第一篇：論文 基于DSP的電力電纜故障測距方法研究

論文 基于DSP的電力電纜故障測距方法研究，共40頁，18886字。

摘要

本課題通過對電力電纜故障的行波進行分析，結合低壓脈沖法（雷達法）的原理進行了電力電纜故障測距的分析。通過低壓脈沖算法對檢測到的電力電纜的行波進行處理，得到故障點距離檢測點的具體距離。在硬件方面選用TMS320vC5402，并分別對外圍電路如電源電路、時鐘信號與復位電路、A/D轉換電路等進行了分別設計。在軟件方面選用CCS2.0 DSP的開發環境，設計了DSP系統主程序流程圖，并在CCS環境下驗證其可行性。

電力電纜以其安全、可靠等優點，獲得越來越廣泛的應用。但由于電纜絕緣老化和機械損壞等因素，隨著運行時間增長，故障發生概率會有逐年增加的趨勢。因此，對電力電纜在線故障測距的需求越來越緊迫。本課題通過對電力電纜故障測距的常用方法及新的故障測距技術進行系統分析比較，發現要實現小電流接地系統電力電纜在線故障測距，需要深入考慮以下幾個問題:故障行波在傳播過程中的特性;故障點的特性對故障行波的影響;故障特征在測量點的變化特性以及如何準確確定故障行波到達時刻。

關鍵詞：電力電纜； 行波；低壓脈沖法；DSP

目 錄

摘要 I

Abstract II

第一章 緒論 1

1.1課題的目的和意義 1

1.2 電力電纜的故障類型及其原因 1

1.3電力電纜的故障測距與定位理論的研究與應用現狀 2

1.4電力電纜的在線測距方法 2

1.5論文主要內容 3

第二章 電力電纜故障定位方法 4

2.1電橋法 4

2.2低壓脈沖法（雷達法）5

2.2.1行波介紹 5

2.2.2低壓脈沖反射法的原理 6

2.3基于低壓脈沖反射法的電力電纜故障測距分析 9

2.3.1具體檢測方法介紹 9

2.4反射計的介紹 10

2.5本章小結 11

第三章 數據處理系統的硬件設計 12

3.1 DSP介紹 12

3.1.1 DSP系統的特點 12

3.1.2 DSP的應用 13

3.2數據處理系統硬件總體方案 13

3.3 DSP芯片的選擇 14

3.4 TMS320C54x系列介紹 15

3.4.1 TMS320vC5402介紹 15

3.4.2 TMS320vC5402的主要特點 16

3.5 DSP最小系統設計 17

3.6 A/D轉換電路的設計 19

3.6.1數據采集硬件系統方案的選擇 19

3.6.2數據采集硬件設計 20

3.7電平轉換電路 21

3.8 TMS320vC5402與RAM, EPROM的邏輯控制設計 22

3.9電路抗干擾設計 23

3.10本章小結 24

第四章 數據處理系統的軟件設計 25

4.1 DSP集成開發環境CCS2.0簡介 25

4.2 DSP系統軟件設計流程 26

4.3 D-S證據推理理論在電纜故障檢測系統中的應用 27

4.4 DSP軟件系統各模塊的設計 28

4.5行波算法的軟件流程 29

4.6模擬運行結果 29

4.7程序加載方式選擇 30

4.8數據處理系統上電引導程序設計 31

4.9 本章小結 31

第五章 總結 33

5.1論文總結 33

5.2后期展望 33

參考文獻 34

致謝 36

第二篇：論文 電力電纜

電力電纜材料及應用

張洋

（長春工程學院 能源與動力工程學院 吉林 長春 130012）摘要：

電力電纜是用于傳輸和分配電能，是在電力系統的主干線路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產品。它能承受一定的電壓，在膠合的金屬導線上進行屏蔽，用絕緣帶材纏繞或絕緣擠包后，再用防護材料進行屏蔽、密封處理而制成。常用于城市地下電網、的引出線路、工礦企業的內部供電等。

關鍵詞：結構；線路故障；連接設備 電力電纜概況

能安全、長期可靠傳輸大容量電能的絕緣電纜稱為“電力電纜”。

電力電纜的使用隨電的產生就出現了。1879年，美國發明家愛迪生在銅棒上包繞黃麻并將其穿入鐵管內，然后填充瀝青混合物制成電纜，并將此電纜敷設于紐約，開創了地下輸電。次年，英國人卡倫德發明瀝青浸漬紙絕緣電力電纜。1911年，德國敷設成60千伏高壓電纜，開始了高壓電纜的發展。1952年，瑞典在北部發電廠敷設了380千伏超高壓電纜,實現了超高壓電纜的應用。到80年代已制成1100千伏、1200千伏的特高壓電力電纜。

