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藍綠激光水下探測技術如何成為定海神針

藍綠激光水下探測技術如何成為大海的定海神針

中國研究人員希望利用中國研制的配備強大激光設備的衛星,準確定位海面下500米深處的目標。據青島海洋科學與技術試點國家實驗室介紹,觀瀾湖海洋科學衛星項目於2023年5月正式啟動,旨在加強中國的全球海洋監測活動。

該項目的研究人員宋曉泉說,如果成功,這項技術將使海洋上層水域 "近乎透明"。許多人高興地認為這是中國反潛技術取得巨大突破的標誌。

藍綠激光探測深海

1963年,鄧特利-S-Q和吉爾伯特-G-D等人在研究光波在海洋中的傳播特性時,發現海水對0.47~0.58μm波段的藍綠光有衰減,對其他波段光的衰減比對其他波段光的衰減小很多,證實了海洋中存在壹個類似大氣透光窗的現象。這證實了海洋中存在壹個類似於大氣中的透光窗口。基於這壹現象,發射藍綠光的激光器在水下目標探測、控制和通信領域顯示出巨大的應用潛力。

藍綠激光水下目標探測裝置的基本原理與聲納類似,平臺上的激光發射器通過掃描鏡向海面發射藍綠激光和紅外光。藍綠激光穿透海水能力強,遇到潛艇等水下目標反射回來,紅外光從海面反射能力強。這兩部分反射回來的激光束通過掃描鏡和光學系統,被光電接收器接收並轉換成相應的電信號。

計算機系統根據兩束激光的傳輸時間差確定特定坐標點的水深,然後與定位信號、平臺的運動和姿態信息以及潮汐數據融合。該系統依靠掃描鏡使脈沖激光束橫向掃描海面,以確保在壹定寬度的海面上進行多點探測。

同時,隨著相關平臺的前移,可以完成對壹定海域的多點探測,計算機系統的去偽存真過程,可以在屏幕上模擬測量出水下目標的三維圖像、輪廓尺寸和分布海面的類型,可以說是深海中的 "透視眼"。

蛟龍反潛有神器

基於上述優勢,藍綠激光水下目標探測技術可廣泛應用於海水水文測量、水下潛艇探測、水雷探測、魚類探測、海洋環境汙染監測等軍事和民用領域。許多國家特別重視藍綠激光在海軍裝備中的應用,為此投入了大量的人力物力。

早在蘇聯80年代就已經可以從時速160km的低空飛行的飛機上,利用激光掃描技術探測水下目標。而瑞典的薩博(Saab)和加拿大的光學技術公司,在 80 年代末聯合開發了 "鷹眼 "機載激光潛航系統。它具有下潛和測深雙重功能,已於1994年交付瑞典海軍,並在波羅的海進行了實驗。

美國在海灣戰爭中廣泛使用 "神燈ML-30 "激光探測系統執行掃雷任務,而近年來,美國國家航空航天局和國防部高級研究計劃局(DARPA)資助了增加探測深度的研究項目,DARPA研制了壹種安裝在偵察機上的裝置,它可以安裝在偵察機上。偵察機上的這種裝置可以在大約200米的深度,可靠地探測到小到壹枚地雷的目標。

從太空中觀察

中國的新設備能產生不同顏色或頻率的高功率激光束脈沖,讓靈敏的接收器從不同深度的水體中獲取更多信息。這些激光束可以掃描 100 公裏寬的區域,也可以聚焦在 1 公裏寬的區域。此外,該設備還將與安裝在衛星上的微波雷達結合使用,以更好地識別目標。

雖然雷達波無法穿透水體,但它可以非常精確地測量水面的移動--因此,當移動的水下目標產生微小的水面擾動時,雷達就可以告訴衛星在哪裏投射激光束。觀瀾湖的開發不僅意味著中國的藍綠激光水下探測技術日趨成熟,而且這壹技術與衛星平臺的結合也代表了中國未來在全球水域進行水下探測的能力。

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