光電探測技術在武器裝備的使用

康凱

（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所 河南洛陽 471000）

光電探測技術在武器裝備的使用

康凱

（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所 河南洛陽 471000）

光電探測技術是根據被探測對象輻射或反射的光波的特征來探測和識別對象的一種技術，這種技術本身就賦予光電技術在軍事應用中的優點，即“看得更清、打得更準、反應更快、生存能力更強”，本文對紅外探測技術，紫外探測技術，多光譜/超光譜成像技術和激光雷達成像技術進行了論述。

光電；探測技術；武器裝備

引言

光電探測技術是現代戰爭中廣泛使用的核心技術，它包括光電偵察、夜視、導航、制導、尋的、搜索、跟蹤和識別多種功能。光電探測包括從紫外光（0.2～0.4μm）、可見光（0.4～0.7μm）、紅外光（1～3μm，3～5μm，8～12μm）等多種波段的光信號的探測。新一代光電探測技術及其智能化，將使相關武器獲得更長的作用距離，更強的單目標/多目標探測和識別能力，從而實現更準確的打擊和快速反應，在極小傷亡的情況下取得戰爭的主動權。同時使武器裝備具有很強的自主決策能力，增強了對抗，反對抗和自身的生存能力。現代高技術戰爭的顯著特點首先是信息戰，而信息戰中首要的任務是如何獲取信息。誰獲取更多信息，誰最早獲取信息，誰就掌握信息戰的主動權。光電探測正是獲取信息的重要手段。微波雷達和光電子成像設備常常一起使用，互相取長補短，相輔相成，可以獲取更多信息，可以更早獲取信息。前者作用距離遠，能全天候工作；后者分辨率高，識別能力和抗干擾能力強。無論偵察衛星、預警衛星、預警飛機還是無人偵察機往往同時裝備合成孔徑雷達和CCD相機、紅外熱像儀或多光譜相機。

1 紅外探測技術

紅外探測技術目前主要分為近紅外，中紅外和遠紅外三種研究領域，中紅外探測技術由于中紅外線的高強度和高穿透性，研究也最為成熟，可以分析物質的分子組成。遠紅外的主要優點就是其穿透性，用于探測，加熱等，應用也比較廣泛。近紅外由于其強度小，穿透力一般，用近紅外技術可以做某些成分的定量檢測，最關鍵的是還不必破壞試樣。隨著計算機技術和集成電路的發展，ROIC已有很大的進展，中規模的紅外焦平面陣列和相應的讀出電路在20世紀90年代已形成生產規模，現在先進國家正在研制用于大規模焦平面陣列和其有多種功能的ROIC和智能化焦平面陣列。智能焦平面陣列也叫做片上系統，片上信號處理意思是在光敏元芯片上或是最接近光敏元的區域內模仿脊椎動物視網膜的功能，對光-電轉換后的信號作前期的處理，然后再輸出后續的數據處理。

2 光子探測技術

單光子探測技術，是一種新式光電探測技術，其原理是利用新式光電效應，可對入射的單個光子進行計數，以實現對極微弱目標信號的探測。有關專家認為，單光子探測技術能將現有的機載光電探測距離從幾十公里提高到幾千公里，勢必帶來機載目標探測系統的革命，極大地改變未來空天戰場的作戰方式。空戰將從“中距”拉向“遠距”。配裝單光子探測系統的作戰飛機，由于對空目標探測距離極遠，將使空中作戰從目前的中距進一步擴為遠距。如：配掛單光子超遠程空空導彈，火力攻擊距離可達到幾百到幾千公里之外。空中戰爭將從傳統的幾十公里的超視距作戰變為間隔幾千公里的非接觸戰爭。利用空中平臺或臨近空間平臺配裝單光子探測系統，構建單光子探測網絡，只需幾部單光子探測系統就可實現對領空的全域覆蓋。在此基礎上用地面或空中遠程導彈構建空中地面聯合火力網，把單光子探測網絡作為網絡中心戰的目標探測網絡系統，可對任何位置發射的導彈進行目標指引，有效攻擊全球目標。

3 激光雷達成像技術

激光雷達（Laser Detection And Ranging，縮寫Ladar）是以激光波束為信息載體的雷達。激光雷達結合了激光技術和雷達技術的優勢，將工作頻段從微波、毫米波頻段延伸到波長更短的光頻段，具有許多優點：體積和重量小、測角精度可達1μ rad量級、作用距離可達數百到數千千米、測距精度達幾厘米到20cm、速度分辨率優于0.01m/s、測速范圍廣、能獲得目標的多種圖像，三維強度像、距離像、多普勒像等。此外，激光雷達還具有一些獨特的優勢：利用藍綠激光在水中傳輸的窗口效應，可以從機載平臺上對水下目標進行快速探測和定位：激光雷達優異的單色性和極小的脈沖寬度使其能排除背景和地面雜波干擾，高效探測超低空目標，可用于跟蹤近地飛行的導彈：激光雷達的快速響應速率、高分辨率、同時跟蹤多個目標和能夠穿透“等離子體鞘”等優點。激光雷達由于光束窄，掃描速度有限，需要與紅外、可見光、毫米波雷達一起工作，進而通過數據融合，提高系統性能。激光成像技術目前主要有掃描成像，激光照明距離選通成像、激光照明單次成像和相干激光雷達。隨著激光二極管泵浦技術和新的固體激光材料研究的進展，高效、全固體化且人眼安全的小型固體激光雷達正在得到發展，已經實驗用于外差多普勒激光雷達、距離成像和障礙物回避等領域[1]。

4 紫外探測技術

紫外探測技術是軍民兩用光電探測技術之一，紫外探測的軍事應用主要有導彈制導，來襲導彈告警，生化戰劑探測，軍用氣象和軍用短程通信等。主要發展有三種類型紫外探測器，即光電倍增管、成像紫外傳感器和AlGaN/GaN光電二極管成像陣列。短波紫外探測器領域的研究集中在實現“日盲”探測器上，即對280nm以上的光子不靈敏探測器。紫外探測技術的應用范圍正在不斷擴大，從低速飛行器擴展到高速飛行器，從空中平臺擴展到地面的坦克和裝甲車以及水面艦艇，從探測導彈威脅信息擴展到探測飛機等其他威脅信息。隨著紫外探測器和紫外攝像器件制造技術的不斷發展紫外探測技術必將成為重要的軍事裝備技術之一[2]。

[1]馬超杰，吳 丹.新體制軍用激光雷達成像技術[M].航空兵器，2007（08）.

[2]江巍.紫外探測系統設計技術研究[M].西安電子科技大學，2007，01.

TN29

A

1004-7344（2016）32-0245-01

2016-10-29

康凱（1980-），男，河南鄭州人，工程師，大學本科，研究方向為嵌入式軟硬件、自動化控制系統。