從電力電纜的發展歷史可見，電力電纜產品每一次升級換代，都與電力電纜使用的材料密切相關。由于要是用于不同的需要，電力電纜自然應具有各種廣泛、優異而穩定的使用性能。而電力電纜的使用壽命和性能取決于電力電纜結構的合理性和先進性，材料使用的合理性，以及工藝先進完整性。電力電纜技術特性

2.1 能長期承受較高乃至極高的工作電壓，應具有非常優良的電絕緣性能。

2.2 能傳輸很大的電流，因此會采用截面積為幾百乃至幾千平方毫米的導電電纜。

2.3 電力電纜采用多種組合的保護層結構，能適應各種敷設方式和使用環境（地下、水中、溝管、隧道、豎井等）。

電力電纜所依托的高壓絕緣技術、大電流傳輸技術以及結構配合、護層結構等均代表了電工學科中這幾方面的學術水平。電力電纜分類

3.1 按額定電壓等級劃分：

電力電纜的額定電壓等級按照我國輸配電壓等級，依次劃分為500kv、330kv、220kv、110kv、35kv、10kv、1kv、750v、380v等級，并劃分35kv及以下電壓等級旳電力電纜為中低壓電力電纜，110、220kv的電力電纜為高電壓電力電纜，330、500、750kv的電力電纜為超高壓電力電纜。

3.2 按電流劃分：

交流電纜和直流電纜。

3.3 按絕緣材料劃分：

（1）油浸紙絕緣電力電纜：以油浸紙作絕緣的電力電纜。優點：它安全可靠，使用壽命長，價格低。缺點：敷設受落差限制。

（2）塑料絕緣電力電纜：以擠壓塑料為絕緣的電力電纜。優點：結構簡單,制造加工方便，重量輕，敷設安裝方便,不受敷設落差限制。缺點:在樹枝化擊穿現象，這限制了它在高電壓的使用。

（3）橡皮絕緣電力電纜：絕緣層為橡膠加上各種配合劑，經過充分混煉后擠包在導電線芯上，經過加溫硫化而成。優點：柔軟，富有彈性，適合于移動頻繁、敷設彎曲半徑小的場合。

3.4 按特殊需求劃分：

（1）輸送大容量電能的電力電纜：管道充氣電力電纜、低溫有阻電力電纜、超導電力電纜。

（2）阻燃電力電纜：一般阻燃電力電纜（ZR）和高阻燃電力電纜（GZR）。GZR其結構特點為，在絕緣芯和防護套之間擠填了一層無機金屬化合物，如Al(OH)3.。

（3）光纖復合電力電纜：將光纖組合在電力電纜的結構層中，使其同時具有電力傳輸和光纖通信功能。光纖復合電力電纜集兩方面功能于一體，因而降低了工程建設投資和運行維護總費用，具有明顯的技術經濟意義。電力電纜的基本結構

電力電纜的基本結構由線芯（導體）、絕緣層、屏蔽層和保護層四部分組成。

4.1 線芯：電力電纜的導電部分，用來輸送電能，是電力電纜的主要部分。

4.2 絕緣層：將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離，保證電能輸送，是 電力電纜結構中不可缺少的組成部分。

4.3 蔽層：15KV及以上的電力電纜一般都有導體屏蔽層和絕緣屏蔽層。

4.4 保護層：保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入，及防止外力直接損壞電力電纜。

電力電纜故障發生的原因及其特征

5.1機械損傷：直接受外力損壞、施工損傷、自然損傷。

5.2 絕緣受潮：表現為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。

5.3 絕緣老化:電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行，其物理性能會發生變化，從而導致其絕緣強度降低或介質損耗增大而最終引起絕緣崩潰。

