Zastosowanie i zasada działania laserowych systemów ostrzegawczych: „Laserowe oko radarowe” na polu bitwy

We współczesnych działaniach wojennych oraz w określonych dziedzinach badań przemysłowych i naukowych,technologia laserowajest jak miecz obosieczny. Jest to potężne narzędzie do precyzyjnego kierowania i skutecznej komunikacji, ale może być również źródłem zagrożenia, które ujawnia pozycje i zachęca do strajku. Laserowy system ostrzegawczy (LWS) okazał się kluczowym „strażnikiem”, stale czujnym wobec niewidzialnego zagrożenia laserowego.

I. Laserowy system ostrzegawczy: podstawowa zasada działania

Podstawową misją laserowego systemu ostrzegawczego jest wykrywanie, identyfikacja kierunku, długości fali, częstotliwości powtarzania i innych cech przychodzącego lasera oraz generowanie alarmu, aby zyskać cenny czas na podjęcie środków zaradczych lub działań unikowych. Zasadę działania można podsumować w następujących kluczowych krokach:

1. Detekcja fotoelektryczna:

Podstawowymi elementami systemu są detektory fotoelektryczne o wysokiej czułości (takie jak fotodiody, matryce płaszczyzn ogniskowych CCD/CMOS) rozmieszczone w kluczowych miejscach na powierzchni sprzętu (takiego jak czołgi, samoloty, statki).

 Kiedy wiązki laserowe w otoczeniu (do celów określania odległości, wyznaczania, kierowania lub oślepiania) uderzają w te detektory, energia fotonów jest przekształcana w słabe sygnały elektryczne.

2. Wzmocnienie i przetwarzanie sygnału:

Generowane słabe sygnały elektryczne są początkowo wzmacniane przez przedwzmacniacz.

Następnie złożony obwód przetwarzania sygnału (zwykle oparty na FPGA lub dedykowanych procesorach) dodatkowo wzmacnia sygnał, filtruje szumy, takie jak światło tła i zakłócenia elektromagnetyczne, oraz wyodrębnia kluczowe parametry funkcji.

3. Ekstrakcja i rozpoznawanie parametrów cech:

Przetwarzanie sygnałów analizy obwodów:

Długość fali: Określ pasmo lasera (np. laser Nd:YAG 1064 nm, laser bezpieczny dla oczu 1550 nm, laser CO2 10,6 um itp.) za pomocą wewnętrznego urządzenia do rozpoznawania widma (takiego jak siatka, pryzmat lub układ filtrów wąskopasmowych). Ma to kluczowe znaczenie przy identyfikacji typu lasera (urządzenie odległościowe? Wskaźnik celu?).

Kierunek padania: precyzyjnie oblicz kąty azymutu i elewacji źródła lasera, wykorzystując różnicę czasu, różnicę intensywności sygnałów z wielu detektorów rozmieszczonych przestrzennie lub informacje o położeniu pikseli z detektora obrazującego, za pomocą algorytmów obliczania kąta.

Charakterystyka impulsu: Przeanalizuj szerokość impulsu, częstotliwość powtarzania i tryb kodowania (taki jak kodowanie PPM używane do prowadzenia) lasera. Pomaga to rozróżnić lasery o różnych funkcjach (np. prosty dalmierz od precyzyjnego laserowego oświetlacza naprowadzającego).

Intensywność: oceń powagę zagrożenia i przybliżoną odległość.

4. Ocena zagrożenia i wyjście alarmowe:

Jednostka centralna porównuje wyodrębnione parametry funkcji z wbudowaną bazą danych zagrożeń i przeprowadza rozpoznawanie wzorców.

System kompleksowo określa rodzaj nadlatującego lasera (np. odległość lasera, oznaczenie celu, naprowadzanie na wiązkę, poszukiwacz rakiet naprowadzanych laserowo, broń oślepiająca laserowo), poziom zagrożenia i kierunek podejścia.

Operator otrzymuje natychmiastowe, intuicyjne i jasne informacje o alarmach za pośrednictwem audiowizualnych urządzeń alarmowych (takich jak alarmy dźwiękowe i świetlne w kokpicie, ikony ostrzegawcze i kierunkowskazy na wyświetlaczu zamontowanym na hełmie). Jednocześnie informacje można rozpowszechniać za pośrednictwem łącza danych.

5. (Opcjonalnie) Integracja systemu przeciwdziałania:

 W zaawansowanych zintegrowanych systemach obronnych LWS często pełni rolę węzła sensorycznego, a informacje o jego wykryciu mogą być przesyłane w czasie rzeczywistym do aktywnych systemów przeciwdziałania:

Wyrzutnie rozpraszające dym/aerozole: szybko tworzą zasłonę dymną w kierunku nadchodzących zagrożeń, rozpraszając lub pochłaniając wiązki laserowe, aby zakłócać naprowadzanie lub celowanie.

Laserowy system przeciwdziałania oślepianiu: Emituj silne lasery, aby zakłócać lub uszkadzać czujniki optyczne wrogich dalmierzy laserowych lub oznaczników.

 Instrukcje dotyczące unikania manewrów: Przekaż sugestie dotyczące unikania kierowcom lub systemom jazdy autonomicznej.

II. Kluczowe technologie i wskaźniki wydajności laserowych systemów ostrzegawczych

 Pole widzenia (FOV): powinno obejmować azymut poziomy 360° i możliwie największy kąt nachylenia (np. od -5° do +90°), aby zapewnić czujność dookoła i bez martwego pola. Zwykle osiąga się to poprzez rozproszone układy detektorów lub pryzmaty wielościenne w połączeniu z detektorami wpatrującymi.

