军用激光技术报告

郑州轻工业学院军用激光技术与激光武器学院:~~~~~~~~~~~专业:~~~~~~~~~~~姓名~~~~~~~~~~~学号:~~~~~~~~~~~学院:~~~~~~~~~~~专业:~~~~~~~~~~~姓名~~~~~~~~~~~学号:~~~~~~~~~~~激光技术在军事上的应用要想说激光技术的应用，有必要说一下，激光的特点和激光器的组成以及工作原理。激光的特点以及原理首先，激光与一般光相比，具有四个特点：亮度咼由于激光的发射能力强和能量的高度集中，所以亮度很高，它比普通光源高亿万倍，比太阳表面的亮度高几百亿倍。亮度是衡量一个光源质量的重要指标，若将中等强度的激光束经过会聚，可在焦点出产生几千到几万度的高温。方向性好激光发射后发散角非常小，激光射出20公里，光斑直径只有20――30厘米，激光射到38万公里的月球上，其光斑直径还不到2公里。单色性好光的颜色由光的不同波长决定，不同的颜色，是不同波长的光作用于人的视觉的不同而反映出来。激光的波长基本一致，谱线宽度很窄，颜色很纯，单色性很好。由于这个特性，激光在通信技术中应用很广。相干性好相干性是所有波的共性，但由于各种光波的品质不同，导致它们的相干性也有高低之分。普通光是自发辐射光，不会产生干涉现象。激光不同于普通光源，它是受激辐射光，具有极强的相干性，所以称为相干光。其次，激光的产生需要一套产生激光的装置，这组装置成为激光器，下面主要说一下激光器的组成及其分类：激光器一般由三个部分组成：（1）.工作物质这是激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。目前，激光工作物质已有数千种，激光波长已由X光远至红外光。例如氦氖激光器中，通过氦原子的协助，使氖原子的两个能级实现粒子数反转；（2）.激励能源（光泵）它的作用是给工作物质以能量，即将原子由低能级激发到高能级的外界能量。通过强光照射工作物质而实现粒子数反转的方法称为光泵法。例如红宝石激光器，是利用大功率的闪光灯照射红宝石（工作物质）而实现粒子数反转，造成了产生激光的条件。通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。（3）.光学共振腔这是激光器的重要部件，其作用一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。这两个互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射。另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的。激光器主要由三部分组成：工作物质、激励能源、谐振腔(共振腔)。如图：红宝石激光器的基本结构。激光器的分类激光器可按照不同的方式进行分类。最通常的是按照工作物质将其分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四种，也可以按照运转方式不同分为脉冲式激光器和连续波式激光器。.固体激光器一般采用光激励源。工作物质多为掺有杂质元素的晶体或玻璃。最常见的固体激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器等，固体激光器输出能量高，小而坚固，在激光加工、激光武器等方面有重要应用。.气体激光器一般采用电激励源，常使用在连续工作方式上。常见的气体激光器有氦一氖激光器，CO2激光器等。气体激光器效率2较高，能以脉冲和连续两种方式工作，常用于精密测量、全息照相等领域。.液体激光器采用光激励能源，其特点是是输出波长连续可调，常见的液体激光器有若丹明液体激光器等。.半导体激光器多采用电注入方式提供能量，具有体积小、易于调制等优点，常见的半导体激光器有砷化钾激光器等，在通信、测距和雷达等应用方面具有特殊的地位。激光的应用了解了激光的原理，再谈激光的应用就方便多了，下面主要谈一下激光在军事上的应用。激光侦察与测量激光的侦察与测量就是利用激光的特性制造出激光的侦察与测量仪器。例如激光雷达，激光测距等。激光雷达激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号（激光束），然后将接收到的从目标反射回来的信号（目标回波）与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达的特点与普通微波雷达相比，激光雷达由于使用的是激光束，工作频率较微波高了许多，因此带来了很多特点，主要有：（1）分辨率高激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于O.lmard也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标（这是微波雷达无论如何也办不到的），并可同时跟踪多个目标；距离分辨率可达0.lm；速度分辨率能达到10m/s以内。