利用激光的高方向性完美版資料

激光雷達是在激光測距向多功能發(fā)展的情況下出現(xiàn)的。它不僅可以精確測距，而且可以起精確測速、精確跟蹤、警戒防撞、控制飛船會合等乍用。雷達，這個號稱國防干里眼的名稱，原意為無線電定位的英文“radar”的譯音。它經(jīng)歷了無線電雷達，超高頻雷達，微波雷達等發(fā)展階段。為了適應現(xiàn)代戰(zhàn)爭高精度定位的需要，有人曾提出過研制頻率更高的光雷達方案，但因普通光亮度和單色性較差的限制，使之發(fā)展遲緩。直到1960年激光問世后，才打開了光雷達的發(fā)展局面。激光的波長比微被短得多，而頻率比微被卻高得。實踐表明；波長越短，所需的發(fā)射天線直徑越小。比如，從地球照射到月球上一平方公里的區(qū)域，激光發(fā)射天線的直徑30厘米就夠了，麗微波天線的直徑約需幾公里，目前還造不出這么大的可轉動天線，因此地球到月球的測距只有激光問世后才得以實現(xiàn)。實踐還表明：頻率越高，分辨力(在一定距離上分辨前后左右相鄰目標的能力)越高，識別能力越強。比如，微波一般只能發(fā)現(xiàn)高大的建筑物和山丘，而激光雷達則能識別電線桿、空中電線、煙囪等小障礙物。要控制飛船在空中的交會與停靠，必須精確地測定它們之間相互位置和速度，才能使它們一個追蹤一個的逐步靠攏和會合。此時使用地面無線電雷達很因難，使用微波雷達時精度又常常達不到。但若用一臺平均功率幾十瓦的空間船載激光雷達，則可精確地探測到相距一萬多公里遠的兩個飛船的距離。激光束本來發(fā)散就很小，經(jīng)發(fā)射望遠鏡后光束發(fā)散角可小到干分之一度，而微波雷達最小也有幾十分之一度。波束發(fā)散小，不僅光能集中射的遠，而且可進一步提高分辨能力。比如，波束發(fā)散為1度的機載微波雷達，從1500米的上空照射到地面形成直徑約26米的圓，此圓內的地形起伏很難分辨；但使用激光雷達在同樣高度時，地面光斑直徑僅十幾厘米，因此能分辨出地形的細節(jié)。引導攔擊導彈的時間就不多了。目前洲際導彈的核彈頭已發(fā)展到分導式多彈頭(一個母彈內裝若干備有動力和制導系統(tǒng)的子彈頭)。它的子彈能機動飛行，各自尋找和攻擊不同的目標。激光雷達的反導系統(tǒng)，由于光速比最快的欄截導彈還決幾十萬倍，因而可贏得很多的預警時間，使反導系統(tǒng)有足夠的時間對分導式多彈頭逐個殲滅。分辨力強、觀測和跟蹤精度高是激光雷達的最大優(yōu)點。當然，它也有局限性，比如，正由于激光方向性強、波束發(fā)散小，大面積搜索和監(jiān)視時就容易丟失目標。所以它不適于用作搜索雷達。另外，由于波長短，大氣成分對激光散射和吸收較微波嚴重，尤其在雨、云、霧天其作用距離短，甚至難以正常工作。總之，微波雷達和激光雷達可有所長，應互相補充。激光雷達的工作原理

激光雷達工作原理和微波雷達差不多，它是先向可能來犯的目標方向發(fā)射激光探測信號，光波碰到目標后被反射回來成為回波。由于回波經(jīng)歷的時間等參數(shù)變化恰好反映了接近目標的情況和運動狀態(tài)的變化，所以通過測量回波信號的到達時間、頻率變化、波束所指方向等就可以確定目標的距離、方位和速度等。測速可有兩種方法：一種是測量目標在通過一段巳知距離前后，激光反射信號的時間差，從而可計算出目標運動速度；另一種是測量由運動目標上反射回來的激光信號的頻率變化的大小，間接推算出被測目標的運動速度。光學多普勒效應足指發(fā)射的光波，如果遇到活動目標則反射信號的頻率要發(fā)生變化。二者之差叫多普勁頻率f式中：λ為發(fā)射光波長。θ為目標運動方向與發(fā)射光束方向的夾角。為目標與雷達的相對運動速度。

只要知道多普勒頻率大小，就可以推算出目標對雷達的相對徑向速度。因為激光的頻率高，故可用于測量高速和低速。由于頻率測定精度極高，所以激光測速精度也高。比如，用氦氖激光觀測每秒一厘米的慢速運動目標，由于光頻變化量(多普勒頻率)與波長成反比，可以得到30千赫的頻率變化量；而若用波長3厘米的微波，只能得到0.7赫的頻率變化量，顯然，數(shù)值太小很難測量。對于每秒僅干分之幾厘米的超低速運動目標，微波雷達就無能為力了，而激光雷達卻能精確測定。目前，多利用氣體激光的頻率精度進行激光多普勒測速。

激光自動跟蹤雷達

對現(xiàn)代戰(zhàn)爭層有意義的是激光自動跟蹤雷達，下圖是它的組成方柜圖。它包括激光發(fā)射、接收、信息處理和數(shù)字顯示等部分。采用四棱鏡的脈沖激光跟蹤系統(tǒng)四棱錐的尖頂削平，形成一個中心平面和四個對稱側面，中心面垂直并正對反射式接收望遠鏡的光軸。當目標位于望遠鏡光軸上(正前方)時，回波光束恰好落在中心平面上，進而傳至測距系統(tǒng)，此時四個側面則感受不到回波光束。當目標偏離光軸時，說明目標不再在正前方，回波光束即偏射到棱鏡相應的側面，并反射到對應的光電探測器l、2、3、4中的一面上。此時產(chǎn)生誤差信號輸出，該誤差信號正好反映了目標偏離光軸的方位變化。比如光電探測器1或3上有信號輸出，就表示目標偏上或偏下；若2或4上有信號輸出，就表示目標偏右成偏左。不同光電探測器的誤差信號進入自動跟蹤控制署時，就產(chǎn)生一個方位差值指令電信號推動伺服系統(tǒng)，使望遠鏡光軸重新對準目標。這樣就實現(xiàn)了自動跟蹤。從雷達座上的經(jīng)緯刻度就能讀出目標的方位角和仰角。當然，除了四棱錐外還可用別的器件獲得誤差信號。

連續(xù)波激光跟蹤精度比脈沖激光跟蹤精度更高。它特別適于對火箭、導彈和飛機的精密自動跟蹤。這是一種較理想的空防雷達系統(tǒng)，也是光武器不可缺少的配套系統(tǒng)。它的光電探測器常采用析象管(如圖所示)，并放在接收望遠鏡的焦點上。析象管是利用物體的二次電子發(fā)射放大光電流的一種特殊光電倍增管。它有一個向外延伸的部分，上面裝有雙向偏轉系統(tǒng)，能使從管子陰極表面發(fā)射的光電子束作水平和垂直方向的掃描，構成圖中的一個十字花瓣圖象。管子陰極前面有個小圓孔，當電子束掃到小孔中時，管子的陽極便輸山一個電流脈沖；電子束連續(xù)掃描，陽極則輸出一系列脈沖。望遠鏡的光軸對準目標時，陽極輸出的脈沖序列是對稱的；若目標偏離光軸，陽極輸出脈沖序列就不對稱，不對稱的程度恰好反映了目標方位變化的大小。非對稱脈沖序列進入自動跟蹤控制器后，即產(chǎn)生目標方位偏差信號。通過伺服系統(tǒng)可使望遠鏡光軸重新對準目標。不管目標怎樣運動雷達始終盯住它(即跟蹤)。采用析象管的連續(xù)激光雷達自動跟蹤系統(tǒng)激光雷達的研制