 Pokrycie widmowe: powinno obejmować główne pasma laserów wojskowych i potencjalnych zagrożeń (zwykle 0,4–1,1 μm, 1,5–1,8 μm, 8–12 μm).

Rozdzielczość kątowa: Możliwość precyzyjnego wskazania kierunku zagrożenia (zwykle w zakresie kilku stopni).

Rozdzielczość długości fali: Zdolność do rozróżniania różnych pasm lasera.

Czułość/zakres detekcji: Zdolność do niezawodnego wykrywania niskiej gęstości energii lasera padającego, która określa odległość ostrzegania.

Wskaźnik fałszywych alarmów: Prawdopodobieństwo błędnego zidentyfikowania naturalnych źródeł światła (takich jak słońce i błyskawice) oraz sztucznych, niezagrażających źródeł światła (takich jak reflektory i łuki spawalnicze) jako zagrożeń laserowych musi być niezwykle niskie.

Czas reakcji: Im krótszy czas od wystawienia na działanie lasera do wygenerowania alarmu, tym lepiej (zwykle wymaga to milisekund).

Możliwość przetwarzania wielu celów: Możliwość jednoczesnej obsługiwielokrotny laserzagrożenia z różnych kierunków i na różnych długościach fal.

III. Powszechne zastosowanie laserowych systemów ostrzegawczych

1. Dziedzina wojskowa (podstawowe zastosowania):

Główne czołgi bojowe i pojazdy opancerzone: Laserowe systemy ostrzegawcze (LWS) to kluczowe wyposażenie zwiększające przeżywalność na polu bitwy w przypadku wrogich czołgów i rakiet przeciwpancernych (takich jak TOW, Kornet) wykorzystujących zasięg laserowy i oświetlenie oznaczeń celu. Nowoczesne czołgi (takie jak Leopard 2A7, M1A2 SEPv3) generalnie integrują zaawansowany LWS.

 Wojskowe statki powietrzne i helikoptery: LWS służy do ostrzegania przed naziemnymi przenośnymi rakietami ziemia-powietrze (MANPADS, takimi jak Stinger, Igla) z laserowymi zapalnikami zbliżeniowymi lub oświetleniem broni naprowadzanej laserowo (takiej jak bomby naprowadzane laserowo), a także laserowego wyznaczania odległości/wskazywania zagrożeń podczas lotu na małych wysokościach. Uzbrojone helikoptery (takie jak AH-64 Apache) szczególnie polegają na LWS.

 Okręty nawodne: obrona przed rakietami przeciwokrętowymi (takimi jak niektóre modele z półaktywnym naprowadzaniem laserowym) i namierzaniem/wskaźnikami laserowymi na statkach wroga/na lądzie.

Ważne obiekty/stanowiska dowodzenia: Obrona przed namierzaniem bronią naprowadzaną laserowo i rozpoznaniem laserowym.

Operacje indywidualne/specjalne: Przenośny LWS służy do ostrzegania przed zagrożeniami związanymi z użyciem lasera snajperskiego lub oślepianiem laserem.

 Integracja z systemami elektronicznego przeciwdziałania (ECM): LWS służy jako „oczy” do wyzwalania zasłon dymnych, wabików na podczerwień, laserowych środków zaradczych i innych miękkich/twardych środków zabijania.

2. Dziedziny cywilne i paramilitarne:

Pojazdy ochrony VIP: Ochrona pojazdów wysokich rangą urzędników lub prezesów firm przed potencjalnymi atakami z użyciem broni laserowej lub zakłóceniami laserowymi kierowcy.

Egzekwowanie prawa: W przypadku określonych operacji wysokiego ryzyka można zastosować systemy wczesnego ostrzegania w celu wykrycia urządzeń laserowych, które mogą przeszkadzać lub oślepiać.

Bezpieczeństwo infrastruktury krytycznej: takiej jak elektrownie jądrowe i zakłady chemiczne, w celu ochrony przed potencjalnymi złośliwymi zakłóceniami laserowymi lub sabotażem.

Wysokiej klasy środowiska badawcze i przemysłowe: w laboratoriach laserowych dużej mocy lub w obszarach przemysłowych procesów laserowych, monitorowanie, czy personel nie jest przypadkowo narażony na niebezpieczne promieniowanie laserowe (w ramach blokady bezpieczeństwa).

Statki kosmiczne: monitorowanie, czy są narażone na promieniowanie laserowe z ziemi lub przestrzeni kosmicznej podczas operacji na orbicie (prawdopodobnie w celu ustalenia odległości, komunikacji lub potencjalnych zakłóceń).

Laserowy system ostrzegawczy jest niezbędnym „organem percepcyjnym” na współczesnych polach walki oraz w specyficznych środowiskach wysokiego ryzyka. Działa jak ostre „laserowe oko radarowe”, stale skanując widmo niewidzialnego zagrożenia i przekształcając potencjalnego śmiertelnego prekursora napromieniowania laserowego we wczesne ostrzeżenia i środki zaradcze. Od stalowych gigantów, takich jak czołgi, po samoloty szybujące po błękitnym niebie, od okrętów wojennych przecinających fale po żołnierzy wykonujących misje specjalne, LWS po cichu zapewnia bezpieczeństwo personelu i sprzętu. Wraz z ciągłym unowocześnianiem technologii elektrooptycznych środków zaradczych, laserowy system ostrzegawczy będzie ewoluował w kierunku wykrywania wielospektralnego, integracji sztucznej inteligencji i miniaturyzacji, odgrywając jeszcze ważniejszą rolę w przyszłej „wojnie świetlnej” i stając się solidną tarczą przed zagrożeniami niematerialnymi i umożliwiającymi przejmowanie inicjatywy na polu bitwy.