红外遥感技术在军事方面的运用

红外遥感技术在军事方面的运用摘要：目前国际军事形势总体上趋于缓和，但天下并不太平，展望21世纪，国际关系错综复杂，世界各种力量不断分化组合。交流与合作，斗争与竞赛交织在一起，将是21世纪国际安全环境和军事形势的基本形态。而随着高科技技术在军事领域的广泛应用，现代战争已进入了高技术阶段，由于战争中高级技术武器装备的大量使用和新的作战理论的先导作用，引起了战争形态的重大变革。从而导致了战争规模，样式和进程的变化。战争已由简单的身体对抗化为智慧的较量。正文：遥感技术是指安装与平台上的传感器，以电磁波为信息传播媒介，从遥远的地方感知地球表面和一定空间范围内的对象，从而识别地面物体的全过程，他是与航空遥感，在20世纪60年代发展起来的移民新型的综合性的边缘学科，从70年代以来，随着新的航天遥感平台的不断升空，新型传感器的研制，航天遥感技术的发展。应用领域从军事应用发展到一地球环境和资源的监测和研究为目标的尖端技术。在现代化战争中，军事侦察，监视与制导已完全离不开遥感技术。一、红外线的起源与发展1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。红外技术在军事上的实际应用始于第二次世界大战期间。当时,德国研制和使用了一些红外技术装备,其中有红外通信设备和红外夜视仪，它们都属于主动式红外系统。战后，由于红外光子探测器和透红外光学材料的迅速发展，红外技术的应用引起军事部门的重视。此后，红外技术的发展方向集中在被动式系统上。50年代，红外点源制导系统应用于战术导弹上。60年代，红外技术的军事应用已相当广泛，如已应用于制导、火控、瞄准、侦察和监视等。60年代中期，出现了光机扫描的红外成像技术。70年代，红外成像技术获得迅速发展，热成像系统和电荷耦合器件的应用是这一时期的重要成果。80年代,红外技术进入研制镶嵌焦面阵列（CCD阵列）系统的新时期。二、红外线的基本概念自然界中,一切温度高于绝对零度摄氏-273.16的物体都不断地辐射着红外线,这种现象称为热辐射。红外线是一种人眼不可见的光波，它是由物质内部的分子、原子的运动所产生的电磁辐射，是电磁频谱的一部分,其波段介于可见光和微波波段之间(0.76～1000微米)。通常按波长把红外光谱分成4个波段:近红外（0.76～3微米）、中红外（3～6微米）、中远红外（6～20微米）和远红外（20～1000微米）。一切物体都有其自身的红外辐射特性。为研究各种不同物体的红外辐射，人们用理想辐射体──绝对黑体（简称黑体）作基准。能吸收全部入射的辐射而没有反射的物体称为黑体。良好的吸收体必然也是良好的辐射体,因此黑体的辐射效率最高，其比辐射率定为1。任何实际物体的辐射发射量与同一温度下黑体的辐射发射量之比,称为该物体的比辐射率，其值总是小于1。物体的比辐射率，与物体的材料种类、表面特性、温度、波长等因素有关。黑体的辐射特性可用普朗克定律描述，该定律给出了黑体辐射作为温度函数的光谱分布。对某一温度，辐射量最大的波长与其温度的乘积为常数，这个关系称维恩定律（适用于在温度较低，波长较短的范围内）。对所有波长积分所得到的总辐射量与温度的四次方成正比，这个关系称为斯蒂芬－玻尔兹曼定律。物体发出的辐射，大都要通过大气才能到达红外光学系统。由于大气中二氧化碳、水汽等气体对红外辐射会产生选择性吸收和其他微粒的散射，使红外辐射发生不同程度的衰减。人们把某些衰减较小的波段，称为大气窗口。在0.76～20微米波段内有3个大气窗口:1～2.7微米,3～5微米，8～14微米。目前红外系统所使用的波段，大都限于上述大气窗口之中（大气窗口还与大气成份、温度和相对湿度等因素有关）。由于红外系统所探测的目标处于各自的特定背景之中，从而使探测过程复杂化。因此，在设计红外系统时，不但要考虑红外辐射在大气中的传输效应，还要采用抑制背景技术，以提高红外系统探测和识别目标的能力。红外系统按工作原理，可分为主动式和被动式两类。