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红外技术国防领域显身手
作者:admin 日期:2008-11-23
红外技术是继可见光遥感之后发展起来的又一种光学技术手段，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。随着红外探测器技术的不断进步，红外遥感能力不断增强，红外遥感已经广泛应用于地球勘探、天气预报、森林火灾监视等民用领域和军事领域。
红外成像使侦察机有“火眼金睛”
伊拉克战争的结局证明，从空中昼夜获取战场情报信息，对获取战场的主动权，夺取战争的胜利是极为重要的。采用机载成像技术直接从空中获取地面上的信息， 对地面目标进行侦察监视这种方法已有几十年的时间，美国军方一直强烈地依赖于这一手段获得准确的情报，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、法等国军队一直很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RF-4侦察机，迄今为止仍有100多架RF-4鬼怪式侦察机在世界各地服役，特别是最近几年美军发动的几场战争中，如南联盟科索沃、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了至关重要的作用。美军已成功研制出机载战术双波段监视侦察系统，其优点是能在存在杂乱回波的情况下识别和分辨出目标。现代战争中，己方为对抗红外探测往往采用施放烟雾、伪装和发射照明弹等措施，而双波段成像技术能有效地对付这些对抗 措施，分辨出真目标和假目标或诱饵。美国陆军研究实验室、空军研究实验室和海军研究实验室、Recon-Optical公司、Eastman柯达公司、洛克希德-马丁公司、喷气推进实验室和巴恩斯(Barnes)工程公司等都在加紧发展这种红外双波段摄像传感器及其整机和系统技术，并已取得了极大的进展。 到目前为止，在实现双波段红外摄像方面采取的途径中最为成功的是GaAlAs/GaAs量子阱红外光电探测器(QWIP)阵列，许多机构都把目光投向这种技术，已研制出256×256、320×240、640×512等类型，目前正在研发的是1024×1024 型，这种阵列的工作温度将高达120K。另外，用大型可见光CCD摄像阵列与PtSi或InSb红外焦平面阵列研制出的双波段摄像机也具有很好的性能。 Recon/Optical公司及其合作伙伴柯达公司为美军研制的CA-270双波段摄像机采用1968×1968像素PtSi肖特基硅红外焦平面阵列， 其量子效率高达7%，NETD为0.1℃，并在2001年间由海军研究实验室在华盛顿进行的飞行测试中获得了令人满意的效果。2001年10月用装在 F/A-18C/F飞机上的该装置摄取了五角大楼的照片。海军实验室2001年12月再次把CA-270机安装在P-3飞机上进行测试，飞行高度 10000英尺，摄得的华盛顿可见光和红外图像都极为清晰。
星载红外成像全洞察地上地下
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24小时工作，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。近年来，前视红外成像 系统的侦察装置得到了快速发展, 它能像普通电视一样，直接提供前方景物的红外活动图像，可以完成夜间监视、目标捕获、炮手夜间瞄准、攻击目标定位及导引等一系列军事任务，也可为飞机机组 人员作低高度导航。
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KH-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。从美国公布的空间环境遥感图像来看，“陆地卫星”和其它一些空间飞行器在军事侦察上 发挥较大作用，美国宇航局常把接收到的红外图像信息，经处理后直接送给三军和中央情报局。“陆地卫星”上携带的主要遥感器之一是多谱段扫描仪，它的敏感光的范围包括可见光和近红外光谱段(0.8～1.1um)。红外成像具有一定的识别伪装能力，在彩色红外相片上，死树呈浅蓝或青蓝色，缺水植物呈淡红或白 色，普通绿色油漆呈蓝色。