[如何寻找地雷?]国内外车载探雷装备及工作原理

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  探雷装备根据使用方式的不同,可分为手持式车载式三种将探测装置安装在底盘车上就构成了车载式探雷器,也叫道路探雷车,主要用于探测道路,也叫道路控雷车,主要用于探测道路、机场、平坦地面等作战地域埋设的地雷。探雷宽度一般不小于底盘车宽度。探雷时,车辆由人驾驶或作业手遥控操纵缓缓前进,发现地雷时车辆自动停下,同时发出声、光报警信号。外军于上世纪六十年代开始发展这类装备,美国、俄罗斯、德国、以色列、加拿大和南非都是首开先河之例,我国的研制工作始于上世纪八十年代末。目前外军的典型系统有哪些?我国的水平如何?它们工作的基本原理是怎样的呢?
  
  国外典型探雷系统
  
  雷场侦察与探测系统 该系统是美国的在研项目,采用脉冲电磁感应、前视红外和探地雷达探测技术,是一种多传感器遥控探雷系统。底盘车能在远距离遥控操作,标示地雷和雷场位置。
  德国MSG1型微波道路探雷车 采用轻型越野车作为基础车,探测器安装在车身前面,可探测金属地雷和非金属地雷。探雷时,探测线圈向地面辐射微波,当地下有异物时,反射信号发生变化并显示在监视屏幕上,车辆自动停止。它还可装上遥控装置进行遥控探雷。
  EL/M-2190型车载式探地雷达 由以色列埃尔塔公司研制,目前已列入美国陆军的演示计划,并进行了野外试验。该探地雷达重52千克,能探测埋于地下30厘米处的非金属地雷,其探测宽度达2米。
  加拿大FOERSIGHT综合探雷系统 该系统可安装在不同车辆平台上。它包括探地雷达、金属感应探头、前视红外热像仪、热中子活化探测器及拖车等部分,是一种多传感器探雷系统。
  


  加拿大陆军的“金格斯”遥控道路探雷系统 该系统由遥控平台“金格斯”8轮两栖全地形车、装甲人员输送车、车载机械探测器探头和远距离作战控制系统四部分组成,并配备有GPS和地图显示器,作业手用手柄和键盘远距离遥控即可。清理道路的速度每小时5千米,比使用手持探雷器的一个工兵班的速度还快4倍。该系统已初步具备了智能工程机器的基本特点。
  半自主式地雷探测系统 这是美国OAO机器人技术公司最新研制的项目,既可遥控,也可利用带全球定位系统的“半自主式地雷探测系统”进行导航。探测到地雷后,“遥控军械处理系统”开始挖掘地雷。这种“探扫一体化”的发展思路,值得朋友们关注。
  
  国产新型探雷车
  
  国产新型道路探雷车(题图)是我军第一代车载探雷器材,主要用于工兵部(分)队遂行工程保障任务时,探测、标示、排除作战地域机动道路上、机场、部队集结地以及较平坦地域埋设和撒布的各种地雷,也可用于反恐及战后探测和排除遗留的地雷。
  该车主要由基础车、复合探雷分系统、伸缩探臂分系统、信号处理分系统、定位显示分系统、自动制动分系统、单兵探排雷器材以及辅助设备组成。
  该车接近雷场时,由行军状态向作业状态转换:作业手解除锁紧机构,液压系统开始工作,探臂装置由行军状态转换成作业状态,作业手安装天线阵列,探测阵列前伸至车前3米,整车进入探测状态。
  在探雷过程中,该车以一定的速度在道路上进行探雷作业,探到地雷后,探雷车自动刹车,报警装置发出声、光报警信号,底盘车离合器分离,动力输出转向液压系统,由计算机控制探臂装置作前后伸缩运动,对探到的地雷进行数据采集、计算和处理,显示出地雷的位置坐标,并控制探头阵列对地雷进行标示。探排雷作业手根据显示的地雷坐标,着排雷防护装具对地雷进行排除。地雷排除后,标示器在道路上标示安全通路。
  该车整体布局合理,自动化程度高。探测天线阵列和底盘车的连接采用一体化设计,能够进行行军和作业状态的自由转换。探雷时,探测阵列离地具有一定的高度,提高了作业的机动性。由于采用脉冲电磁感应和金属再辐射雷达复合探雷技术,探测的雷种多,探测到的宽度可保证主战坦克一次性通过。由电脑控制的伺服液压系统驱动伸缩探臂装置,自动实现对地雷的搜索和定位,探测率和定位精度高。
  


