提到水下探测,无论是探潜,还是探雷,首先想到的就是声纳。例如探雷声纳包括诸如舰壳、旁扫、前视、避碰、变深、近程识别、自航变深、合成孔径、参量阵、沉积层穿透等声纳,而探潜声纳的种类有过之而无不及。尽管声纳的探测速率较低,且受水文条件制约,但却一直受到偏爱。1991年,美海军利用“魔灯”机载蓝绿激光探雷系统的样机,在3天之内成功地搜索到伊拉克在海湾布放的18枚水雷,打破了声探一统天下的局面,确立了激光探测在水下探测中的地位。迄今为止,至少有美、俄、英、日、瑞典等国从事激光探测系统的研制和生产应用。激光探测系统已从探潜、探雷扩展到海底测绘以及鱼群探测等领域。
“鹰眼”机载激光测深装置
瑞典的“鹰眼”虽然称谓测深装置,但是实际上它是一种海底激光成像装置,它不仅能测深,而且还可对海底进行航测,为测绘海底图提供必要的数据和图像。由于在海底的海草、礁石都能清晰地显示出来,显然位于海底上的其它目标,也可被发现。
“鹰眼”机载激光测深装置由发射接收机、定位系统、控制和采集分系统以及监视与存储器组成。装在直升机下部的一个直径为550毫米、长4米的圆柱形吊舱内,挂在标准鱼雷挂架上,通过连接电缆与机内的控制台相连。
定位则采用惯性定位与飞机全球定位系统,结合控制监视主机、数字机、提取器和记录仪与显示器构成整个系统,重约500千克,所需功率5千瓦。
工作时,发射机可发射200赫兹的激光束,通过随动控制稳定的镜面扫描器对水面扫描,由于它采用蓝绿激光,故激光束可穿透海水,而直达海底。抵达海底的激光束一束束地返回接收机,从接收的激光信号中提取深度回波,并在显示器上显示。显示的数据中不仅包括深度数据,而且还包括有关的定位数据,服务于事后分析和制图,根据这些数据可产生详细的三维图,海底地貌和结构清晰可见。
该装置目前的测深能力为20～70米,测深误差03米,搜索覆盖率最高为100平方米/秒,是声纳的25倍。通常,携带“鹰眼”的直升机的飞行高度可在50～800米范围内工作,飞行速度1～60米/秒。扫描宽度为高度的85%,取样密度为1～15米。
“四月阵雨”机载激光探测系统
“四月阵雨”激光探潜系统是由设计“魔灯”系统的同一家卡曼公司于1995年开始研制的,在建的两台工程开发样机已在2000年完成海试。
该型激光探潜系统的激光发射机、扫描装置、接收机以及中央处理机均装在一个长28米、直径480毫米的圆筒内,质量为410千克,适合装在SH-60R“海鹰”直升机的挂架上。
机载激光探测系统的核心是一个多波长激光发射机,它可发射蓝绿激光频段(475纳米)或绿激光频段(532纳米)的激光束,输出功率分别为7和40瓦,探潜水深超过180米。
携带“四月阵雨”激光探测系统的直升机可在3048米高空,以200节(约360千米/小时)的飞行速度,大面积地快速搜索潜艇。
ML(A)机载激光探雷系统
ML(A)机载激光探雷系统是“魔灯”系统的改进型。由于“魔灯”激光探雷系统在海湾战争中的出色表现,显示其快速探雷的潜力,事后,卡曼公司获得制造两套改进型样机的合同。目前,美海军的两个直升机反水雷中队各配备6套ML(A)激光探雷系统,而预备役的轻型直升机中队,即HSL-94中队的SH-2G“超级海妖”直升机也装备了3套。ML(A)激光探雷系统改进的主要方面包括:它不仅能探测锚雷和漂雷,而且要求它能探测沉底雷;它不仅能在清澈的浅水区以及在拍岸浪区(3米至高潮线水域)工作,并提高成像精度。此外,它用6个由选通门控制的电荷耦合器件摄像机阵组成的接收机代替单个摄像接收机。
实际上,整个发射、接收、处理与显示过程都是在很短的时间内完成的。当前,直升机可以以每秒100米的速度探潜和探雷,这是其它现役探测装备无法比拟的。
激光探测系统的发展预测
激光水下探测系统问世后,在水下探测领域展示了自己的巨大潜势和能力,它对目标探测的直观性和快速性给人们留下了深刻的印象,受到各国海军的青睐。可以说,激光探测系统就如探照灯一样,光打到哪里,就可清楚地看到被照射区的具体场景,准确地判定目标,因此它不仅能探测,而且还可作为攻击型武器的瞄准具。
另外,激光水下探测系统,无论探潜、探雷、测深或测绘,其工作原理是相同的,只不过有的测深和测绘是不分层的,需直达海底,而探雷和探潜一般则需分层搜索,但若想探测坐底的沉底雷或潜艇,则需使激光束直达海底。由此可见,它们虽然有分类,但却都具备多用途,只不过有主次之分而已。目前,绿激光束可能探测到的最大水深为183米,最大理论值为300米。
由于激光探测系统所具备的特点和有利条件,许多国家都在努力开发激光水下探测系统。例如,俄罗斯的“紫水晶”激光探测系统对较大目标的探测能力,已达到水下61米。英国在ARP 16A非声探测应用研究计划中,采用波长532纳米和功率输出80毫瓦的固体蓝绿行扫描激光器,结合增强硅靶摄像机,使探测距离比用硅靶摄像机时提高了2～6倍。日本在水下探测系统中,用激光摄像机代替水下微光电视摄像机,将探测距离从几米提高到23～35米,大大改善探测能力。美国在激光水下探测领域中可谓全面开花,多家公司从事激光探测系统的研究开发。如卡曼宇航公司正在开发“海洋水”激光雷达与“鱼眼”激光鱼群探测系统以及LASH机载滨海传感器与超光谱计划中的浅水激光探潜探雷系统;洛克希德·马丁公司的桑德斯分部正在为SH-60“海鹰”直升机研制一种称为ATD-111的多用途机载激光探测系统。该系统可探测和识别水下的各种威胁,显然包括潜艇、水雷和水下航行器等。此外,雷声公司在AQS-20X变深猎雷声纳中,也增加了成像激光器,以改善对目标的探测和识别能力。
最近,诺思罗普·克鲁普公司与美海军水面战中心签订一项价款达4000万美元的机载激光探雷系统的工程制造开发合同,预定2004年批量生产。它将作为一种建制式反水雷系统装备在舰载直升机上,以在海上各种编队中,实现快速自卫探雷。
激光水下探测系统在水下探测领域呈现广阔的开发和应用前景。