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軍用安防紅外技術(shù)的發(fā)展趨勢

來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間：2011/01/26
　　　伴隨著紅外這個詞匯日益成為安防界點擊率最高的詞匯之一，越來越多的人渴望進一步的了解紅外這門技術(shù)及它的應(yīng)用。這就不能不提到這一技術(shù)的發(fā)源及其發(fā)展歷程。
　　一、紅外技術(shù)的發(fā)展歷程
　　1800年，英國天文學(xué)家F.W.赫歇耳發(fā)現(xiàn)了紅外線。
　　而紅外技術(shù)的最早應(yīng)用起源于軍事領(lǐng)域，實際應(yīng)用始于第二次世界大戰(zhàn)期間。當時，德國研制和使用了一些紅外技術(shù)裝備，其中有紅外通信設(shè)備和紅外夜視儀，它們都屬于主動式紅外系統(tǒng)。戰(zhàn)后，由于紅外光子探測器和透紅外光學(xué)材料的迅速發(fā)展，紅外技術(shù)的應(yīng)用引起軍事部門的重視。此后，紅外技術(shù)的發(fā)展方向集中在被動式系統(tǒng)上。50年代，紅外點源制導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈上。60年代，紅外技術(shù)的軍事應(yīng)用已相當廣泛，如已應(yīng)用于制導(dǎo)、火控、瞄準、偵察和監(jiān)視等。60年代中期，出現(xiàn)了光機掃描的紅外成像技術(shù)。70年代，紅外成像技術(shù)獲得迅速發(fā)展，熱成像系統(tǒng)和電荷耦合器件的應(yīng)用是這一時期的重要成果。80年代，紅外技術(shù)進入研制鑲嵌焦面陣列(CCD陣列)系統(tǒng)的新時期。
　　盡管德國最先開展了紅外武器的開發(fā)，但是第一個將紅外技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)場的卻是美國。1945年夏，美軍登陸進攻沖繩島，隱藏在巖洞坑道里的日軍利用復(fù)雜的地形，夜晚出來偷襲美軍。美軍將一批剛剛制造出來的紅外夜視儀緊急運往沖繩，把安有紅外夜視儀的槍炮架在巖洞附近，當日軍趁黑夜剛爬出洞口，立即被一陣準確的槍炮擊倒。洞內(nèi)的日軍不明其因，繼續(xù)往外沖，又糊里糊涂地送了命。紅外夜視儀初上戰(zhàn)場，就為肅清沖繩島上頑抗的日軍發(fā)揮了重要作用。
　　但是，50年代前期所用的紅外夜視設(shè)備，都是主動式紅外夜視儀，一般采用紅外變像管作接收器，工作波段在1微米左右，在夜間可看見100米處的人，1公里內(nèi)的坦克、車輛和10公里遠的艦船。現(xiàn)代紅外夜視設(shè)備最具有代表性的紅外熱像儀。美國于60年代后期研制的一種光機掃描式紅外成像系統(tǒng)，為飛機夜航和在惡劣氣象條件下的飛行提供觀察手段，工作在8～12微米波段，。它的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，比主動式紅外夜視儀提高了一個數(shù)量級，夜間可觀察到1公里處的人，5～10公里遠的坦克和車輛，視距內(nèi)的艦船。這種紅外熱像儀幾經(jīng)改進，到80年代初，許多國家已出現(xiàn)標準化、組件化系統(tǒng)，設(shè)計者可按要求選用不同的組件，組裝所需的紅外熱像儀，為軍隊提供了一種簡便、經(jīng)濟、互換性好的夜視裝備。紅外夜視設(shè)備已廣泛應(yīng)用于陸、海、空三軍。如用作坦克、車輛、飛機、艦船等的夜間駕駛用觀察設(shè)備，輕武器的夜瞄儀，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和火炮的火控系統(tǒng)，戰(zhàn)場前沿的監(jiān)視和觀察設(shè)備，以及單兵偵察設(shè)備等。今后將發(fā)展用凝視型焦面陣列組成的熱成像系統(tǒng)，它的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能將進一步提高。
