光電傳感器在軍事武器上的應(yīng)用
2013-09-28 09:01:22??????點(diǎn)擊：
傳感器，顧名思義，是對某些事物特別敏感的裝置。多種類別的傳感器幾乎可以探測任何信息，特別是，光電傳感器可以探測可見光、紅外輻射、微波、無線電信號等等。由傳感器輸出的信號通常被送往其他電子儀器中進(jìn)行處理。傳感器及信號處理裝置所包含的技術(shù)都十分重要，同時也是相當(dāng)復(fù)雜的。隨著光電技術(shù)的迅速發(fā)展，形形色色的光電傳感器在各種軍事裝備和武器系統(tǒng)中得到日益廣泛的應(yīng)用，軍事力量對光電傳感器的依賴與日俱增。光電傳感器已成為范圍廣泛的電子裝備的重要組成部分而普遍應(yīng)用于命令、控制、通信及情報(bào)獲取，即通常所說的無論是激光測距機(jī)，還是激光雷達(dá)，或者是各種激光制導(dǎo)系統(tǒng)，都離不開一定類型的傳感器。
光電傳感器猶如這些武器火控系統(tǒng)的“眼睛”，離開它們，測距機(jī)和雷達(dá)就“看”不到由目標(biāo)反射回來的激光，從而無法對目標(biāo)的距離和其他運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行測量，而激光制導(dǎo)導(dǎo)彈或炸彈也無法跟蹤和準(zhǔn)確地打擊這些目標(biāo)。一般說來，將一枚正在追蹤目標(biāo)的導(dǎo)彈“致盲”要比把一個普通士兵致盲具有更高的“效益”，因此，傳感器就像人眼一樣成為低能激光武器的主要攻擊目標(biāo)，甚至是低能激光武器最主要的攻擊目標(biāo)。更何況，人眼致盲激光武器會遭到人道主義的譴責(zé)乃至被禁止使用，而攻擊傳感器的激光武器則不會受到任何非難。激光對傳感器的破壞也基于完全相同的機(jī)制。即使入射到傳感器窗口的輻射相當(dāng)弱，但由于光學(xué)元件的會聚作用，仍可在探測器上得到非常高的能量密度。
一個典型的光電傳感器中通常包含很多光學(xué)元件，光束進(jìn)入傳感器后經(jīng)多次會聚，使探測器表面實(shí)際入射的能量密度可以高達(dá)照射到傳感器表面能量密度的100萬倍這和角膜在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生的能量密度增益屬同一量級。傳感器這樣設(shè)計(jì)的目的是為了提高靈敏度，以具備探測極微弱光的能力；不幸的是，這一特性使其成為極易受激光武器傷害的目標(biāo)。由于光電傳感器對紅外輻射，或可見光，或?qū)Χ叨继貏e靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo)。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標(biāo)?；蛘?，如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo)，則致盲將使其失去目標(biāo)。對引爆導(dǎo)彈和炸彈戰(zhàn)斗部的傳感器進(jìn)行干擾或誘騙，要么使其遠(yuǎn)離目標(biāo)時過早爆炸而不會傷害其預(yù)期目標(biāo)，要么使其根本不爆炸。破壞傳感器或有關(guān)電子裝置的關(guān)鍵元件，導(dǎo)致武器系統(tǒng)失靈并脫靶。引起傳感器本身，或者有關(guān)光學(xué)系統(tǒng)熱損傷或物理損傷，同樣可以導(dǎo)致武器系統(tǒng)失靈并脫靶。大多數(shù)傳感器在有限的波長范圍內(nèi)工作，不同的傳感器有不同的工作波長，一般來說，傳感器工作波長越長，波長范圍越寬，傳感器的靈敏度越高，同時也就越容易受到激光束的攻擊。最容易受攻擊的光電傳感器之一是工作波長范圍為8-12微米的探測熱輻射的傳感器。之所以將這一波段的輻射稱為“熱輻射”，就是因?yàn)槠胀ǖ臏嘏矬w，如士兵，正在工作的飛機(jī)和坦克的發(fā)動機(jī)等都會自發(fā)產(chǎn)生這一波段的輻射。所以，軍用夜視系統(tǒng)上的傳感器就對此波段特別敏感，以便在夜間有效地探測如上所述的一類目標(biāo)。
