红外技术的基础及其军事应用

红外技术的基础及其军事应用林立新信息工程20123200074【摘要】红外技术己从过去的战术地位发展到今天的战略地位,己经成为国家安全依赖的主要探测技术的手段,红外技术在军事技术领域内将得到全面、大规模地应用。本文介绍了红外技术的物理基础及在中海洋、空中等多方面探究其军事应用。【关键字】红外技术、军事应用一、引言在人类即将进人2000年的前夕,进一步认识红外技术在未来军事技术中的地位和作用十分重要.因为战争不仅不会因一个新世纪的到来而消失,在未来的世界中,霸权主义、国家间的领土纠纷、国家分裂民族和宗教矛盾等等仍然存在,世界多极化的趋势还将使这些矛盾变得错综复杂,未来的局部战争更加扑朔迷离。可以肯定的是,未来的局部战争将广泛的使用各种高新技术,而今天蓬勃发展的红外技术,在其中将起到举足轻重的作用.红外技术顾名思意就是红外辐射技术。红外辐射习惯上称为红外线。也称为热辐射。二次世界大战以来,红外技术发生了很大的变化。从军事应用的角度看,有二点需要再次证实:首先是红外技术从过去的战术地位发展到了今天的战略地位;其次是红外技术从过去少数局部应用发展到今天的大规模应用。目前军事发达的国家,武器装备多数都已使用了红外系统,甚至连传感器都使用了红外传感器。至今,红外技术的应用已成为一个国家军事装备现代化的重要标志之一。二、红外技术的物理基础红外技术的发展以红外线的物理特性为基础。红外线是由于物质内部带电微粒的能量发生变化而产生的,它是一种电磁波,处于可见光谱红光之外,突出特点是热作用显著。红外线的波长介于可见光与无线电波之间,从0.75μm~l000μm,可分为四个波段:近红外(0.75~3μm)、中红外(3~6μm)、远红外(6~15μm)和极远红外(15-1000μm),红外线具有以下特性:红外光电效应、红外辐射、红外反射、大气传输特性。从技术角度看,红外技术的进步至少表现在以下四个方面:(1)探测器的光谱响应已从短波扩展到长波方向,实现了对室温目标的探测,充分利用了大气窗口。(2)探测器已从单元发展到多单元,多元又发展到焦平面阵列(FPA)探测器。连上两个台阶,相应地系统实现了从点源探测到获得目标的热成像(面源探测)的飞跃。(3)发展了种类繁多的探测器系统。(4)红外系统已从单波段探测向多波段探测发展,获得了丰富的目标信息。三、红外技术在军事领域的应用1红外侦察红外侦察主要包括：空间侦察与监视；空中侦察与监视；地面侦察与监视等[1]。（1）空间侦察与监视。照相侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视；导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。（2）空中侦察与监视。利用人或无人驾驶的侦察机、侦察直升机等携带红外相机、红外扫描装置等设备对敌方军队及其活动、阵地、地形等情况进行侦察与监视。（3）地面侦察与监视。将无源被动式红外探测器隐蔽地布设在监视地区或道路附近，用于发现经过监视地区附近的运动目标，并能测定其方位。2红外夜视红外夜视主要包括导航吊舱和瞄准吊舱；舰载观察和火控系统；陆上侦测、瞄准、火控和车辆驾驶等。（1）导航吊舱和瞄准吊舱。用于各种作战飞机、武装直升机的导航、瞄准配备前视红外摄像机等设备的导航吊舱和瞄准吊舱用于飞机昼夜飞行和攻击的导航和搜索、捕捉目标，为制导武器及非制导武器提供精确制导和瞄准，以提高命中精度。大多数飞机都装有脉冲多普勒火控雷达、前视红外系统、红外搜索跟踪系统、微光电视设备、激光测距/目标指示系统和激光目标自动跟踪系统，使飞机能在各种恶劣气候条件下作战，而且大大增强了夜战能力。