在激光雷達故研制工作中，要精心設計和認真解決下列幾個問題。(1)發(fā)射和接收的穩(wěn)定性?！?2)微弱信號的深測。(3)抗干擾(盡管激光雷達抗干擾性能較好，但也會受干擾)。(4)系統(tǒng)內部和外部噪音的抑制和減小。(5)增大作用距離。雷達用的激光器，一般都要求：高功率、單模式、壽命長和頻率的高度穩(wěn)定性等。雷達的結構設計一定要合理，機動靈活。激光雷達按軍事應用的不同分為激光跟蹤雷達、激光制導雷達、激光顯象雷達、多普勒激光測速雷達、障礙回避雷達、氣象雷達等。其結構有地面固定的，也有車載、機載和船載的；還有單站的、多站的和相控陣制的。按探測方式不同，又有簡單直接探測和復雜的外差探測之分?？傊?，它的種類繁多，發(fā)展很快。

激光雷達的發(fā)展趨勢，一是小型、機動、通用化、積木化和商品化；二是為了提高雷達精度和功能而采用光學相關技術。CO2激光就有不少優(yōu)點，它功率高、效率高、光束質量好，波形可用多種方法調劑。由于它的光束寬度接近衍射極限，所以時間和空間相干性好，從而對配套的光學系統(tǒng)的準直性要求也不高。另外，這種紅外激光透過霧、戰(zhàn)場煙霧等能力強，對人眼較安全。它也便于采用高靈敏度的外差探測技術提高分辨目標的能力和探測精度。適于雷達的CO2激光器有：1.低氣壓放電CO2激光器，這種激光器連續(xù)或脈沖工作均可，適于外差法深測。已應用于多普勒相干成象雷達。2.波導CO2激光器這種激光器能連續(xù)或脈沖工作，連續(xù)波振幅和頻率能調制。它特別適于多普勒目標指示和目標三維成像。脈沖工作時，脈沖重復串可以快到100KHz：以上，也可以慢到lKHz以下。3.TEA脈沖coz激光器這種激光器的脈沖重復率低于lKHz，峰值功率特別高，可采用相干或非相干探測，最適于測距。CO2激光雷達現(xiàn)已應用于測距、火控、制導、導航、地形限蹤和障礙回避等方面。

目標指示器在美國陸軍武器系統(tǒng)中占有特殊的地位。除地面觀察員使用的目標指示器外，美國還研制了地面激光定位目標指示器和輕便激光目標指示器。地面固定目標激光指示器作用距離遠，可用來保護對方火器射程以外的陣地，由炮兵觀察員使用，經(jīng)改進后也可安裝在戰(zhàn)斗車輛上。但這種目標指示器易受對方火力的影響。作戰(zhàn)時，如需對不同距離出現(xiàn)的大量目標實施突擊則應設置數(shù)量較多的目標指示器，并與炮兵火力偵察中心取得必要的聯(lián)系。

美國在80年代初期研制了一種便攜式激光目標指示器，其體積和重量相當于一枝沖鋒槍，供炮兵觀察員使用。此外，美國積極研制裝有激光目標指示器和制導系統(tǒng)的戰(zhàn)術無人駕駛飛行器。早在1973年，在美國佛羅里達州空軍基地進行了袖珍無人駕駛的飛行器飛行試驗。這種飛行器整個翅膀長度3.6米重40公斤，能裝載大約總重13.6公斤的兩個電視攝像機和一個激光目標指示器。巡航速度每小時95公里，最大速度可以達到每小時135公里。激光制導武器的奧秘激光目標指示器目標指示用于對其精確定位，這在軍事上無疑也是十分重要的。如果無法在一定距離以外對要打擊目標進行精確定位，那么，就只能有兩種替代辦法：要么與目標足夠靠近，以確保能準確地擊中它；要么就采用某種“鋪地毯”式的飽和轟炸，或大范圍內進行炮擊。很顯然，過于接近目標將是非常危險的，并會導致高的傷亡率；盲目轟炸或炮擊則需消耗大量武器彈藥，而對摧毀預定目標卻未必有效。因而要求發(fā)展智能化炸彈或炮彈，以便對特定目標精確定位，激光目標指示器就是這類裝置中的重要組成部分。

在智能化炸彈系統(tǒng)中，來自目標指示器的已編碼激光直指靶標，由目標反射的激光脈沖向各個方向上散射，并被安裝在導彈頭部的目標搜索器探測，引導導彈準確地擊中并摧毀目標?？梢?，這種導彈并非由來自指示器的激光束引導，因而不是駕束式制導。這里，激光束的編碼是非常重要的，只有目標搜索器才能識碼，光束編碼的另一個優(yōu)點是可以同時識別或指示同一區(qū)域的幾個不同目標，它們各自具有不同編碼，以防相互干擾。

激光目標照射器是激光半主動尋的式制導系統(tǒng)的重要組成部分只有激光束照射到目標上，才能產(chǎn)生目標反射激光能量，尋的器上的純被動傳感器才有可能“尋找”目標。機載激光目標的一部分安裝在飛機內，一部分安裝在機翼下的吊艙所示，其中點內。系統(tǒng)的原理性方框圖如圖劃線以上表示飛機內部分，點劃線以下表示吊艙內部分。在吊艙內，電視或紅外攝象管2將采集的信號送往電處理器及偏離測量裝置3。后者給出目標方向相對吊艙視線方向的角偏差，即目標俯仰偏差和方位偏差。這兩個信號饋給伺服回路4以控制方位校正并穩(wěn)定瞄準線使吊艙視線指向前置指示目標。由伺服回路控制4的機電裝置5包括一個光學和意義上的萬向節(jié)，萬向節(jié)產(chǎn)生的信號S5和S6表示吊艙視線方向相對于吊艙三邊的俯仰和方位方向。插入光路中的二色反射鏡6使來自照射器7的激光束能夠沿著攝象機2接收光的方向傳播。攝象機2輸出的視頻信號送往飛機中的顯示監(jiān)控器8供駕駛員觀察相應圖象。

下面，我們看看激光制導武器是如何實施攻擊的。自激光制導武器誕生以來，激光制導方式已經(jīng)發(fā)展為兩大類，即尋的制導和波束式自動制導。激光尋的制導是當瞄準目標后，由目標指示器發(fā)射出激光照射目標，隨即發(fā)射激光制導武器。制導武器在飛行過程中，裝在頭部的激光尋的器接收由目標反射回來的激光信號，經(jīng)過光學系統(tǒng)將光信號轉換為電信號，然后經(jīng)過處理，得出引導信號，使武器導向目標。激光尋的制導又分為激光半主動式自動制導、激光全主動自動制導。激光半主動式自動制導是武器本身不裝激光目標指示器，只裝有激光尋的器；由地面或由飛行器攜帶的激光目標照射器發(fā)射激光束，對攻擊目標進行激光照射，而被制導的武器上的激光尋的器自動跟蹤從目標反射回來的激光信號，順藤摸瓜，最終將目標擊毀。激光制導武器的奧秘彈體半主動式激光制導導引頭控制侖45678123構造：A）激光照射器B）導彈發(fā)射器C）裝有“尋的器”的導彈1--濾光器；2--透鏡；3--光敏元件；4--放大器5--計算器；6--自動駕駛儀；7--舵面伺服儀８－電源彈體導引頭控制侖456781231--濾光器；2--透鏡；3--光敏遠件；4--放大器5--計算器；6--自動駕駛儀；7--舵面伺服儀。四象限器導彈保特原飛行方向發(fā)出糾偏信號，改變導彈飛行方向，指向目標。發(fā)出糾偏信號，改變導彈飛行方向，指向目標。半主動式激光制導過程是目前較成熟的一種激光制導方式，多用于對付地面目標。如激光制導炸彈、炮彈、空地導彈等。全主動式制導激光照射器與目標尋的器均裝在導彈彈體上。作戰(zhàn)時，激光照射器向目標照射激光，目標尋的器接收目標反射來的激光信號，將導彈導向目標。激光制導激光波束（駕束）制導制導原理：裝置：A--激光照射器；B--導彈發(fā)射器；C--尾部帶有激光接收器的制導導彈。ACBC

