淺析國際非金屬探雷器材發展現狀與趨勢

郭 濤 季茂榮 沈 蔚 李德林

(解放軍理工大學工程兵工程學院 江蘇南京 210007)

淺析國際非金屬探雷器材發展現狀與趨勢

郭 濤 季茂榮 沈 蔚 李德林

(解放軍理工大學工程兵工程學院 江蘇南京 210007)

本文概述了國際上非金屬地雷探測技術的發展現狀,分析對比了各種技術存在的優勢以及局限,介紹了國外目前已經裝備的幾種先進的非金屬探測器材,最后總結了未來非金屬探測器材發展的主要趨勢。

非金屬地雷 探雷 探測技術

1 引言

上世紀30～40年代生產的地雷一般金屬含量都較高,利用低頻電磁感應技術制成的金屬探雷器可以有效探測出埋設在雷場中的金屬地雷。隨著技術的發展以及戰爭的需要,對地雷的防探和防排的技術要求進一步提高,上世紀40～50年代開始出現大量的非金屬地雷,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展,但是在雷場背景條件極為復雜的情況下(比如較小的彈片、彈殼等)都會大大提高虛警率。同時高靈敏度探雷器的土壤背景適應性也明顯降低,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會嚴重影響探雷過程,從而大大降低探雷器的探測效率。

為了改變非金屬地雷探測困難的局面,一方面各國通過禁雷運動或是軍控談判的方法,禁止地雷的生產以及運用(如《渥太華公約》),或是規定在地雷中必須增加金屬的含量(如《修正的地雷議定書》);另一方面許多大國都開始進行非金屬探雷技術的研究,改變過去探測目標僅為金屬的思路,將探測的主要目標改為地雷的外殼材料,或是內部裝填的炸藥。

2 國際主要的非金屬探雷技術

第二次世界大戰中開始出現許多以塑料、木、紙、陶瓷為殼體材料的地雷,20世紀40年代美國首先開始進行了非金屬探雷技術的研究,并于50年代生產了第一代非金屬高頻探雷器。上世紀90年代開始,非金屬探雷技術得到了長足的發展,可以實現對地雷目標顯著特征量的提取(比如地雷形狀、大小、或是材料成分等),并通過內部信號處理系統,可以直接通過屏幕或報警系統顯示非金屬地雷的存在,虛警率被有效降低。

目前被國際社會看好的非金屬探雷技術主要有:高頻探雷技術、脈沖雷達探雷技術、紅外成像探雷技術、聲震探雷技術、核四極矩共振探雷技術、中子探雷技術。生物探雷技術也是非金屬探雷技術的一個重要組成部分,尤其是探雷犬探雷,聯合國編寫的《國際地雷行動標準》中已經專門加入了“探雷犬作業程序”以及“探雷犬使用指南”等相關章節,探雷犬的探雷能力也得到了充分的肯定。各種非金屬探測技術優缺點對照情況見表1。

3 國際典型非金屬探雷器材

傳統的探雷器材主要為便攜式探雷器,用于戰時秘密搜排和戰后掃雷中,其特點是簡便準確,但速率較低。現代戰爭要求能夠對地雷場實施快速探測,車載探雷系統不僅能伴隨坦克和機械化部隊前進,而且能夠滿足對探測速度的基本要求,其作業速度一般不低于5km/h。機載探雷系統可對大面積雷場情況進行偵察,并將雷場情況直接提供給指揮員。目前,外軍廣泛采用雷達、紅外、聲震、中子探測等非金屬探雷技術,不斷完善便攜式探雷器,并且積極發展車載式和機載式非金屬探雷器材。

(1)美國 GDE系統公司和COL EMAN公司合作研制生產的HSTAMIDS手持支架式地雷探測系統(圖1)結合了金屬探測技術與地面雷達探測技術,主要用于探測金屬和非金屬地雷。它可距離目標物3m處進行探測,當有地雷目標存在時,它將向作業手發出警報,并且將進一步收集、處理、顯示地雷定位數據。它采用先進的信號處理和用戶輸出系統,一旦傳感器探測到一個疑似地雷的物體,它將定位目標并提供視頻和音頻信號。由于該系統采用了先進的數據處理技術,它能夠在雷場中可靠探測防步兵以及防坦克地雷,并且能在復雜的背景條件下進行地雷探測作業,其探測虛警率相當低。

表1 非金屬探測技術優缺點對比

圖1 HSTAMIDS手持支架式地雷探測系統

(2)美國的VMD車載探測器(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,主要用于探測金屬和非金屬地雷。熱中子分析器(TNA傳感器)主要用于探測地雷中的炸藥,并且較易識別出土壤中埋設的防坦克以及較大的防步兵地雷。該探測器可同時顯示8個地雷目標,在土質堅硬、土壤干燥且埋有防坦克地雷的公路上探測效果最好。熱中子分析器不受地形的影響,但成像系統必須在空曠的地面上才能發現地表的異常。紅外/紫外成像儀對完全滲透水的土壤成像無效。全套器材只需很短的時間即可組裝,當土壤濕度較大時,將對器材的整體探測能力形成一定的干擾作用。