例如F-117A隐形飞机上装有红外搜索跟踪系统和激光测距/目标指示器，F/A-18多用途战斗机装有前视红外探测系统和激光跟踪器。美军飞机不仅配备先进的夜战装备，还普遍装有被动探测系统，使飞机能在机载雷达关机处于无线电静默状态下，完成攻击目标任务。（2）舰载观察和火控系统。红外夜视器材分辨率高，具有探测掠海飞行目标的优势。舰载跟踪用红外热像仪既可用于发射掠海导弹时提供目标数据，还可用于探测和报警敌方掠海导弹，减少反辐射导弹袭击的可能性。配备热成像设备在内的光电火控系统，便于识别目标并缩短武器系统的反应时间。（3）陆上侦测、瞄准、火控和车辆驾驶。红外热像仪等可用于夜间的战场侦察与观测；配有红外热瞄准具有反坦克导弹和火炮等武器能在夜间对目标进行精确定位、跟踪和射击；在火控系统中配有红外跟踪电视摄像机和高炮防空系统，不怕电子干扰，能有效地对付遥控飞行器和巡航导弹的威胁；配有红外夜视仪的坦克等车辆可在夜间关灯行驶，车长可在夜间进行观察指挥，炮长可在夜间进行瞄准射击。3红外前视红外前视即热成像观察系统，输出以灰度形式显示的外界物体的热分布图像，可以全天候使用，甚至可在能见度不佳的情况下正常工作。热成像观察设备输出的是视频图像，通常和电视制式相同，能实时观察目标的活动情况，将其安装在舰船上，用途广泛。3.1黑夜和雾中导航观察距离从几十米到上千米，观察目标包括附近的舰船、桥墩、航道中的障碍物、码头等，使用目的是保证航行的安全，防止碰撞。这类热像仪要求15°～50°的宽视场。由于视场较大，也为了降低成本，一般无须稳定和回转。热像仪的体积较小，通常使用非制冷长波热敏探测器，使用方便，容易推广使用。3.2中距观察观察距离在5km左右，用于夜间或雾中监视、跟踪、登陆、反恐、搜救等。观察目标主要是中小型舰艇、登陆岸滩、人员活动等。该热像仪可使用非制冷探测器，推荐焦距为33.3mm～100mm连续变焦的光学系统，配以规模为384×288元，元间间隔为35μm的探测器，热像仪的视场将在22.8°×17.1°到7.7°×5.8°间连续可变，分辨力最小为0.35mr。对30m长的小船识别距离超过6km，对人的探测距离约为1.9km。为了全方位搜索或观察目标，可把热像仪装在回转云台上。如果要求在船体摇晃情况下观察的图像稳定，则需将观察系统装在稳定平台上。3.3远距观察观察距离在8km以上，用于夜间远距离观察、监视、搜索、跟踪等。观察目标主要是大型舰艇和各种舰船，掌握夜间海上舰船活动态势。热像仪可选用制冷型长波或中波探测器。探测器的规模至少用320×256元，640×480元更佳；光学系统的焦距从150mm～600mm均可使用；为了满足监视、搜索、跟踪和瞄准的不同要求，可设计成两挡或三挡变焦的形式，具体的设计依赖于观察任务的性质，要求目标图像的清晰度和热像仪尺寸等因素。4红外制导导弹舰船上配备红外制导导弹主要用于对付空中的威胁，如超低空飞机、掠海导弹、巡航导弹等，也可用于攻击海面上舰船类目标，其作用距离一般可达10km。可用的制导方式有调制盘单元探测器导引头和多元制导导引头，为了提高抗干扰能力目前已发展有热成像制导的导引头，使用红外制导导弹，设备简单，操作快，适合于对近距威胁的快速反应和攻击。目前，红外制导导弹技术已相当成熟，已有多种国产对空和对舰红外制导导弹。红外制导系统多使用中波红外波段，主要探测目标的喷管、排气管、舰艇烟筒的辐射以及热排气流辐射，最先进的制导系统可用制冷型凝视焦平面阵列探测器，实现热成像制导，捕获视场为3°～5°。作用距离与目标的类型、状态有很大关系，通常近距格斗型多要求在10km左右能可靠地截获目标。稳定跟踪机构的结构形式很多，最好的已突破正交双框架形式，用极坐标三框架平台结构，实现±90大跟踪场。