利用激光控制炸彈、炮彈、導彈，使這之“長上眼睛”，盯住目標，窮追不舍，直到將它消滅。AAAA激光駕束制導優(yōu)點：系統(tǒng)小巧、輕便、適用于單兵使用；缺點：技術難度大。B激光器向目標照射激光導彈發(fā)射器發(fā)射導彈，導彈尾部激光接收器接收激光束信號，依接收的信號強弱使導彈保特在激光束中，直至命中目標。激光全主動式自動制導是把激光目標照射器和激光尋的器裝在同一件武器上，目標照射器不斷地向目標發(fā)射激光束，尋的器自動接收從目標反射回來激光信號，并通過自動控制系統(tǒng)，引導武器準確地奔向目標。主動式制導的抗干擾能力強，因為激光束的能量很小，足以保障引導導彈而敵人又很難發(fā)現(xiàn)。當武器偏離目標時，武器上的光電探測器便會迅速感覺出來，得出武器與波束的偏離角度，然后發(fā)出修正信號，引導武器飛向目標。激光制導武器有許多與眾不同的地方。一是精度高。激光制導炸彈的命中精度只有3-6米，而常規(guī)的炸彈命中精度為300米左右，精度提高了近百倍，比用計算機控制投放的普通炸彈命中率還要高50倍。

二是抗干擾能力強。由于激光有極強的方向性，而且頻率極高，不僅通常的電磁波無法干擾、破壞，就是天空中電磁雜波、地球兩極上空極光的閃爍等，對激光制導也不起作用。

激光制導炸彈是由普通航空炸彈“嫁接”上激光導引頭和控制部件，經(jīng)過認真的改裝而成的?？梢娂す庵茖д◤検浅笋{激光束飛行的“靈巧炸彈”。在所有激光制導武器中，最先應用于戰(zhàn)場的就是激光制導炸彈，它可以從高空進行投擲，從而有效地減少了載彈飛機可能遭到的敵低空防空兵器的打擊。

激光制導炸彈中最早的一代是“鋪路”型，也叫“寶石路”，它是在美國研制生產(chǎn)的。1961年，也就是世界上第一臺激光器出現(xiàn)的第二年，美國在“紅石”兵工廠開始研究制造方案，1964年制成試驗樣彈。在60年代的越南戰(zhàn)爭中，美軍就曾用重900公斤的MK-84通用型“鋪路”激光制導炸彈，進行了作戰(zhàn)試驗和鑒定。1967年，在轟炸越南北方軍事重要目標過程，成為命中精度最高的炸彈。美軍為了摧毀靠近河內的清化大橋中，曾先后出動6000架次飛機，投彈數(shù)千噸，損失了18架飛機，但仍未能傷著該橋的筋骨。后來，美軍將剛研制出來不久的激光制導武器派上了用場。乘駕激光束的“靈巧炸彈”引信工作原理是利用目標與背景之間明顯的對比性來鑒別目標的存在。它不斷接收來自目標的信號（目標自身轉射或被它反射），當信號強度達到一定程度(距離遠強度弱，距離近強度大，因此強度大小反映彈和目標的交會狀態(tài)），該信號就接通引信的起爆電路，進而引發(fā)彈丸爆炸。引信裝置若是接收無線電信號就叫無線電引信；若是接收紅外線或激光，就分別叫紅外線引信和激光引信；此外還有聲引信、磁引信等。實際上，引信和制導有許多共同點，所不同的是接收信號若用作制導信息就是制導，若用作引爆彈丸就是引信。因此，引信也有所謂主動式、半主動式之分。另外還有被動式引信，響尾蛇導彈的紅外線引信就是典型實例。若紅外信號來自敵機尾噴口的紅外輻射，則彈丸采取尾追攻擊方式。不過激光引信目前多為主動或半主動工作方式。

無線電近炸引信目前應用較多，但它的電波信號很容易被對方察覺和截獲，像半導體收音機大小的干擾機就足以使引信早炸(不該炸時提前炸)或瞎火(該炸時又不炸)。此外，它的保密抗干擾能力也差，致使定位精度較低，影響最佳炸點成炸高的精確控制。早炸，在紅外引信中亦較難處理，因為凡自身溫度高于絕對零度(-273℃)的物體，都產(chǎn)生程度不同的紅外線輻射，煙、火光、陽光等都會有較強的紅外線成分。響尾蛇導彈若正對太陽發(fā)射(敵機常誘使你這樣發(fā)射)，早炸幾率很高就是這個道理。尤其地面比空中和海面上背景復雜，所以很少看到地面采用紅外線引信。但激光卻由于它的單色性和方向性好而保密抗干擾；同時方向性好又使引信定位精度大大提高；高亮度提高了引信靈敏度；并且便于和激光雷達等協(xié)同作戰(zhàn)。隨著激光技術的發(fā)展，結構簡單、輕小的半導體激光器為激光引信的工程實施提供了方便。比如，室溫下單異質結砷化鎵激光器的激發(fā)閾值己降至15安培以下，配套的晶體閘流管、硅光電探測器等均有很大發(fā)展。地對空和空對地以及地對地激光引信各國正在研制。當然，激光引信也不適于全天侯作戰(zhàn)，它受氣象條件影響大。

激光引信目前大多采用主動式，下圖為其原理框圖。激光發(fā)射裝置與接收裝置均置于彈九頭部。發(fā)射部分由激光器和發(fā)射裝置組成，激光朝著目標發(fā)射后，碰到目標而被漫反射(大多數(shù)目標表面相對鏡面較粗糙，屬漫反射體)，其中的一部分就沿原路返回，進入激光接收系統(tǒng)，光電器件將光信號轉變?yōu)殡娦盘?。由于信號一般很微弱，所以必須由電子線路放大，并進行波形整形和真?zhèn)巫R別等等，才能獲得有用信號。當彈充接近目標到最佳炸點時，信號強度就達到一定程度，從而使執(zhí)行機構執(zhí)行起爆任務。保險和自炸機構是引信獨有的。在發(fā)射前的整個勤務處理及剛發(fā)射后一定距離內，由保險機構斷開起爆電路以保證安全。當彈丸飛離發(fā)射陣地一定距離后，保險自動解脫，使引信處于臨爆狀態(tài)。自炸機構是一旦末捕獲或丟失目標以及引信失靈后，引爆彈丸自毀，以免彈丸落入敵人手中。主動式激光引信方框圖

