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Kurzwellen-Infrarot-Bildgebung (SWIR) unterstützt die Laserverfolgung und -erkennung

Kurzwellen-Infrarot-Bildgebung (SWIR) unterstützt die Laserverfolgung und -erkennung

Je asymmetrischer die Kriegsführung wird, desto größer ist der Anteil der Opfer an Zivilisten und anderen Nichtkombattanten, zusammen mit unbeabsichtigtem Sachschaden.Das Militär hofft natürlich, solche Verluste und Zerstörungen zu vermeiden.Mit fortschreitenden Technologien, die eine höhere Präzision ihrer Waffen ermöglichen, benötigen sie auch bessere Ziel- und Zielfähigkeiten und müssen gleichzeitig verdeckt bleiben.Es werden auch verbesserte Zieltechnologien benötigt, die die Erkennung und Identifizierung in größeren Entfernungen von den Bezeichnern ermöglichen.Beispielsweise eignen sich Laser hervorragend für die präzise Ausrichtung, es ist jedoch wichtig, dass auch andere in der Lage sind, die Szene im Verborgenen abzubilden.

Um diese Zielherausforderungen zu bewältigen, hat das Militär Laser eingesetzt, mit denen es nicht nur das Ziel bestimmen kann, auf das die Munition treffen soll, sondern mit denselben Lasern auch die Entfernung zum Ziel messen, die Umgebung beleuchten oder andere auf etwas hinweisen kann von Interesse.Um die Ausrichtung der Laser zu visualisieren, sich bewegende Ziele zu verfolgen und Kollateralschäden zu minimieren, sind Bildgebungssysteme erforderlich, die die im Feld eingesetzten aktiven Laser erkennen.Indium-Gallium-Arsenid-Kameras (InGaAs) mit Raumtemperatur ermöglichen Benutzern diese Funktion bei Tag und Nacht.

Die meisten lasergelenkten Munitionen werden von Lasern mit einer Wellenlänge von 1,06 μm gesteuert.Diese Laser sind sehr leistungsstark und können verwendet werden, um auf Objekte zu zielen, die viele Kilometer entfernt sind.Die Entfernung wird weitgehend dadurch begrenzt, wie genau der Benutzer sehen kann, was er bezeichnet.Dazu gehören der Laserpunkt, das Ziel und die Objekte um das Ziel herum.Derzeit verwenden die meisten Systeme ein Indiumantimonid (InSb)-Detektorarray, um den Fleck abzubilden.Diese InSb-Systeme sind dünner, um eine Reaktion bis hinunter zur Laserwellenlänge von 1,0 μm zu ermöglichen, was weit unter dem normalen InSb-Spitzenempfindlichkeitsbereich (zwischen 3 und 5 μm) liegt.Dieser Bereich wird hauptsächlich als Mittelwellen-IR-Wärmedetektor verwendet.

InSb-Kameras ermöglichen die Sichtbarkeit des Infrarotlasers und sorgen aufgrund der thermischen Emissionen der Szene für ein Situationsbewusstsein rund um den Laserpunkt.Der Nachteil dieser Systeme besteht darin, dass der Detektor eine erhebliche Kühlung benötigt (bis zu 77 K) und dass ihre Empfindlichkeit gegenüber 1,06-μm-Lasern aufgrund von 70 % und dem Betrieb bei Raumtemperatur schlecht ist.Sie ermöglichen die Abbildung von Laserpunkten in einem größeren Abstand mit einem viel leichteren System.

Kurzwellen-Infrarot-Bildgebung (SWIR) unterstützt die Laserverfolgung und -erkennung

ABBILDUNG 1

Laser dienen nicht nur dazu, Munition zum Ziel zu lenken, sondern können dem Kämpfer auch Informationen über das Ziel und seine Umgebung liefern.Mit Laser-Entfernungsmessern kann der Benutzer die Entfernung zum Ziel bestimmen.Diese Laser verwenden jetzt eine Wellenlänge von ungefähr 1,5 μm.Diese Wellenlänge gilt als „augensicher“, da die Energie nicht auf die Netzhaut des Auges fokussiert wird und die optische Leistung, die erforderlich ist, um eine vom Laser getroffene Person zu blenden, sehr hoch ist.Diese Laser sind sowohl für Nachtsichtbrillen (NVGs) als auch für das Auge unsichtbar und daher entsprechend verdeckt.Der Vorteil besteht darin, dass das Ziel nicht merkt, dass es vom Laser markiert wird;Der Nachteil besteht darin, dass der Kämpfer auch Schwierigkeiten hat, zu erkennen, ob er das Ziel richtig anvisiert.Da InGaAs auch sehr empfindlich auf die augensicheren Laser reagiert, werden die SWIR-Bildgebungs-InGaAs-Kameras eingesetzt, damit Kampfflugzeuge überprüfen können, ob ihr Zielsystem immer noch korrekt ausgerichtet ist, selbst wenn das System im Feld beschädigt wurde.

