De toepassing en het werkingsprincipe van laserwaarschuwingssystemen: het "laserradaroog" op het slagveld

Op het gebied van moderne oorlogsvoering en specifieke industriële en wetenschappelijke onderzoeksgebiedenlasertechnologieis als een tweesnijdend zwaard. Het is een krachtig instrument voor nauwkeurige begeleiding en efficiënte communicatie, maar het kan ook een bron van dreiging zijn die standpunten blootlegt en tot stakingen uitnodigt. Het Laserwaarschuwingssysteem (LWS) is naar voren gekomen als een cruciale ‘schildwacht’, die voortdurend waakzaam is tegen de onzichtbare laserdreiging.

I. Laserwaarschuwingssysteem: kernprincipe van de werking

De kernmissie van het laserwaarschuwingssysteem is het detecteren, identificeren van de richting, golflengte, herhalingsfrequentie en andere kenmerken van de binnenkomende laser, en het afgeven van een alarm om kostbare tijd te winnen voor het nemen van tegenmaatregelen of ontwijkende acties. Het werkingsprincipe kan worden samengevat in de volgende belangrijke stappen:

1. Foto-elektrische detectie:

De kerncomponenten van het systeem zijn hooggevoelige foto-elektrische detectoren (zoals fotodiodes, CCD/CMOS-focal plane arrays) die zijn verspreid op sleutelposities op het oppervlak van apparatuur (zoals tanks, vliegtuigen, schepen).

 Wanneer laserstralen in de omgeving (of het nu gaat om bereik, aanduiding, geleiding of verblinding) op deze detectoren slaan, wordt de fotonenenergie omgezet in zwakke elektrische signalen.

2. Signaalversterking en -verwerking:

De gegenereerde zwakke elektrische signalen worden aanvankelijk versterkt door een voorversterker.

Vervolgens versterkt een complex signaalverwerkingscircuit (meestal gebaseerd op FPGA of speciale processors) het signaal verder, filtert ruis zoals achtergrondlicht en elektromagnetische interferentie weg en extraheert de belangrijkste kenmerkparameters.

3. Extractie en herkenning van functieparameters:

Verwerkingscircuitanalysesignalen van:

Golflengte: Bepaal de laserband (zoals 1064 nm Nd:YAG-laser, 1550 nm oogveilige laser, 10,6 um CO2-laser, enz.) via een intern spectraal herkenningsapparaat (zoals een rooster, prisma of smalbandfilterarray). Dit is cruciaal voor het identificeren van het type laser (afstandsmeter? Doelindicator?).

Invalsrichting: bereken nauwkeurig de azimut- en elevatiehoeken van de laserbron met behulp van het tijdsverschil, het intensiteitsverschil van signalen van meerdere ruimtelijk verdeelde detectoren of pixelpositie-informatie van een beelddetector, via hoekberekeningsalgoritmen.

Pulskarakteristieken: Analyseer de pulsbreedte, herhalingsfrequentie en coderingsmodus (zoals PPM-codering gebruikt voor geleiding) van de laser. Dit helpt onderscheid te maken tussen lasers met verschillende functies (zoals een eenvoudige afstandsmeter versus een nauwkeurige lasergeleidingsverlichting).

Intensiteit: Beoordeel de ernst van de dreiging en de geschatte afstand.

4. Bedreigingsanalyse en alarmoutput:

De centrale verwerkingseenheid vergelijkt de geëxtraheerde kenmerkparameters met de ingebouwde dreigingsdatabase en voert patroonherkenning uit.

Het systeem bepaalt uitgebreid het type inkomende laser (zoals laserbereik, doelaanduiding, straalgeleiding, lasergeleide raketzoeker, laserverblindend wapen), dreigingsniveau en naderingsrichting.

De machinist krijgt onmiddellijk intuïtieve en duidelijke alarminformatie via audiovisuele alarmapparatuur (zoals geluids- en lichtalarmen in de cockpit, waarschuwingspictogrammen en richtingaanwijzers op het op de helm gemonteerde display). Tegelijkertijd kan de informatie via een datalink worden verspreid.

5. (Optionele) systeemintegratie tegenmaatregelen:

 In geavanceerde geïntegreerde verdedigingssystemen fungeert LWS vaak als sensorknooppunt, en de detectie-informatie ervan kan in realtime worden verzonden naar actieve tegenmaatregelensystemen:

Rook-/aërosolafleidingswerpers: Vormen snel een rookgordijn in de richting van inkomende dreigingen, waarbij laserstralen worden verspreid of geabsorbeerd om de begeleiding of het richten te verstoren.

Laserverblindend tegenmaatregelsysteem: Zend sterke lasers uit om de optische sensoren van vijandelijke laserafstandsmeters of aanduidingen te verstoren of te beschadigen.

 Instructies voor manoeuvreren en ontwijken: Geef ontwijkingssuggesties aan bestuurders of autonome rijsystemen.

II. Sleuteltechnologieën en prestatie-indicatoren van laserwaarschuwingssystemen

 Detectie gezichtsveld (FOV): Het moet een horizontale azimut van 360° bestrijken en een zo groot mogelijke hellingshoek (bijvoorbeeld -5° tot +90°) om volledige waakzaamheid zonder dode hoek te bereiken. Dit wordt doorgaans bereikt door gedistribueerde detectorarrays of polyhedrale prisma's gecombineerd met starende detectoren.