激光引信若設計不合理或考慮不周，同樣會影響抗干擾。盡管激光的抗干擾能力較強，而這個問題對引信性能卻極端重要。其影響因素主要有兩方面：外來干擾信號和引信系織內部的隨機噪音信號。為了確保引信可靠作用和提高抗干擾能力，可從下列三方面采取措施。(1)窄視場發(fā)射，激光發(fā)放免最好控制在1度以下。砷化鎵激光發(fā)散角在所有激光中最大，約15-20度。必須精心設計發(fā)射望遠鏡。(2)接收部分采用窄通帶濾光片性能要穩(wěn)定以減少引信作用距離的散布。光電器件更應嚴格篩選，光譜響應要靈敏，噪聲要低，在貯存、運輸和使用中性能必須穩(wěn)定。(3)在電子線路上采取·系列專門措施。引信發(fā)展動向之一是“積木化”，如同積木玩具，有若干標準件，不同要求挑選相應的標維件裝配即可。由于積木化具有多變性，能適應各種戰(zhàn)術技術要求而靈活機動。激光引信和激光制導結合是近JL年提出的一種新穎設計思想。它能使結構簡化、零部件充分利用、成本降低。二、激光遙控引燃引烴

電視機若帶有遙控開關，那么它的開啟與關閉、換臺、調音量等就可以通過遙控解決，只要手握類似袖珍收音機大小的遙控器，坐在幾米以外就可以隨心所欲地控制調節(jié)。激光遙控引燃引爆與此類似，比如公路橋梁上設防的地雷，可以在幾千米以外，通過不可見的激光束在最佳時刻非?？煽康剡b控起爆，對人員的安全不存在任何危險。如果給激光束“打上”特殊的記號，即編上密碼時，起爆裝置就只接受這種密碼的指令，其他一概“拒之門外”。那么遙控起爆就可以說是絕對可靠。這種就叫激光編碼遙控引燃引爆。(一)激光遙控引隙引爆的優(yōu)點當然，遙控引燃引爆也可以通過無線電信號。但與之相比較，由于激光束方向性好、亮度高、單色住好，激光相對無線電遙控引爆就有如下優(yōu)點：(1)抗干擾能力強元線電信號分行空間范圍大，易被對方發(fā)現(xiàn)干擾。激光束相反，發(fā)散很小，抗干擾能力強，因此作用可靠。(2)激光發(fā)射一般都采用望遠系統(tǒng)，而望遠系統(tǒng)通過合理設計同時又可用于對敵情的觀察，利于掌握最佳引爆時機，充分發(fā)揮爆炸的威力。(3)假如兩種引爆裝置體積重量相同，那么激光遙控距離可遠些，使人員更易隱蔽、更安全。(二)激光遙控的引燃引爆裝置激光編碼遙控引燃引瀑裝置主要由激光編碼發(fā)射部分、接收解碼和給出引爆指令三部分組成。激光的發(fā)射通常是利用望遠系統(tǒng)，遠離爆炸現(xiàn)場。激光器可以是固體釹激光，也可以是砷化鎵半導體激光。它們都可發(fā)射不可見的近紅外激光，不易暴露，隱蔽性好。激光編碼簡單易行的辦法是在單位時間內規(guī)定激光脈沖發(fā)射的個數(shù)、一定的脈沖寬度和脈沖間隔。比如一秒鐘內發(fā)射5個脈沖，脈沖寬度為50毫秒，脈沖間隔為150毫秒，那么接收部分只接收具有這種特征的遙控激光信號。這種信號即編過碼的信號，而每秒5個脈沖，50毫秒脈寬、150毫秒脈沖間隔即“密碼”。當然，此密碼視需要可以隨時變更，以防被對方發(fā)現(xiàn)干擾。

接收裝置遠離發(fā)射地，但離設防的雷區(qū)要近，中間通過隱蔽的導線同所埋設的地雷一一相連，以便傳送引爆指令。激光編碼信號由光學系統(tǒng)接收，通過光電器件將光信號轉換成電信號。光電器件對激光波長是有選擇性的，假如發(fā)射的是砷化鎵激光，一定要選用對波長0.84-0.91微米激光響應最敏感的光電器件；若是釹激光，那么就要選用對波長1.06微米激光響應最敏感的光電器件，當然，這里有個匹配關系。反過來這出可以對發(fā)射來的激光是不是我方的信號進行判斷識別。若是我方的信號，讓它進人解碼電路，經(jīng)過放大、整形、計數(shù)等進一步識別解碼。根據(jù)上述的編碼方案，解碼具體可以這樣進行。打個比方說：電路中設置三道“門”，電信號若每秒5個脈沖第一道門就可打開，讓它通過若信號脈寬不長不短恰好50毫秒，那么第二道門也可打開，若脈沖間隔剛好150毫秒，則第三道門也打開?？梢钥闯觯N編碼若有一種不對，信號都通不過去，這叫三級保險。它可以大大提高引燃引爆的穩(wěn)定可靠。編碼和解碼的方案形式很多，這不過是其中的一種。

經(jīng)過解碼和識別，接收部分判斷確是我方的指令信號，通過高壓發(fā)生器立即產(chǎn)生一個引爆地雷所需的引爆電信號，經(jīng)導線傳給每個地雷上的電雷管，從而引發(fā)地雷爆炸。上述這些過程實際上在一瞬間就全部完成。(三)激光編碼遙控引爆的應用(1)現(xiàn)代戰(zhàn)爭中防御部隊對預設的雷區(qū)遠程及時準確可靠的遙控引爆。工兵開山炸石等施工中遠程安全可靠爆破等。(2)軍事演習和訓練中模擬爆炸燃燒，遙控炸點的遠程顯示與觀測等，這可以大大節(jié)省人力物力而形象逼真。不過，由于激光自身的特點和受氣象條件影響大的限制，它還不適于光路上有遮擋物的場合。另外在遇到陰雨或灰塵煙霧很大的時候，其遙控距離大大減小，效果變差。

70年代，隨著激光性能的不斷送高，國外又提出了用激光直接引爆的爆炸裝置，英文縮寫為“LEED”，比EWD更安全可靠。這是因為，不論靜電場、還是射頻場對激光束毫無影響，由于激光的許多獨特性能，不僅作用可靠，而且彈上結構簡單輕小，占空間少，主裝藥可以增加而提高彈丸威力。美國加利福尼亞工藝研究院曾測定了22種藥劑(起爆藥、點火藥、延期藥、煙火劑、猛炸藥和推進劉)對激光的敏感度(簡稱激光感度，定義為藥劑起爆所須的臨界激光能量)，發(fā)現(xiàn)猛炸藥中的泰安對激光最敏感，而猛炸藥是許多彈丸的主裝藥，其次點火藥和延期藥等也比較額感。這就從實驗肯定了該方案實現(xiàn)的可能性。接著美國匹加丁尼兵工廠等通過大量試驗，證明猛炸藥確實容易直接被光能起爆，只不過要求光能必須是一個強脈沖，比如，光束聚焦10-2毫米平方的面積上，希望溫升為1200℃，壓力達104kg／cm2。顯然，高能檄光完全可以滿足此要求。從而肯定丁實現(xiàn)的現(xiàn)實性。

激光直接起爆目前比較現(xiàn)實的一種方案是傳統(tǒng)的電雷管由激光雷管取代。所謂激光雷管就是指裝有光學透鏡和起爆藥的一種光雷管。透鏡將射來的激光束聚焦，其焦點落在起爆藥上，因焦點處高溫、高壓的作用而使起爆藥爆炸，進而引發(fā)主裝藥瀑作。這種透鏡以采用半球型的較好，因為它聚焦效果好，光能損失小，使雷管結構簡單，敏感度提高。激光射束與其雷管之間常用光導纖維相連。激光直接起爆的技術關鍵是增大藥劑表面對激光能的吸收率，減小反射變，提高藥劑的敏感度。經(jīng)試驗，激光的敏感氏起爆藥比炸藥、煙火劑等要高幾個數(shù)量級。激光直接起爆是一個合有多種作用的復雜過程，包括熱效應，光壓沖擊波作用，光化學反應等。目前大多數(shù)人認為，當激光功率密度小于106瓦／cm2時，以熱效應為主，伴有其他效應；當大于108瓦／cm2時，以沖擊波作用為主，伴有其他效應。