  我国新型道路探雷车的研制成功,填补了我军车载探雷器材的空白,总体性能达到了世界同类装备的先进水平。探雷车怎样寻找地雷——五大探测原理
  金属涡流效应(脉冲电磁感应原理)当把一块金属放在变化的磁场中,或使其在磁场中切割磁力线时,内部会产生感应电流,这种感应电流通常叫作涡电流,这种现象称作涡流效应。绝大多数地雷都会有金属,如雷壳、传动装置、引信、线路等等。凡是金属都会产生涡流效应。在该探雷系统中有电子振荡器,其作用是产生一定频率的振荡信号,并通过线圈向四周发射,当线圈靠近地雷时,振荡信号会产生频率的畸变,从而使耳机中的声音改变(实际上是声调变化),作业手依据声调变化范围的大小可判断是否是地雷。这种探雷原理的缺点是易受战场上弹片的干扰,不能探出不含金属的地雷,对含金属很少的地雷也难以探出。目前外军装备的金属探测器绝大部分采用这一原理,因为现在90%的地雷含金属件,而且采用这种探测原理的探测器电路简单,成本低。
  金属再辐射雷达原理 这是20世纪60年代末开始研究的探测金属接点的一种新技术。其工作原理是由探测装置向地面发射高频无线电波,电波碰到自然景物时,以相同频率反射回来,不被探测装置接收。而当碰到地雷金属件接点或半导体接点时,会辐射出二次、三次或组合谐波,探测器的接收机接收到这些信号后经过处理就可发现地雷。这种原理极少受地物杂波的影响,是一种较理想的探雷原理,但至今仅有美国20世纪70年代末发展的金属再辐射雷达见于报端。运用该技术的探测器主要探测撒布地雷,能穿透云雾、雨和稠密的树叶进行远距离探测。
  微波探雷技术 它实际上是通过测定介电常数来探测地雷。大家知道,每一种物质都有其相应的介电常数,如土壤中的介电常数约为4~40(视含水率而定),而梯恩梯和塑料的介电常数在2.2~4之间。金属是导体,也可看作是一种特殊的介质,其介电常数远远大于土壤。从一个局部地点来看,土壤的介电常数是均匀的,如果土壤中存在异物,则它与周围土壤之间的介电常数相比发生突变,这种突变可以被探测出来,再加上地雷的外部形状比较有规律性,就可根据变化来判断异物是否为地雷。它的缺点是虚警率高,受地表距离的限制及土壤湿度的影响较大,如遇到地下的树根、石块等均会产生虚假信号。另外,数据处理速度的快慢也是制约其发展的直接原因。
  探地雷达等采用微波技术的探雷系统作业时,由发射天线向地面发射微波,利用微波在两种介电常数不同的物质界面上产生反射这一特性,判定是否有地雷。
  被动红外探测原理 不同物质的热容量不同,目标与背景之间总存在一些温度上的差异,因此它们的热辐射能 量也不同。采用这种技术的热像仪通常能发现埋于地下几个月的深度达10~20厘米的地雷。但该技术探测能力受土壤温度、地表覆盖物等多种因素的影响,虚警率太高。当所探地区浸水时,探测率更差。目前,加拿大的“金格斯”遥控探雷系统正准备采用热像仪作为其探雷手段的一种。
  热中子活化技术 炸药中氮的含量较大(占总重量的15%~40%),而在肥沃的土壤中,氮的含量则小于0.1%。热中子活化探雷装置可采用一种来自放射源或电子中子发生器产生的慢(热)中子,以激活地雷炸药内氮-14原子核,使其放射出一种特有的γ射线,从而很容易从背景辐射中辨别出地雷来。加拿大赛克公司研制的热中子活化传感器能探测埋于地下0~15厘米深、重1千克的地雷,滞留时间小于10秒。该探测器还装备于美国的机器人探雷系统上。
  