5.4過熱：產生主要為：電纜長期過負荷工作；火災或鄰近電纜故障的燒傷；靠近其他火源，長期接受熱輻射。

5.5產品質量缺陷：歸納主要為以下：電纜本體質量缺陷；電纜附件質量缺陷；三頭制作質量缺陷。

5.6設計不良：主要弊端為：防水密封不嚴密；選用材料不妥當；工藝程序不合理；機械強度不充足。電力電纜的三頭

電力電纜的兩端與其他電氣設備連接時，需要有一個能滿足一定絕緣與密封要求的連接裝置，該裝置叫做電纜終端頭。電纜終端頭按使用場合的不同，又可分為戶內頭和戶外頭。將若干條電纜連接起來構成更長電纜線路的裝置叫做中間頭。將上述電纜戶內頭、戶外頭和中間頭總稱為電纜三頭。

6.1電纜三頭基本要求: 導體連接好；絕緣可靠；密封良好；足夠的機械強度。

6.2電力電纜劃分：

（1）按制作安裝材料：熱縮式（最常用的一種）、干包式、環氧樹脂澆注式及冷縮式；

（2）按線芯材料可分：銅芯電力電纜接頭、；鋁芯電力電纜接頭；

（3）按接頭材質可分：塑料電纜頭、金屬電纜頭。

6.3電纜頭的作用

使線路通暢，使電纜保持密封，并保證電纜接頭處的結緣，使其安全可靠地運行。

6.4主要問題：接頭發熱的原因：

安裝工人在敷設電線時，往往不注意安裝質量；如在應該用絕緣管處不裝套管；應該用線盒的地方木有安裝接線盒。電線接頭發熱不但會造成大量的電能損失，而且會嚴重影響電氣設備的正常工作，輕則線路中工作電流增大，電氣設備壽命縮短，重則突然中斷，造成損失，甚至釀成火災和觸電事故等。電力電纜連接設備

7.1 電力電纜分支箱的作用、結構及特點：

（1）作用：完成配電系統中電纜線路的匯聚和分接，但一般不配置開關，不具備控制測量等二次輔助配置的專用電氣連接設備。

（2）結構：分支箱內沒有開關設備，一般由三只母線橋、母線橋金屬支架、金屬或復合材料外殼（防護罩）、帶電顯示裝置和接地裝置組成。分支箱要依據規劃和設計標注的回路構成及參數，配置相應數量和型式的電纜終端，并根據網絡運行的相關要求配置接地和短路故障指示器，如有特殊需要可配置接地和短路故障記錄裝置。

（3）特點：進線與出線通過母線橋匯接，電位相同，適用于主干電纜線路與分支電纜線路的匯接或負載電纜線路與電源線路的匯接，也適用于處于特殊地質水文條件區域的電纜線路中繼接頭的替代。

7.2 電力電纜環網單元的作用、結構及特點：

（1）作用：電力電纜環網單元也稱環網柜或開閉器，用于中壓電力電纜分段。聯絡及分接負荷。電力電纜環網單元按適用場所可分為戶內和戶外兩大類，按結構可分為整體式和間隔式。

（2）結構：電力電纜環網單元一般由母線、隔離開關、負荷開關、斷路器、熔斷器、接地開關、進出線套管、絕緣氣室、金屬防護罩、帶電顯示裝置（帶二次喝相孔）、接地裝置、底座等部分組合而成。

（3）特點：由于采用具有各種功能的元器件進行組合，電力電纜環網單元在電纜網絡中能實現許多預先設置的功能。可實現電纜網絡中分合負荷電流、開斷短路電流，接入和切除架空線路、電力電纜線路和空載變壓器，對供電可靠性有特殊要求的負荷有多回路供電，自動切除和投入故障線路段和備用線路，自動切除發生付賬的用戶設備等控制和保護功能，是電纜網絡中的重要設備。

參考文獻：

【1】于景峰著：《電力電纜實用新技術》，中國水利水電出版社2014版。

【2】艾占生、張磊、李學文著：《電力電纜施工有問必答》，中國電力出版社2014版。

【3】偉華永、孫啟偉、彭勇著：《電力電纜施工與運行技術》，中國電力出版社2013版。

【4】郭紅霞著：《電力電纜材料——結構-性能-應用》，機械工業出版社2012版。

第三篇：關于電力電纜線路的運行管理研究論文

摘要：作為電力電纜線路運行管理的工作人員，如何才能對電力電纜線路運行中出現的問題提出行之有效的管理措施，是電力電纜線路運行管理質量的關鍵。同時也是電纜使用后運行水平的關鍵。作者結合多年的工作經驗，主要就電纜線路在運行管理過程中存在的問題及整改預防措施進行了闡述。

