紅外探測技術的應用及發展

吳安茂　駱定輝

摘要：本文闡述了紅外探測技術的原理，提出了紅外探測技術的應用與發展趨勢。文章認為，紅外預警探測系統的效率、定位精度和敏感度越來越好，檢測間距更加遠，誤報率也明顯變低。所以，紅外探測技術將在以后施展更大的效益。

[關鍵詞]紅外探測技術應用發展

1引言

紅外探測技術通過對目標與背景之間的紅外輻射不同的信息來取得目標與背景信息，包含光學系統與探測器、顯示設備、信息處理器、信息輸出接口、掃描與伺服控制、中央計算機等設施。紅外接收光學系統的作用是取得目標或者目標區域之內的紅外輻射。紅外探測器的結構與接收光學系統相似。傳統的接收光學必須在紅外范圍內工作，其光學材料和涂層需要和工作波長兼容。紅外探測器把目標與背景的紅外輻射轉換成電信號。紅外探測器經非均勻性校正放大后，紅外輻射以視頻的狀態輸出到信息處理器。信息處理器由軟件與硬件構成。在合成過程中，對視頻進行加快處理，獲取目標。顯示裝置可以通過數據接口的輸出實時顯示視頻信號與狀態信息。中央計算機的作用是向系統提供時間、狀態、接口還有內部與外部命令。掃描伺服控制器控制光學掃描器或伺服平臺以與光學掃描器或伺服平臺。服務平臺的角度位置信息發送給中央計算機。

2紅外探測技術的原理

假如無論什么樣的物體的溫度高于絕對零度，它就會釋放紅外輻射。由于物理對象不同部分的溫度相異，輻射率會區別，呈現出不同的輻射特性。紅外檢測設備通過大氣傳輸接收圖像，然后通過光電轉換，可以用肉眼觀察圖像。紅外探測技術使用目標和背景。由紅外輻射差異形成的熱點或圖像用于獲取目標和背景信息。檢測系統包括：中央計算機和激光測距，光學系統和檢測器，信息處理器，掃描和伺服控制，顯示設備，信息輸出接口等。

紅外接收光學系統的構成類似于傳統的接收光學系統。由于它在紅外波段工作，紅外接收光學系統的光學材料和涂層需要與其他波長兼容。紅外探測器將最終目標和背景的紅外輻射轉換成電信號，并在非均勻性校正和擴大后以動態影像形式輸出到信息處理器。信息處理器由硬件和軟件構成。在迅速處理視頻之后，可以獲得目標信息。通過數據接口輸出，顯示設備可以實時顯示視頻信號和狀態信息。

3紅外探測技術的應用與發展趨勢

3.1幾種紅外探測技術的應用

紅外探測技術擁有特別的優點：無形的紅外輻射，保密性好;良好的環境適應性;無源接收系統，抗干擾能力強;體積小，重量輕，功耗低;可以揭示偽裝的目標;分辨率優于微波，因此廣泛應用于紅外夜視，紅外探測，紅外引導等領域。

3.1.1紅外偵查、監視

紅外偵察監視主要包括空間、空中、地面的紅外偵查與監視，按工作方式來分可劃分為主動裝置和被動裝置。IDRS（紅外探測裝置）的應用范圍非常廣：負有監視任務的監視衛星，負有警戒任務的警戒裝置，負有救援任務的救援直升機等，艦艇配備的監視系統等等，都需要安裝紅外探測裝備。

3.1.2紅外制導

通過目標本身的紅外輻射引導導彈自動接近目標，提高命中率。紅外制導的常用工作方式有空對空、空對地、地對空、反坦克導彈等，紅外焦平面顯示制導技術具有較高的識別誘餌能力。而有非常高的命中率。

3.1.3紅外對抗

為保護大型飛機和直升機免遭紅外制導導彈的威脅，紅外對抗系統得到迅猛發展。基于激光的多波段對抗系統用來躲避熱尋導彈的威脅，保護直升機和攻擊機;定向紅外對抗系統保護作戰平臺免受熱尋導彈威脅。

3.1.4探測和預報

（1）紅外技術在隧道巖溶探測與預測中的應用，對于隧道的巖溶探測，特別是在隧道的工作面，目前還沒有有效的方法。傳統的探地雷達方法耗時長，而且探測距離又短，精度又低。考慮到地質災害的主要來源是水，在隧道中引入了紅外探測技術。紅外波段的電磁波向外發射時，紅外輻射場具有密度、能量、動量、方向等信息。巖層會向外輻射紅外線。同時，巖層內部的地質信息以紅外輻射場強度變化的形式傳遞。

（2）在安防領域，紅外探測技術得到了深化發展。一旦入侵人進入探測區域內，紅外探測器中的熱電元件就能檢測感知人體的存在或移動，并把熱電元件的輸入信號轉換成電壓信號，再通過微處理器處理并發現報警信息。紅外探測器可用在需要防護的圍墻，草坪，室內和其他空間區域。它使用和安裝方便，能夠和其他探測器結合使用。它安全性好，可靠性好，經濟性好，是目前民防產品的主要選擇。

（3）在森林防火領域，紅外探測技術得到了長足進步。我國普遍采用加強警示和處罰等“人防”手段，這種做法成本不低，且需耗費大量人力物力。因而，如何在“人防”手段之外，輔以較為高效、安全的“技防”手段，便成為了一個不得不思考的問題。在國內景區、森林火災報警裝置中，火災探測器是火災報警系統的重要部件和傳感機構。倘若發生火災，火災的特征物理量，例如溫度、煙霧、氣體和輻射強度，被轉換成電信號，并且報警信號被立即發送到火災報警控制器。

3.2紅外探測技術發展趨勢的預測發展分析

隨著紅外技術的高速發展，紅外儀器在使用方面有更高需求：由于探測目標、最小可探測輻照度、噪聲等，要求高探測靈敏度;隨著定位跟蹤精度、抗干擾能力和智能化能力的提高，對紅外儀器的運行機理、結構方面和信號方面處理提出了提升的要求。探測器從單元進展到多個線性陣列，再進展到區域陣列，單元面積越來越小;由信號調制機制進展到掃描機制;從單視場發展到可變視場，從簡單信息進展到多信息的收購和處理，這些都將成為今后紅外探測技術趨勢的發展。

4總結

因多波段運作、數據的融合、復雜的檢測與各種各樣高科技應用的擴展，紅外預警探測系統的靈敏度、成率和定位精度都越來越高，.探測的距離也越來越長，誤差率也明顯變低。所以，紅外探測技術會在以后發揮更大的作用。

參考文獻

[1]李創業，基于GPRS和紅外探測技術的家庭安防系統的研究與設計[D].湖南大學，2014..

[2]趙慶珍。紅外探測技術用于預測煤與瓦斯突出的試驗[J].采礦與安全工程學報，2009，26（04）：529-533.

[3]劉琦.256x320陣列多功能紅外讀出電路的設計[D].南京郵電大學，2016.