การใช้งานและหลักการทำงานของระบบเตือนด้วยเลเซอร์: "ตาเรดาร์เลเซอร์" ในสนามรบ

ในสงครามสมัยใหม่และสาขาการวิจัยทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์เฉพาะเทคโนโลยีเลเซอร์ก็เหมือนดาบสองคม มันเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการชี้แนะที่แม่นยำและการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ แต่ก็สามารถเป็นแหล่งที่มาของภัยคุกคามที่เปิดเผยจุดยืนและเชิญชวนให้เกิดการนัดหยุดงาน Laser Warning System (LWS) ได้กลายเป็น "หน่วยเฝ้าระวัง" ที่สำคัญ โดยต้องเฝ้าระวังภัยคุกคามจากเลเซอร์ที่มองไม่เห็นอยู่ตลอดเวลา

I. ระบบเตือนด้วยเลเซอร์: หลักการทำงานหลัก

ภารกิจหลักของระบบเตือนด้วยเลเซอร์คือการตรวจจับ ระบุทิศทาง ความยาวคลื่น ความถี่ของการทำซ้ำ และคุณลักษณะอื่นๆ ของเลเซอร์ที่เข้ามา และส่งสัญญาณแจ้งเตือนเพื่อให้ได้เวลาอันมีค่าสำหรับการดำเนินการตอบโต้หรือดำเนินการหลบเลี่ยง หลักการทำงานของมันสามารถสรุปได้ในขั้นตอนสำคัญดังต่อไปนี้:

1. การตรวจจับโฟโตอิเล็กทริค:

ส่วนประกอบหลักของระบบคือเครื่องตรวจจับโฟโตอิเล็กทริกความไวสูง (เช่น โฟโตไดโอด, แผงโฟกัสระนาบ CCD/CMOS) ที่กระจายอยู่ที่ตำแหน่งสำคัญบนพื้นผิวของอุปกรณ์ (เช่น รถถัง เครื่องบิน เรือ)

- เมื่อลำแสงเลเซอร์ในสภาพแวดล้อม (ไม่ว่าจะสำหรับการกำหนดระยะ การกำหนด การนำทาง หรือการทำให้มองไม่เห็น) กระทบกับเครื่องตรวจจับเหล่านี้ พลังงานโฟตอนจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่อ่อน

2. การขยายสัญญาณและการประมวลผล:

สัญญาณไฟฟ้าอ่อนที่สร้างขึ้นจะถูกขยายโดยปรีแอมพลิฟายเออร์ในขั้นต้น

ต่อมา วงจรประมวลผลสัญญาณที่ซับซ้อน (โดยทั่วไปจะใช้ FPGA หรือโปรเซสเซอร์เฉพาะ) จะขยายสัญญาณเพิ่มเติม กรองสัญญาณรบกวน เช่น แสงพื้นหลังและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และแยกพารามิเตอร์คุณลักษณะที่สำคัญ

3. การแยกและการรับรู้พารามิเตอร์คุณลักษณะ:

การประมวลผลสัญญาณการวิเคราะห์วงจรของ:

ความยาวคลื่น: กำหนดแถบเลเซอร์ (เช่น เลเซอร์ Nd:YAG 1064 นาโนเมตร, เลเซอร์ปลอดภัยต่อดวงตา 1550 นาโนเมตร, เลเซอร์ CO2 10.6um ฯลฯ) ผ่านอุปกรณ์จดจำสเปกตรัมภายใน (เช่น ตะแกรง ปริซึม หรืออาร์เรย์ตัวกรองย่านความถี่แคบ) นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการระบุประเภทของเลเซอร์ (อุปกรณ์กำหนดระยะ? ตัวระบุเป้าหมาย?)