对于“陆地卫星”图像来讲，这种红外效应对于大面积的伪装、施工前后新土和旧土都有一定的识别能力。“陆地卫星-D”上的返束光导摄像管(RBV)，其地面分辨率约30m(“陆地卫星4号”的分辨率更高)，它对海水具有较好的穿透能力，其图像能显示出水下地貌与大的地质构造轮廓， 透视深度一般为10m左右，在特定条件下可达40m，甚至更深。这些情报数据对于沿海或岛屿登陆作战以及舰艇航行都是很有用的。遥感图像还具有一定的平面定位精度。例如，美国就曾利用“陆地卫星”拍摄了前苏联的拜科努尔发射场，且修正了前苏联故意作出的虚假报道。前苏联公开声称该发射场在中亚哈萨克境内，坐标为北纬47度18分，东经65度30分。实际上，根据“陆地卫星”图像测图发现，它的正确地理坐标应是北纬46度，东经63度20分。
星载红外技术预警先知先觉
导弹预警卫星系统是利用卫星监视导弹的发射，预报导弹的发射点和落点位置，是国家导弹防御系统获取信息的 重要手段。美国从20世纪50年代起就开始进行导弹预警卫星系统的研究，于1970年发射成功第一颗“国防支援计划”(DSP)导弹预警卫星。至今， DSP经历了5个技术发展阶段，已发射了21颗卫星，获取了大量的导弹发射情报。美国新一代导弹预警卫星SBIRS系统也即将发射。
天基红外系统是美国新型反导系统的重要组成部分，是美国正在研制的下一代天基导弹预警系统，它通过使用探测能力更强的三种轨道混合星座模式和更先进的地 面处理分系统，能够为反导系统提供更为有效的天基、过顶红外数据。SBIRS的三个天基组成部分包括4颗地球同步轨道卫星、2颗大椭圆轨道(HEO)卫星 和24颗低地球轨道(LEO)卫星，其中4颗GEO卫星和2颗HEO卫星构成SBIRS的高轨道卫星(SBIRS-high)，24颗LEO卫星则成为 SBIRS的低轨道卫星(SBIRS-low)。
SBIRS-high是以DSP预警卫星和原计划部署的警报预警卫星为基础加以改 善的结果。2颗HEO卫星加强了预警系统对南极和北极地区的监视。GEO卫星将采用双探测器模式，每颗卫星都装有高速扫描探测器和交互配对的凝视型焦平面 阵列探测器。扫描探测器采用一维阵列对地球的南北半球进行扫描，当探测到强红外辐射后，由凝视型探测器对辐射源进行详细的二维观察。24000元凝视型焦 平面阵列对24000个敏感单元进行分工，各自探测地球上相对应的一小块区域，当某一敏感单元接收到强烈的红外辐射并发出信号，那么由这一单元所在的位置 就能够推算出红外辐射源所在的地区。如果是导弹发出的辐射，由于它们的运动，会使一连串的敏感单元依次发出信号，根据这些单元发出的信号就可以推断出导弹 的飞行方向和速度；如果是地面固定红外辐射源发出的辐射，则只有与地面相对应的那些敏感单元不断发出信号，容易加以排除，避免产生虚警。另外，GEO卫星 还将采用洛克希德-马丁公司的A2100新型平台，增加星上信息处理系统，增强数据处理及报告能力。GEO卫星无论是扫描速率还是灵敏度都将比第三代 DSP预警卫星提高10倍以上。
SBIRS-low又称“空间与导弹跟踪系统（SMTS）”，24颗LEO卫星飞行在距地面约 1600km轨道上，通过采用独特的轨道设计和长波红外探测器，使其具备捕获和跟踪弹道导弹的能力。每颗卫星有两类可独立对准的红外探测器：一个宽视场的 捕获探测器和一个窄视场的跟踪探测器。捕获探测器利用短波红外捕获和跟踪助推段发动机的尾焰，接力GEO卫星的探测，完成捕获功能。跟踪探测器包括4种波 长，其中中波红外具有低空跟踪能力，主要对预警目标进行低空跟踪；中长波红外、长波红外和可见光具有高空探测能力，主要承担导弹中段跟踪和识别，从而可为 中段拦截提供弹道估算。反导防御系统接收到来袭导弹精确的终端跟踪数据后，地基拦截器可在来袭导弹进入地基雷达预警范围之前点火升空拦截，增大了拦截的战 场空间，提高了拦截概率。另外，卫星之间60GHz的传输能力可实现接力跟踪，减少漏警概率；星地间40/20GHz的链路可保证信息的传输和融合能力， 提高跟踪和拦截引导的准确性。即使地基雷达无法运作，SBIRS-low也能提供反导防御系统所需目标跟踪、识别和杀伤评估，拦截弹能根据SBIRS- low的跟踪数据发射和修正。SBIRS-low还能够引导陆基和海基雷达跟踪目标，增加其探测跟踪能力，能把反导防御系统防御区域增加3～5倍。