红外制导导弹用于海洋舰船上，可用作舰对空和舰对舰近距型导弹，也可把红外制导用于导弹的末制导阶段，实现对舰船和其他固定目标的中远距离打击，这种末制导类型是待导弹到达距目标适当距离时，制导系统快速搜索并捕获到目标，然后转入自动跟踪状态，直至摧毁目标。5红外隐身隐身技术是随着光电对抗技术的发展而不断发展起来的，其中雷达和红外作为最主要探测手段，是飞行器隐身技术最主要的两个方面[1-3]。红外探测技术具有被动探测、探测精度高、抗干扰能力强等优势，尤其随着高灵敏度、高分辨率红外成像探测技术的发展，某些红外探测系统（如IRST）或制导系统对目标的探测距离甚至达到了雷达对目标探测距离的水平，对飞行器构成了日益严重的威胁。因此，红外隐身技术越来越受到重视，目前已广泛地应用于战斗机、轰炸机、直升机和无人机等飞行器，其中以美国F35、F22等第四代战斗机为代表的隐身战斗机，综合采用多种先进的红外特征抑制技术来降低飞机的红外辐射，相对于第三代战斗机在具有较好的红外隐身能力。6、红外通信利用红外辐射来传递声音和编码信号的技术叫红外通信。红外通信与无线电通讯相似,但使用的电磁波的波段不同,它比无线电通信的保密性高、通信距离远。如采用砷化镓激光器进行红外通信,其通信距离可达100km。军事后勤方面,利用红外技术可诊断治疗多种疾病、加工食品、烘干喷漆;利用红外测温仪或热像仪可实行不接触检查输电线路的故障;利用红外报警装置可警戒、监视敌情等。另外,红外技术还可用于气象测量、测距、红外引信等。四、军用红外技术的未来从技术角度讲,红外技术有4大优点：（1）环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力;(2)隐蔽性好,一般都是被动接收目标的信号,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;(3)由于是靠目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;(4)红外系统的体积小、重量轻、功耗低，特别适用于“发射后不管”的精确制导武器。因此，未来的红外技术仍将朝保持其优点的方向发展。从国际的大环境看,冷战结束后,美国进行了全球战略的调整,美军为未来作战提出的7种作战能力中头2种都与红外技术密切相关,即能将全球监视系统和通信系统以及有关数据的合成与处理集中用于某一战区,形成信息优势。在全天候昼夜条件下能伪装和突破防线，识别和打击重要的固定和机动目标。在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下,作为高新技术的红外技术,在未来军事技术中的作用将更加广泛和重要,其战略地位表现在3个方面：（1）红外技术是国家安全依赖的主要探测技术手段（2）红外技术应用更加广泛（3）红外技术是未来高技术局部战争使用的主要技术之一五、结论：本文旨介绍红外技术的物理基础并讲述红外技术在军事领域的应用。随着红外技术的发展,各国所掌握的红外技术的先进与否,在各国军事竞争当中举足轻重，将是取得未来高技术战争胜负的主导因素之一。参考文献：[1]蔡毅红外技术在未来军事技术中的地位和作用.红外技术.1995,3(21)[2]陈胜哲红外技术在军事上的应用.光学技术.2006,32[3]刘新永红外技术的物理基础及其军事应用.安徽电子信息职业技术学院学报.2007,3(6)[4]红外探测系统在军事海洋中的应用.海洋信息技术.2007,1[5]红外探测技术在军事上的应用.红外与激光工程.2008.6,(37)[6]曲兆俊F35隐身战斗机红外辐射特性建模.红外技术.2014,11(36)[7]宁成达.红外搜索跟踪系统模型设计及军事侦查中的应用分析.创新技术.2014,28