關鍵詞：電力電纜；運行管理；措施；研究

在電力電纜的建設過程中，由于工程建設一般時間都較為緊，加上相關單位的設備品種繁多，并且運行管理調試條件復雜，因此，在電力電纜線路工程驗收檢查和使用過程中常常會發現一些質量問題。本文通過對電力電纜線路在運行管理過程中所存在的問題進行了簡要的分析，同時提出了整改預防措施及方案，為今后電力電纜線路運行管理質量取得有效的保障。

一、電力電纜線路運行現狀

近些年來，伴隨著我國社會的不斷進步，經濟得到了飛速的發展，人們生活水平也得到了很大的提升，本著滿足我國國民經濟發展這一重要需要，當前，我國電網的建設發展快速。但是，我國的電網在運行和建設過程中一直受到來自運行條件、環境氣候、電磁環境以及土地資源等多方面因素的不斷制約，我國電網建設和運行需要面臨的問題一直伴隨著時間的不斷推移而日益困難和復雜。首先，在進行電力電纜線路的建設方面，本著不斷滿足電磁環境以及走廊安全性等要求，我們必須要對電力電纜線路走廊下面的木林進行砍伐、房屋進行拆遷，這也就在很大程度上使得電力電纜線路在森林砍伐、房屋拆遷、走廊征地以及路徑選擇等方面所面臨的困難越來越大。特別是在那些森林資源豐富、人口密集以及經濟發達等地區，這些問題就更加突出。在電力電纜線路建設過程中，走廊費用占用總造價的比例也在逐年的增加，這也就使得我國電力電纜線路本體對自然災害能力進行抵御的能力不斷下降。其次，在電力電纜線路的運行方面也存在著一些問題。由于我國的地域遼闊，這也就造成了線路運行環境相對來說比較復雜，我國的重污穢區域和強雷電區域以及高海拔區域都比較多，這也就為大范圍的臺風、飆風以及冰雪等現象時有發生。伴隨著我國電網不斷的發展，我國電力電纜線路所經過的區域也不斷地增多，那些雷擊、污閃、風偏放電以及覆冰倒塌等故障對于我國電力電纜線路運行安全帶來了嚴重的影響。

二、電力電纜線路運行管理的制約因素

我國的電力電纜線路運行中的制約因素主要包括線路走廊問題以及線路運行環境問題這兩種，其中，在我國的電力電纜線路建設過程中，線路走廊問題的最小寬度主要是根據導線排列方式以及塔型來確定的，我們還必須要從可聽噪聲、無線電干擾以及地面電場等電磁環境水平、導線風偏以及線路安全運行的要求等諸多放方面來進行電力電纜線路建設中最小走廊寬度的確定。

近些年來，因為我國電網建設速度加快，電力電纜線路走廊所需求的面積也就迅速增加，與此同時，伴隨著我國對于土地資源保護以及相關的政策陸續出臺，我國電力電纜線路走廊進行占地所帶來的樹木砍伐、房屋拆遷以及電力電纜線路走廊附近電磁環境等糾紛也更加的突出，在電力電纜線路建設過程中，走廊的征地所遭到的制約以及遇到的問題也越來越多，這也就是我國電力電纜線路建設和運行制約因素中的線路走廊問題。

電力電纜線路運行中制約因素的運行環境問題主要包括風偏放電問題、冰害問題以及線路污閃問題，這些問題都是電力電纜線路建設和運行中所面臨的制約因素。

三、電力電纜線路運行管理中研究

在我國進行電力電纜線路運行管理的總投資中，因為線路走廊的費用比例逐漸增加，相對應的心路本體造價也就受到了很大的制約，這也就使得了我國電力電纜線路本體對自然災害地域的能力不足，很容易在極端天氣的條件下發生大規模、大范圍的電力電纜線路損壞。

本著建設環境友好型、資源節約型堅強電網這一目的，我們必須要將我國電網的特點以及電力電纜線路中諸多的制約因素進行很好的結合，在進行電力電纜線路運行管理過程中將近些年來的傳統思想和理念進行創新。這就要求我們首先要采用比較新型的電力電纜線路來進行電能的輸送。第一，我們需要建設以高壓電力電纜線路作為骨干網絡堅強的電力電纜線路，因為將高壓電力電纜技術進行采用，可以很明顯的將電能傳輸經濟性進行提高，與此同時，將特高壓聯接大區的電網進行采用，可以錯開高峰時期，這樣就能夠提升聯網的效益。

