Anwendung und Funktionsprinzip von Laserwarnsystemen: Das „Laserradarauge“ auf dem Schlachtfeld

In der modernen Kriegsführung und in bestimmten industriellen und wissenschaftlichen ForschungsbereichenLasertechnologieist wie ein zweischneidiges Schwert. Es ist ein leistungsstarkes Werkzeug für präzise Führung und effiziente Kommunikation, kann aber auch eine Bedrohungsquelle sein, die Positionen offenlegt und zu Angriffen einlädt. Das Laserwarnsystem (LWS) hat sich zu einem entscheidenden „Wächter“ entwickelt, der ständig auf der Hut vor der unsichtbaren Laserbedrohung ist.

I. Laserwarnsystem: Kernfunktionsprinzip

Die Hauptaufgabe des Laserwarnsystems besteht darin, die Richtung, Wellenlänge, Wiederholfrequenz und andere Eigenschaften des einfallenden Lasers zu erkennen, zu identifizieren und einen Alarm auszulösen, um wertvolle Zeit für die Ergreifung von Gegenmaßnahmen oder Ausweichmanövern zu gewinnen. Das Funktionsprinzip lässt sich in den folgenden Schlüsselschritten zusammenfassen:

1. Photoelektrische Erkennung:

Die Kernkomponenten des Systems sind hochempfindliche fotoelektrische Detektoren (z. B. Fotodioden, CCD/CMOS-Focal-Plane-Arrays), die an Schlüsselpositionen auf der Oberfläche von Geräten (z. B. Panzern, Flugzeugen, Schiffen) verteilt sind.

 Wenn Laserstrahlen in der Umgebung (sei es zur Entfernungsmessung, Markierung, Führung oder Blendung) auf diese Detektoren treffen, wird die Photonenenergie in schwache elektrische Signale umgewandelt.

2. Signalverstärkung und -verarbeitung:

Die erzeugten schwachen elektrischen Signale werden zunächst durch einen Vorverstärker verstärkt.

Anschließend verstärkt eine komplexe Signalverarbeitungsschaltung (normalerweise auf FPGA- oder dedizierten Prozessoren basierend) das Signal weiter, filtert Rauschen wie Hintergrundlicht und elektromagnetische Störungen heraus und extrahiert wichtige Funktionsparameter.

3. Extraktion und Erkennung von Merkmalsparametern:

Verarbeitung von Schaltungsanalysesignalen von:

Wellenlänge: Bestimmen Sie das Laserband (z. B. 1064-nm-Nd:YAG-Laser, 1550-nm-augensicherer Laser, 10,6-um-CO2-Laser usw.) über ein internes Spektralerkennungsgerät (z. B. ein Gitter, ein Prisma oder eine Schmalbandfilteranordnung). Dies ist entscheidend für die Identifizierung des Lasertyps (Entfernungsmesser? Zielanzeiger?).

Einfallsrichtung: Berechnen Sie den Azimut- und Elevationswinkel der Laserquelle präzise, ​​indem Sie mithilfe von Winkelberechnungsalgorithmen die Zeitdifferenz, die Intensitätsdifferenz von Signalen von mehreren räumlich verteilten Detektoren oder Pixelpositionsinformationen von einem bildgebenden Detektor verwenden.

Impulseigenschaften: Analysieren Sie die Impulsbreite, die Wiederholungsfrequenz und den Kodierungsmodus (z. B. die zur Führung verwendete PPM-Kodierung) des Lasers. Dies hilft bei der Unterscheidung zwischen Lasern mit unterschiedlichen Funktionen (z. B. einem einfachen Entfernungsmesser gegenüber einem Präzisions-Laserführungsbeleuchter).

Intensität: Bewerten Sie die Schwere der Bedrohung und die ungefähre Entfernung.

4. Bedrohungsbewertung und Alarmausgabe:

Die Zentraleinheit vergleicht die extrahierten Merkmalsparameter mit der integrierten Bedrohungsdatenbank und führt eine Mustererkennung durch.

