郭 濤 季茂榮 沈 蔚 李德林

(解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院 江蘇南京 210007)

淺析國(guó)際非金屬探雷器材發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

郭 濤 季茂榮 沈 蔚 李德林

(解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院 江蘇南京 210007)

本文概述了國(guó)際上非金屬地雷探測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,分析對(duì)比了各種技術(shù)存在的優(yōu)勢(shì)以及局限,介紹了國(guó)外目前已經(jīng)裝備的幾種先進(jìn)的非金屬探測(cè)器材,最后總結(jié)了未來非金屬探測(cè)器材發(fā)展的主要趨勢(shì)。

非金屬地雷 探雷 探測(cè)技術(shù)

1 引言

上世紀(jì)30～40年代生產(chǎn)的地雷一般金屬含量都較高,利用低頻電磁感應(yīng)技術(shù)制成的金屬探雷器可以有效探測(cè)出埋設(shè)在雷場(chǎng)中的金屬地雷。隨著技術(shù)的發(fā)展以及戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,對(duì)地雷的防探和防排的技術(shù)要求進(jìn)一步提高,上世紀(jì)40～50年代開始出現(xiàn)大量的非金屬地雷,將地雷的金屬外殼逐步替換成非金屬外殼,并且內(nèi)部組件的金屬含量也越來越少。

地雷金屬含量的降低,迫使金屬探雷器向高靈敏度方向發(fā)展,但是在雷場(chǎng)背景條件極為復(fù)雜的情況下(比如較小的彈片、彈殼等)都會(huì)大大提高虛警率。同時(shí)高靈敏度探雷器的土壤背景適應(yīng)性也明顯降低,在磁性土壤中幾乎無法使用,而金屬氧化物成分較高的紅土?xí)?yán)重影響探雷過程,從而大大降低探雷器的探測(cè)效率。

為了改變非金屬地雷探測(cè)困難的局面,一方面各國(guó)通過禁雷運(yùn)動(dòng)或是軍控談判的方法,禁止地雷的生產(chǎn)以及運(yùn)用(如《渥太華公約》),或是規(guī)定在地雷中必須增加金屬的含量(如《修正的地雷議定書》);另一方面許多大國(guó)都開始進(jìn)行非金屬探雷技術(shù)的研究,改變過去探測(cè)目標(biāo)僅為金屬的思路,將探測(cè)的主要目標(biāo)改為地雷的外殼材料,或是內(nèi)部裝填的炸藥。

2 國(guó)際主要的非金屬探雷技術(shù)

第二次世界大戰(zhàn)中開始出現(xiàn)許多以塑料、木、紙、陶瓷為殼體材料的地雷,20世紀(jì)40年代美國(guó)首先開始進(jìn)行了非金屬探雷技術(shù)的研究,并于50年代生產(chǎn)了第一代非金屬高頻探雷器。上世紀(jì)90年代開始,非金屬探雷技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地雷目標(biāo)顯著特征量的提取(比如地雷形狀、大小、或是材料成分等),并通過內(nèi)部信號(hào)處理系統(tǒng),可以直接通過屏幕或報(bào)警系統(tǒng)顯示非金屬地雷的存在,虛警率被有效降低。

目前被國(guó)際社會(huì)看好的非金屬探雷技術(shù)主要有:高頻探雷技術(shù)、脈沖雷達(dá)探雷技術(shù)、紅外成像探雷技術(shù)、聲震探雷技術(shù)、核四極矩共振探雷技術(shù)、中子探雷技術(shù)。生物探雷技術(shù)也是非金屬探雷技術(shù)的一個(gè)重要組成部分,尤其是探雷犬探雷,聯(lián)合國(guó)編寫的《國(guó)際地雷行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》中已經(jīng)專門加入了“探雷犬作業(yè)程序”以及“探雷犬使用指南”等相關(guān)章節(jié),探雷犬的探雷能力也得到了充分的肯定。各種非金屬探測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)照情況見表1。