主动式系统需自带红外光源照射目标；被动式系统则直接探测目标的红外辐射。后者是占主导地位的军用红外系统，如热成像系统、搜索跟踪系统、红外辐射计和警戒系统等。按信息提供方式，可分为成像和点源系统。按工作方式，还可分为扫描和非扫描系统三、红外线遥感技术及军事侦察在紫外至红外光学波段范围内远距离获取目标和环境信息的技术。任何物体都能辐射和反射电磁波，并具有不同的辐射和反射特性。利用不同的光学遥感器，从空中或远距离探测目标和环境的光学波段电磁波信息，经光学、电子技术处理后，为军事应用、科学研究和经济建设服务。光学遥感技术的发展可追溯到19世纪，1858年在巴黎上空的气球上拍摄了第一张空中照片。20世纪初发明飞机后，航空摄影广泛用于军事侦察，黑白、彩色的可见光和近红外波段照相技术得到实际应用。60年代初，美国研制成功红外扫描仪和多光谱扫描仪，提供了新的遥感手段。1957年人造地球卫星发射成功后，航天遥感技术得到迅速发展，照相侦察卫星、预警卫星、测地卫星、气象卫星和载人飞船等多种航天器上，广泛采用可见光、红外和多光谱遥感设备。随着光学遥感器性能和信息处理技术水平的提高，光学遥感技术已成为一种先进的探测手段，在农业、工业、科研和国防建设中得到广泛应用。中国在1930年初开始采用航空摄影测量。20世纪50年代，开展了航测仪器的研制，进行了大规模的航测工作。60年代中期，开始研制红外扫描相机。现已研制成多种可见光、红外和多光谱遥感仪器，在航空遥感和航天遥感中应用。从1975～1994年中国发射了15颗返回型遥感卫星和2颗气象卫星，获得了大量光学遥感资料，取得了显著的效益。各种物体和军事目标,由于它们的种类、结构和环境条件不同，对不同的光谱波长具有各不相同的反射率和辐射率，它们反射和辐射光波的能量大小及其随波长的分布特性，是光学遥感技术的物理基础。在0.3～2.5微米波段内，它们主要反射太阳辐射的电磁波，本身的热辐射可以忽略不计。在波长大于6微米的波段，则主要是本身的热辐射，太阳辐射的影响较小。在2.5～6微米波段内，太阳辐射和本身的热辐射均应考虑。大气对不同波长的光波有不同的透射特性，只有大气透过率高的那些波段范围可供遥感应用，这些波段称为大气窗口。常用的波段有0.3～2.7．3～5和8～14微米。光学遥感的工作方式，可分为接收自然辐射能的被动方式和接收人造辐射能的主动方式。被动方式是利用地物和目标对太阳光的反射和自身的辐射光进行探测，是光学遥感的主要工作方式。（一）、遥感器在紫外、可见光和近红外波段，常用的遥感器有远距离照相机、多光谱照相机、航空照相机、电视摄像机和电荷耦合器件扫描仪等。在中远红外波段，通常采用红外辐射计、红外扫描仪、热像仪等。照相机用胶片记录地物和目标的影像，其特点是空间几何分辨率高，但只能在有光照和晴朗天气条件下使用。利用光电探测器(见红外探测器、像增强器)和分光、扫描技术，获取的信息经过光电转换，既能用胶片或磁带记录，又能用无线或有线通信手段进行远距离传输，并能进行实时处理、显示，已在航天、航空遥感中广泛应用。光学遥感器按记录信息的不同形式，可分为成像式遥感器和非成像式遥感器两类。成像式遥感器用于获取地物和目标光辐射或反射的空间分布图像，各种照相机、扫描仪和成像雷达等都属此类，在军事上应用最广。非成像式遥感器用于测量光辐射强度、光谱分布或其他特征数据，如各种辐射计、波谱仪等。（二）、遥感平台装载遥感器的工具。常用的遥感平台有飞机、高空气球和航天器等。遥感信息处理设备，为了满足不同的应用要求，需要对光学遥感获取的信息进行辐射校正和几何校正、图像整饰、特征提取、分类以及各种专题处理。常用的处理方法有光学的和电子学的两种。图像的光学处理是对记录信息的胶片进行几何纠正和图像的光学变换，以达到图像复原、增强、差异提取、假彩色合成和图像识别等不同目的。图像的电子学处理也称为数字处理，是用电子计算机进行校正、增强、分类，提供需要的专题信息，可在高分辨率彩色显示器上显示，或用输出设备制成图片。