ทิศทางเหตุการณ์: คำนวณมุมแอซิมัทและมุมเงยของแหล่งกำเนิดเลเซอร์อย่างแม่นยำโดยใช้ส่วนต่างของเวลา ความแตกต่างของความเข้มของสัญญาณจากเครื่องตรวจจับแบบกระจายหลายตัว หรือข้อมูลตำแหน่งพิกเซลจากเครื่องตรวจจับด้วยภาพ ผ่านอัลกอริธึมการคำนวณมุม

ลักษณะพัลส์: วิเคราะห์ความกว้างพัลส์ ความถี่ของการทำซ้ำ และโหมดการเข้ารหัส (เช่น การเข้ารหัส PPM ที่ใช้สำหรับการนำทาง) ของเลเซอร์ ซึ่งจะช่วยแยกแยะระหว่างเลเซอร์ที่มีฟังก์ชันต่างๆ (เช่น เรนจ์ไฟนเดอร์แบบธรรมดากับไฟส่องนำทางด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำ)

ความรุนแรง: ประเมินความรุนแรงของภัยคุกคามและระยะทางโดยประมาณ

4. การประเมินภัยคุกคามและเอาต์พุตแจ้งเตือน:

หน่วยประมวลผลกลางจะเปรียบเทียบพารามิเตอร์คุณลักษณะที่แยกออกมากับฐานข้อมูลภัยคุกคามในตัว และดำเนินการจดจำรูปแบบ

ระบบจะกำหนดประเภทของเลเซอร์ที่เข้ามาอย่างครอบคลุม (เช่น ระยะเลเซอร์ การกำหนดเป้าหมาย การนำทางด้วยลำแสง ผู้ค้นหาขีปนาวุธนำวิถีด้วยเลเซอร์ อาวุธที่ทำให้มองไม่เห็นด้วยเลเซอร์) ระดับภัยคุกคาม และทิศทางของการเข้าใกล้

ข้อมูลการเตือนภัยที่ใช้งานง่ายและชัดเจนจะถูกมอบให้กับผู้ปฏิบัติงานผ่านอุปกรณ์เตือนภัยทั้งภาพและเสียง (เช่น เสียงและสัญญาณเตือนไฟในห้องนักบิน ไอคอนคำเตือน และไฟแสดงทิศทางบนจอแสดงผลที่สวมหมวกกันน็อค) ขณะเดียวกันก็สามารถกระจายข้อมูลผ่านดาต้าลิงค์ได้

3. การแยกและการรับรู้พารามิเตอร์คุณลักษณะ:

- ในระบบป้องกันแบบบูรณาการขั้นสูง LWS มักทำหน้าที่เป็นโหนดเซ็นเซอร์ และข้อมูลการตรวจจับสามารถส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ไปยังระบบตอบโต้ที่ทำงานอยู่ได้:

เครื่องยิงควัน/ละอองลอย: สร้างม่านควันอย่างรวดเร็วในทิศทางของภัยคุกคามที่เข้ามา กระจายหรือดูดซับลำแสงเลเซอร์เพื่อขัดขวางการนำทางหรือการกำหนดเป้าหมาย

ระบบตอบโต้ด้วยเลเซอร์ที่มองไม่เห็น: ปล่อยเลเซอร์ที่มีกำลังแรงเพื่อรบกวนหรือสร้างความเสียหายให้กับเซ็นเซอร์ออปติคอลของเครื่องค้นหาระยะหรือตัวกำหนดเลเซอร์ของศัตรู

- คำแนะนำในการหลบหลีก: ให้คำแนะนำในการหลีกเลี่ยงแก่ผู้ขับขี่หรือระบบขับขี่อัตโนมัติ

ครั้งที่สอง เทคโนโลยีหลักและตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของระบบเตือนด้วยเลเซอร์

ต่อมา วงจรประมวลผลสัญญาณที่ซับซ้อน (โดยทั่วไปจะใช้ FPGA หรือโปรเซสเซอร์เฉพาะ) จะขยายสัญญาณเพิ่มเติม กรองสัญญาณรบกวน เช่น แสงพื้นหลังและการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า และแยกพารามิเตอร์คุณลักษณะที่สำคัญ