　　二、紅外系統(tǒng)的分類和組成
　　紅外系統(tǒng)按工作原理，可分為主動式和被動式兩類。主動式系統(tǒng)需自帶紅外光源照射目標;被動式系統(tǒng)則直接探測目標的紅外輻射。后者是占主導(dǎo)地位的軍用紅外系統(tǒng)，如熱成像系統(tǒng)、搜索跟蹤系統(tǒng)、紅外輻射計和警戒系統(tǒng)等。紅外系統(tǒng)一般由紅外光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號放大和處理、顯示記錄系統(tǒng)等組成。
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　　三、紅外系統(tǒng)的軍事應(yīng)用方向
　　由于紅外系統(tǒng)比雷達系統(tǒng)的分辨率高，隱蔽性好，且不易受電子干擾，較之可見光系統(tǒng)具有能識別偽裝、可晝夜工作、受天氣影響較小等優(yōu)點。因此，在軍事上得到廣泛應(yīng)用。其主要應(yīng)用是：夜視、監(jiān)控和偵查，武器瞄具，制導(dǎo)，火控，干擾和對抗，測量，搜索和搜救，導(dǎo)航等。
　　1、紅外夜視、監(jiān)控和偵查：
　　夜視觀察裝備，如單兵夜視眼鏡、望遠鏡、定點監(jiān)控設(shè)備(觀察類屬于相對低端的軍事但為數(shù)最為普遍的用途);
　　用于地(水)面、空中和空間的紅外偵察設(shè)備，有紅外照相機、紅外掃描儀、紅外望遠鏡、紅外熱像儀和主動式紅外成像系統(tǒng)等。地面紅外偵察設(shè)備主要是紅外熱像儀和主動式紅外夜視儀。潛艇使用的紅外潛望鏡，已具有伸出水面迅速掃描一周，收回后再顯示觀察的功能。水面艦船可借助紅外探測跟蹤系統(tǒng)，監(jiān)視敵方飛機和艦船的入侵。80年代初多數(shù)采用點源探測系統(tǒng)，迎頭探測飛機的距離為20公里，尾追約100公里;觀測主動段戰(zhàn)略導(dǎo)彈的距離大于1000公里。紅外跟蹤頭與電影經(jīng)緯儀和激光雷達配合，還可用于靶場測量?？臻g紅外偵察設(shè)備已用于導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星和照相偵察衛(wèi)星上。導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星可利用星上的紅外望遠鏡實時發(fā)現(xiàn)飛出大氣層的來襲戰(zhàn)略導(dǎo)彈，并監(jiān)視其飛行。軍用氣象衛(wèi)星可利用星上的雙通道行掃描儀拍攝全球云圖。陸地衛(wèi)星可利用星上的中遠紅外波段設(shè)備進行戰(zhàn)略偵察。照相偵察衛(wèi)星可利用星上的高分辨率的紅外成像設(shè)備，晝夜偵察和監(jiān)視對方的軍事目標和軍事活動。
　　1982年4月─6月，英國和阿根廷之間爆發(fā)馬爾維納斯群島戰(zhàn)爭。4月13日半夜，英軍攻擊阿軍據(jù)守的最大據(jù)點斯坦利港。3000名英軍布設(shè)的雷區(qū)，突然出現(xiàn)在阿軍防線前。英國的所有槍支、火炮都配備了紅外夜視儀，能夠在黑夜中清楚地發(fā)現(xiàn)阿軍目標。在英軍火力準確的打擊下，阿軍支持不住，英軍趁機發(fā)起沖鋒。到黎明時，英軍已占領(lǐng)了阿軍防線上的幾個主要制高點，阿軍完全處于英軍的火力控制下。6月14日晚9時，14000名阿軍不得不向英軍投降。英軍采用紅外夜視裝備贏得了一場兵力懸殊的戰(zhàn)斗。由此可以看出紅外夜視裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要作用。
　　紅外夜視、監(jiān)控和偵查是目前紅外熱成像產(chǎn)品在軍用領(lǐng)域最為廣泛的應(yīng)用之一。海灣戰(zhàn)爭之后，紅外熱成像技術(shù)開始備受關(guān)注，并加快了產(chǎn)業(yè)化進程。如今，紅外熱像儀已經(jīng)同時在民用安防市場漸漸嶄露頭角，大有燎原之勢。
　　2、武器瞄具：