圖2 VMD車載探測器

(3)奧地利的希伯爾CAMCOPTER無人駕駛機載探測系統(圖3)是一種帶有各種專用傳感器的遙控機載探測系統。該系統包括機載平臺,一個任務控制單元和一個音頻傳感器控制單元。機載平臺可垂直起飛和降落,無需任何彈射或回收裝置。CAMCOPTER可實施地表和空中監視、目標搜索、目標定位、雷場和地表彈藥探測等任務,是一種在高威脅戰場中使用的理想裝備。CAMCOPTER無人駕駛機系統由牢固、質輕的高強度材料制成,并有自動和人工干預兩個作業模式。以自動模式進行作業時,系統根據預先設定好的程序進行飛行控制,操作手可在任務控制單元中觀察飛行。計算機顯示屏在數字地圖上顯示機載平臺的即時位置,同時還將顯示預先設定的路線以及任務數據。

圖3 希伯爾CAMCOPTER無人駕駛機載探測系統

4 國際非金屬探雷器材發展趨勢

地雷武器的不斷發展同時推動著地雷探測技術的深入和快速發展,隨著各種新的戰爭理念和戰術方法的出現,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展。

(1)探測技術綜合化

由于雷場環境的復雜性,采用單一的探測技術,無論是便攜式探雷器,還是車載、機載式探雷器,普遍存在著探測虛警率高的問題。探測器材的探測虛警率與探測出的地雷數相比,少則幾倍,多則達到數十倍,這極大的增加了作業的工作量。同時,頻繁的虛警現象,極易使排雷人員產生麻痹心里,易出現因排雷動作不規范、不到位而造成傷亡的現象。探測虛警率高已經成為探測器材發展的一個“瓶頸”,得到了世界各國的普遍重視。

探測技術綜合化,實現了探雷裝備的多功能、多模式。多功能是指應用多種探測技術,具有多個傳感器,能探測多種類型的地雷;多模式是指適應多種不同的地形。探測技術綜合化,可以有效解決靈敏度和虛警率之間的矛盾,充分發揮各種探測技術的優勢,大大提高探測系統的綜合效能。如美軍裝備的VMD車載探測器以及 FORESIGHT綜合探雷系統都采用了紅外探測、中子探測等兩種以上的非金屬探測技術,可以有效提高對于非金屬地雷的探測能力。

(2)探測方式智能化

隨著高新技術的發展,各種類型的軍用機器人已經大量涌現,一些技術比較發達的國家相繼研制了智能程度高、動作靈活、應用廣泛的軍用和民用機器人。在惡劣的環境下,機器人的承受能力大大超過載人系統,并且能完成許多載人系統無法完成的工作。

探雷機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。美國研制的派克波特(PackBot)探雷機器人、近距離探雷標示機器人(圖4),以及西班牙工業自動化研究所研制的RIMHO2探雷機器人(圖5),它們都能對雷場有較好的適應性,并能探測下水道、地下室等人員無法進入的地點。美軍在波黑地區和阿富汗的反恐戰爭中均采用了遙控探雷機器人。

圖4 近距離探雷標示機器人

圖5 RIMHO2探雷機器人

因此,在探雷智能化發展方面,各國將充分利用遙控機器人這一作業平臺,通過綜合使用多種傳感器、無線數據傳輸及 GPS全球定位系統,并結合計算機快速數據處理方法,從而實現安全、快速、機動、靈活的探雷要求。

(3)探測平臺信息化

新軍事變革改變了未來戰爭形態,信息化戰爭已經成為未來戰爭發展的重要趨勢,制信息權將成為影響戰爭進程和戰爭結局的關鍵因素。美軍反地雷現代化規劃的兩項重要措施為:一是組建技術與情報合一,擁有配套數據庫的反地雷反詭計技術中心,為在地雷環境中遂行任務的部隊提供機動保障所必需的關鍵信息;二是以信息技術為支撐,大力發展信息化、智能化的反地雷武器裝備,使美軍反地雷作戰擁有超強的戰場態勢感知能力,進而影響決策和戰術實現,贏得未來部隊決戰決勝的目標。

隨著通信和網絡技術的發展,地雷探測器材的信息傳輸能力將更加趨于通暢。探雷器材作為戰場的偵察器材,也將被納入偵察情報系統。探測結果的數字化傳輸,可實現信號的無損準確傳輸,并可確保信號傳輸的質量;必要時,還可以對傳輸的信號進行數字化加密,增加了信息的保密性。

(4)探測作業快速化

隨著武器裝備的不斷發展和戰術思想的改變,對地雷場的控制技術也越來越趨向成熟,同時地雷場障礙物與各種火力的協調也越來越科學合理。利用單兵探雷器等近距離探測器材對地雷進行探測,由于其作業速度緩慢,極易被敵方高性能的偵察器材發現,并可能遭到敵方火力的襲擊。為保障部隊的快速機動,必須實現地雷探測的快速、精確和高效,車載和機載式探雷器材將是發展快速探雷裝備的主要方向。

在人道主義掃雷中,除了滿足經濟性和安全性的要求,探測速度是一項非常關鍵的控制指標。目前在全世界64個國家中還埋設有1億顆以上的地雷,如果按目前的探測速度,每年可以掃除10萬顆,大約需要1000年才能完成清掃任務,這還不包括每年新增設的雷場。研究和發展生物探測技術,不僅可以節省探雷成本,而且可以顯著提高探測的速度,蘇聯在二戰中訓練的5000只探雷犬成功探測了將近400萬顆地雷,美國訓練的岡比亞巨鼠探雷速度可達每小時200m2。

1 倪宏偉、房旭民.地雷探測技術.北京:國防工業出版社,2003

2 王馳、李醒飛.聲波探雷及其信號處理方法.光學精密工程,2008,(9)

3 劉兆和、吳騰芳.核四極矩共振炸藥探測原理與試驗.解放軍理工大學學報(自然科學版),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)