前苏联于1976年开始发射称为“眼”的预警卫星，卫星部署在近地点为600km，远地点为40000km的地球大椭圆轨道上，到1987年发展为由9 颗卫星构成的弹道导弹预警网，各星的轨道面间隔为40°，也是使用红外望远镜探测导弹尾焰，可对弹道导弹的发射进行昼夜监视。
红外成像使侦察机有“火眼金睛”
伊拉克战争的结局证明，从空中昼夜获取战场情报信息，对获取战场的主动权，夺取战争的胜利是极为重要的。采用机载成像技术直接从空中获取地面上的信息， 对地面目标进行侦察监视这种方法已有几十年的时间，美国军方一直强烈地依赖于这一手段获得准确的情报，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、法等国军队一直很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RF-4侦察机，迄今为止仍有100多架RF-4鬼怪式侦察机在世界各地服役，特别是最近几年美军发动的几场战争中，如南联盟科索沃、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了至关重要的作用。美军已成功研制出机载战术双波段监视侦察系统，其优点是能在存在杂乱回波的情况下识别和分辨出目标。现代战争中，己方为对抗红外探测往往采用施放烟雾、伪装和发射照明弹等措施，而双波段成像技术能有效地对付这些对抗 措施，分辨出真目标和假目标或诱饵。美国陆军研究实验室、空军研究实验室和海军研究实验室、Recon-Optical公司、Eastman柯达公司、洛克希德-马丁公司、喷气推进实验室和巴恩斯(Barnes)工程公司等都在加紧发展这种红外双波段摄像传感器及其整机和系统技术，并已取得了极大的进展。 到目前为止，在实现双波段红外摄像方面采取的途径中最为成功的是GaAlAs/GaAs量子阱红外光电探测器(QWIP)阵列，许多机构都把目光投向这种技术，已研制出256×256、320×240、640×512等类型，目前正在研发的是1024×1024 型，这种阵列的工作温度将高达120K。另外，用大型可见光CCD摄像阵列与PtSi或InSb红外焦平面阵列研制出的双波段摄像机也具有很好的性能。 Recon/Optical公司及其合作伙伴柯达公司为美军研制的CA-270双波段摄像机采用1968×1968像素PtSi肖特基硅红外焦平面阵列， 其量子效率高达7%，NETD为0.1℃，并在2001年间由海军研究实验室在华盛顿进行的飞行测试中获得了令人满意的效果。2001年10月用装在 F/A-18C/F飞机上的该装置摄取了五角大楼的照片。海军实验室2001年12月再次把CA-270机安装在P-3飞机上进行测试，飞行高度 10000英尺，摄得的华盛顿可见光和红外图像都极为清晰。
星载红外成像全洞察地上地下
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24小时工作，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。近年来，前视红外成像 系统的侦察装置得到了快速发展, 它能像普通电视一样，直接提供前方景物的红外活动图像，可以完成夜间监视、目标捕获、炮手夜间瞄准、攻击目标定位及导引等一系列军事任务，也可为飞机机组 人员作低高度导航。
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KH-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。从美国公布的空间环境遥感图像来看，“陆地卫星”和其它一些空间飞行器在军事侦察上 发挥较大作用，美国宇航局常把接收到的红外图像信息，经处理后直接送给三军和中央情报局。“陆地卫星”上携带的主要遥感器之一是多谱段扫描仪，它的敏感光的范围包括可见光和近红外光谱段(0.8～1.1um)。红外成像具有一定的识别伪装能力，在彩色红外相片上，死树呈浅蓝或青蓝色，缺水植物呈淡红或白 色，普通绿色油漆呈蓝色。对于“陆地卫星”图像来讲，这种红外效应对于大面积的伪装、施工前后新土和旧土都有一定的识别能力。“陆地卫星-D”上的返束光导摄像管(RBV)，其地面分辨率约30m(“陆地卫星4号”的分辨率更高)，它对海水具有较好的穿透能力，其图像能显示出水下地貌与大的地质构造轮廓， 透视深度一般为10m左右，在特定条件下可达40m，甚至更深。这些情报数据对于沿海或岛屿登陆作战以及舰艇航行都是很有用的。遥感图像还具有一定的平面定位精度。例如，美国就曾利用“陆地卫星”拍摄了前苏联的拜科努尔发射场，且修正了前苏联故意作出的虚假报道。前苏联公开声称该发射场在中亚哈萨克境内，坐标为北纬47度18分，东经65度30分。实际上，根据“陆地卫星”图像测图发现，它的正确地理坐标应是北纬46度，东经63度20分。