激光直接起爆，同前基本都采用脈沖激光短射。具體的有：紅寶石激光、YAG激光和釹玻璃激光器等。YAG激光直接起爆裝置國外已應用于大型導彈、魚雷和宇航方面。雷達用的激光器，一般都要求：高功率、單模式、壽命長和頻率的高度穩(wěn)定性等。(4)系統(tǒng)內部和外部噪音的抑制和減小。△?=?△L/L光纖陀螺信號檢測理論和方法是隨光纖陀螺光學系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，基本原理是微弱信號檢測技術，一般有兩種實現(xiàn)方法：1)基于正弦波調制原理的檢測方法；因此，引信也有所謂主動式、半主動式之分。電視機若帶有遙控開關，那么它的開啟與關閉、換臺、調音量等就可以通過遙控解決，只要手握類似袖珍收音機大小的遙控器，坐在幾米以外就可以隨心所欲地控制調節(jié)。對于邊境要塞、關卡路口、彈藥庫、保密室、保險柜等要害地區(qū)和部位的封鎖可以采用多種方法，但以看不見、摸不著的激光射束封鎖更好。激光遙控引燃引爆與此類似，比如公路橋梁上設防的地雷，可以在幾千米以外，通過不可見的激光束在最佳時刻非常可靠地遙控起爆，對人員的安全不存在任何危險。這是因為，不論靜電場、還是射頻場對激光束毫無影響，由于激光的許多獨特性能，不僅作用可靠，而且彈上結構簡單輕小，占空間少，主裝藥可以增加而提高彈丸威力。采用析象管的連續(xù)激光雷達自動跟蹤系統(tǒng)整個激光器可以做得很小，又能用干電池作激發(fā)電源，所以用的場所最多。因為飛行器高速運動時，由于多種因素影響，航向經(jīng)常會偏離正確方向。若2或4上有信號輸出，就表示目標偏右成偏左。圍墻最好是直線形，比如三角形、正方形、矩形等，這里是2A→2D→2C→2D→2A所圍的矩形，這樣折轉光路用的設備較少。它能從空中辨別地面凸起的公路、樹木和機場跑道旁邊不易看清的壕溝或者探測復蓋著白雪的地面高低。Laser激光警衛(wèi)光電探測器夜色降臨，海面上有一無形的，視而不見，觸而不覺的哨兵--紅外激光探測器監(jiān)視著海面，當有不速之客到來，光線擋斷，光電探測器探測不到激光而進行聲光報警Laser激光封鎖報警囂一、激光封鎖報警原理對于邊境要塞、關卡路口、彈藥庫、保密室、保險柜等要害地區(qū)和部位的封鎖可以采用多種方法，但以看不見、摸不著的激光射束封鎖更好。因為它保密、抗干擾性好，激光射束細而直，方向性好，一般很難發(fā)現(xiàn)它。脈沖激光通過編碼能有效地識別和排除干擾。整個裝置的體積可以縮小到照相機那樣大小，重量不到一公斤。封鎖的距離從幾米到幾十公里以上，通常都是在敵人闖人必經(jīng)的位置上，設置一道或幾道不可見的紅外激光封鎖線。闖入者一旦遮擋了光線，設在值班室的報警顯示裝置就會立即以聲響和燈光圖案報警，提醒守衛(wèi)者注意并采取措施。所以大家稱它為激光封鎖報警器。激光封鎖報管器的工作原理如下圖的方框圖所示。它基本分為現(xiàn)場和值班室兩大部分。

砷化鎵半導體激光在室溫下是波長0.84微米的不可見近紅外激光，脈沖輻射。它可以產(chǎn)生高峰值功率，能量轉換效率也比較高。整個激光器可以做得很小，又能用干電池作激發(fā)電源，所以用的場所最多。它的光束雖然發(fā)放較大，但可以用光學發(fā)射望遠鏡或透鏡將發(fā)散角壓縮準直后經(jīng)發(fā)射裝置再射出去，以便傳的較遠。激光射束穿過被封鎖的區(qū)域，仔像一道無形的線一樣，由激光接收裝置接收，再經(jīng)光電轉換如硅光電二極管將光信號轉換為電信號。它由一根較長的傳輸線從現(xiàn)場傳至值班室。光電轉換來的電信號一般很弱，推不動警報器動作，所以要由電子放大處理電路進行放大處理和真?zhèn)巫R別，然后再輸送給報警顯示裝置。報警除了以聲響和燈光圖象顯示報警外，有的還可把闖人人數(shù)、次數(shù)，是進還是出顯示出來。最新式的還配有夜視和電視錄相裝置，連闖入者的動作、面容、形象都一清二楚。二、激光封鎖報警的實施方案關于用激光束封鎖報警的實施方案多種多樣，現(xiàn)將常用的幾種介紹如下。(1)激光發(fā)射和接收可以分開如圖中的方框圖那樣。它們也可以合為一體，在合為一體時光要來回定一趟才行，如下圖(a)所示，否則收不到信號。要求光束能夠沿原路返回，就要安裝一直角全反射棱鏡，這種棱鏡的結構可以使射來的光沿原路返回。至于射來的光是否垂直入射無關緊要。但若采用反射鎊反光，不垂直人射時，就不能保證反射光沿原路返回。(2)如果需要封鎖的距離很長，比如國境線，可以來用中繼轉接的辦法。下圖(b)所示的激光射束先傳至中繼1站，中繼1站接收到光束后，將光信號轉換為電信號并放大到足夠強度。然后控制站上的激光器發(fā)射同樣波長的激光束。對光束的調制編碼最好變一下，然后傳至中繼2站。依次類推，直到終端接收器為止。變化編碼的目的是為清楚區(qū)分闖入者遮斷光束的大體區(qū)間范圍。采用中繼轉接可以彌補光能長距離傳播時的各種衰減。3)當需要顯示遮斷光線是出還是進時，必須用兩條以上的光線同時封鎖，如下圖(c)所示。若光路1先被遮斷，即闖入；若光線2先被遮斷，即闖出。

(4)若要求圍繞某一區(qū)域進行封鎖時，可以設置所謂的“光子圍墻”，如上圖(d)和要求封鎖2A→2B→2C→2D→2A所圍繞的區(qū)域。圍墻最好是直線形，比如三角形、正方形、矩形等，這里是2A→2D→2C→2D→2A所圍的矩形，這樣折轉光路用的設備較少。當圍墻需要多處改變光路時，可以采用平面反射鏡或棱鏡折轉。圖中A、B、C、D分別表示四個不同位置和方向的闖入。每一方向位置有相應的激光器1、接收器2、報警系統(tǒng)3與之相對應。比如A方向位置的聞人，則相應的激光器1A、接收器2A、報警系統(tǒng)3A與之對應將首先發(fā)出警報等，這樣是為了便于區(qū)分闖入者究竟是從哪個方向聞人的，便于盡快采取有力措施。

