红外技术在军事领域中的应用

红外技术在军事领域中的应用姓名：肖媛班级：089412指导老师：高有堂（教授）系别：电子与电气工程系专业：电子与电气工程系[摘要]红外线是一种电磁波,具有与无线电波及可见光一样的本质,红外线的波长在0.76μm～100μm之间,按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类,在自然界中任何温度高于绝对零度(0K或－273℃)的物体都在向外辐射各种波长的红外线。物体的温度越高其辐射红外线的强度也越大。我们根据各类目标和背景辐射特性的差异就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测跟踪和识别以获取目标信息。在现代的战场中，谁获取战场信息多，谁就对战争拥有更多的主动权。然而红外技术是获取战场信息的关键技术之一，因此本文着重介绍红外技术在军事领域的应用。即包括红外侦察、红外夜视、红外制导、红外成像制导、红外音声等,这些都是现代战争和未来战争中必不可少的战术和战略手段。[关键词]红外技术军事领域战略手段InfraredtechnologyapplicationinmilitaryfieldAbstract：Infraredrayisakindofelectromagneticwave,witharadiospreadasvisiblelight,theessenceofinfraredwavelengthsisbetween0.76uand100μm,accordingtothescopeofthewavelengthitcanbedividedintothenearinfrared,infrared,farinfrared,veryfarinfraredfourclasses,inournaturalworldtheobjectswhosetemperatureaboveabsolutezero(0K或－273℃)havethedifferentwavelengthradiation.thehighertemperatureoftheinfraredobjectradiation,thebiggerthestrengthoftheInfraredray.AccordingtothetargetandbackgroundradiationcharacteristicsofofallkindsofdifferencesWecanuseinfraredtechnologyinthedaysandnightsoftargetdetectiontrackingandrecognitionfortargetinformation.Inthemodernbattlefield,whogetmorebattlefieldinformation,whohasmoreinitiativetowar.Howeverinfraredtechnologyistobecomeoneofthekeytechnologiesinthebattlefieldinformation,sointhispaper,infraredtechnologyapplicationsinthemilitaryarea.Namelyincludinginfraredreconnaissance,infrarednightvision,infraredguidance,infraredimagingguidance,infraredvoiceandsoon,thesearemodernwarfareandthefuturewarnecessarytacticsandstrategymeans.keywords：infraredtechnologyMilitaryFieldwarmeans1引言红外光在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。红外技术是研究红外辐射的产生、传输、转换探测及应用的一种高新技术，军事应用是推动红外技术发展的主要动力。在历次战争中，红外技术曾显示出巨大的威力，它已成为现代军事装备的重要组成部分。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。2红外技术2.1红外探测技术2.1.1红外侦察用于地（水）面、空中和空间的红外侦察设备，有红外照相机、红外扫描仪、红外望远镜、红外热像仪和主动式红外成像系统等。地面红外侦察设备主要是红外热像仪和主动式红外夜视仪。潜艇使用的红外潜望镜，已具有伸出水面迅速扫描一周，收回后再显示观察的功能。水面舰船可借助红外探测跟踪系统，监视敌方飞机和舰船的入侵。80年代初多数采用点源探测系统，迎头探测飞机的距离为20公里，尾追约100公里；观测主动段战略导弹的距离大于1000公里。红外跟踪头与电影经纬仪和激光雷达配合，还可用于靶场测量。第二次世界大战中，军用侦察机采用红外假彩色照相取得了明显的侦察效果。但红外胶片仅能敏感0.9微米以下的红外辐射,且保存困难。60年代以来,机载红外侦察设备主要采用红外扫描照相机，以后又采用热像仪。红外扫描照相机是一种将目标和背景的图像通过光机扫描－光电-电光转换后,使其照在可见光胶片上成像的设备。60年代,这类设备的角分辨率仅为0.5毫弧度（即在1000米高空可区分开0.5米的间距)。现代红外扫描照相机的分辨率已提高一个数量级。