7第七章红外技术在军事上的应用42页PPT
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红外热成像仪在军事中的应用我们人眼能够感受到的可见光波长为:0.38—0.78微米。
通常我们将比0.78微米长的电磁波,称为红外线。
自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。
自然界所有温度在绝对零度(-273℃)以上的物体都会发出红外线,红外线(或称热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射。
大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3~5微米和8~14微米的红外线却是透明的。
因此,这两个波段被称为红外线的“大气窗口”。
我们利用这两个窗口,可以在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的恶劣环境,能够清晰地观察到前方的情况。
正是由于这个特点,红外热成像技术可用在安全防范的夜间监视和森林防火监控系统中。
同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
用红外热成像技术,探测目标物体的红外辐射,并通过光电转换、信号处理等手段,将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备,我们称为红外热成像仪。
随着光电信息、微电子、网络通信、数字视频、多媒体技术及传感技术的发展,安防监控技术已由传统的模拟走向高度集成的数字化、智能化、网络化。
随着军用的需求的增加,现代高新技术几乎在军队系统中都有应用或即将应用。
现代传感技术中发展迅速的红外热成像技术在军内系统中也开始得到了应用。
红外热成像我们人眼能够感受到的可见光波长为:0.38—0.78微米。
通常我们将比0.78微米长的电磁波,称为红外线。
自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。
同一目标的热图像和可见光图像是不同,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。
红外隐身技术在军事中的应用摘要:在现代军事中,随着现代军用红外探测和图像处理技术日益发展,其技术的精准性也随着现代军事的发展而更加精确,已成为军事探测和制导武器非常重要的使用手段,从而对军事设施和武器装备的威胁也越来越大。
因此红外隐身技术也成为军事战争中提高目标隐身能力和战斗力的重要技术因素。
关键词:隐身技术军事上个世纪,红外隐身技术经历了三个发展时期,分别为探索时期、技术全面发展时期和应用时期。
80年代开始,红外隐身技术已经在先进国家研制的新型飞机、舰船和坦克装甲车辆等得到了广泛采用。
一、红外隐身技术原理通过降低或改变目标的红外辐射特征来实现降低目标的可探测性称之为红外隐身技术。
它是通过更改结构的设计和应用红外物理原理来衰减吸收目标红外辐射的能量,从而实现目标的低可探测性。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律可知,物体辐射红外能量不仅取决于物体温度,还取决于物体的比辐射率。
温度相同的物体,引起比辐射率的不同导致探测器上将显示出不同的红外图像。
鉴于一般军事目标的辐射都强于背景,所以采用低比辐射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。
另一方面,为降低目标表面温度,热红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力,以使目标表面温度尽可能接近背景温度,从而降低目标和背景的辐射对比度,减小目标的被探测概率。