不同目標，如樹葉、飛鳥、人、卡車等的闖入，可根據(jù)它們各自的體積大小不同，運動速度不同，所以遮斷光束持續(xù)的時間也不同，就可以對它們區(qū)分。但一定要在電子放大線路中加上一個處理識別環(huán)節(jié)才成。例如，激光器每秒鐘發(fā)射20個激光脈沖，人步行遮斷光束的持續(xù)時間若為0.5s，那么接收器只對中斷l(xiāng)5個脈沖的信號才響應。而其他目標遮斷光束的脈沖個數(shù)一般總大于或小于人遮斷的光脈沖個數(shù)15。4）激光偵察“室內講話，墻外有耳”激光竊聽技術

當窗玻璃不很厚，在密室內談話時，產(chǎn)生的聲波會引起窗玻璃的微微振動。不同談話產(chǎn)生的聲波不同，引起的振動也不同。窗玻璃不同的振動能調制射到它上面的激光束，使之反射光束載上了談話內容的信息。若在被窗玻璃反射回來的光束的光路中放上一個合適的光信息接收器，便能探測到迭加在反射光束上的談話內容。激光竊聽器經(jīng)常是設置在窗外，采用不可見的紅外激光就可“聽”到談話的內容。一般它不需要在被竊聽的密室內裝什么東西，因而非常秘密，被竊聽者很難察覺和發(fā)現(xiàn)。激光竊聽器常設置在被竊聽的屋外對著窗子的位置上。它有兩種主要構型；離軸型和同軸型。不管那種構型，都必須要有向窗玻璃連續(xù)發(fā)射激光束的激光器和接收被窗玻璃反射回來的光束的接收器。在所有激光制導武器中，最先應用于戰(zhàn)場的就是激光制導炸彈，它可以從高空進行投擲，從而有效地減少了載彈飛機可能遭到的敵低空防空兵器的打擊。激光編碼簡單易行的辦法是在單位時間內規(guī)定激光脈沖發(fā)射的個數(shù)、一定的脈沖寬度和脈沖間隔。飛行器上一般的陀螺最基本的構件就是一個高速旋轉(每秒上萬轉)的“飛輪”。激光器、探測系統(tǒng)與飛行器固接為一體，當飛行器航向正確時，環(huán)形激光器不轉，顯然兩路光走的路程相等；脈沖激光測距原理與微波測距類似，激光對準目標發(fā)射后，當其碰到目標后就被反射，其中沿原路返回的激光被專門的接收器接收。如振蕩頻率f＝3ⅹ107赫，f即每秒振蕩產(chǎn)生的電脈沖個數(shù)，那么產(chǎn)生一個電脈沖經(jīng)歷的時間t1＝1／f，在tl時間內光行進的距離l為(3)由于反應快，從接通到工作僅需30秒鐘，只要一打開開關就能瞬時投入工作，而使用機電陀螺時，由于必須加熱，熱穩(wěn)定及平臺校淮等過程，一姬需要10-30分鐘準備時間。目前洲際導彈的核彈頭已發(fā)展到分導式多彈頭(一個母彈內裝若干備有動力和制導系統(tǒng)的子彈頭)。對光束的調制編碼最好變一下，然后傳至中繼2站。下面，我們看看激光制導武器是如何實施攻擊的。對開環(huán)系統(tǒng)，則主要是檢測出由于光纖環(huán)旋轉而引進的相位變化，為獲得大動態(tài)范圍和好的標度因數(shù)線性度，還必須對開環(huán)輸出信號進行處理或建立閉環(huán)系統(tǒng)。若設S為閉合三角形面積，c為光速，Ω為飛行器旋轉角速度，用簡單的幾何關系不難導出：所以它不適于用作搜索雷達。，多用于對付地面目標。地面固定目標激光指示器作用距離遠，可用來保護對方火器射程以外的陣地，由炮兵觀察員使用，經(jīng)改進后也可安裝在戰(zhàn)斗車輛上。氣體激光管兩端均可以輸出激光，分別沿順時針和反時針方向行進，并構成閉合回路(圖中箭號所示)，兩路光通過半透半反射器(合光器)射入一種基于外差探測原理的光電探測器上。離軸型中的激光器和接收器既可以靠攏，也可以分開。談話聲引起窗玻璃的振動使反射光束得到位相調制。接收器通過探測反射光束的振幅變化而實現(xiàn)竊聽。它的優(yōu)點是容易調整，但靈敏度較低。離軸型激光竊聽系統(tǒng)同軸型激光竊聽系統(tǒng)

同軸型靈敏度較高，但調整較困難。工作時，調整激光器使發(fā)射的激光束與窗玻璃垂直，在光路上與光束成45°角放置一塊半透半反射鏡(它使發(fā)射光束透過而射在窗玻璃上，又把從窗玻璃上反射回來的光束反射到接收器)，接收器光軸與發(fā)射光束垂直。由于發(fā)射光束與反射光束符合相干條件而相干，其干涉圖樣被半透半反射鏡反射用在接收器的光電二極管土。當窗玻璃振動位移為發(fā)射光的半個波長時，干涉圖樣的中心斑點出現(xiàn)一次明、暗變化。

早期采用的氦氖激光器的光強由于易受低頻和高頻噪聲的調制影響，因而降低了竊聽時的有效性。砷化鎵半導體激光器特別適合作激光竊聽光源。這是因為它輕小，價廉，可用于電池供電，室溫下能連續(xù)工作。特別是光束易于調制，可以用外差法等降低噪聲，提高竊聽效果。上面所說的窗玻璃通常叫作竊聽靶，實際上一切能被聲音調制的東西，如塑料窗板、像框玻璃等都可以作靶。離軸型激光竊聽系統(tǒng)的接收器很簡單。在光電探測器的輸出端接上一個聲頻放大器即可。若在放大器上加個調頻濾波器，則可以大大減小和降低噪聲信號，獲得較好的竊聽效果。激光陀螺

—、陀螺和飛行器

陀螺不停旋轉時，轉速越高越穩(wěn)定。它的軸線始終垂直地面，這種特性對飛機、導彈、飛船等飛行器以及船、艦等運動體的導航有特別重要的意義。因為飛行器高速運動時，由于多種因素影響，航向經(jīng)常會偏離正確方向。為了把航向偏離修正回來，就必須經(jīng)常監(jiān)測它們的飛行姿態(tài)，通過控制系統(tǒng)修正其偏差，使它們重新回到正確航向。以導彈為例，當它朝共一目標飛行時，由于氣流等影響，常使飛行姿態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生航向偏差。偏差內容可歸納為俯仰、偏航和側滾：俯仰即指彈頭向下或司上傾斜；偏航即指在水平面內向左或向右偏轉；側滾則是彈體繞彈軸滾轉。如果置彈丸于OXYZ直角坐標系的原點O處，這三種變化分別相當于彈丸繞Z軸、Y軸、X軸轉一定角度。因此常用轉動角或轉動角速度Ω表示相應的變化，陀螺的任務就是及時監(jiān)測出這些變化，并將這些變化引起的偏差信號送給飛行器內的自動駕駛儀，分別控制彈丸的副翼、垂直舵、水平舵等的動作，使各誤差信號消失。此時導彈才會重又回到正確的航向和飛行姿態(tài)。顯然，陀螺對飛行技術必不可少，而且陀螺監(jiān)測飛行器偏航的角度或角速度的精度大小直接影響到飛行航向的準確度。飛行速度越高，要求陀螺監(jiān)測航向的精度就越高?，F(xiàn)代飛機、導彈、火箭、衛(wèi)星和飛船速度越來越高，與此相適應的激光陀螺也就發(fā)展起來了。導彈俯仰、偏航和側滾坐標示意圖二、激光陀螺是怎樣工作的