第二，我們需要采用緊湊型、同塔多回的電力電纜線路，這樣能夠很好的提升單位走廊輸送電路的容量。

第三，我們必須要采用新工藝、新材料的線路設備，這就要求我們首先要采用大截面的導線，這樣能夠很好的降低電力電纜線路的損耗以及提升電力電纜線路輸送的容量，在交流線路中采用大截面的導線，能夠提升電力電纜線路截流量，最終提升電力電纜線路輸送的容量。其次，我們可以采用比較耐熱型的導線，以便提升電力電纜線路的輸送容量。接下來，我們需要將碳纖維導線進行采用，這樣能夠提高線路運行的安全性、提升輸送的容量、降低電力電纜線路的損耗。我們還可以采用擴徑導線來降低線路的投資，高強度塔材的使用可以很好的將桿塔的重量進行降低。

第四，我們需要采用降低鋼材而且能夠對線路美觀性進行提升的鋼管塔，因為鋼管塔具有減少占地、外觀美觀、穩定性好以及承載力高等優點，所以我們可以在電力電纜線路運行過程中對其進行采用。

四、電力電纜運行管理之減少運行的事故

在電力電纜運行過程中，電纜和其自身的附件所產生的那些對安全運行產生影響，并且要求我們必須要在限定期限之內進行消除的異常情況一直都被我們稱為電力電纜線路的缺陷，想要將電力電纜運行的缺陷消除，從而減少其運行的事故，要求我們必須要做到定期的檢查、發現電力電纜運行缺陷、統計電力電纜登錄、消除電力電纜缺陷、定期對電力電纜運行進行復查這些制度，并且對其實施缺陷的閉環管理，將存在的缺陷及時消除，這樣能夠從根本上減少電力電纜在運行過程中運行的事故。

按照電力電纜的缺陷，對電力電纜的安全運行管理產生影響的程度來看，我們可以將其分為三大類型，這三大類型主要包括一般缺陷、緊急缺陷和重要缺陷，所謂的一般缺陷就是指對于電力電纜安全運行所產生的影響比較輕的缺陷，我們可以通過對下月的維修計劃進行編制來將其消除。比如電纜的保護管以及金屬護套嚴重腐蝕等等。緊急缺陷就是指那些情況相對來說極其嚴重，對于電力電纜的安全運行已經構成了極其大的威脅，要求我們必須要立刻將其進行消除，對于緊急缺陷我們必須要當時進行處理，比如充油電纜失壓、接點發熱過紅等等。而重要缺陷也就是指那些情況比較嚴重，對于電纜運行已經構成了嚴重威脅，需要我們盡快將其消除的各種缺陷，這一類型的缺陷要求在一周之內進行處理。

五、結論

社會的不斷進步帶動了經濟的高速發展，經濟的快速發展又在很大程度上促進了人們生活水平的不斷提升，在人們不斷提升自己生活水平的同時，我國步入了信息化時代，信息化時代的來臨使得人們對于電能的需求不斷提升，這也就增加了我國電網電力電纜的壓力。

第四篇：論文研究方法

論文研究方法

（1）歸納法：從個別性知識，引出一般性知識的推理，是由已知真的前提，引出可能真的結論。

（2）宏觀分析與微觀分析相結合的研究方法：宏觀分析方法是對問題進行了總體的分析，微觀分析方法是對問題的部分或個體對象進行分析。在分析我國中小企業融資難的成因時，既從外部環境，政策、制度角度進行了宏觀分析，又從中小企業自身和融資機構這些角度進行了微觀分析，三者相結合。

（3）訪談法：通過詢問的方式，訪員和受訪人面對面交談來了解市場情況的基本研究方法。

（4）文獻研究法：通過對某一領域，某一專業或某一方面的課題、問題或研究專題搜集大量相關資料，通過分析、閱讀、整理，提煉當前課題、問題或研究專題的最新進展、學術見解或建議。

第五篇：激光測距論文講解

激光測距及在軍事上的應用 摘 要

激光技術這一高新技術，經過半個世紀的發展，從機理原理，實驗手段到制造工藝都已逐步成熟，且先進的激光器不斷研制成功，并憑借其高亮度、方向性強、單色性好、相干性好的顯著特點，在工業、農業、醫療、軍事等領域的應用已經是大顯神威。而激光武器經過不斷地開發和研究，目前已有了重大的進展：低功率激光武器已開始裝備部隊，高功率激光武器則在技術上已基本成熟，將在未來現代化戰爭或局部戰爭中發揮舉足輕重的作用。