Der gebräuchlichste Laser auf dem Schlachtfeld ist der, der am Gewehr des Soldaten angebracht ist und typischerweise eine Wellenlänge um 850 nm verwendet.Dieser Laserpointer wird von Soldaten verwendet, um sich gegenseitig Ziele zu zeigen und um nachts beim Zielen ihrer Gewehre zu helfen, wenn sie NVGs tragen.Diese Laser sind für den Menschen unsichtbar, für die Brille jedoch sichtbar.Die Gewehrlaser sind nicht augensicher und können mit vielen anderen Arten von Detektortechnologien, alten und neuen, erkannt werden.Das größte Problem besteht darin, dass der Kriegskämpfer zwar die besten NVGs benötigt, um weiter und in dunkleren Zeiten in der Nacht zu sehen, der Feind die Laser jedoch mit der alten und kostengünstigen Nachtsichtbrillentechnologie leicht erkennen kann.InGaAs-Imager haben den entscheidenden Vorteil, dass sie sowohl abwärtskompatibel sind, da sie die älteren Laser abbilden, die mit den NVGs verwendet werden, als auch in der Lage sind, „augensicher“ und die Lasersysteme der nächsten Generation abzubilden.

Die KTX-Kamera von SUI ist eine SWIR-Kamera, die speziell für das Soldier Mobility and Rifle Targeting System der US-Armee entwickelt wurde. Sie verfügt über eine hohe Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 nm und kann für eine Vielzahl von Bildgebungsaufgaben bei schlechten Lichtverhältnissen, einschließlich Laser, eingesetzt werden Erkennung.Mit der Bildgebung mit großem Dynamikbereich im teilweisen Sternenlicht bis hin zur direkten Sonneneinstrahlung eignet sich der SWIR-Imager ideal für die verdeckte Überwachung und kann problemlos in UAVs, unbemannte Bodenfahrzeuge oder andere Roboter- oder Handgeräte integriert werden, bei denen Größe und Gewicht entscheidend sind.

In Bildgebungssystemen der nächsten Generation werden Laser nicht nur die Entfernung des Ziels bestimmen (z. B. Laser-Entfernungsmesser), sondern sie werden auch Bilder aus großer Entfernung durch undurchsichtigen Nebel, Dunst und Staub ermöglichen.LADAR und Range-Gated-Bildgebung verwenden einen Laser, um ein Ziel über große Entfernungen zu beleuchten.Dieser große Abstand ermöglicht es dem Kampfflugzeug, Ziele aus großer Entfernung bei allen Lichtverhältnissen und sogar durch Nebel und Rauch zu identifizieren.

Die meisten derzeit in der Entwicklung befindlichen Systeme verwenden 1,5-μm-Laser aus Gründen der Augensicherheit und weil sie auch auf die aktuelle NVG-Technologie abgestimmt sind, die sich in feindliche Hände ausgebreitet hat.Viele dieser Systeme der nächsten Generation werden mit Raumtemperatur-InGaAs-Arrays entwickelt, um Gewicht, Strom und Größe des Systems zu sparen.Diese Entwicklungen werden mit den hochempfindlichen Eigenschaften der InGaAs-SWIR-Detektoren kombiniert und bieten eine verbesserte Leistung bei sichereren Bedingungen für den Endbenutzer und unschuldige Unbeteiligte.

Dieser Artikel wurde von Dr. Martin H. Ettenberg, Direktor, Imaging Products, und Doug Malchow, Manager, Commercial Business Development bei SUI (Sensors Unlimited, Inc.), Teil der Goodrich Corporation, Princeton, NJ, verfasst.

 

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Aktualisierungszeit: 01.04.2022