飛行器上一般的陀螺最基本的構件就是一個高速旋轉(每秒上萬轉)的“飛輪”。在高速旋轉時，飛輪的自轉軸線能恒指向空間某一方向，并具有極高的穩(wěn)定性。如果飛行器稍稍偏離正確航向時，陀螺就會馬上感受出來，并能控制飛行器，對它進行修正，使之按要求航向飛行。激光陀螺沒有高速飛輪，結構新穎(如圖)，它的“心臟”是一個閉合的三角環(huán)形激光系統(tǒng)。激光器多采用氣體激光器，很少用固體器件。這是因為氣體激光單色性較好(光譜純)，而固體的較差；固體器件表面和其內部反向散射的影響也較大。氣體多采用氦氖激光，因為它單色性最好，又易得到連續(xù)輸出、高增益和好的頻牢穩(wěn)定性，可靠壽命又長。目前大多在一整塊優(yōu)質石英玻璃中做一個三角形的空腔作為激光傳導躍這樣作容易獲得較好的剛性并易于形成穩(wěn)定振蕩。三角形的三個頂點配置有反射鏡；圖中下面的那一塊反射鏡為半透半反射器，它們用光膠方法與石英塊粘接。管內抽真空后充以氨氖氣體，目的在于盡可能做到高密封性。其所以作成三角閉合環(huán)形腔，是因為它結構簡單、零件最少。氣體激光管兩端均可以輸出激光，分別沿順時針和反時針方向行進，并構成閉合回路(圖中箭號所示)，兩路光通過半透半反射器(合光器)射入一種基于外差探測原理的光電探測器上。隨后再轉變?yōu)殡娦盘栠M入示被器和記錄器。激光器、探測系統(tǒng)與飛行器固接為一體，當飛行器航向正確時，環(huán)形激光器不轉，顯然兩路光走的路程相等；當飛行器偏離要求航向旋轉一定角度時，環(huán)形激光器也隨著旋轉同樣角度，這樣，兩路光將分別多走和少走一段路程而產(chǎn)生了光程差△L。若設S為閉合三角形面積，c為光速，Ω為飛行器旋轉角速度，用簡單的幾何關系不難導出：顯然可用測定兩路光的光程差△L得到偏航旋轉角速度Ω(光速c為常數(shù)，面積S已知)。但一般△L值很小，若表現(xiàn)在干涉條紋上(兩路光符合相干條件)的變化一般只有幾分之一個條紋，測量精度不可能很高。為此，可將很小的光程差從轉換成較大的頻率差值，這是因為光頻率?高達1013-1015赫，微小的光程交化即可導致領率的很大變化。若設m為干涉級(m=1、2、3……)，λ，?分別為激光波長和頻率，則L為L=mλ=mc/?或?=mc/L微小的光程差△L將引起光頻率?改變△?，即

△?=?△L/L△?=4SΩ/Lλ

Ω=Lλ△?/4S

理論上講，陀螺在不轉動時，兩路光的光程、頻率、振幅均相等；當陀螺轉動時，由于產(chǎn)生了光程差而頻率不再相等，這時將產(chǎn)生與轉動角速度Ω成比例的差頻△?輸出。也就是說，通過測量光頻的變化△?，就可以獲得精確的航向偏轉角速度Ω值。關于△?的測量，目前多用外差探測方法。上面只討論了一個轉動方向．當在三個互相垂直的平面內構成三個環(huán)形激光器時，就能對三個轉動方向進行角度測量。環(huán)形激光器宜以單縱模式運轉，因為多模將使差頻輸出中滲雜其他頻率成分，形成噪言和干擾，影響了監(jiān)測精度。另外還要求激光頻率高度穩(wěn)定，因為即使很小的頻率漂移，都將給飛行器旋轉角速度Q的測量計算帶來很大的誤差。三、激光陀螺的特點

陀螺分為；機電陀螺、氣浮陀螺、液浮陀螺、振動式陀螺、射流陀螺、靜電陀螺等多種；其中機電陀螺目前應用較廣。機電陀螺由于只采用了一般的滾珠軸承，沒有采取特殊措施，所以它無法承受高加速度的沖擊。利用氣體壓力來支承轉子的叫氣浮陀螺。它的優(yōu)點是可以在高溫、高加速度環(huán)境下使用，精度也較高，但加工復雜成本高。液浮陀螺與氣浮陀螺類似。振動式有的又叫振梁式陀螺。它與其他陀螺的原則區(qū)別在于它的輸出信號帶有振動特性，它們大多數(shù)沒有旋轉部分，因此適合于在高加速度環(huán)境下工作。利用射流技術測量角速度的叫射流陀螺。它的優(yōu)點是能抗高加速度過載，抗輻射、耐高溫，簡單可靠，缺點是反應遲鈍、氣源必須凈化等。激光陀螺的優(yōu)點(1)由于沒有一股的高速轉動“飛輪”，所以工作可靠性高、結構簡單、牢固結實，能承受幾千g以上的高加速度，比一般陀螺承受能力高50倍以上，這對適應飛行器發(fā)射瞬間的高加速度沖擊作用特別有意義。另外，正因為不要轉子、軸承等，所以對高角速度相當靈敏，能夠測量高轉速，這對宇宙導航很有意義。它可以滿足用在飛船上的陀螺對高精度的要求。(2)能測的角速度范圍大，可測到12000?／秒，而機電陀螺最大僅可測到400?／秒。(3)由于反應快，從接通到工作僅需30秒鐘，只要一打開開關就能瞬時投入工作，而使用機電陀螺時，由于必須加熱，熱穩(wěn)定及平臺?；吹冗^程，一姬需要10-30分鐘準備時間。

(4)工作不受環(huán)境(比如重力加速度等)影響，因而不必對地球重力場變化作附加修正等。激光陀螺的平均無故障時間可達17000小時，而一船的陀螺僅5000小時。激光陀螺承受速度變化的能力比一般的陀螺高l0倍。(5)在現(xiàn)代飛行技術中，陀螺常配以電子計算機。將陀螺監(jiān)測到的數(shù)據(jù)．饋入計算機計算處理后，產(chǎn)生控制指令信號。激光陀螺可以直接以數(shù)字方式輸出，很容易同電子計算機配合，適應現(xiàn)代飛行技術的需要。(6)結構簡單，成本低，適于批量生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，精度相同的激光陀螺約4萬美元，液浮陀螺7—8萬美元。光纖陀螺原理光纖陀螺原理圖

光纖陀螺是基于Sagnac效應，用光纖構成環(huán)狀光路，組成光纖Sagnac干涉儀。如下圖所示，來自光源的光束被分束器BS1分成兩束光，分別從光纖圈的兩端耦合進光纖敏感線圈，沿順、逆時針方向傳播。從光纖圈兩端出來的兩束光，再經(jīng)過合束器BS1而疊加產(chǎn)生干涉。當光纖圈處于靜止狀態(tài)時，從光纖圈兩端出來的兩束光，光程差為零。當光纖圈以角速率Ω旋轉時由于Sagnac效應，順、逆時針方向傳播的兩束光產(chǎn)生光程差L可表示為：引起的相應的相位差為

CW——表示順時針方向；CCW——表示逆時針方向；R——光纖圈半徑；L—一光纖長度；A——光纖光路所包含的面積，A＝R；N——光纖圈匝數(shù)；A——光的波長；C——光在介質中傳播速度。

