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光电探测技术在武器装备的使用

光电探测技术在武器装备的使用
康凯 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所,河南 洛阳 471000

摘要: 光电探测技术是根据被探测对象辐射或反射的光波的特征来探测和识别对象的一种技 术,这种技术本身就赋予光电技术在军事应用中的优点,即“看得更清、打得更准、反应更 快、生存能力更强” ,本文对红外探测技术,紫外探测技术,多光谱/超光谱成像技术和激光 雷达成像技术进行了论述。 关键词:光电;探测技术;武器装备 0、引言 光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术,它包括光电侦察、夜视、导航、制 导、 寻的、 搜索、 跟踪和识别多种功能。 光电探测包括从紫外光 (0.2~0.4μ m) 、 可见光 (0.4~ 0.7μ m) 、红外光(1~3μ m,3~5μ m,8~12μ m)等多种波段的光信号的探测。新一代光 电探测技术及其智能化,将使相关武器获得更长的作用距离,更强的单目标/多目标探测和 识别能力,从而实现更准确的打击和快速反应,在极小伤亡的情况下取得战争的主动权。同 时使武器装备具有很强的自主决策能力,增强了对抗,反对抗和自身的生存能力。现代高技 术战争的显著特点首先是信息战, 而信息战中首要的任务是如何获取信息。 谁获取更多信息, 谁最早获取信息,谁就掌握信息战的主动权。光电探测正是获取信息的重要手段。微波雷达 和光电子成像设备常常一起使用,互相取长补短,相辅相成,可以获取更多信息,可以更早 获取信息。前者作用距离远,能全天候工作;后者分辨率高,识别能力和抗干扰能力强。无 论侦察卫星、 预警卫星、 预警飞机还是无人侦察机往往同时装备合成孔径雷达和 CCD 相机、 红外热像仪或多光谱相机。 1、 红外探测技术 红外探测技术目前主要分为近红外,中红外和远红外三种研究领域,中红外探测技术由 于中红外线的高强度和高穿透性,研究也最为成熟,可以分析物质的分子组成。远红外的主 要优点就是其穿透性,用于探测,加热等,应用也比较广泛。近红外由于其强度小,穿透力 一般,用近红外技术可以做某些成分的定量检测,最关键的是还不必破坏试样。随着计算机 技术和集成电路的发展,ROIC 已有很大的进展,中规模的红外焦平面阵列和相应的读出电 路在二十 世纪九十年代已形成生产规模,现在先进国家正在研制用于大规模焦平面阵列和 其有多种功能的 ROIC 和智能化焦平面阵列。 智能焦平面阵列也叫做片上系统,片上信号 处理意思是在光敏元芯片上或是最接近光敏元的区域内模仿脊椎动物视网膜的功能,对光电转换后的信号作前期的处理,然后再输出后续的数据处理。 2、光子探测技术 单光子探测技术,是一种新式光电探测技术,其原理是利用新式光电效应,可对入射的

单个光子进行计数,以实现对极微弱目标信号的探测。有关专家认为,单光子探测技术能将 现有的机载光电探测距离从几十公里提高到几千公里,势必带来机载目标探测系统的革命, 极大地改变未来空天战场的作战方式。空战将从“中距”拉向“远距” 。配装单光子探测系 统的作战飞机,由于对空目标探测距离极远,将使空中作战从目前的中距进一步扩为远距。 如:配挂单光子超远程空空导弹,火力攻击距离可达到几百到几千公里之外。空中战争将从 传统的几十公里的超视距作战变为间隔几千公里的非接触战争。 利用空中平台或临近空间平 台配装单光子探测系统, 构建单光子探测网络, 只需几部单光子探测系统就可实现对领空的 全域覆盖。 在此基础上用地面或空中远程导弹构建空中地面联合火力网, 把单光子探测网络 作为网络中心战的目标探测网络系统, 可对任何位置发射的导弹进行目标指引, 有效攻击全 球目标。 3、 激光雷达成像技术 激光雷达(LaserDetectionAndRanging,缩写 Ladar)是以激光波束为信息载体的雷达。 激光雷达结合了激光技术和雷达技术的优势,将工作频段从微波、毫米波频段延伸到波长更 短的光频段,具有许多优点:体积和重量小、测角精度可达 1μ rad 量级、作用距离可达数百 到数千千米、测距精度达几厘米到 20cm、速度分辨率优于 0.01m/s、测速范围广、能获得目 标的多种图像,三维强度像、距离像、多普勒像等。此外,激光雷达还具有一些独特的优势: 利用蓝绿激光在水中传输的窗口效应,可以从 机载平台上对水下目标进行快速探测和定位; 激光雷达优异的单色性和极小的脉冲宽度使其能排除背景和地面杂波干扰,高效探测超低空 目标,可用于跟踪近地飞行的导弹;激光雷达的快速响应速率、 高分辨率、 同时跟踪多个目标 和能够穿透“等离子体鞘”等优点,。激光雷达由于光束窄,扫描速度有限,需要与红外、 可见光、毫米波雷达一起工作,进而通过数据融合,提高系统性能。激光成像技术目前主要 有扫描成像,激光照明距离选通成像、激光照明单次成像和相干激光雷达。随着激光二极管 泵浦技术和新的固体激光材料研究的进展, 高效、 全固体化且人眼安全的小型固体激光雷达 正在得到发展,已经实验用于外差多普勒激光雷达、距离成像和障碍物回避等领域 。 4、 紫外探测技术 紫外探测技术是军民两用光电探测技术之一, 紫外探测的军事应用主要有导弹制导, 来 袭导弹告警, 生化战剂探测, 军用气象和军用短程通信等。 主要发展有三种类型紫外探测器, 即光电倍增管、成像紫外传感器和 AlGaN/GaN 光电二极管成像阵列。短波紫外探测器领域 的研究集中在实现“日盲”探测器上,即对 280nm 以上的光子不灵敏探测器。紫外探测技 术的应用范围正在不断扩大, 从低速飞行器扩展到高速飞行器, 从空中平台扩展到地面的坦 克和装甲车以及水面舰艇, 从探测导弹威胁信息扩展到探测飞机等其他威胁信息。 随着紫外 探测器和紫外摄像器件制造技术的不断发展紫外探测技术必将成为重要的军事装备技术之 一 。 参考文献:
[2] [1]

[1] 马超杰; 吴丹.新体制军用激光雷达成像技术[M].航空兵器.2007(08) [2] 江巍.紫外探测系统设计技术研究[M].西安电子科技大学.2007-01-01 作者简介: 康 凯(1980.11-)男,河南郑州,大学本科,工程师,研究方向:嵌入式软硬件、自动化 控制系统


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