星载红外技术预警先知先觉
导弹预警卫星系统是利用卫星监视导弹的发射，预报导弹的发射点和落点位置，是国家导弹防御系统获取信息的 重要手段。美国从20世纪50年代起就开始进行导弹预警卫星系统的研究，于1970年发射成功第一颗“国防支援计划”(DSP)导弹预警卫星。至今， DSP经历了5个技术发展阶段，已发射了21颗卫星，获取了大量的导弹发射情报。美国新一代导弹预警卫星SBIRS系统也即将发射。
天基红外系统是美国新型反导系统的重要组成部分，是美国正在研制的下一代天基导弹预警系统，它通过使用探测能力更强的三种轨道混合星座模式和更先进的地 面处理分系统，能够为反导系统提供更为有效的天基、过顶红外数据。SBIRS的三个天基组成部分包括4颗地球同步轨道卫星、2颗大椭圆轨道(HEO)卫星 和24颗低地球轨道(LEO)卫星，其中4颗GEO卫星和2颗HEO卫星构成SBIRS的高轨道卫星(SBIRS-high)，24颗LEO卫星则成为 SBIRS的低轨道卫星(SBIRS-low)。
SBIRS-high是以DSP预警卫星和原计划部署的警报预警卫星为基础加以改 善的结果。2颗HEO卫星加强了预警系统对南极和北极地区的监视。GEO卫星将采用双探测器模式，每颗卫星都装有高速扫描探测器和交互配对的凝视型焦平面 阵列探测器。扫描探测器采用一维阵列对地球的南北半球进行扫描，当探测到强红外辐射后，由凝视型探测器对辐射源进行详细的二维观察。24000元凝视型焦 平面阵列对24000个敏感单元进行分工，各自探测地球上相对应的一小块区域，当某一敏感单元接收到强烈的红外辐射并发出信号，那么由这一单元所在的位置 就能够推算出红外辐射源所在的地区。如果是导弹发出的辐射，由于它们的运动，会使一连串的敏感单元依次发出信号，根据这些单元发出的信号就可以推断出导弹 的飞行方向和速度；如果是地面固定红外辐射源发出的辐射，则只有与地面相对应的那些敏感单元不断发出信号，容易加以排除，避免产生虚警。另外，GEO卫星 还将采用洛克希德-马丁公司的A2100新型平台，增加星上信息处理系统，增强数据处理及报告能力。GEO卫星无论是扫描速率还是灵敏度都将比第三代 DSP预警卫星提高10倍以上。
SBIRS-low又称“空间与导弹跟踪系统（SMTS）”，24颗LEO卫星飞行在距地面约 1600km轨道上，通过采用独特的轨道设计和长波红外探测器，使其具备捕获和跟踪弹道导弹的能力。每颗卫星有两类可独立对准的红外探测器：一个宽视场的 捕获探测器和一个窄视场的跟踪探测器。捕获探测器利用短波红外捕获和跟踪助推段发动机的尾焰，接力GEO卫星的探测，完成捕获功能。跟踪探测器包括4种波 长，其中中波红外具有低空跟踪能力，主要对预警目标进行低空跟踪；中长波红外、长波红外和可见光具有高空探测能力，主要承担导弹中段跟踪和识别，从而可为 中段拦截提供弹道估算。反导防御系统接收到来袭导弹精确的终端跟踪数据后，地基拦截器可在来袭导弹进入地基雷达预警范围之前点火升空拦截，增大了拦截的战 场空间，提高了拦截概率。另外，卫星之间60GHz的传输能力可实现接力跟踪，减少漏警概率；星地间40/20GHz的链路可保证信息的传输和融合能力， 提高跟踪和拦截引导的准确性。即使地基雷达无法运作，SBIRS-low也能提供反导防御系统所需目标跟踪、识别和杀伤评估，拦截弹能根据SBIRS- low的跟踪数据发射和修正。SBIRS-low还能够引导陆基和海基雷达跟踪目标，增加其探测跟踪能力，能把反导防御系统防御区域增加3～5倍。
前苏联于1976年开始发射称为“眼”的预警卫星，卫星部署在近地点为600km，远地点为40000km的地球大椭圆轨道上，到1987年发展为由9 颗卫星构成的弹道导弹预警网，各星的轨道面间隔为40°，也是使用红外望远镜探测导弹尾焰，可对弹道导弹的发射进行昼夜监视。
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