上式就是光纖陀螺的基本公式，通過檢測相位差ΔΦ（即干涉光強）就可以獲得角速率Ω的信息，其中4πLR/cλ項就是陀螺的標度因數(shù)。為了對Sagnac效應的大小有一個比較直觀的認識，我們看一個例子。假定，光纖圈面積A＝100cm2，旋轉角速率Ω＝10－3ΩE（ΩE為地球自轉速率l50／h)，即＝0.0150／h，在包圍此面積的單匝光纖環(huán)上，得到的光程差僅為ΔL=10－15cm。與氫原子直徑10－8cm相比較，可發(fā)現(xiàn)單匝光纖環(huán)的Sagnac效應是很小的。顯然，要提高干涉儀的靈敏度就必須大大增加光纖匝數(shù)，也就是說增加光纖的幾何參數(shù)LR。通常LR取值在10一100m2之間?？衫@、低損耗的細徑光纖，為繞制多匝光纖圈提供了可能性，是實現(xiàn)小型、高靈敏度光纖陀螺的基礎。光纖陀螺光路系統(tǒng)光纖陀螺的光路系統(tǒng)如圖所示。除光源、探測器（光電信息轉換器件）、偏振器和傳感光纖圈外，還包括兩個分束器和裝在閉合回路一端的調制器。圖中，光源一般選用半導體激光器LD、發(fā)光二極管LED和超輻射發(fā)光二極管SLD，由于SLD的性能介于LD和LED之間，既有較高的輸出功率，又有較大的光譜寬度，是光纖陀螺較為理想的光源。而探測器則采用PIN光敏二極管。

光纖陀螺結構根據(jù)所采用的光學元器件不同有三種實現(xiàn)方法：小型分立元件系統(tǒng)、全光纖系統(tǒng)和集成光學元件系統(tǒng)。

一是用分立光學元件實現(xiàn)的“最簡結構”光纖陀螺儀。它使用了小型透鏡、反射鏡和立體分束器，技術要求復雜，光學系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)還使用了一端單模光纖做空間濾波器，它與雙折射棱鏡偏振器一起提供了很強的多模抑制能力。

二是全光纖“最簡結構”的陀螺儀結構，它具有陀螺儀要求的全部功能。分立元件系統(tǒng)中，光從自由空間送進單模光纖需要精細復雜的調整，否則不僅存在非常大的功率損失，還會產(chǎn)生一些背向散射光，為此要求光纖陀螺結構能使光從光源到探測器作連續(xù)傳播，而全光纖陀螺儀恰恰具備了這一優(yōu)點。系統(tǒng)所有組成光學元件還可以用傳感光纖環(huán)的延伸長度來制造，而無需截斷光纖。制造難度和周期高于集成光學結構。

三是用集成光學器件實現(xiàn)的“最簡結構”光纖陀螺儀。系統(tǒng)的主要組成部分是Y～波導器件，它可以實現(xiàn)陀螺儀核心部分所要求的分束器、偏振器、調制器三功能。集成光學實現(xiàn)方法不僅包括了分立光學方法的各種功能部件，其突出的優(yōu)點是這些功能全部是由同一波導來實現(xiàn)的。

隨著技術的進步和光纖陀螺元器件的發(fā)展，用分立光學元件實現(xiàn)光纖陀螺儀的方案基本消失，全光纖結構的光纖陀螺由于采用PZT相位調制器及結構簡單、精度低、總體光損耗降到最低限度，主要在開環(huán)低精度、低成本的光纖陀螺中應用，而采用集成光學器件實現(xiàn)的閉環(huán)光纖陀螺，由于光纖元件集成化，有利于簡化總體結構，當集成工藝成熟后，陀螺的工藝簡單、總體重復性好、低成本，是目前國際國內中高精度光纖陀螺的主要方案。光纖陀螺的信號檢測保偏開環(huán)陀螺方案

光纖陀螺的輸出是一個微小的相位差所對應的干涉信號，以一種典型情況為例來說明，設L＝1000m，D＝0.1m，λ＝1.3μm，若要求光纖陀螺檢測的最小角速度為0.1度／小時，則對應的△φ為7.81×10-7rad。前面圖中所示為典型的開環(huán)陀螺系統(tǒng)，圖中光源采用帶保偏尾纖的SLD，BS1、BS2為保偏耦合器，P為偏振器，采用線圈式偏振器，光纖環(huán)采用保偏光纖繞制而成。由于保偏光纖中維持一個偏振模式為主要傳輸模式，所以保偏方案系統(tǒng)中保持了偏振光的傳輸。

從信號功率來考慮，圖3所示的開環(huán)陀螺系統(tǒng)，光學系統(tǒng)的損耗為2O～30dB左右，系統(tǒng)所用光源一般采用SLD，其出光纖功率為幾十至一百多微瓦，所以當其到達輸出端時的功率僅為100nw～1μw。而光學系統(tǒng)本身所包含的不可避免的噪聲，如光源噪聲、部件的偏振噪聲、散射干擾等將直接對光電轉換后的信號檢測構成影響。這一特點說明了光纖陀螺信號檢測不能用常規(guī)的方法來實現(xiàn)，而應用微弱信號檢測的理論與方法來實現(xiàn).

光纖陀螺信號檢測的主要目的是從強噪聲中取出弱信號。對開環(huán)系統(tǒng)，則主要是檢測出由于光纖環(huán)旋轉而引進的相位變化，為獲得大動態(tài)范圍和好的標度因數(shù)線性度，還必須對開環(huán)輸出信號進行處理或建立閉環(huán)系統(tǒng)。光纖陀螺信號檢測理論和方法是隨光纖陀螺光學系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的，基本原理是微弱信號檢測技術，一般有兩種實現(xiàn)方法：1)基于正弦波調制原理的檢測方法；2)基于方波調制原理的檢測方法激光測距

一、激光測距的特點軍用激光發(fā)展最快、最成熟的要算激光測距。步兵、炮兵、坦克和飛機對地的測距中已獲得了極佳效果。利用激光像雨點般的那樣，一個脈沖接一個脈沖輻射來測量距離，這種測量方式叫脈沖測距；激光輻射若是連續(xù)的、并利用其相位變化年來進行測距，叫連續(xù)波測距。前者結構簡單，操作方便，白天和夜間可測距離分別小于和大于50公里左右。精度可達1米，因而被廣泛采用。若要求測距精度小于1米，如航測地形變化和海浪起伏等，就要采用后者。它能從空中辨別地面凸起的公路、樹木和機場跑道旁邊不易看清的壕溝或者探測復蓋著白雪的地面高低。一般可測距百余公里，如有合作目標時可測幾百-幾十萬公里。但它的結構復雜，操作麻煩，成本高。所以除測距精度要求特別高的場合外，一般都不采用。

普通光學或微波測距精度想達一米相當困難。當目標很遠，尤其處于背著陽光的暗處時，普通光測距難以勝任；此時若用激光，由于其亮度高，方向性奸，就可很好地解決。微波波長比激光長千倍以上，因而易被干擾，常因環(huán)境雜波干擾而無法工作。激光由于其頻率高、單色性好，所以能抗干擾。激光頻率高還意味著不用巨大的天線就能發(fā)射極窄的光束(如束散角1／20度的紅寶石激光，只需直徑7.63cm的天線，而對微波來說，要想得到同樣的散角，天線直徑則要在305米以上)，因此激光裝置小而輕。激光脈沖非常窄，因而能精確地測定物體的距離。激光方向性好(即光束發(fā)散小)，在測量地面某一物體時就不受地面附近其他物體的影響。激光亮度高，射得遠，也就測得遠。激光測距的缺點是受氣象條件的影響。二、脈外激光測距原理原則上凡能輻射脈沖激光的器件都可用于測距，但為了擴大測量范圍，提高測量精度，就要求激光脈沖有足夠強度及方向性和單色性要好，脈沖寬度要窄。較遠程的地炮測距多采用固體YAG或釹玻璃激光配以調Q