3 國(guó)際典型非金屬探雷器材

傳統(tǒng)的探雷器材主要為便攜式探雷器,用于戰(zhàn)時(shí)秘密搜排和戰(zhàn)后掃雷中,其特點(diǎn)是簡(jiǎn)便準(zhǔn)確,但速率較低?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求能夠?qū)Φ乩讏?chǎng)實(shí)施快速探測(cè),車載探雷系統(tǒng)不僅能伴隨坦克和機(jī)械化部隊(duì)前進(jìn),而且能夠滿足對(duì)探測(cè)速度的基本要求,其作業(yè)速度一般不低于5km/h。機(jī)載探雷系統(tǒng)可對(duì)大面積雷場(chǎng)情況進(jìn)行偵察,并將雷場(chǎng)情況直接提供給指揮員。目前,外軍廣泛采用雷達(dá)、紅外、聲震、中子探測(cè)等非金屬探雷技術(shù),不斷完善便攜式探雷器,并且積極發(fā)展車載式和機(jī)載式非金屬探雷器材。

(1)美國(guó) GDE系統(tǒng)公司和COL EMAN公司合作研制生產(chǎn)的HSTAMIDS手持支架式地雷探測(cè)系統(tǒng)(圖1)結(jié)合了金屬探測(cè)技術(shù)與地面雷達(dá)探測(cè)技術(shù),主要用于探測(cè)金屬和非金屬地雷。它可距離目標(biāo)物3m處進(jìn)行探測(cè),當(dāng)有地雷目標(biāo)存在時(shí),它將向作業(yè)手發(fā)出警報(bào),并且將進(jìn)一步收集、處理、顯示地雷定位數(shù)據(jù)。它采用先進(jìn)的信號(hào)處理和用戶輸出系統(tǒng),一旦傳感器探測(cè)到一個(gè)疑似地雷的物體,它將定位目標(biāo)并提供視頻和音頻信號(hào)。由于該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù),它能夠在雷場(chǎng)中可靠探測(cè)防步兵以及防坦克地雷,并且能在復(fù)雜的背景條件下進(jìn)行地雷探測(cè)作業(yè),其探測(cè)虛警率相當(dāng)?shù)汀?/p>

表1 非金屬探測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

圖1 HSTAMIDS手持支架式地雷探測(cè)系統(tǒng)

(2)美國(guó)的VMD車載探測(cè)器(圖2)由三種類型的傳感器組成:即金屬傳感器、熱中子分析器和紅外/紫外成像儀,主要用于探測(cè)金屬和非金屬地雷。熱中子分析器(TNA傳感器)主要用于探測(cè)地雷中的炸藥,并且較易識(shí)別出土壤中埋設(shè)的防坦克以及較大的防步兵地雷。該探測(cè)器可同時(shí)顯示8個(gè)地雷目標(biāo),在土質(zhì)堅(jiān)硬、土壤干燥且埋有防坦克地雷的公路上探測(cè)效果最好。熱中子分析器不受地形的影響,但成像系統(tǒng)必須在空曠的地面上才能發(fā)現(xiàn)地表的異常。紅外/紫外成像儀對(duì)完全滲透水的土壤成像無效。全套器材只需很短的時(shí)間即可組裝,當(dāng)土壤濕度較大時(shí),將對(duì)器材的整體探測(cè)能力形成一定的干擾作用。

圖2 VMD車載探測(cè)器

(3)奧地利的希伯爾CAMCOPTER無人駕駛機(jī)載探測(cè)系統(tǒng)(圖3)是一種帶有各種專用傳感器的遙控機(jī)載探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機(jī)載平臺(tái),一個(gè)任務(wù)控制單元和一個(gè)音頻傳感器控制單元。機(jī)載平臺(tái)可垂直起飛和降落,無需任何彈射或回收裝置。CAMCOPTER可實(shí)施地表和空中監(jiān)視、目標(biāo)搜索、目標(biāo)定位、雷場(chǎng)和地表彈藥探測(cè)等任務(wù),是一種在高威脅戰(zhàn)場(chǎng)中使用的理想裝備。CAMCOPTER無人駕駛機(jī)系統(tǒng)由牢固、質(zhì)輕的高強(qiáng)度材料制成,并有自動(dòng)和人工干預(yù)兩個(gè)作業(yè)模式。以自動(dòng)模式進(jìn)行作業(yè)時(shí),系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序進(jìn)行飛行控制,操作手可在任務(wù)控制單元中觀察飛行。計(jì)算機(jī)顯示屏在數(shù)字地圖上顯示機(jī)載平臺(tái)的即時(shí)位置,同時(shí)還將顯示預(yù)先設(shè)定的路線以及任務(wù)數(shù)據(jù)。