在进行遥感信息处理和应用时，必须知道地物、环境和军事目标的光学特性(见目标与背景的光学特性)，才能对获取的信息作出正确的判断和解译。为此，需要进行大量的调查研究和实际测量，建立目标与背景光学特性数据库。（三）、遥感的军事应用采用光学遥感技术可以探测和识别各种军事目标，在侦察、预警、制导、测绘、气象等方面有广泛的应用。1、光学侦察可见光照相的分辨率高，在晴朗的天气下能分辨军事目标的细节，是军事侦察的一种重要手段。红外遥感能昼夜工作，温度分辨率高，获取的信息可实时传输和处理显示。多光谱遥感的波段范围宽，光谱信息丰富，有利于识别目标。装载有各种光学遥感器的侦察卫星和侦察飞机，能对地面、海洋的军事目标进行连续的侦察和监视，红外遥感还可以发现潜航中的潜艇。航天、航空遥感具有侦察范围广、发现目标快等特点，是战略侦察和战术侦察的重要手段。2、红外预警星载或机载红外遥感设备可发现和跟踪敌方导弹、飞机等目标。主要是在预警卫星上采用红外预警，对洲际和潜射导弹进行监视。导弹发射时，发动机喷焰温度高达3000℃以上，辐射出很强的红外线。将红外探测设备安装在地球同步轨道或其他轨道的预警卫星上，由多颗卫星组成预警网，可覆盖全球，提供15～30分钟的预警时间。采用长波红外探测器，可探测被动段飞行的运载火箭和弹头。将红外探测设备安装在预警飞机上，可以警戒敌方导弹和飞机的入侵。3、光电制导光学遥感技术用于武器制导，可大幅度提高武器的命中精度。红外制导、激光制导和光电复合制导技术，已广泛用于战术导弹、炮弹和航空炸弹的制导，也可用于战略导弹的末制导。红外制导是用遥感器探测目标自身的红外辐射，隐蔽性好，角分辨率高，红外成像制导具有识别目标能力。激光制导是用激光照射目标，用遥感器探测目标反射的激光信号，与雷达制导相比，具有制导精度高、抗电磁干扰能力强的优点。此外，电视、红外、激光和雷达等不同制导方式组成的光电复合制导，可根据不同情况灵活使用。4、军事测绘航空摄影早已用于测绘军事地图。利用卫星进行大地测绘，具有测绘速度快、范围广和精度高等特点。卫星上通常装有高精度照相机、多光谱扫描仪等，地物相机对地面景物拍照，用星相机同步拍摄恒星，并用地面测量设备精确测定卫星的轨道，从而保证测量结果的准确性。卫星遥感资料经过处理后，可制成各种军用地图。5、气象探测气象卫星上装有可见光、红外、多光谱扫描仪和辐射计等多种光学遥感设备，能实时获取全球的气象资料，为军事行动提供气象保障。利用激光探测设备，可监测大气成分、污染和毒剂。专门设计的激光雷达还可测量大气的温度、湿度、风速，能见度和云层高度。光电技术的发展，如电荷耦合器件、红外焦平面器件的出现，使探测器的集成度提高数个数量级。光学遥感器的测量精度、探测距离将进一步提高，获取的图像质量将大大改善。光学、精密机械与电子技术紧密结合，使光学遥感技术向智能化的方向发展。四、展望1990年8月，海湾危机爆发，以后数月间，多国部队的34颗侦察卫星，260多架各型电子侦察机，41架预警机，以及地面的39个无线电监听站，21个侦察营紧张侦察，美军以将伊拉克的全部高频、超高频等无线电信号截获并加以分析，战前24小时又对伊军进行了全频程，全方位，全纵深的大规模电子干扰，海湾战区一时间成了光磁，声电交织的网络。这场战争集中使用了各类精确制导武器，红外线遥感的应用，及多种新型夜视器材的应用，使夜战具有了新的内容，C3I系统的运用则使战区战役指挥与后方战略指挥、战场各作战集团的技术指挥达成了沟通，确保了快速，准确的信息传递与处理。遥感技术的组成域包括：1、空间信息采集；2、地面接收和预处理系统；3、地面实况调查；4、信息应用分析系统。在伊拉克战争中，遥感技术发挥了重要的作用，如打击目标的确定，水源的发现，全球定位测宇宙战的定位，地下坑道的发现，隐藏所的目标所定等。为战争的战略指挥和后勤工作做了充分的准备，最大限度的发挥攻击效益，极大的增强了军队战斗力。自动化侦察系统，搜集预处理情报系统，自动化通信系统，气象侦察预天气预报等，充分保障了空中，地面作战的进行。对地方实施彻底有力的打击。