До теперішнього часу склалася основні напрями, за якими йде впровадження лазерної техніки у військову справу. Цими напрямками є:
1. Лазерна локація (наземна, бортова, підводна).
2. Лазерний зв'язок.
3. Лазерні навігаційні системи.
4. Лазерна зброя.
5. Лазерні ситний ПРО і ПКО, створювані в рамках стратегічної оборонної ініціативи - СОІ.
Зараз, отримані такі параметри випромінювання лазерів, які здатні істотно підвищити тактико-технічні дані різних зразків військової апаратури (стабільність частоти порядку 10 в -14, пікова потужність 10 в -12 Вт, потужність безперервного випромінювання 10 у 4 Вт, кутовий розчин променя 10 в -6 радий, t = 10 в -12 с, ... = 0,2 ... 20 мкм.
2.1 Лазерна локація
Лазерної локацією називають область оптікоелектронікі, що займається виявленням і визначенням місця розташування різних об'єктів за допомогою електромагнітних хвиль оптичного діапазону, випромінюваного лазерами. Об'єктами лазерної локації можуть бути танки, кораблі, ракети, супутники, промислові та військові споруди. Принципово лазерна локація здійснюється активним методом. Нам вже відомо, що лазерне випромінювання відрізняється від температурного тим, що воно є вузьконаправленим, монохроматичного, має велику імпульсивну потужність і високу спектральну яскравість. Все це робить оптичну локацію конкурентоспроможною в порівнянні з радіолокації, особливо при її використанні в космосі (де немає поглинаючого впливу атмосфери) і під водою (де для ряду хвиль оптичного діапазону існують вікна прозорості).
В основі лазерної локації, так само як і радіолокації, лежать три основні властивості електромагнітних хвиль:
1. Здатність відбиватися від об'єктів. Мета і фон, на якому вона розташована, по-різному відображають впало на них випромінювання. Лазерне випромінювання відбивається від всіх предметів: металічних і неметалічних, від лісу, ріллі, води. Більш того, воно відбивається від будь-яких об'єктів, розміри яких менше довжини хвилі, краще, ніж радіохвилі. Це добре відомо з основної закономірності відображення, за якою слід, що чим коротше довжина хвилі, тим краще вона відбивається. Потужність відображеного в цьому випадку випромінювання обернено пропорційна довжині хвилі в четвертого ступеня. Лазерному локатору принципово притаманна і велика знаходжувальної здатність, ніж радіолокатори - чим, коротше хвиля, тим вона вища. Тому-то виявлялася в міру розвитку радіолокації тенденція переходу від довгих хвиль до більш коротким. Проте виготовлення генераторів радіодіапазону, випромінюючих понад короткі радіохвилі, ставало все більш важкою справою, а потім і зайшло в глухий кут.
Створення лазерів відкрило нові перспективи у техніці локації.
2. Здатність поширюватися прямолінійно. Використання вузькоспрямованого лазерного променя, яким проводитися перегляд простору, дозволяє визначити напрямок на об'єкт (пеленг цілі).
Цей напрямок знаходять розміщенням осі оптичної системи, формує лазерне випромінювання (в радіолокації - у напрямку антени). Чим вже промінь, тим з більшою точністю може бути визначений пеленг. Визначимо коефіцієнт спрямованої дії і діаметр антени за такою простою формулою, G = 4п * S / 2 де G - коефіцієнт спрямованої дії, S площа антени, м2, / довжина хвилі випромінювання мкм.
Прості розрахунки показують - щоб отримати коефіцієнт спрямованості близько 1,5 при користуванні радіохвиль сантиметрового діапазону, потрібно мати антену діаметром близько 10 м. Таку антену важко поставити на танк, а тим більше на літальний апарат. Вона громіздка і нетранспортабельними. Потрібно використовувати більш короткі хвилі.
Кутовий розчин променя лазера, виготовленого з використанням твердотільного активної речовини, як відомо, становить лише 1,0 - 1,5 градуса і при цьому без додаткових оптичних фокусуючих систем (антен). Отже, габарити лазерного локатора можуть бути значно менше, ніж аналогічного радіолокатора. Використання ж незначних за габариту м оптичних систем дозволить звузити промінь лазера до декількох кутових хвилин, якщо в цьому виникне необхідність.
3. Здатність лазерного випромінювання поширюватися з постійної швидкістю дає можливість визначати дальність до об'єкта. Так, при імпульсному методі дальнометрирования використовується наступне співвідношення: L = ct і 2 де L відстань до об'єкта, км, С - швидкість поширення випромінювання км / с, t і час проходження імпульсу до цілі і назад, с.
Розгляд цього співвідношення показує, що потенційна точність виміру дальності визначається точністю вимірювання часу проходження імпульсу енергії до об'єкта і назад. Абсолютно ясно, що чим, коротше імпульс, тим краще (за наявності хорошої смуги пропускання, як кажуть радисти). Але нам вже відомо, що самої фізикою лазерного випромінювання закладена можливість отримання імпульсів з тривалістю 10-7 - 10-8 с. А це забезпечує гарні дані лазерному локатору.
