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基于猫眼效应的激光主动探测技术是应用于激光武器系统中的一项新型技术,其中最为关键的问题是如何准确描述被探测光学目标的猫眼效应反射特性。介绍了几种成功应用猫眼效应的车载、便携、舰载和机载激光武器系统,综述了一些有代表意义的研究方法和结果。最后阐述了目前猫眼效应用于激光主动探测技术存在的主要问题,并指出当前的发展趋势:多体制探测、基于猫眼效应反射光的衍射干涉特性获取光学目标特征参数、基于猫眼系统对探测激光的调制作用建立闭合回路跟踪系统、随机大气对猫眼效应反射光的影响等。
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激光与光电子学进展
47
,
102802
(
2010
)
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○
C
2010
《中国激光》杂志社
doi
:
10.3788
/
LOP47.102802
猫眼效应用于激光主动探测技术的研究现状与
发展趋势
赵延仲
1
孙华燕
1
宋丰华
1
谷锁林
2
(
1
装备指挥技术学院,北京
101416
;
2
中国酒泉卫星发射中心,甘肃 酒泉
732750
)
摘要
基于猫眼效应的激光主动探测技术是应用于激光武器系统中的一项新型技 术,其中 最 为关键 的 问题是 如 何
准确描述被探测光学目标的猫眼效应反射特性。介绍 了几 种成 功应 用猫 眼效 应的 车载、便 携、舰 载 和 机 载 激 光 武
器系统,综述了一些有代表意义的研究方法和结果。最后阐述了目前猫眼效应用 于 激光主 动 探测技 术 存在的 主 要
问题
,并指出当前的发展趋势:多体制探测、基于猫眼 效 应 反 射 光 的 衍 射 干 涉 特 性 获 取 光 学 目 标 特 征 参 数、基 于猫
眼系统对探测激光的调制作用建立闭合回路跟踪系统
、随机大气对猫眼效应反射光的影响等。
关键词
探测器;激光技术;激光主动探测;猫眼效应;反射特性
中图分类号
TN249
犗犆犐犛
280.4788140.3580
文献标识码
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收稿日期:
20100412
;收到修改稿日期:
20100512
基金项目:国防预研基金(
犜犢7131008
)和“十一五”国防预研基金(
513210902
)资助课题。
作者简介:赵延仲(
1984
—),男,博士研究生,主要从事激光主动探测和光电信息处理等方面的研究。
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导师简介:孙华燕(
1963
—),女,教授,博士生导师,主要从事激光主动探测和光电信息处理等方面的研究。
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1
引
言
猫眼效应原理在军事领域的首次应用是
20
世纪
80
年代激光致盲武器的瞄准定位系统。前苏联、美国、
法国的科研人员提出激光武器可利用光学目标的猫眼效应原理,搜索敌方目标的光学设备和光电传感器,确
定其位置,并实施准确攻击
[
1
]
。由于猫眼效应反射光的原路返回特 性和 准直 特性,相对于被动探测技术,激
光主动探测技术可以具有较高的探测回波强度
:一旦我方发射的激光进入了敌方光电设备的光学窗口,产生
的猫眼效应反射光强度将比一般漫反射强度高
2
~
4
个量级
[
2
]
。此外,激光主动探测系统可以具有更高的定
1028021
47
,
102802
激光与光电子学进展
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犼
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位精度和更快的探测速度,并可令敌方光学侦查设备对我方战略目标的侦查动作得到快速告警。
近年来,由于技术发展和应用需求牵引,在反恐、维和以及现代战争中,利用猫眼效应对光学目标进行探
测定位的技术在 国 内 外 受 到 越 来 越 多 的 重 视
[
3
~
15
]
,尤 其 是 被 探 测 目 标 的 猫 眼 效 应 特 性 研 究 逐 渐 成 为 热
点
[
16
~
31
]
,其研究方法逐渐由传统的测距对比法
[
2
~
6
]
、几何光学法
[
17
~
20
]
向物 理光 学和 矩阵 光学 等方 向
[
21
~
30
]
转变,应用研究方向也逐渐深入到对光学目标的特征参数识别方面
[
30
,
31
]
。这些技术的发展可满足敌方目标
动作特征侦察等现实军事需求,进一步丰富激光主动探测系统的信息获取能力,提高 其智 能性。但 是,在 技
术迅速发展的同时
,对光学目标猫眼效应的理论及应用研究重复性较多,方法创 新较 少,使 得实 用的 武器 系
统和技术改进较为缓慢
。因此,有必要对激光主动探测技术的主要基础 光学 目标 猫眼 效应 的研 究现 状
与发展趋势进行综述,以便为进一步的技术发展理清思路、开拓方向。本文首先介绍猫眼效应的主要原理和
几种典型武器系统,然后回顾近年来具有阶段性意义的研究方法及结果,理清其 逐步 发展 过程,最后梳理存
在问题和发展趋势。
2
猫眼效应原理
图
1
猫眼反光现象及其反射光线示意图
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犺狋
在猫眼的视网膜后 面,有 多 达
15
层 的 特 殊 细 胞,可
像高效能镜子般 收集四 周 光线,构成一 个 能保存 光 线的
反射层。当黑夜 中猫的 瞳 孔张得 很 开时,光线 能 从反射
层按原路反射回来,发出特有的绿光或金光,就产生了典
型的猫眼效应现象,如图
1
所示。
如同猫的眼睛一样,所有的成像或探测用光学镜头都
是通过一定口径的光学系统将接收到的光信号汇聚到光
电传感器上。光电传感器在对汇聚的光信号进行吸收、转
换的同时,会反射一部分光信号。光电探测器在对光信号
进行吸收
、转换的同时,会将一部分光信号反射。所以,当
图
2
光学镜头的猫眼效应原理示意图
犉犻
犵
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犲犲犳犳犲犮狋狅犳狅
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激光束进入光学系统视场时,根据光路的可逆性,从探测
器反射的光束会按原光路传递回去,这种原路返回性不受
入射角的影响,仅是在斜入射时反射光束束宽受到限制,
此即光学镜 头 的猫眼 效 应原理,光线 传 输过程 如 图
2
所
示。另外,由于镜头对反射光的准直作用,反射光如同从
激光腔发出的激光束一样,具有较小的发散角。
3
应用猫眼效应的典型武器系统
3.1
车载激光武器系统
图
3
“豣 鱼”激光武器系统
犉犻
犵
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最早应用猫眼效应的实用武器系统是美国
20
世纪
80
年代研制的“豣 鱼”激光武器系统和前苏联的“拉
瑟”车载激光致盲武器系统
[
7
,
8
]
。这两个系统均采用低能脉冲进行扫描,利用敌方军用光学设 备的 猫眼 效应
原路返回光来进行定位后进行攻击。
“豣鱼”车载激光武器系统所用激光二级管抽运的板
条形
犖犱∶犢犃犌
激 光 器 高 峰 值 功 率 短 脉 冲 激 光 能 量 达
0.1犑
以上,可破坏
8犽犿
距离处的光电传感器,并能伤害
更远处的人眼。该系统作为一个车载自卫激光武器系统
安装到布雷德利战车上,如图
3
所示,用于攻击原苏制坦
克的光电装置。由于应 用 了猫眼 效 应,射手能 同 时对几
辆坦克或装甲运 输车进 行 定位,发射激 光 使其光 电 传感
器致盲,从而 失 去 机 动 能 力,然 后 向 它 们 发 射 反 坦 克 导
弹,从而大大提高了命中率。由于
1991
年“沙漠风暴”行
1028022
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