（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有人或无人驾驶的侦察机（含直升机）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。空间红外侦察设备已用于导弹预警卫星、气象卫星、陆地卫星和照相侦察卫星上。导弹预警卫星可利用星上的红外望远镜实时发现飞出大气层的来袭战略导弹，并监视其飞行。军用气象卫星可利用星上的双通道行扫描仪拍摄全球云图。陆地卫星可利用星上的中远红外波段设备进行战略侦察。照相侦察卫星可利用星上的高分辨率的红外成像设备，昼夜侦察和监视对方的军事目标和军事活动。2.1.2红外夜视（1）用于各种作战飞机、武装直升机的夜间导航、瞄准配备前视红外设备的导航吊舱和瞄准吊舱可用于飞机夜间飞行和攻击时的导航，目标搜索和跟踪，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。（2）用于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。配有热成像设备的光电火控系统，便于识别目标并缩短武器系统的反应时间。（3）用于陆上侦测、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：配有红外热瞄准具的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。2.2红外制导50年代中期，美、英、法等国相继研制成功“响尾蛇”、“火光”和“马特拉”等第一代红外制导的空空战术导弹。导弹的红外导引头采用非致冷硫化铅探测器，工作波段1～3微米。它只能对敌机作尾追攻击，易受阳光干扰。随着红外技术的发展，红外制导系统日益完善。60年代以后，在三个大气窗口都相继有了可供实用的红外系统，攻击方式从尾追发展到全向攻击，制导方式也有了全红外制导(点源制导和成像制导)和复合制导（红外/电视、红外/无线电指令、红外/雷达）。2.2.1红外点源制导红外点源制导是把目标视为一个点源红外辐射体，红外接收设备，接收目标红外辐射，经聚焦和光电转换，解析出控制导弹飞行的控制信号，制导导弹飞向目标。主要应用于空对空和地对空导弹。美国响尾蛇(SideWinder)系列空对空导弹，即为这种制导体制的典型代表。几十年来在集中于提高制导精度，提高灵敏度，加强抗干扰能力，扩大攻击目标范围等方面的研究与改进。几十年来，在多次空战中创造了令人瞩目的战绩。在现在的空战中仍在应用，是现代作战飞机的重要装备。现在已从AIM-9A发展到AIM-9M等多种型号。红外点源寻的制导也成功的应用于防空导弹武器。美国的“小桷树”（Chaparral）防空导弹“红眼睛”（Redeye）“防空导弹尾刺”（Stinger）防空导弹、法国的“西北”（Mistral）防空导弹及前苏联的“SAM-7”防空导弹等都是采用红外点源寻的制导，红外点源寻的制导导弹，一般用于近程、低空制导导弹。红外点源寻的制导，设备简单、造价低是其突出优点。但是，灵敏度低、精度差、易受干扰的缺点限制了发展和应用。2.2.2红外成像制导红外成像制导是红外成像接收设备接收由于目标体表面温度分布及辐射系统的差异而形成目标体的“热图”。信息处理器对目标“热图”进行处理与分析，给出导弹飞行的控制信号控制导弹飞向目标，红外成像制导主要用于高级自动寻的导弹武器。第一代为光机扫描红外成像制导。它是使用单元或多元阵列红外探测器通过两维或一维的光机扫描成像，其代表武器型号为美国投资32亿美元，由美国休斯（HUGHES）公司研制的“小牛”（Mavcrik）AGM-65D空地反坦克导弹和AGM-65F反舰导弹。采用16元线列长波碲镉汞红外探测器，装于动力陀螺外转子上的20面内反射镜扫描成像，对地面坦克的成像距离可达6km，该导弹在海湾战争中，得以成功使用。第二代红外成像制导称之为凝视型红外成像制导技术。它是用高性能的焦面阵（FPA）红外探测器组成的红外成像器，对目标凝视成像。美国的反坦克导弹“坦克破坏者”（TankBrcaker）采用64×64元焦面阵长波红外凝视成像的制导。美国海军最新装备的AGM-84斯拉姆（SLAM）空射巡航导弹末端采用红外凝视成像制导。欧洲三国英法德联合研制的“崔格特”（Trigat）反坦克导弹原为激光半主动制导，现也改为凝视红外成像制导。美国正在研制试验的、计划在2004年总投资在141亿美元的”战区高空区域防御系统“（THAAD）其拦截导弹的动能拦截器（KKV），选用由美国劳拉红外成像系统公司研制的256×256元中波凝视红外成像寻的。它对目标的截获距达40km，制导精度小于1m，可实现直接与目标撞击。视场、帧频、积分时间可变。并具备目标识别功能美国“大气层内拦截计划”（AIT）的动能拦截器，拟采用双色256×256像元的红外凝视成像寻的。凝视红外成像制导技术也应用于防空导弹的火控系统。如美国的“霍克”防空导弹火控系统中加装了中波128×128像元的凝视红外成像跟踪器，并与电视和激光测距共用“共口径”光学系统，构成“霍克”的光学辅助跟踪系统（ITAS），在反辐射导弹攻击情况，下完成对空作战制导任务。从技术发展和应用效能等角度看，凝视红外成像制导，无疑将是今后精确制导武器十分重要的技术发展方向。2.3红外隐身技术红外隐身就是利用红外抑制器、低发射率涂料等技术，降低目标的红外辐射特性，以达到减弱目标红外辐射强度的一种隐身技术。其特点是：（1）使武器系统的隐身性能增强，增大了敌方防御难度，从而提高武器系统的战场生存能力；战略武器系统采用红外隐身技术可使