[科普中国]-蓝绿激光水下探测技术如何成就“探海神针”

出品：科普中国

作者：兰顺正 察哈尔学会研究员中国指挥与控制学会会员

策划：宋雅娟

监制：光明网科普事业部

近日有港媒称，中国正在研发一种搭载强大激光器的卫星，研究人员希望能够利用它来准确定位海面下500米深的目标。青岛海洋科学与技术试点国家实验室在其网站上称，“观澜号”海洋科学卫星项目于今年5月在该实验室正式启动，旨在加强中国的全球海洋监测活动。参与该项目的研究人员宋晓泉（音）表示，如果成功，这一技术将使海洋的上层水体变得“近乎透明”。对此，有不少网友高兴的认为这预示着中国的反潜技术将取得巨大突破。笔者认为，对于“观澜号”是否具有军事用途，现在还难下定论，不过这则消息透露出中国在蓝绿激光水下探测技术领域可能已经今非昔比。

图片来自网络

蓝绿激光探深海

1963年,Duntley S Q及Gilbert G D等人在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水对0•47~0.58μm波段内的蓝绿光的衰减比对其他光波段的衰减要小很多,证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。根据这一现象,发射蓝绿光的激光器展现出在水下目标探测、控制、通信等领域的巨大应用潜力。

蓝绿激光水下目标探测装置的基本原理与声呐相似。平台上的激光发射器经扫描反射镜向海面发射蓝绿激光和红外光。蓝绿激光穿透海水能力较强，遇到潜艇等水下目标就反射回来;红外光从海面反射能力较强。这两部分反射回来的激光束经扫描反射镜和光学系统，被光电接收器接收并转换为相应的电信号。计算机系统根据两部分激光束传输的时间差，再与定位信号、平台运动姿态信息、潮汐数据等融合,确定出特定坐标点的水深。系统依靠扫描反射镜让脉冲激光束在海面做横向扫描，以保证在一定海面宽度上的多点探测。与此同时，再配合相关平台的向前运动，就可完成对一定海域面积的多点探测，经计算机系统的去伪存真处理后， 可在屏幕上模拟出所测水下目标的立体图像、轮廓尺寸及型面分布，可谓是深海的“透视眼”。

图片来自网络

擒龙反潜有利器

基于以上优点，蓝绿激光水下目标探测技术可以广泛用于海水水文勘测、水下潜艇探测、水雷探测、鱼群探测、海洋环境污染监测等诸多军事以及民用领域。许多国家尤其重视蓝绿激光在海军装备中的应用，对此投入了大量的人力和物力。如前苏联早在80年代就有报道称其已能从时速为每小时160km的低空飞行的飞机上利用激光扫描技术探测水下目标。而瑞典的萨伯公司(Saab)和加拿大光学技术公司于80年代后期联合研制了“鹰眼”机载激光探潜系统。它具有探潜和海深测量双重功能,已于1994年交付给瑞典海军,并已在波罗的海进行了实验。美国则在海湾战争广泛使用“魔灯ML-30”型激光探测系统执行扫雷任务。同时近年来，美国国家航空航天局和国防部高级研究项目局（DARPA）资助的研究项目加大了探测深度。DARPA研制了一种安装在侦察机上的装置，可以在200米深度左右可靠地探测到像水雷那么小的目标。

图片来自网络

身在太空视可观澜

据报道称，中国的新装置能够产生不同颜色或频率的高功率激光束脉冲，使敏感接收器能够获取来自不同深度水体的更多信息。这些激光束可以扫描宽达100公里的区域，或者集中在一个仅1公里宽的地方。另外该装置将与安装在卫星上的微波雷达一起使用，以更好地识别目标。虽然雷达波不能穿透水体，但它能够以极高的精度测量水面移动——因此当移动的水下目标产生小的水面扰动时，雷达可以告知卫星应该往哪里投射激光束。此次“观澜号”的研制不但意味着中国的蓝绿激光水下探测技术愈发成熟，同时该技术与卫星平台的结合，也代表着中国未来将具备对全球海域的水下探测能力。