典型情況下，熱尋的制導(dǎo)導(dǎo)彈上采用工作波長比以上所述稍短的其他紅外光電傳感器。這種導(dǎo)彈主要用于攻擊飛機(jī)。適當(dāng)波長的紅外激光可以作為假目標(biāo)誘使導(dǎo)彈沿錯誤的路徑飛行，或者將傳感器完全毀掉，使導(dǎo)彈徹底變?yōu)椤懊棥薄＜す馕淦鞯囊活愔匾繕?biāo)是“引信”。引信經(jīng)過預(yù)編程，當(dāng)武器足夠接近目標(biāo)時引爆戰(zhàn)斗部并將目標(biāo)摧毀。大多數(shù)現(xiàn)代信息依賴于某種光電傳感器，例如，用在很多反飛機(jī)導(dǎo)彈上的光電傳感器包括一個發(fā)射短脈沖激光的小型、低功率半導(dǎo)體激光器，由目標(biāo)返回的激光被探測器接收。如果脈沖發(fā)出后在很短的時間內(nèi)便接收到反射光，就意味著目標(biāo)已非常接近。當(dāng)目標(biāo)足夠近時，引信引爆戰(zhàn)斗部。被這種導(dǎo)彈追蹤的飛機(jī)駕駛員可以采取的對抗措施就是，要 么當(dāng)導(dǎo)彈還足夠遠(yuǎn)，它的爆炸不會造成任何危害時使用激光誘餌目標(biāo)觸發(fā)引信裝置將導(dǎo)彈引爆；要么用能量足夠高的激光束將引信裝置摧毀，使導(dǎo)彈再也不會被引爆。戰(zhàn)場上也可以用同樣的方法阻止導(dǎo)彈威脅其他目標(biāo)。
光電傳感器猶如這些武器火控系統(tǒng)的“眼睛”，離開它們，測距機(jī)和雷達(dá)就“看”不到由目標(biāo)反射回來的激光，從而無法對目標(biāo)的距離和其他運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行測量，而激光制導(dǎo)導(dǎo)彈或炸彈也無法跟蹤和準(zhǔn)確地打擊這些目標(biāo)。一般說來，將一枚正在追蹤目標(biāo)的導(dǎo)彈“致盲”要比把一個普通士兵致盲具有更高的“效益”，因此，傳感器就像人眼一樣成為低能激光武器的主要攻擊目標(biāo)，甚至是低能激光武器最主要的攻擊目標(biāo)。更何況，人眼致盲激光武器會遭到人道主義的譴責(zé)乃至被禁止使用，而攻擊傳感器的激光武器則不會受到任何非難。激光對傳感器的破壞也基于完全相同的機(jī)制。即使入射到傳感器窗口的輻射相當(dāng)弱，但由于光學(xué)元件的會聚作用，仍可在探測器上得到非常高的能量密度。
一個典型的光電傳感器中通常包含很多光學(xué)元件，光束進(jìn)入傳感器后經(jīng)多次會聚，使探測器表面實(shí)際入射的能量密度可以高達(dá)照射到傳感器表面能量密度的100萬倍這和角膜在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生的能量密度增益屬同一量級。傳感器這樣設(shè)計(jì)的目的是為了提高靈敏度，以具備探測極微弱光的能力；不幸的是，這一特性使其成為極易受激光武器傷害的目標(biāo)。由于光電傳感器對紅外輻射，或可見光，或?qū)Χ叨继貏e靈敏，因而就更加容易成為激光攻擊的目標(biāo)。