本文簡要介紹了脈沖激光測距原理及常見的激光測距儀，并對它們在軍事上的應用作了相應的介紹。

關鍵詞：激光測距；激光測距儀； 軍事應用

一、引言

激光測距是激光在軍事上應用最早和最成熟的技術。自1960 年第一臺激光器--紅寶石激光器發明以來，便有人開始進行激光測距的研究。和微波測距等其它方法相比,激光測距具有更好的方向性和更高的測距精度,測程遠,抗干擾能力強,隱蔽性好,因而得到廣泛的應用。激光測距的研究還對雷達技術的發展起了很大的促進作用,因而在國民經濟和國防建設中具有重要意義。根據所發射激光狀態的不同,激光測距分為激光脈沖測距和連續波激光測距,后者根據起止時刻標識的不同又分為相應激光測距和調頻激光測距。本文將介紹脈沖測距的最新技術發展。

二、脈沖激光測距原理

脈沖激光測距是利用激光脈沖持續時間極短,能量在時間上相對集中,瞬時功率很大(一般可達兆瓦)的特點,在有合作目標的情況下,脈沖激光測距可以達到極遠的測程;在進行幾公里的近程測距時,如果精度要求不高,即使不使用合作目標,只是利用被測目標對脈沖激光的漫反射索取的反射信號,也可以進行測距。圖1 脈沖飛行時間激光測距系統一個典型的脈沖飛行時間激光測距系統通常有以下五個部分組成:激光發射單元,一個或兩個接收通道,時刻鑒別單元,時間間隔測量單元和處理控制單元。激光發射單元在t0 時刻發射一激光脈沖,其中一小部分功率直接進入接收通道1,經時刻鑒別單元產生起始(START)信號,開始時間間隔測量;其余功率從發射天線向目標發射出去,經距離R 到達目標后被反射;接收通道2 的光電探測器接收到返回脈沖,經放大后到達時刻鑒別單元,產生一終止(STOP)信號,終止時間間隔測量;時間間隔測量單元把所測得的結果t 輸出到處理控制單元,最后得到距離R=ct/2。

[1]

三、激光測距在軍事上的應用 3.1 激光測距光源

戰術和戰略用脈沖激光測距儀主要包括紅寶石、Nd∶YAG、CO2、喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃等脈沖激光測距儀。3.3.1 紅寶石脈沖激光測距儀

0.69μm 的紅寶石脈沖激光測距儀是第一代軍用激光測距儀，其結構簡單，緊湊。因工作波長屬近紅外綠光，極易暴露目標，加上對人眼極不安全，目前除少數應用外已被淘汰。

3.1.2 Nd∶YAG 脈沖激光測距儀

Nd∶YAG 脈沖激光測距儀的主要優點是隱蔽性、電效率和脈沖重復工作頻率大大優于紅寶石激光測距儀，因而從60 年代后期開始廣泛裝備部隊；主要缺點：①工作波長為1.06μm，相對說來較短，在大氣中的衰減較大，不完全適合自然霧和戰場煙幕等環境條件；② 1.06μm 波長被發射后經人眼聚焦進入視網膜，在很短的距離上若不加防護觀察，可以使人眼永久致盲；③1.06μm 波長不與8~12μm 熱成像系統兼容。而Nd∶YAG 脈沖激測距儀目前仍具有無法取代的獨特優點。3.1.3 CO2 脈沖激光測距儀

CO2 脈沖激光測距儀是70 年代末和80 年代中期主要針對1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距儀的缺點發展起來的新一代人眼安全激光測距儀。其主要優點有：①大氣穿透能力優于Nd∶YAG 激光波長，能在較低能見度和戰場煙幕等大氣條件下工作；②能與8~12μm 波段內的典型熱成像系統兼容并可共用接收光學系統和探測器，能有效實現熱成像儀能探測到的絕大多數目標；③能實現對人眼安全。主要缺點是：①10.6μm 的CO2 激光波長極易被水分子(H2O)吸收衰減，在大氣中含水蒸汽密度大的睛天和潮濕條件下，限制了它的最大測距能力，特別是雨天和目

標被雪覆蓋時，目標呈現多鏡面對稱反射，對CO2 激光波長測距不利；③10.6 μm 的CO2 激光波長對戰術目標的反射系數低于1.54、1.06 和0.69μm 的激光波長。

