[科普中国]-成像激光雷达制导传感器

优点

成像激光雷达制导传感器与目前可选用的其他成像制导传感器如前视红外、视频传感器、毫米波雷达和合成孔径雷达相比，具有以下突出的优点：

（1）分辨率高，具有很高的角度、距离、速度和图像分辨率，因而能探测飞行路径中截面积小的障碍物如电线、电线杆等；能使巡航导弹具有地形跟随和障碍物回避的能力，有利于低空入侵，特别是在夜晚和坏气象的条件下。

（2）图像稳定。激光雷达图像所记录的是目标的三维本性，不受昼夜、季节、气候、温度、照度变化以及各种干扰的影响。根据稳定的激光雷达三维图像所预测的目标特征和所发展的目标识别算法软件，真实、准确和可靠，使导引头能以极低的虚警率可靠地自动识别目标。

（3）能提供目标的三维图像，同时提供目标的距离和速度数据。这一特点能使导引头全方位识别目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能在实战中选择最佳的角度接近目标。2

应用由于具有上述优点，因此成像激光雷达可作为新一代的精确自动制导传感器，用来制导先进的巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等。它可完成航路导引，精确末制导，地形跟随和障碍物回避，目标自动识别和敌我识别，在目标上选择瞄准点等功能。它可使精确制导武器不受环境变化，气候变化和昼夜变化的影响，全方位攻击目标并准确命中目标。此外它还具有简单、可靠，天线尺寸小，价格较低，扫描光束十分窄，因而隐蔽性好的优点。

经过了近20年的发展，目前成像激光雷达制导传感器已进入了应用阶段。CO2成像激光雷达制导传感器是最早研制的成像激光雷达制导传感器。早在1977年，在美国国防部高级研究计划局和美国空军航空系统部的主持下，开展了巡航导弹先进制导技术的预研计划。计划的目的是，研究美国空军应用多功能CO2成像激光雷达制导90年代的战略或战术巡航导弹的可行性。该计划在实验性CO2成像激光雷达制导传感器的基础上，进一步发展了两个竞争的多用途CO2成像激光雷达导引头。1988年将所发展的导引头装在指定的巡航导弹弹体上进行主要制导功能的飞行试验。1989年随着所有制导功能飞行试验的成功完成，低空巡航导弹用的巡航导弹先进制导技术（CMAG）预研计划结束。目前CMAG计划的预研成果已应用在空中发射的先进战略巡航导弹AGM－129上，可使AGM－129导弹命中目标的径向偏差概率提高到3米，比原来巡航导弹的30米提高了很多。

在CMAG预研计划成果的基础上，90年代初，美国空军和海军制定了先进技术激光雷达导引头（ATLAS）的研究计划，其目的是研制制导巡航导弹和精确制导武器及导航飞机用的CO2成像激光雷达，并证明CO2成像激光雷达导引头可以迅速进入全尺寸发展阶段。整个研制计划由美国空军赖特实验室主持，预计在90年代末ATLAS CO2成像激光雷达系统进入装备应用。1991年11月，美国通用动力公司和休斯公司小组被选为发展ATLAS CO2成像激光雷达制导系统。

为了演示CO2成像激光雷达用于近程空对地导弹自动制导的能力，1992年吊舱式结构的ATLAS CO2成像激光雷达系统吊挂在试验飞机上完成了第一阶段的飞行试验。1993年该吊舱又吊挂在美国空军的F－15试验飞机上进行了第二阶段的高速飞行试验。试验表明，ATLAS CO2成像激光雷达系统已成为可机载的使用系统，所提供的高分辨率的彩色编码三维距离图像能很好地满足了航路导引和末段制导的要求。3

发展半导体成像激光雷达制导传感器因体积极小、重量轻、容易调制、价格低，故是近程、低成本、小型制导应用优选的制导传感器，很适合用来制导近程、低成本的反装甲子弹和灵巧弹药。美国空军军械研究所于1985年底开展了半导体成像激光雷达制导反装甲子弹的研究计划，研制合同授予了美国SEO公司。SEO公司研制成24元的GaAlAs半导体激光二极管列阵成像激光雷达，信号处理采用三维目标探测和分类算法，能在500米的最大作用距离以30赫兹的帧速实时显示目标的假彩色距离像和灰度强度像，能实时分类目标和选择目标上的瞄准点。1990年美国空军在遥控飞行器上对该雷达进行了飞行试验，在世界上第一次实时演示了高分辨率的距离成像半导体激光雷达系统。美国空军预计，半导体成像激光雷达制导的反装甲子弹1996年后可以进入生产。这种制导传感器的成本约2000美元。美国桑迪亚国家研究所也研制成功低成本制导用半导体成像激光雷达的实验系统，实验表明该雷达可完成自动导向目标，目标分类和目标上瞄准点的选择等近程军事任务。

半导体成像激光雷达的最大缺点是功率偏低，故作用距离近；束散宽，要求用大的光学系统来减小束散，这对要求极小尺寸的子弹制导应用带来了复杂的问题。因此，对于要求中等功率的制导应用而言，半导体激光二极管泵浦的固体成像激光雷达有远大的应用前景。这种固体成像激光雷达兼有CO2和半重量轻，成本低，可靠性高。

目前研制的这种固体成像激光雷达制导传感器主要有：

洛拉尔－沃特公司为美国空军和海军的联合攻击弹药计划和美国空军和陆军的低成本反装甲子弹计划研制的固体成像激光雷达导引头。为低成本反装甲子弹计划研制的固体成像激光雷达导引，1994年7月从轻型飞机上成功进行了空投试验，捕获和攻击坦克目标，能在1公里以外的距离以15厘米的三维分辨率显示目标区的距离像和强度像。还有美国空军赖特研究所和全球定位系统联合计划局为先进的战术武器制导系统研究的先进固体成像激光雷达导引头，要求命中目标的径向偏差概率为3米，预计生产型2005年开始交货。3