距离和速度分辨率高，意味着可以利用距离——多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高，是激光雷达的最显著的优点,其多数应用都是基于此。隐蔽性好、抗有源干扰能力强激光直线传播、方向性好、光束非常窄，只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难，且激光雷达的发射系统(发射望远镜)口径很小,可接收区域窄，有意发射的激光干扰信号进入接收机的概率极低；另外，与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强，适于工作在日益复杂和激烈的信息战环境中。低空探测性能好微波雷达由于存在各种地物回波的影响，低空存在有一定区域的盲区(无法探测的区域)。而对于激光雷达来说,只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的影响，因此可以〃零高度〃工作，低空探测性能较微波雷达强了许多。体积小、质量轻通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧得多,发射望远镜的口径一般只有厘米级，整套系统的质量最小的只有几十公斤，架设、拆收都很简便。而且激光雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。激光雷达的缺点首先，工作时受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远。而在大雨、浓烟、浓雾等坏天气里，衰减急剧加大，传播距离大受影响。如工作波长为10.6“m的CO激光，是2所有激光中大气传输性能较好的，在坏天气的衰减是晴天的6倍。地面或低空使用的CO激光雷达的作用距离，晴天为10—20Km,而坏天气2则降至1km以内。而且，大气环流还会使激光光束发生畸变、抖动，直接影响激光雷达的测量精度。其次，由于激光雷达的波束极窄，在空间搜索目标非常困难，直接影响对非合作目标的截获概率和探测效率，只能在较小的范围内搜索、捕获目标，因而激光雷达较少单独直接应用于战场进行目标探测和搜索。激光测距激光在军事上最早的应用就是测距。I960年首次观察到激光现象后，只经过半年多时间，美国休斯公司就研制出了世界上第一台激光测距机。激光测距原理和雷达测距原理基本相同，只是所使用的测距媒介不同，雷达使用的是微波，而激光测距机使用的是激光。但正是这一点的不同，表征了测距技术的一次重大飞跃，它使人类得以实现以厘米级精度测定如地球到月球的那样遥远的距离。激光测距原理：目前，激光测距机的种类繁多,功能千差万别，但从工作方式上看不外两种：脉冲激光测距和连续波激光测距。(1)脉冲激光测距脉冲激光测距原理是，用脉冲激光器向目标发射一列很窄的光脉冲(脉冲宽度小于50ns)，光达到目标表面后部分被反射，通过测量光脉冲从发射到返回接收机的时间，可算出测距机与目标之间的距离。假设所测距离为H,光脉冲往返时间为t,光在空中的的传播速度为c，贝U：H=ct/2脉冲激光测距机能发出很强的激光.测距能力较强，即使对非合作目标，最大测距也能达到30000m以上。其测距精度一般为5米，.最高的可达0.15m。脉冲激光测距机既可在军事上用于对各种非合作目标的测距，也可在气象上用于测定能见度和云层高度.以及应用在对人造卫星的精密距离测量等领域。（2）连续波激光测距连续波激光测距机通常采用相位法进行测距，其原理是首先向目标发射一束经过调制的连续波激光束，光束到达目标表面后被反射，通过测量发射的调制激光束与接收机接收的回波之间的相位差，可得出目标与测距机之间的距离。与脉冲激光测距机相比，连续波激光测距机发射的（平均）功率较低，因而测距能力相对较差。例如，对非合作目标，相位法测距的最大测程只有1~3km。但连续波激光测距机的测距精度高,可达到2血。因此，连续波激光测距机大多用来对合作目标进行较为精确的测量，如用作自动目标跟踪系统中的精密距离跟踪（像对导弹飞行初始段的测距和眼踪）人、大地测量等。