- การครอบคลุมสเปกตรัม: ควรครอบคลุมแถบเลเซอร์หลักทางการทหารและภัยคุกคามที่อาจเกิดขึ้น (โดยทั่วไปคือ 0.4-1.1 μm, 1.5-1.8 μm, 8-12 μm)

ความละเอียดเชิงมุม: ความสามารถในการระบุทิศทางของภัยคุกคามได้อย่างแม่นยำ (โดยปกติจะอยู่ภายในไม่กี่องศา)

ความละเอียดของความยาวคลื่น: ความสามารถในการแยกแยะระหว่างแถบเลเซอร์ต่างๆ

ช่วงความไว/การตรวจจับ: ความสามารถในการตรวจจับความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ตกกระทบต่ำได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งกำหนดระยะการเตือน

อัตราการเตือนที่ผิดพลาด: ความน่าจะเป็นของการระบุแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติอย่างไม่ถูกต้อง (เช่น ดวงอาทิตย์และฟ้าผ่า) และแหล่งกำเนิดแสงที่ไม่เป็นอันตรายเทียม (เช่น ไฟฉายและส่วนเชื่อม) เนื่องจากภัยคุกคามจากเลเซอร์จะต้องต่ำมาก

เวลาตอบสนอง: ยิ่งเวลาตั้งแต่การสัมผัสเลเซอร์จนถึงการออกสัญญาณเตือนสั้นลงเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น (โดยทั่วไปต้องใช้หน่วยมิลลิวินาที)

ความสามารถในการประมวลผลหลายเป้าหมาย: ความสามารถในการจัดการพร้อมกันเลเซอร์หลายตัวภัยคุกคามจากทิศทางและความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

ที่สาม การใช้งานอย่างแพร่หลายของระบบเตือนด้วยเลเซอร์

1. สาขาการทหาร (การใช้งานหลัก):

รถถังหลักและรถหุ้มเกราะ: ระบบเตือนด้วยเลเซอร์ (LWS) เป็นอุปกรณ์สำคัญในการเพิ่มความอยู่รอดในสนามรบจากรถถังศัตรูและขีปนาวุธต่อต้านรถถัง (เช่น TOW, Kornet) ระยะเลเซอร์และการส่องสว่างตัวระบุเป้าหมาย รถถังสมัยใหม่ (เช่น Leopard 2A7, M1A2 SEPv3) โดยทั่วไปจะรวม LWS ขั้นสูงเข้าด้วยกัน

- เครื่องบินทหารและเฮลิคอปเตอร์: LWS ใช้เพื่อเตือนขีปนาวุธจากพื้นสู่อากาศแบบพกพาภาคพื้นดิน (MANPADS เช่น Stinger, Igla) ที่มีฟิวส์เลเซอร์ใกล้เคียงหรืออาวุธนำวิถีด้วยเลเซอร์ (เช่น ระเบิดนำวิถีด้วยเลเซอร์) การส่องสว่าง เช่นเดียวกับการกำหนดระยะด้วยเลเซอร์/บ่งชี้ภัยคุกคามระหว่างการบินในระดับความสูงต่ำ เฮลิคอปเตอร์ติดอาวุธ (เช่น AH-64 Apache) พึ่งพา LWS เป็นพิเศษ

- เรือผิวน้ำ: การป้องกันขีปนาวุธต่อต้านเรือ (เช่น โมเดลนำวิถีแบบกึ่งแอคทีฟเลเซอร์บางรุ่น) และการกำหนดระยะ/บ่งชี้ด้วยเลเซอร์ของเรือศัตรู/ภาคพื้นดิน

สิ่งอำนวยความสะดวก/โพสต์คำสั่งที่สำคัญ: การป้องกันการโจมตีด้วยอาวุธเลเซอร์และการลาดตระเวนด้วยเลเซอร์