二、红外隐身技术在飞机上的应用1.发动机喷管采用碳纤维增强的碳复合材料或陶瓷复合材料,喷口安放在机体上方或喷管向上弯曲,利于弹体遮挡红外挡板,在喷口附近安装排气挡板或红外吸收装置,或使飞机采用大角度倾斜的尾翼等遮挡红外辐射;在尾喷管内部表面喷涂低发射率涂料;采用矢量推力二元喷管、S形二元喷管等降低排气温度冷却速度,从而减少排气红外辐射;在燃料中加入添加剂,以抑制和改变喷焰的红外辐射频带,使之处于导弹响应波段之外。
2.采用散热量小的发动机。
隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机,它与涡轮喷气发动机相比,飞机的平均排气温度降低2000C~2500C,从而使飞机的红外隐身性能得到大大改善。
红外夜视技术在军事应用中的探索与应用随着科学技术的快速发展,红外夜视技术在军事领域中的应用越来越广泛。
作为一种高精度、高效率的技术手段,红外夜视技术主要基于红外辐射的特性,通过探测和辨识目标的热辐射信号,从而实现对目标的识别和追踪。
本文将从红外夜视技术的基本原理、发展历程、应用案例等方面,对其在军事领域中的探索和应用进行探讨。
一. 红外夜视技术的基本原理红外夜视技术主要是通过探测目标的热辐射信号,实现对目标的识别和目标搜索追踪的一种技术手段。
红外夜视技术主要应用于人造卫星、军事装备、热成像仪、热力学研究、疾病诊断等领域,而在军事领域中尤为重要。
红外夜视技术的光谱波段主要包括红外-A波段(0.75~3μm)、红外-B波段(3~6μm)、红外-C波段(8~14μm)等,其中红外-C波段的应用最为广泛。
红外夜视技术的基本原理主要是通过探测目标的热辐射信号,分析目标的热辐射信息,然后将其转化为图像信号。
技术原理主要包括红外辐射探测和信号处理两个部分。
除此之外,红外夜视技术还需要依赖一些辅助设备,如红外成像机、红外探测器等,从而保证其在复杂的环境下的目标搜索定位、目标识别、目标跟踪等能力。
二. 红外夜视技术的发展历程红外夜视技术起源于20世纪60年代,最开始主要是用于军事领域的基本研究,以及海、空、陆三军的作战准备。
后来,随着技术的不断发展,红外夜视技术得以广泛应用于各个领域。
在军事领域中,红外夜视技术主要应用于侦察、监视、目标搜索、火力打击等方面。
在战争中,红外夜视设备不仅可以帮助士兵掌握敌情,发现潜伏在黑暗中的敌人,而且还可以帮助士兵准确打击敌人,并且降低自己的损失。
从技术发展的角度来说,红外夜视技术的发展已经经历了从最早期的CTM、HgCdTe单元探测器到今天的InSb和MCT探测器等多个阶段。
随着技术的进步,红外夜视设备的灵敏度和分辨率不断提高,越来越多的应用场景得到了拓展,使得红外夜视技术在军事领域中的应用得到了各国军事力量的广泛认可。
美军双色和多色传感器技术的进展极快,目前已从Si、HgCdTe或QWIP焦平面阵列分离器件的组合过渡到了单片式阵列,其中GaAlAs QWIP焦平面阵列的双色、三色、四色等多色传感器发展尤为突出。
除了雷声、洛克威尔科学中心等机构已研制出的640×512像素的双色阵列和陆军通信电子司令部夜视和电子传感器管理局已在准备评估3mm~5mm波段和8mm~14mm波段的1024×1024元双色传感器阵列外,美国海军研究实验室正投资一个耗资1100万美元的三年研发计划,计划开发HgCdTe中波双色凝视红外焦平面阵列,复盖波段为4.5mm~5.0mm和4.0mm~4.5mm;美国国防高级研究规划局(DARPA)也已出资1600万美元,让QWIP技术公司为其发展同时可在可见光、二个中波红外和长波红外波段工作的四色焦平面阵列。
2、反巡航导弹舰载防御技术—红外搜索、跟踪和拦截系统[3,4,5,6](1)海军面临的严重威胁巡航导弹是一种主要以巡航姿态飞行的精确制导打击武器。