Якими ж параметрами прийнято характеризувати локатор? Які його паспортні дані? Розглянемо деякі з них, див. рис.
Перш за все зона дії. Під нею розуміють область простору, в якій ведеться спостереження. Її межі обумовлені максимальної і мінімальної дальності дії і межами огляду по куту місця і азимуту. Ці розміри визначаються призначенням військового лазерного локатора.
Іншим параметром локатора є час огляду. Під ним розуміється час, протягом якого лазерний промінь призводить одноразовий огляд заданого обсягу простору.
Наступним параметром локатора є зумовлені координати. вони залежать від призначення локатора. Якщо він призначений для визначення місцезнаходження наземних і надводних об'єктів, то досить вимірювати дві координати: дальність та азимут. При спостереженні за повітряними об'єктами потрібні три координати. Ці координати слід визначати із заданою точністю, яка залежить від систематичних і випадкових помилок. Їх розгляд виходить за рамки цієї книги. Однак будемо користуватися таким поняттям, як роздільна здатність. Під роздільною здатністю розуміється можливість роздільного визначення координат близько розташованих цілей. Кожній координаті відповідає своя роздільна здатність. Крім того, використовується така характеристика, як перешкодозахищеність. Це здатність лазерного локатора працювати в умовах природних (Сонце, Місяць) і штучних перешкод.
І дуже важливою характеристикою локатора є надійність. Це властивість локатора зберігати свої характеристики і встановлених межах в заданих умовах експлуатації.
Схема лазерного локатора, призначеного для вимірювання чотирьох основних параметрів об'єкта (дальності, азимута, кута місця і швидкості) див. рис. на стор 17. Добре видно, що конструктивно такий локатор складається з трьох блоків: передавального, приймального і індикаторного. Основне призначення передавального локатора генерування лазерного випромінювання, формування його в просторі, в часі і напрямку в район об'єкта. Передавальний блок складається з лазера з джерелом порушення, модулятора добротності, скануючого пристрою, що забезпечує посилку енергії в заданій зоні по заданому закону сканування, а також передавальної оптичної системи.
Основне призначення приймального блоку - прийом випромінювання відбитого об'єктом, перетворення його в електричний сигнал і обробка для виділення інформації про об'єкт. Воно складається з приймальні оптичної системи, інтерференційного фільтра, приймача випромінювання, а також блоків вимірювання дальності, швидкості та кутових координат.
Індикаторний блок служить для вказівки в цифровій формі інформації про параметри мети.
У залежності від того, для якої мети служить локатор, розрізняють: далекоміри, вимірювачі швидкості (доплерівські локатори), власне локатори (дальність, азимут, і кут місця).
2.2 Наземні лазерні далекоміри
Лазерна дальнометрія є однією з перших областей практичного застосування лазерів у закордонній військовій техніці. Перші досліди відносяться до 1961 року, а зараз лазерні далекоміри використовуються і в наземній військовій техніці (артилерійські, такі), і в авіації (далекоміри, висотоміри, цілевказівники), і на флоті. Ця техніка пройшла бойові випробування у В'єтнамі і на Близькому Сході. В даний час ряд далекомірів прийнятий на озброєння в багатьох арміях світу.
Завдання визначення відстані між далекоміром і метою зводиться до вимірювання відповідного інтервалу часу між зондирующим сигналом і сигналом, відбиття від мети. Розрізняють три методи вимірювання дальності в залежності від того, який характер модуляції лазерного випромінювання використовується в далекоміри: імпульсний, фазовий чи фазово-імпульсний. Зовнішній вигляд імпульсного віддалеміра зображений на малюнку.
Сутність імпульсного методу дальнометрирования полягає в тому, що до об'єкта надсилається зондуюче імпульс, він же запускає тимчасової лічильник в далекоміра. Коли відбитий об'єктом імпульс приходить до далекоміру, то він зупиняє роботу лічильника. За часового інтервалу автоматично висвічується перед оператором відстань до об'єкта. Використовуючи раніше розглянуту формулу, оцінимо точність такого методу дальнометрирования, якщо відомо, що точність вимірювання інтервалу часу між зондирующим і відбитим сигналами відповідає 10 в -9 с. Оскільки можна вважати, що швидкість світла дорівнює 3 * 10в10 см / с, отримаємо похибка у зміні відстані близько 30 см. Фахівці вважають, що для вирішення ряду практичних завдань цього цілком достатньо.
При фазовому методі дальнометрирования лазерне випромінювання модулюється за синусоїдальним законом. При цьому інтенсивність випромінювання змінюється в значних межах. У залежності від дальності до об'єкта змінюється фаза сигналу, що впав на об'єкт. Відбитий від об'єкта сигнал прийде на приймальний пристрій також з певною фазою, що залежить від відстані. Це добре показано в розділі геодезичних далекомірів. Оцінимо похибку фазового далекоміра, придатного працювати в польових умовах. Фахівці стверджують, що оператору (не дуже кваліфікованого солдату) не складно визначити фазу з помилкою не більше одного градуса. Якщо ж частота модуляції лазерного випромінювання становить 10 МГц, то тоді похибка вимірювання відстані складе близько 5 см.