Das System bestimmt umfassend die Art des einfallenden Lasers (z. B. Laserentfernungsmessung, Zielbezeichnung, strahlgeführte Führung, lasergelenkter Raketensucher, laserblendende Waffe), Bedrohungsstufe und Annäherungsrichtung.

Über audiovisuelle Alarmgeräte (z. B. Ton- und Lichtalarme im Cockpit, Warnsymbole und Richtungsanzeiger auf dem am Helm montierten Display) werden dem Bediener sofort intuitive und klare Alarminformationen bereitgestellt. Gleichzeitig können die Informationen per Datenverbindung verbreitet werden.

5. (Optional) Integration des Gegenmaßnahmensystems:

 In fortschrittlichen integrierten Verteidigungssystemen dient LWS häufig als Sensorknoten und seine Erkennungsinformationen können in Echtzeit an aktive Gegenmaßnahmensysteme übertragen werden:

Rauch-/Aerosol-Ablenkungswerfer: Bilden Sie schnell eine Nebelwand in Richtung eingehender Bedrohungen und streuen oder absorbieren Sie Laserstrahlen, um die Führung oder das Zielen zu stören.

Laser-Blendungs-Gegenmaßnahmensystem: Sendet starke Laser aus, um die optischen Sensoren feindlicher Laser-Entfernungsmesser oder -Bezeichner zu stören oder zu beschädigen.

 Anweisungen zum Ausweichen beim Manövrieren: Bieten Sie Fahrern oder autonomen Fahrsystemen Ausweichvorschläge.

II. Schlüsseltechnologien und Leistungsindikatoren von Laserwarnsystemen

 Erkennungssichtfeld (FOV): Es sollte einen horizontalen Azimut von 360° und einen möglichst großen Neigungswinkel (z. B. -5° bis +90°) abdecken, um eine umfassende Wachsamkeit ohne toten Winkel zu gewährleisten. Dies wird typischerweise durch verteilte Detektorarrays oder polyedrische Prismen in Kombination mit Starrdetektoren erreicht.

 Spektrale Abdeckung: Sie sollte die wichtigsten militärischen und potenziell gefährlichen Laserbänder abdecken (typischerweise 0,4–1,1 μm, 1,5–1,8 μm, 8–12 μm).

Winkelauflösung: Die Fähigkeit, die Richtung der Bedrohung genau anzuzeigen (normalerweise innerhalb weniger Grad).

Wellenlängenauflösung: Die Fähigkeit, zwischen verschiedenen Laserbändern zu unterscheiden.

Empfindlichkeit/Erkennungsreichweite: Die Fähigkeit, eine geringe einfallende Laserenergiedichte zuverlässig zu erkennen, die den Warnabstand bestimmt.

Fehlalarmquote: Die Wahrscheinlichkeit, natürliche Lichtquellen (wie Sonne und Blitze) und künstliche, ungefährliche Lichtquellen (wie Suchscheinwerfer und Schweißlichtbögen) fälschlicherweise als Lasergefahren zu identifizieren, muss äußerst gering sein.

Reaktionszeit: Je kürzer die Zeit von der Laserbelichtung bis zur Alarmausgabe, desto besser (normalerweise Millisekunden).

Multi-Target-Verarbeitungsfähigkeit: Die Fähigkeit zur gleichzeitigen BearbeitungMehrfachlaserBedrohungen aus unterschiedlichen Richtungen und Wellenlängen.

III. Weit verbreitete Anwendung von Laserwarnsystemen

1. Militärischer Bereich (Kernanwendungen):

Kampfpanzer und gepanzerte Fahrzeuge: Laserwarnsysteme (LWS) sind eine Schlüsselausrüstung zur Verbesserung der Überlebensfähigkeit auf dem Schlachtfeld gegen feindliche Panzer und Panzerabwehrraketen (z. B. TOW, Kornet), Laserentfernungsmessung und Zielmarkierungsbeleuchtung. Moderne Panzer (wie Leopard 2A7, M1A2 SEPv3) integrieren im Allgemeinen fortschrittliche LWS.