它问世于第二次世界大战,经过数十年的发展,已成为目前战场上的主要精确打击武器,在近年几次局部战争中都发挥了重要作用,法国飞鱼式(EXOCCT)掠海面飞行导弹和美军舰载“战斧”式巡航导弹都就是其中的代表。
反舰掠海面飞行的巡航导弹是迄今为止水面舰船最为严重的威胁,1987年5月17日,二枚飞鱼式导弹击中和击伤了美国战舰斯特克号驱逐舰,由于其没有有效的防犯掠海面飞行巡航导弹攻击的能力,导致37名士兵丧生;英-阿马岛战争中,阿根廷超级军旗式战机发射的二枚这种巡航导弹也使英军战舰遭受严重损失—英皇家海军军舰谢菲尔德号被击沉。
目前,世界上拥有这种掠海面飞行反舰巡航导弹的国家已多达35个以上,很快具有这种能力的国家和地区将增加到60多个,而且这一趋势还在快速扩大。
毫无疑问,海军水面舰船生存面临着从小型巡逻艇到大型护卫舰、潜艇、直升机、海上巡逻机和战斗轰炸机发射的这种巡航导弹越来越严重的威胁。
军用红外技术应用于军事领域的一项新兴光学技术。
主要研究物体红外辐射的产生和传输特性、探测和识别规律及其应用。
简史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。
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)。
[replyview]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。
红外遥感技术的军事应用红外遥感是继可见光遥感之后发展起来的又一种光学遥感手段,它可以通过探测目标的红外辐射能量获取目标的有关信息,具有不受暗夜限制和穿透云雾的优点。
随着红外探测技术的不断进步,红外遥感能力不断增强,红外遥感已经广泛应用于军事领域和地球勘探、天气预报、森林火灾监视等民用领域。
红外遥感在军事领域的应用主要集中在3个方面,即机载红外成像、星载红外成像和星载导弹预警,这也是本文所要介绍的内容。
1.机载红外成像伊拉克战争的经验证明,从空中昼夜获取战场的情报信息,对获取战场的主动权及至最后夺取战争的胜利极为重要。
采用机载成像技术直接从空中获取地面信息,对地面目标进行侦察监视方法的应用已有几十年时间。
美国军方一直强烈地依赖于这一手段获取情报,其U-2、P-3和“食肉者”侦察机就是这种应用的典型实例。
U-2飞机上装有高分辨率的摄像系统,可获得地面目标的高分辨率清晰图像,其侦察范围沿飞行航线纵深可达数十公里的大面积地区,为指挥机关和作战部队提供了极为直观的准确情报。
美、英、法等国军队一直非常重视发展这种先进的战术机载成像侦察监视系统,从越南战争到波斯湾战争,仅美国海军就有500多架抓侦察机,迄今为止仍有100多架抓-彳鬼怪式侦察机在世界各地服役。
特别是在最近几年美军发动的几场战争中,如科索沃、阿富汗和伊拉克战争,美军的机载战术侦察技术发挥得淋漓尽致,在夺取战争的主动权方面起到了至关重要的作用。
2.星载红外成像星载红外成像是获取敌情、采取自卫的重要途径,它有许多优点:能24h昼夜工作,能适应不良天气,能提供定时信息,能把捕捉目标和攻击结合起来,有远距离探测和透过能力,能识别伪装,能排除电子干扰等。
红外成像不仅能揭露地面、森林里的伪装,还可揭露地下、水下的军事目标,显示热源目标的运动状态和踪迹。
美国在50年代末、60年代初,出于军事和政治上的需要,花了很大的气力发展空间遥感技术,以用于卫星侦察。
很多国家现役的光学成像侦察卫星上一般都配备了红外成像系统,如美国的“高级69-11”卫星上配备了热红外成像仪,使其具备了夜间成像能力;俄罗斯的“宇宙2344”卫星以及法国的“太阳神2”卫星也都具备了红外成像能力。
红外成像技术在军事侦察中的应用研究随着科学技术的不断进步,人们接触到的不仅是一些新花样的生活方式和娱乐工具,还有更多的是科技的发扬光大而带来的证实。
