水雷力量，将改进的“魔灯ML-30”型激光探测系统装在“SH一2海妖”直升机上，在海湾执行探雷任务。

仅投入4天，就发现了数量相当于其他水声探雷系统前7个月所探到的总数的12％。

之后，美国海军将“魔灯”系统作为发展探测水雷设备计划中的首项发展设备。

1991年年末，美国海军投资1060万美元研制比ML-30更先进的ML-90型“魔灯”蓝绿激光系统。

与此同时，美国海军陆战队为实现对海滩和两栖登陆区域的雷场警戒，投资1260万美元研制可装在战斗机、直升机以及无人驾驶飞机上的“魔灯”改进型。

美国海军目前尚未决定将“魔灯系统”列入其直升机的正式装备，仅想通过招标的方式从卡曼、洛拉尔、洛克希德、诺斯罗普公司选择最佳者。

但不管怎样，机载激光探潜探雷系统不久将成为美军反潜扫雷直升机的正式装备。

前苏联也是较早开展蓝绿激光探潜技术研究的国家之一。

早在80年代就有报道称前苏联已能从时速为每小时160km的低空飞行的飞机上利用激光扫描技术探测水下目标。

1993年美国《世界武器评论》报道：俄罗斯已在图95 “熊Ⅳ”型轰炸机的头部安装了“紫石英”机载蓝绿激光潜艇探测系统，以搜索沿海潜艇和水雷。

瑞典的萨伯公司(Saab)和加拿大光学技术公司于80年代后期联合研制了“鹰眼”机载激光探潜系统。

它具有探潜和海深测量双重功能，已于1994年交付给瑞典海军，并已在波罗的海进行了实验。

综上所述，美国、前苏联等国已逐渐完成了蓝绿激光探潜／探雷系统的原理研究，并有小批量该类设备形成装备投入部队使用。

机载激光海洋测深是一种全新的海洋探测技术，具有大面积、高精度、实时性和良好的机动性等优点。

它是集光、机、电为一体的系统，涉及大气光学、海洋光学、激光技术、微弱信号检测技术、计算机技术等诸多领域。

我国的地理环境正是海岸线长、海域辽阔、大陆架矿藏资源丰富，近海水域和港口附近水域是潜在的争夺战场。

机载激光海洋测深技术由于其无可比拟的优越性，在近海水域和港口附近水域的水下探测具有广阔的应用前景。

七、蓝绿激光对潜通信
早在70年代初，美国海军就开始利用海水的这个所谓蓝绿光“窗口”为潜艇通信开辟新的途径。

据悉，一些主要技术难关目前已全部解决，应用前景比较乐观，只是还存在一些实现上的问题。

对潜蓝绿激光通信是指利用在海水低损耗窗口波长上的篮绿激光，通过卫星或飞机与深水中潜行潜艇的通信，也包括水面舰只与潜艇之间的通信。

通信系统可分为陆基、天基和空基三种方案：
(1)陆基系统。

由陆上基地台发出强脉冲激光束，经卫星上的反射镜，将激光束反射至所需照射的海域，
实现与水下潜艇的通信。

这种方式可通过星载反射镜扩束成宽光束，
实现一个相当大范围内
的通信；也可以控制成窄光束，以扫描方式通信。

这种方案灵活，通信距离远，可用于全球
范围内光束所能照射到的海域，通信速率也高，不容易被敌人截获，安全、隐蔽性好，但实
现难度大。

(2)天基系统。

与陆基方案不同的是，把大功率激光器置于卫星上完成上述通信功能，地面通过电通信系
统对星上设备实施控制和联络。

还可以借助一颗卫星与另一颗卫星的星际之间的通信，让位置最佳的一颗卫星实现与指定海域的潜艇通信。

这种方亨不论是隐蔽性还是有效性都是不容置疑的，应该说它是激光对潜通信的最佳体制，当然实现的难度也很大。

（3）空基系统。

将大功率激光器置于飞机上，飞机飞越预定海域时，激光束以一定形状的波束（如
15Km长1Km宽的矩形）扫过目标海域，完成对水下潜艇的广播式通讯。

如果飞机高度为10Km，以300m/s速度飞过潜艇上空时，激光束将在海面上扫过一条15Km宽的照射带。

在飞机一次飞过潜艇上空的约3秒的时间内，可完成40～80个汉字符号的信息量的通讯。

这种方法实现起来较为容易，在条件成熟时，这种办法很容易升级至天基系统之中。

激光通信的优点是：穿透海水能力强，可实现与下潜400m以上的潜艇通信；工作频率高、
(10<12>-10<14>Hz)，通信频带宽，数据传输能力强；波束宽度窄，方向性好；设备轻小；
抗截获、抗干扰、抗毁能力强；不受电磁以及核辐射的影响。

但是，由于这种通信方式使用
经大气传播的光波，在大气中会引起光散射，造成信号的衰减。

潜艇
HF/VHF/UHF
通讯：
潜艇的生存能力完全维系于自身的隐蔽性上，潜艇在海上一旦被敌人水面舰艇或飞机发现
便很难逃脱被攻击的厄运。

为了安全，潜艇原则上要尽量少发射或不发射任何无线电波。

目前比较有效的办法是尽量缩短通讯时间和提高信息传输速率，无线电波在空中总的发射
时间限制在无线电侦察定位系统的反应时间内。

比如：完成一次通讯时间只有
0.08s，这使敌人的定位系统来不及对无线电波信号的存在做出反应。

激光武器的优点；无需进行弹道计算；无后坐力；操作简便，机动灵活，使用范围广；无放射性污染，效费比高。

3结论
通过对以上几种激光快速成型技术的了解。

我们可以得知，激光快速成型技术拥有多样化，先进以及效率高产品品质优异的优点，但也同时由于技术原因有着缺点，但是，其优点明显大于缺点。

不久以后，相信激光快速成型技术将有可能取代传统加工技术。

4参考文献
[15]任广森大.气激光通信的关键技术及其军事应用探讨[J]. 科技论坛,2010(32):17—18
参考文献:
[1]李相银，姚敏玉《激光原理技术及应用》.哈尔滨工业大学出版社.2004(10)
[2] 李来平,胡明华,杨学勤等.激光焊接技术及其在航天领域的应用[J]. 现代焊接,2009(8)
[3] 程灿军,钟如涛,汪连运. 激光加工技术在冶金行业的应用[J]. 武钢技术,2010,48(3)。