此外，電子系統(tǒng)及傳感器本身還極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾而無法正常工作。戰(zhàn)場上的激光武器攻擊光電傳感器的方式主要有以下幾種：用適當(dāng)能量的激光束將傳感器“致盲”，使其無法探測或繼續(xù)跟蹤已經(jīng)探測到的目標(biāo)?；蛘?，如果傳感器正在導(dǎo)引武器飛向目標(biāo)，則致盲將使其失去目標(biāo)。對引爆導(dǎo)彈和炸彈戰(zhàn)斗部的傳感器進(jìn)行干擾或誘騙，要么使其遠(yuǎn)離目標(biāo)時過早爆炸而不會傷害其預(yù)期目標(biāo)，要么使其根本不爆炸。破壞傳感器或有關(guān)電子裝置的關(guān)鍵元件，導(dǎo)致武器系統(tǒng)失靈并脫靶。引起傳感器本身，或者有關(guān)光學(xué)系統(tǒng)熱損傷或物理損傷，同樣可以導(dǎo)致武器系統(tǒng)失靈并脫靶。大多數(shù)傳感器在有限的波長范圍內(nèi)工作，不同的傳感器有不同的工作波長，一般來說，傳感器工作波長越長，波長范圍越寬，傳感器的靈敏度越高，同時也就越容易受到激光束的攻擊。最容易受攻擊的光電傳感器之一是工作波長范圍為8-12微米的探測熱輻射的傳感器。之所以將這一波段的輻射稱為“熱輻射”，就是因?yàn)槠胀ǖ臏嘏矬w，如士兵，正在工作的飛機(jī)和坦克的發(fā)動機(jī)等都會自發(fā)產(chǎn)生這一波段的輻射。所以，軍用夜視系統(tǒng)上的傳感器就對此波段特別敏感，以便在夜間有效地探測如上所述的一類目標(biāo)。
典型情況下，熱尋的制導(dǎo)導(dǎo)彈上采用工作波長比以上所述稍短的其他紅外光電傳感器。這種導(dǎo)彈主要用于攻擊飛機(jī)。適當(dāng)波長的紅外激光可以作為假目標(biāo)誘使導(dǎo)彈沿錯誤的路徑飛行，或者將傳感器完全毀掉，使導(dǎo)彈徹底變?yōu)椤懊棥薄＜す馕淦鞯囊活愔匾繕?biāo)是“引信”。引信經(jīng)過預(yù)編程，當(dāng)武器足夠接近目標(biāo)時引爆戰(zhàn)斗部并將目標(biāo)摧毀。大多數(shù)現(xiàn)代信息依賴于某種光電傳感器，例如，用在很多反飛機(jī)導(dǎo)彈上的光電傳感器包括一個發(fā)射短脈沖激光的小型、低功率半導(dǎo)體激光器，由目標(biāo)返回的激光被探測器接收。如果脈沖發(fā)出后在很短的時間內(nèi)便接收到反射光，就意味著目標(biāo)已非常接近。當(dāng)目標(biāo)足夠近時，引信引爆戰(zhàn)斗部。被這種導(dǎo)彈追蹤的飛機(jī)駕駛員可以采取的對抗措施就是，要 么當(dāng)導(dǎo)彈還足夠遠(yuǎn)，它的爆炸不會造成任何危害時使用激光誘餌目標(biāo)觸發(fā)引信裝置將導(dǎo)彈引爆；要么用能量足夠高的激光束將引信裝置摧毀，使導(dǎo)彈再也不會被引爆。戰(zhàn)場上也可以用同樣的方法阻止導(dǎo)彈威脅其他目標(biāo)。
綜上所述，由于傳感器在戰(zhàn)場上發(fā)揮的作用越來越重要，同時又很容易遭受激光攻擊，它們已成為低能激光武器的首選目標(biāo)。然而，用激光武器攻擊傳感器也存在一些潛在的問題，主要是有些“殺傷”機(jī)制迄今尚缺乏實(shí)戰(zhàn)成功的證據(jù)。此外，被導(dǎo)彈跟蹤的飛機(jī)駕駛員可能會感到用自己的武器“實(shí)實(shí)在在”地摧毀敵人的導(dǎo)彈比采取“欺騙”的手法僅僅使其“迷失方向”更能得到心理上的滿足。
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