在一个和平的国家之中,很多人对于军事和军事科技并不是那么感冒,然而,如果有一场战争,不同的军种之间面临的危险和任务却需要获得更快、更好的解决方法。
红外成像技术在军事侦察中的应用,就是这样一种能够高效、迅速完成任务的技术。
一、红外成像技术的基本原理红外成像技术是一种透过感应物体红外辐射来达到目的的技术,是红外光谱技术的重要分支之一。
人们日常生活中见到的照相机、摄像机、扫描仪等设备,都采用了这种技术。
中红外(3~5μm)和远红外(8~14μm)是红外成像技术所关注的两个波段。
一种半导体探测器——探热器可以将热量转化为电信号。
利用这个原理,通过温度差异的探测,可以得到图像。
无论是在夜视或者是在雾霾重重的天气里,红外成像技术都能够帮助人们观察感兴趣的事物。
二、军事侦察中的红外成像技术军事侦察中,红外成像技术可以作为一种重要的情报掌握方式,它能够在非常复杂、高危险的环境下,监测到各种重要信息,例如敌方的活动动态、武器的投射、地形地貌的情况。
红外成像技术在军队中的具体应用,大概可以归纳为以下几个方面:1、目标探测红外成像技术可以观测目标的热点各自的发光情况,来实现探测、识别、追踪目标的功能。
在烟雾、云雾、灰尘等混杂物的障碍下,红外成像技术仍然可以探测到目标的存在。
2、目标透视红外成像技术可以透视穿透被观测物体的表层,就像是透视X光片,可以获知被观测物体的内部结构和组成。
3、情报采集红外成像技术可以获取能够被自然和工业发射器辐射的所有热诉信息,包括热源地形、动态热源位置、厂房通风和供暖方案等特征信息,这些信息有时比对方公开的信息还要准确。
4、地形地貌探测利用红外成像技术,军队可以获得地形地貌的信息,包括河、冰层、地下通道、各类建筑物结构的情况等重要信息,可以使军队更好地计划和执行行动计划。
浅谈红外技术在军事目标安全警戒中的应用红外光的光谱是介于微波和可见光之间的一个较广的波段范围,它也是一种电磁波。
由于对红外光的调制和解调容易实现,特别是随着廉价的红外发光管及专用的红外信号调制、解调集成电路的大量出现,红外技术在日常生活中的应用已非常广泛,如各类家用电器(电视、录像、音响、空调等)的遥控,防盗、防火报警等系统和多种节电、节水开关,大多采用了红外控制技术,给人们带来了很大的方便。
红外技术除了民用以外,在军事上,对重要目标(如燃料库、弹药库、指挥所、飞机洞库、地下坑道、导弹发射井等)的安全警戒和自动监控等系统中,同样也可以发挥重要的作用。
下面介绍红外技术在军事目标安全警戒中的几种应用。
1、主动式红外报警控制技术主动式红外报警控制技术是指用于控制的红外光源是由报警控制电路主动产生并发出的,红外光源经过一定的传播途径或直接或反射传输,被红外接收电路接收,经过放大、整形、选频识别等一系列处理后,控制输出电路的工作状态。
在正常情况下,整个红外光路畅通(即发射的红外光可以不经阻隔地被接收电路所接收),红外控制信号使接收电路处于守候状态,不产生报警信号。
当有无关人员进入警戒区域时,由于遮挡了红外光线,使接收电路收不到发射电路发出的红外控制信号,整个电路则立即被启动,发出声或光的报警信号并使一系列相关电路(如摄像机、录像机)工作,摄取并录下现场情况,根据需要还可通过相关控制电路向上级监控中心传送现场的图像,从而完成整个报警功能。
这种主动式的红外报警电路的主要优点是发射电路产生的红外光可以根据需要先进行某种方式的调制后再发出,接收电路可利用相应的选频或识别电路加以选择,因此,这类电路可以有效地防止可见光及其它红外光线对系统产生的干扰,具有较高的稳定性和可靠性,比较适合安装在地下坑道或大型库区内的重要部位,作为监控无关人员擅自进入时的报警。
该电路的主要缺点是收发电路需要分开设置,在安装上稍感不便。
此外,由于此类电路产生的红外光线极易被红外侦察卫星等先进的红外电子侦察器材观测到,因此,从有利于军事目标伪装的角度考虑,此类报警电路不适于在坑道口、洞库门口等暴露在自然环境条件下的军事目标安装使用。