ปฏิบัติการส่วนบุคคล/พิเศษ: LWS แบบพกพาใช้เพื่อเตือนอันตรายจากการยิงเลเซอร์สไนเปอร์หรือการคุกคามด้วยอาวุธที่ทำให้มองไม่เห็นด้วยเลเซอร์

- การบูรณาการเข้ากับระบบมาตรการตอบโต้แบบอิเล็กทรอนิกส์ (ECM): LWS ทำหน้าที่เป็น "ตา" สำหรับกระตุ้นม่านควัน ตัวล่ออินฟราเรด มาตรการตอบโต้ด้วยเลเซอร์ และมาตรการฆ่าแบบอ่อน/รุนแรงอื่นๆ

2. สาขาพลเรือนและทหาร:

ยานพาหนะคุ้มครองวีไอพี: ปกป้องยานพาหนะของเจ้าหน้าที่ระดับสูงหรือประธานบริษัทจากการโจมตีด้วยอาวุธเลเซอร์หรือการรบกวนด้วยเลเซอร์กับผู้ขับขี่

การบังคับใช้กฎหมาย: ในการปฏิบัติงานที่มีความเสี่ยงสูงโดยเฉพาะ ระบบเตือนภัยล่วงหน้าสามารถใช้เพื่อตรวจจับอุปกรณ์เลเซอร์ที่อาจใช้ในการรบกวนหรือทำให้ตาบอดได้

การรักษาความปลอดภัยโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ: เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์และโรงงานเคมี เพื่อป้องกันการแทรกแซงเลเซอร์ที่เป็นอันตรายหรือการก่อวินาศกรรม

สภาพแวดล้อมการวิจัยและอุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์: ในห้องปฏิบัติการเลเซอร์กำลังสูงหรือพื้นที่การประมวลผลเลเซอร์อุตสาหกรรม ให้ตรวจสอบว่าบุคลากรสัมผัสกับรังสีเลเซอร์ที่เป็นอันตรายโดยไม่ได้ตั้งใจหรือไม่ (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเชื่อมต่อด้านความปลอดภัย)

ยานอวกาศ: ตรวจสอบว่ายานอวกาศสัมผัสกับการฉายรังสีเลเซอร์จากพื้นดินหรืออวกาศระหว่างปฏิบัติการในวงโคจรหรือไม่ (อาจเป็นเพราะระยะ การสื่อสาร หรือการรบกวนที่อาจเกิดขึ้น)

ระบบเตือนด้วยเลเซอร์เป็น "อวัยวะรับรู้" ที่ขาดไม่ได้ในสนามรบสมัยใหม่และในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูงโดยเฉพาะ มันทำหน้าที่เหมือน "ตาเรดาร์เลเซอร์" ที่คมชัด โดยสแกนสเปกตรัมภัยคุกคามที่มองไม่เห็นอย่างต่อเนื่อง และแปลงสารตั้งต้นที่อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตของการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ให้เป็นการแจ้งเตือนและมาตรการตอบโต้ที่ทันท่วงที ตั้งแต่ยักษ์เหล็กอย่างรถถังไปจนถึงเครื่องบินที่ทะยานขึ้นไปบนท้องฟ้า ตั้งแต่เรือรบที่ตัดคลื่นไปจนถึงทหารในภารกิจพิเศษ LWS ปกป้องความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์อย่างเงียบๆ ด้วยการอัปเกรดเทคโนโลยีตอบโต้ด้วยแสงด้วยไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ระบบเตือนด้วยเลเซอร์จะพัฒนาอย่างต่อเนื่องไปในทิศทางของการตรวจจับแบบหลายสเปกตรัม การบูรณาการปัญญาประดิษฐ์ และการย่อขนาด โดยมีบทบาทสำคัญใน "สงครามเบา" ในอนาคต และกลายเป็นเกราะป้องกันที่แข็งแกร่งต่อภัยคุกคามที่จับต้องไม่ได้ และสำหรับการยึดความคิดริเริ่มในสนามรบ