3.1.4 喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀

喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃脈沖激光測距儀也和CO2 一樣發展于70 年代末和80年代中期，主要優點是：①大氣穿透能力高于1.06μm 的Nd∶YAG 激光波長而低于CO2 激光波長；②對目標的反射系數和在睛天、高溫度條件下測距時，其性能高于CO2 激光波長并與Nd∶YAG 激光波長相當；③對人眼的安全性高于CO2 激光波長。缺點是由于1.54μm 波長屬中紅外波段，不能與8~12μm 的熱成像系統兼容，加上轉換效率低、脈沖能量小和重復工作頻率低(喇曼頻移Nd∶[3][2] YAG 除外)等限制了它們的應用。3.2 脈沖激光測距在軍事上的應用

脈沖激光測距儀作為軍用裝備器材，發展于60 年代初。經過30 多年的開發、研制和裝備，目前國外已完成了“手持式、腳架式、潛望式、坦克、裝甲、水面艦載、潛艇潛望、高炮、機載、機場測云、導彈和火箭發射、人造衛星、航天器載”等約十三大類400 多個品種和型號，其中裝備量最大的是以Nd∶YAG 為器件的固體脈沖激光測距儀，其次是喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃以及CO2 脈沖激光測距儀。

3.2.1 輕型便攜式脈沖激光測距儀

輕型便攜式脈沖激光測距儀包括步兵和炮兵偵察用的手持式以及前沿偵察和前沿對空控制(FAC)雙用途的激光測距儀—目標指示器。對上述用途的系統，要求機動靈活、重量輕、體積小、用電池組作電源、可靠性和維修性高以及單一產品的成本低等。主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±10m，重復頻率為單次，束散角1~2mrad。值得關注的的是，由于上述激光測距儀及其系統常與其他友軍密切配合作戰且不帶裝甲部隊大范圍訓練以及無合作目標、操作手不帶防護目鏡等，人眼安全極為重要。因此，這類脈沖激光測距儀已逐漸由裝備Nd∶YAG 激光測距儀改為喇曼頻移Nd∶YAG 和Er∶玻璃1.54μm 的人眼安全激光測距儀。

在現代戰爭中，由以前單一的步兵、炮兵獨立作戰發展到有步兵、炮兵和海軍陸戰隊組成的特種部隊聯合作戰，武器系統也由單一的地炮、高炮逐漸采用多功能綜合高技術。因此激光測距儀也由單一測距功能的便攜式、手持式發展到激光測距、紅外瞄準的晝夜觀測儀以及激光測距、目標指示、紅外瞄準的激光紅外目標指示器等。

3.2.2 地面車載脈沖激光測距儀

地面車載脈沖激光測距儀包括坦克、步兵戰車(IFV)、火控、對空防御、火炮或導彈制導火控以及目前發展的地面車載激光測距儀—目標指示器等。其主要技術性能：最大測程4~10km，測距精度±5~10m，目標分辨約20m，重復頻率0.1~1Hz，束散角0.4~1mrad。激光測距儀在坦克火控系統中的應用是提供彈道軌跡的超仰角修正信息和因逆風或目標移動引起的方位角校正信息以及距離信息。步兵戰車主要是使用激光測距儀去測量目標是否在反坦克導彈的距離內，其次用于槍炮火控和對目標的分選。為了做到激光測距儀完全有效地對任何能探測到的目標測距以及通過火控系統全天候被動探測、識別和分選，這些系統還應包括：瞄準光學系統、電視攝像機和紅外熱成像儀(FLIR)等。這是目前非常迫切需要的但不可能通過任何單一功能和單一波長激光測距儀能完全滿足的系統。據外刊報 道，美國休斯公司采用喇曼頻移Nd∶YAG 激光測距、電視攝像和紅外成像組成的坦克、裝甲車激光測距儀系統是目前最新型的設備。但是這種系統若采用1.06μm 的Nd∶YAG 激光測距，盡管在測距儀上裝上衰減濾光片，對合作目標測距訓練時已基本達到人眼安全要求，而經論證后的坦克和步兵作戰的操作人員及指揮、作戰人員應采取人眼安全措施，或者采用人眼安全的1.54μm 激光波長測距，從根本上實現對人眼安全的要求。3.2.3 對空火炮和導彈防御脈沖激光測距儀