圖3 希伯爾CAMCOPTER無人駕駛機(jī)載探測(cè)系統(tǒng)

4 國(guó)際非金屬探雷器材發(fā)展趨勢(shì)

地雷武器的不斷發(fā)展同時(shí)推動(dòng)著地雷探測(cè)技術(shù)的深入和快速發(fā)展,隨著各種新的戰(zhàn)爭(zhēng)理念和戰(zhàn)術(shù)方法的出現(xiàn),未來的非金屬探雷器材主要將向綜合化、智能化、信息化以及快速化方向發(fā)展。

(1)探測(cè)技術(shù)綜合化

由于雷場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性,采用單一的探測(cè)技術(shù),無論是便攜式探雷器,還是車載、機(jī)載式探雷器,普遍存在著探測(cè)虛警率高的問題。探測(cè)器材的探測(cè)虛警率與探測(cè)出的地雷數(shù)相比,少則幾倍,多則達(dá)到數(shù)十倍,這極大的增加了作業(yè)的工作量。同時(shí),頻繁的虛警現(xiàn)象,極易使排雷人員產(chǎn)生麻痹心里,易出現(xiàn)因排雷動(dòng)作不規(guī)范、不到位而造成傷亡的現(xiàn)象。探測(cè)虛警率高已經(jīng)成為探測(cè)器材發(fā)展的一個(gè)“瓶頸”,得到了世界各國(guó)的普遍重視。

探測(cè)技術(shù)綜合化,實(shí)現(xiàn)了探雷裝備的多功能、多模式。多功能是指應(yīng)用多種探測(cè)技術(shù),具有多個(gè)傳感器,能探測(cè)多種類型的地雷;多模式是指適應(yīng)多種不同的地形。探測(cè)技術(shù)綜合化,可以有效解決靈敏度和虛警率之間的矛盾,充分發(fā)揮各種探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),大大提高探測(cè)系統(tǒng)的綜合效能。如美軍裝備的VMD車載探測(cè)器以及 FORESIGHT綜合探雷系統(tǒng)都采用了紅外探測(cè)、中子探測(cè)等兩種以上的非金屬探測(cè)技術(shù),可以有效提高對(duì)于非金屬地雷的探測(cè)能力。

(2)探測(cè)方式智能化

隨著高新技術(shù)的發(fā)展,各種類型的軍用機(jī)器人已經(jīng)大量涌現(xiàn),一些技術(shù)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼研制了智能程度高、動(dòng)作靈活、應(yīng)用廣泛的軍用和民用機(jī)器人。在惡劣的環(huán)境下,機(jī)器人的承受能力大大超過載人系統(tǒng),并且能完成許多載人系統(tǒng)無法完成的工作。

探雷機(jī)器人不僅可以滿足快速探雷的要求,而且還可大大降低人員的傷亡率。美國(guó)研制的派克波特(PackBot)探雷機(jī)器人、近距離探雷標(biāo)示機(jī)器人(圖4),以及西班牙工業(yè)自動(dòng)化研究所研制的RIMHO2探雷機(jī)器人(圖5),它們都能對(duì)雷場(chǎng)有較好的適應(yīng)性,并能探測(cè)下水道、地下室等人員無法進(jìn)入的地點(diǎn)。美軍在波黑地區(qū)和阿富汗的反恐戰(zhàn)爭(zhēng)中均采用了遙控探雷機(jī)器人。