 Militärflugzeuge und Hubschrauber: LWS wird zur Warnung vor tragbaren Boden-Luft-Raketen (MANPADS, z. B. Stinger, Igla) mit Laser-Annäherungszündern oder lasergelenkten Waffen (z. B. lasergelenkten Bomben) sowie zur Laserentfernungsmessung/-anzeige von Bedrohungen bei Flügen in geringer Höhe eingesetzt. Besonders bewaffnete Hubschrauber (wie der AH-64 Apache) sind auf LWS angewiesen.

 Überwasserschiffe: Verteidigung gegen Schiffsabwehrraketen (z. B. bestimmte semiaktiv geführte Lasermodelle) und feindliche Schiffs-/landgestützte Laserentfernungsmessungen/-anzeigen.

Wichtige Einrichtungen/Gefechtsstände: Abwehr von lasergelenkten Waffenzielen und Laseraufklärung.

Einzel-/Spezialeinsätze: Tragbares LWS wird verwendet, um vor Bedrohungen durch Scharfschützen-Laserentfernungsmesser oder Laser-Blendwaffen zu warnen.

 Integration in elektronische Gegenmaßnahmensysteme (ECM): LWS dient als „Auge“ für die Auslösung von Nebelwänden, Infrarot-Täuschkörpern, Laser-Gegenmaßnahmen und anderen Soft-/Hard-Kill-Maßnahmen.

2. Zivile und paramilitärische Bereiche:

VIP-Schutzfahrzeuge: Schutz der Fahrzeuge hochrangiger Beamter oder Firmenpräsidenten vor möglichen Angriffen mit Laserwaffen oder Laserbeeinträchtigungen des Fahrers.

Strafverfolgung: Bei bestimmten Hochrisikoeinsätzen können Frühwarnsysteme eingesetzt werden, um Lasergeräte zu erkennen, die störend oder blendend wirken können.

Sicherheit kritischer Infrastrukturen: Wie Kernkraftwerke und Chemiefabriken, um sich gegen potenzielle böswillige Laserinterferenzen oder Sabotage zu schützen.

High-End-Forschungs- und Industrieumgebungen: In Hochleistungslaserlaboren oder industriellen Laserbearbeitungsbereichen Überwachung, ob Personal versehentlich gefährlicher Laserstrahlung ausgesetzt ist (im Rahmen einer Sicherheitsverriegelung).

Raumfahrzeuge: Überwachung, ob sie während des Betriebs im Orbit Laserstrahlung vom Boden oder aus dem Weltraum ausgesetzt sind (möglicherweise für Entfernungsmessungen, Kommunikation oder mögliche Störungen).

Das Laserwarnsystem ist ein unverzichtbares „Wahrnehmungsorgan“ auf modernen Schlachtfeldern und in bestimmten Hochrisikoumgebungen. Es funktioniert wie ein scharfes „Laser-Radar-Auge“, das ständig das unsichtbare Bedrohungsspektrum scannt und die potenziell tödliche Vorstufe der Laserbestrahlung in rechtzeitige Warnungen und Gegenmaßnahmen umwandelt. Von stählernen Giganten wie Panzern bis hin zu Flugzeugen, die am blauen Himmel schweben, von Kriegsschiffen, die Wellen durchschneiden, bis hin zu Soldaten auf Sondermissionen – LWS sorgt stillschweigend für die Sicherheit von Personal und Ausrüstung. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der elektrooptischen Gegenmaßnahmentechnologie wird sich das Laserwarnsystem zwangsläufig in Richtung multispektraler Erkennung, Integration künstlicher Intelligenz und Miniaturisierung weiterentwickeln, eine noch wichtigere Rolle im künftigen „Lichtkrieg“ spielen und zu einem soliden Schutzschild gegen immaterielle Bedrohungen und zur Übernahme der Initiative auf dem Schlachtfeld werden.