 Spectrale dekking: Het moet de belangrijkste militaire en potentiële dreigingslaserbanden bestrijken (doorgaans 0,4-1,1 μm, 1,5-1,8 μm, 8-12 μm).

Hoekresolutie: het vermogen om nauwkeurig de richting van de dreiging aan te geven (meestal binnen een paar graden).

Golflengteresolutie: het vermogen om onderscheid te maken tussen verschillende laserbanden.

Gevoeligheid/detectiebereik: Het vermogen om op betrouwbare wijze een lage laserenergiedichtheid te detecteren, die de waarschuwingsafstand bepaalt.

Aantal valse alarmen: De kans dat natuurlijke lichtbronnen (zoals de zon en bliksem) en kunstmatige, niet-bedreigende lichtbronnen (zoals zoeklichten en lasbogen) verkeerd worden geïdentificeerd als laserbedreigingen, moet extreem laag zijn.

Responstijd: Hoe korter de tijd tussen de laserblootstelling en het afgeven van een alarm, des te beter (dit vergt doorgaans milliseconden).

Multi-target verwerkingscapaciteit: de mogelijkheid om gelijktijdig te verwerkenmeerdere lasersbedreigingen vanuit verschillende richtingen en golflengten.

III. Wijdverbreide toepassing van laserwaarschuwingssystemen

4. Bedreigingsanalyse en alarmoutput:

Gevechtstanks en gepantserde voertuigen: Laserwaarschuwingssystemen (LWS) zijn belangrijke uitrusting voor het verbeteren van de overlevingskansen op het slagveld tegen vijandelijke tanks en antitankraketten (zoals TOW, Kornet), laserafstands- en doelaanduidingsverlichting. Moderne tanks (zoals Leopard 2A7, M1A2 SEPv3) integreren over het algemeen geavanceerde LWS.

 Militaire vliegtuigen en helikopters: LWS wordt gebruikt om te waarschuwen voor draagbare grond-luchtraketten (MANPADS, zoals Stinger, Igla) met lasernabijheidszekeringen of lasergeleide wapens (zoals lasergeleide bommen), evenals laserafstands- / indicatie van bedreigingen tijdens vluchten op lage hoogte. Vooral bewapende helikopters (zoals de AH-64 Apache) zijn afhankelijk van LWS.

 Oppervlakteschepen: verdediging tegen anti-scheepsraketten (zoals bepaalde semi-actieve lasergeleide modellen) en laserafstands-/aanwijzingen van vijandelijke schepen/landgebaseerde lasers.

Belangrijke faciliteiten/commandoposten: Verdediging tegen lasergestuurde wapentargeting en laserverkenning.

Individuele/speciale operaties: Draagbare LWS wordt gebruikt om te waarschuwen voor bedreigingen met sluipschutterlasers of laserverblindende wapens.

 Integratie in elektronische tegenmaatregelen (ECM) -systemen: LWS dient als de "ogen" voor het activeren van rookgordijnen, infrarood-lokvogels, laser-tegenmaatregelen en andere zachte / harde moordmaatregelen.

2. Civiele en paramilitaire terreinen:

Voertuigen voor VIP-bescherming: Bescherming van de voertuigen van hoge functionarissen of bedrijfsvoorzitters tegen mogelijke laserwapenaanvallen of laserinterferentie met de bestuurder.

Wetshandhaving: Bij specifieke operaties met een hoog risico kunnen systemen voor vroegtijdige waarschuwing worden gebruikt om laserapparatuur te detecteren die kan worden gebruikt om te interfereren of te verblinden.

Beveiliging van kritieke infrastructuur: zoals kerncentrales en chemische fabrieken, ter verdediging tegen mogelijke kwaadwillige laserinterferentie of sabotage.

Hoogwaardige onderzoeks- en industriële omgevingen: In laserlaboratoria met hoog vermogen of industriële laserverwerkingsruimtes wordt gecontroleerd of personeel per ongeluk wordt blootgesteld aan gevaarlijke laserstraling (als onderdeel van een veiligheidsvergrendeling).

Ruimtevaartuig: monitoren of ze worden blootgesteld aan laserstraling vanaf de grond of de ruimte tijdens gebruik in een baan om de aarde (mogelijk voor bereik, communicatie of mogelijke interferentie).

Het laserwaarschuwingssysteem is een onmisbaar ‘waarnemingsorgaan’ op moderne slagvelden en in specifieke risicovolle omgevingen. Het functioneert als een scherp ‘laserradaroog’, dat voortdurend het onzichtbare dreigingsspectrum scant en de potentieel fatale voorbode van laserbestraling omzet in tijdige waarschuwingen en tegenmaatregelen. Van stalen kolossen als tanks tot vliegtuigen die in de blauwe lucht vliegen, van oorlogsschepen die door golven snijden tot soldaten op speciale missies: LWS waarborgt in stilte de veiligheid van personeel en materieel. Met de voortdurende verbetering van de elektro-optische technologie voor tegenmaatregelen zal het laserwaarschuwingssysteem zich ongetwijfeld blijven ontwikkelen in de richting van multispectrale detectie, integratie van kunstmatige intelligentie en miniaturisatie, en zal het een nog crucialere rol spelen in de toekomstige ‘lichte oorlog’ en een solide schild worden tegen immateriële bedreigingen en voor het grijpen van het initiatief op het slagveld.