圖4 近距離探雷標(biāo)示機(jī)器人

圖5 RIMHO2探雷機(jī)器人

因此,在探雷智能化發(fā)展方面,各國(guó)將充分利用遙控機(jī)器人這一作業(yè)平臺(tái),通過綜合使用多種傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸及 GPS全球定位系統(tǒng),并結(jié)合計(jì)算機(jī)快速數(shù)據(jù)處理方法,從而實(shí)現(xiàn)安全、快速、機(jī)動(dòng)、靈活的探雷要求。

(3)探測(cè)平臺(tái)信息化

新軍事變革改變了未來戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài),信息化戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)成為未來戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的重要趨勢(shì),制信息權(quán)將成為影響戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程和戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)局的關(guān)鍵因素。美軍反地雷現(xiàn)代化規(guī)劃的兩項(xiàng)重要措施為:一是組建技術(shù)與情報(bào)合一,擁有配套數(shù)據(jù)庫(kù)的反地雷反詭計(jì)技術(shù)中心,為在地雷環(huán)境中遂行任務(wù)的部隊(duì)提供機(jī)動(dòng)保障所必需的關(guān)鍵信息;二是以信息技術(shù)為支撐,大力發(fā)展信息化、智能化的反地雷武器裝備,使美軍反地雷作戰(zhàn)擁有超強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力,進(jìn)而影響決策和戰(zhàn)術(shù)實(shí)現(xiàn),贏得未來部隊(duì)決戰(zhàn)決勝的目標(biāo)。

隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,地雷探測(cè)器材的信息傳輸能力將更加趨于通暢。探雷器材作為戰(zhàn)場(chǎng)的偵察器材,也將被納入偵察情報(bào)系統(tǒng)。探測(cè)結(jié)果的數(shù)字化傳輸,可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無損準(zhǔn)確傳輸,并可確保信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量;必要時(shí),還可以對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行數(shù)字化加密,增加了信息的保密性。

(4)探測(cè)作業(yè)快速化

隨著武器裝備的不斷發(fā)展和戰(zhàn)術(shù)思想的改變,對(duì)地雷場(chǎng)的控制技術(shù)也越來越趨向成熟,同時(shí)地雷場(chǎng)障礙物與各種火力的協(xié)調(diào)也越來越科學(xué)合理。利用單兵探雷器等近距離探測(cè)器材對(duì)地雷進(jìn)行探測(cè),由于其作業(yè)速度緩慢,極易被敵方高性能的偵察器材發(fā)現(xiàn),并可能遭到敵方火力的襲擊。為保障部隊(duì)的快速機(jī)動(dòng),必須實(shí)現(xiàn)地雷探測(cè)的快速、精確和高效,車載和機(jī)載式探雷器材將是發(fā)展快速探雷裝備的主要方向。

在人道主義掃雷中,除了滿足經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求,探測(cè)速度是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的控制指標(biāo)。目前在全世界64個(gè)國(guó)家中還埋設(shè)有1億顆以上的地雷,如果按目前的探測(cè)速度,每年可以掃除10萬(wàn)顆,大約需要1000年才能完成清掃任務(wù),這還不包括每年新增設(shè)的雷場(chǎng)。研究和發(fā)展生物探測(cè)技術(shù),不僅可以節(jié)省探雷成本,而且可以顯著提高探測(cè)的速度,蘇聯(lián)在二戰(zhàn)中訓(xùn)練的5000只探雷犬成功探測(cè)了將近400萬(wàn)顆地雷,美國(guó)訓(xùn)練的岡比亞巨鼠探雷速度可達(dá)每小時(shí)200m2。

1 倪宏偉、房旭民.地雷探測(cè)技術(shù).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003

2 王馳、李醒飛.聲波探雷及其信號(hào)處理方法.光學(xué)精密工程,2008,(9)

3 劉兆和、吳騰芳.核四極矩共振炸藥探測(cè)原理與試驗(yàn).解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(1)

4 Bureau of Political-Military Affairs US Department of State.To Walk the Earth in Safety.2008

2010年4月6日)