  车载探雷技术发展前瞻
  
  经过近半个世纪的发展,车载探雷技术已越来越趋向成熟,它将朝以下几个方向重点发展。
  多传感器技术 由于地雷的种类繁多,制造材料各异,布雷的手段及布设后地雷所处环境的多样性等原因,用某一种探雷技术已无法满足探测所有地雷的要求,必须采用多途径、多技术、多传感器的融合。如美国的雷场侦察与探测系统、车载地雷探测器等均采用了多传感器。多传感器的采用,带来了处理数据量的增大以及判断模式确定难度的增加等不足,所以各种传感器采集的数据处理,数据融合技术将成为各国未来一段时间重点研究的课题。
  遥控及智能技术 美军在最近几年的局部战争中都提出了“零伤亡”的作战概念,即最大限度地减少战争中作战人员的伤亡。这固然同美国国内反战情绪高涨有关,但从另一个方面也反映出美军作战理念的转变。探测数据的遥控收发以及全球定位系统的采用,可以在第一时间把战场上的雷场探测情况实时传送到作战人员及指挥部,为作战指挥人员运筹帷幄,做出正确的指挥调动提供依据。探测平台的遥控操作,使操作人员在数千米之外就能对要探测区域进行反复探测。智能化技术的成功运用、解决了某些复杂条件下人员无法完成的急、难、险等探测任务,提高了作战人员的战场生存能力,同时也提高了车载探测系统任务完成的可靠度。
  


  探扫一体化 准确的地雷探测和雷场定位是扫除地雷和部队机动的前提,探测到地雷为部队更改和选择行军机动路线提供了可靠的依据,同时也为扫雷装备开辟道路,增大了扫除障碍的实际效果。就目前来说,大部分扫雷器材,如扫雷犁、扫雷滚、云爆弹、直列装药爆破扫、随动机枪(炮)和磁扫等方法,在无法确定雷场的情况下,都是盲扫,无法发挥出这些装备的扫雷效率。如果在扫雷装备上安装车载式探雷器材,经过有效的探测和准确的定位,再对地雷和雷场进行扫除,将极大地提高这些器材的扫雷功效。因此,探扫一体化装备是未来地雷探测和开辟通路器材的发展方向。对我军车载探雷装备的两点构想
  我军开展车载探雷技术研究始于上世纪八十年代末,在探测性能方面已具有世界同步先进水平,但根据国外车载探雷技术现状以及我国的具体情况,笔者认为还应加强以下两个方面的研究。
  尽快研制小型遥控探雷车 与有人驾驶车辆相比,遥控车辆具有无人员伤亡、出勤率高、战场生存力强、体积小、重量轻、操控灵活、效费比高等突出优点,特别适用于敌火条件下探排雷、道路清障、生化战场等特殊作战环境。
  发展小型遥控探雷车,应主要由小型履带底盘车、电磁感应探雷分系统、雷达探雷分系统、信号处理分系统、定位标示及导航分系统、控制及遥控分系统以及电源等部分组成。其中小型履带底盘须具有一定的地形适应能力。电磁感应探雷分系统用于探测含金属的地雷。雷达探雷分系统可采用前视金属再辐射雷达、前视红外雷达或冲击脉冲雷达,具有探测车前5~10米的距离,探测宽度大于2米的性能。信号处理和定位导航分系统可对信号进行实时处理,并借助全球导航定位系统实时把数据传输到指挥控制人员处。控制及遥控分系统可使操控人员远距离对探测系统进行车辆行走和探测控制。若届时动力及机械臂控制技术可行,还可给探雷车配置高压水刀,对探测到的地雷进行切割,使其失去效能。
  开展远距离金属再辐射雷达、前视红外雷达和合成孔径雷达探雷技术的研究 能够在更远的距离上发现地雷目标,一直是地雷探测研究人员追求的最高境界。目前世界上发达军事国家,特别是美国以及加拿大都在投入巨资进行远距离探雷技术研究,加拿大的杰科公司已经在美军的资助下研制出一种远距离探雷系统的原理验证样机。这种系统装于“悍马”车上,包括远距离探地雷达、前视红外成像仪、计算机、显示器以及软件等,探测距离为10~30米,最远可达60米,主要用于探测远距离地雷和未爆弹药。日前,该公司已与美军签订了下一阶段的研究合同。
  [编辑/何懿]
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