激光武器激光武器是利用激光能量摧毁目标或使其丧失战斗能力的武器。激光武器的杀伤破坏效应主要有三种：烧蚀效应，激波效应，辐射效应。激光武器一般分为高能激光武器和低能激光武器两类。高能激光武器又称强激光武器，它是一种大型的激光装置，能在很短的时间内发出高能激光束。击中目标时，极大的光能量被目标吸收，转变为热能,产生可达几百万度的高温和可达几百万个大气压的高压，使目标被烧蚀、击穿，甚至引起爆炸。高能激光武器可用于摧毁敌导弹、卫星、飞机等大型目标。如美国在1978年作过试验，用40kW的化学激光器击毁了飞行中的〃陶〃式反坦克导弹和一架靶机。目前一些国家正在研究使用激光武器在太空反卫星和反弹道导弹。如美国1983年3月提出的SDI（星球大战）计划,便是在空间布署激光反导武器。1997年10月17日，美国成功地进行了一次激光照射卫星的试验，引起了各国军事家的广泛关注。低能激光武器是指发射功率较小的激光轻武器，也叫战术激光武器，如激光枪、激光致盲武器等。主要用于射击单个敌人，使之失明、死亡或衣服着火而丧失战斗力，也可使各种光学瞄准观察器材失灵。激光武器同常规武器（如火炮）相比，具有如下特点：（一）速度快，命中精度高如用高射炮打飞机,射击时要根据距离、高度、飞机飞行的速度、方位、风速，及炮弹的初速（弹药量）等因素进行弹道计算，确定射击诸元。这一运算过程虽可用弹道计算机自动完成,但仍需要一定时间和存在一定误差。激光武器以光速传播，是速度最快的武器，其弹道是一条直线，飞行时间可忽略，因而命中率高。（二）不产生后坐光没有静止质量，是一种元惯性武器，因而不产生后坐，可以灵活而迅速地改变射击方向而不影响射击精度和效果。（三）威力大，不易受电磁干扰由于激光能量高度集中，可摧毁任何材料做成的目标，同时激光抗电磁干扰的能力强。（四）没有污染，效费比高激光束可使坚硬目标（如坦克装甲）烧蚀和熔化，但又不像核武器爆炸那样产生大量的放射性污染。此外，激光武器硬件可重复使用，发射费用较低。当然，激光武器也有不足，如在地面及在大气层使用时，其射程和威力受自然条件（如天气等）的影响较大。但随着科学技术的发展，这些不足将会被改变。激光武器在未来战争中将发挥其重大的作用。激光制导激光制导是光电制导家族中发展较晚但却进步神速的一个重要成员。激光制导是用来控制飞行器飞行方向，或引导兵器击中目标的一种激光技术。激光制导与其它制导种类相比具有结构简单、作战实效成本低、抗干扰性能好、命中精度高等优点。不足的是受大气及战场条件影响较大，不能全天候工作等。激光制导的基本原理是：用激光器发射激光束照射目标，装于弹体上的激光接收装置则接收照射的激光信号或目标反射的激光信号，算出弹体偏离照射或反射激光束的程度，不断调整飞行轨迹，使战斗部沿着照射或反射激光前进，最终命中目标。激光制导的方式激光制导方式有半主动寻的式、全主动寻的式和波束式（驾束式）三种。目前激光制导武器中大都采用半主动激光制导方式，即导引头（它安装在弹上，被用来自动跟踪目标并测量弹的飞行误差）与激光照射装置分开配置于两地,前者随弹飞行，后者置于弹外。激光照射器用来指示目标，故又称激光目标指示器。导引头通过接收目标反射的激光照射器照射的激光或直接接收照射激光，引导导弹飞向目标。1•半主动式激光制导半主动式激光回波制导系统的工作过程是:激光发射机作为信号源装在地面、车船或飞机上，发射激光束为制导武器指示目标，弹上的激光导引头接收目标反射的激光信号，并跟踪目标上出现的激光光斑，引导战斗部飞向激光光斑,最终命中目标。半主动式回波制导广泛应用于各种武器的制导系统中，如激光制导炸弹、激光制导导弹、激光制导炮弹等，是所有制导武器中制导精度最高的。全主动式激光制导这种制导方式是将激光照射器和目标寻的器都装在弹上，由激光照射器发射激光，目标寻的器接收目标反射回的激光信号，再通过弹上控制系统将弹体引向目标。波束式激光制导激光波束制导又叫激光驾束制导，其工作过程是：激光照射器先捕捉并跟踪目标，给出目标所在方向的角度信息，然后经火控计算机控制弹体发射架，以最佳角度发射导弹，使它进入激光波束中（进人波束的方向要尽可能与激光束轴线的方向一致）。弹体在飞行过程中,弹上激光接收机接收到激光器直接照射到弹上的激光信号，从中处理出制导所需的误差量，即弹体轴线与激光束轴线的偏离方向和大小，并将这个误差量送入弹的控制系统,由控制系统控制弹的飞行方向和姿态,始终保持弹与激光照射光束的重合，最终将战斗部引导于目标上。此种制导方式就像让导弹骑在激光束上滑行一样,所以俗称“驾束制导”激光制导武器激光制导武器现有激光制导炸弹、激光制导导弹和激光制导炮弹等种类。激光制导炸弹由航空器投掷的无动力