對空防御的脈沖激光測距儀以及采用了自保護措施的步兵戰車對空防御脈沖激光測距儀均應按火控系統和作戰系統的要求工作，在距離和距離速率以內對空中高速機動目標提供穩定的跟蹤信息和距離信息，以對抗武裝直升機、隱身飛機和巡航導彈、反輻射導彈的威脅。這就要求激光測距儀提供比較高的數據率(高的激光脈沖速率)和相當高的距離精度，如最大測程為4~20km，測距精度為

2.5~5m，重復頻率為6~20Hz，束散角為0.5~2.5mrad 等。然而，若其交戰距離相當遠(約達20km 以上)，這么遠的距離實際對抗出現在不模糊的大氣條件下，僅要求激光測距儀的靈敏度比坦克測距儀稍高一些；若在某些高濕度季節或某些高溫度氣象區域內，由于很強的H2O 分子吸收，限制了長波長(如10.6μm 的CO2)脈沖激光測距儀最大測距能力的發揮，此時，應采用1.06μm 的Nd∶YAG 脈沖激光測距儀，或者采用喇曼頻移Nd∶YAG 及Er∶玻璃(1.54μm)的脈沖激光測距。

3.2.4 機載脈沖激光測距儀

機載脈沖激光測距儀可以用來裝備武裝直升機的導彈指令制導和裝備固定翼飛機，用于封鎖支援的光電飛行器等目標以及攔截飛機和導彈的攻擊。這些典型應用一般采用1.06μm的Nd∶YAG 激光測距儀并具有激光測距和目標指示的能力，或者采用1.54μm 波長的人眼安全喇曼頻移Nd∶YAG 脈沖激光測距儀_目標指示器等，以保護機載系統完成作戰任務或主動攻擊空中的光電目標。機載脈沖

激光測距儀的主要技術性能：測程遠(用于武裝直升機為4~10km，用于固定翼飛機為10~20kM)、測距精度高(用于武裝直升機為±5~10m，用于固定翼飛機為±1~10m)、重復頻率高(用于武裝直升機為4Hz，用于固定翼飛機為5~20Hz)、束散角小(用于武裝直升機為0.4~1mrad，用于固定翼飛機為0.1~0.5mrad)，同時機載設備應體積小、重量輕并要與航空指示器共用。因此，激光器必須使用高效循環液體作冷卻器，以適應高的運轉速率要求，否則要采用氣體或混合氣體升壓冷卻。

3.2.5 艦載脈沖激光測距儀

艦載脈沖激光測距儀的發展在輕型便攜式、車載和對空防御激光測距儀之后，它包括水面艦載和潛艇潛望兩大類。水面艦載脈沖激光測距儀在技術性能指標方面與車載火控和對空防御激光測距儀相同，在環境使用方面要適應艦載海[4] 空、海面以及海上鹽霧的荷刻要求，而在體積、重量、電效率、維護保養能力和成本等方面的要求又不苛刻。因此，目前大量用來裝備常規火控和對空防御的海軍艦只，如掩護(無聲雷達)艦載飛機回收和與紅外熱成像、電視等組成跟蹤系統，全天候監視和跟蹤空中目標等獨特的艦上應用正在出現，其應用前景相當廣泛 [5]。

四、結束語

激光武器不但反應速度快，而且殺傷命中率特別高，幾乎是100%，因為激光 武器以光束攻擊目標，可以不考慮射擊提前量，而且目標的機動性也不會影響激光器的性能。所以，激光武器的殺傷率就非常高，一旦鎖住目標，就能將其摧毀或破壞。另一個重要優點是單發成本相當低，每發僅1000 ~ 3000 美元。因此，用激光武器來對付在全世界擴散的“ 廉價低空飛行器“ 大有好處。使用戰區高空防御武器或其它昂貴的反導系統來對付近程火箭，其代價也太高。所以，發展激光防空武器就成了必然趨勢。[6] 參考文獻

［1］ 李適民.激光器件原理與設計［M］ 國防工業出版社 1998 ［2］ 陳家璧，彭潤玲.激光原理及應用[M] 電子工業出版社 2008 ［3］ 梅遂生，王戎瑞.光電子技術[M] 國防工業出版社 2008 ［4］ 陳婭冰等.激光武器新技術及應用［ J］.激光與光電子學進展，2003：12－16 ［5］ 王樂．激光在現代軍事中的應用[J]．光機電信息.2002，(6)：23—24 ［6］ 趙江，徐世錄.激光武器的現狀與發展趨勢[J] 2005:67-70