　　武器熱瞄具能直接安裝在士兵的各種武器上，能在不利氣候環(huán)境及各種戰(zhàn)場情況：稀疏的樹葉、煙、霧及偽裝下工作。
　　3、制導(dǎo)：
　　紅外制導(dǎo)是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身輻射的能量來實現(xiàn)尋地制導(dǎo)的技術(shù)。紅外制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)武器一個十分重要的技術(shù)手段?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用于空空、空地、地空等多方向制導(dǎo)型武器中。
　　4、火控：
　　80年代初，第一代被動熱像儀開始裝備在如M60A3、M1和豹2等坦克上。
　　微光夜視儀在無月光、星光夜晚的作用距離受到限制，并受煙霧影響，還不能發(fā)現(xiàn)偽裝目標。熱像儀除了克服微光夜視儀的上述缺點外，還有可能根據(jù)目標的熱特征而實現(xiàn)自動跟蹤目標。目前大多數(shù)熱像儀所用的探測器材料為碲鎘汞，工作波段為8～14μm，對坦克的識別距離可達2000m以上。例如安裝在比利時LRS-5型坦克火控系統(tǒng)中的TTS型坦克熱像儀，對坦克的發(fā)現(xiàn)距離是4～5km，對坦克的識別距離是2～2.3km。
　　5、干擾和對抗：
　　應(yīng)用紅外對抗技術(shù)可使對方紅外探測和識別系統(tǒng)的功能大大下降，甚至不起作用。對抗措施可歸結(jié)為規(guī)避和欺騙兩類。規(guī)避是利用偽裝器材，將軍事設(shè)施、武器裝備等隱蔽起來，使對方探測不到己方的紅外輻射源，如紅外隱形技術(shù)。偽裝器材主要有紅外偽裝網(wǎng)和防紅外涂料，80年代初期，它們僅能在1～3微米波段起作用，可對付某些紅外照相機和掃描儀，但對紅外熱像儀卻無能為力。欺騙是用與自身紅外輻射波長相似但更強烈的輻射源，誘開對方的紅外探測系統(tǒng)，這種主動對抗裝置有紅外誘餌和干擾機。前者如曳光彈、燃油箱等;后者是一種加調(diào)制的強紅外源。它們多裝在飛機和軍艦上，用以引開來襲的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。這種主動對抗裝置，直到80年代中期還難以對付在8～12微米波段工作的紅外系統(tǒng)。對抵消紅外對抗技術(shù)的作用，現(xiàn)代紅外系統(tǒng)又采取了反對抗措施，如采用雙色技術(shù)和多模跟蹤技術(shù)等。
　　隨著紅外技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化趨勢一步步增強，除了其在監(jiān)控領(lǐng)域的突出優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于安防監(jiān)控行業(yè)外，其他諸如測量、搜索和搜救、導(dǎo)航等功能現(xiàn)也同步應(yīng)用于軍民兩用。
　　1、測量
　　測溫是紅外技術(shù)最基礎(chǔ)的功能之一。在民用領(lǐng)域我們所熟知的紅外測溫儀在非典和禽流感等疫病流行期間讓越來越多的人體驗到紅外測溫的優(yōu)勢：快速、精準、非接觸。而在軍用領(lǐng)域，紅外測溫和檢測也同樣發(fā)揮著不可替代的作用，比如對飛機發(fā)動機、導(dǎo)彈尾焰等的檢測等。
　　2、搜索和搜救：
　　近年來地震、海嘯、火山噴發(fā)等大規(guī)模的自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，造成了不可預(yù)期的人員、財產(chǎn)及生態(tài)災(zāi)難。08年的震川地震中，在搜救隊中就有配備紅外線生命偵測器來檢測殘垣斷壁等復(fù)雜情況下的生命跡象，發(fā)揮了極其巨大的作用。
　　在陸?？盏冗吅７绹帘Ｗo任務(wù)中，紅外熱成像偵查裝備更是發(fā)揮著不能替代的作用。
　　3、導(dǎo)航：
　　另在空間應(yīng)用上，紅外熱像儀也在發(fā)揮越來越重要的作用
　　綜觀紅外技術(shù)在軍事上的應(yīng)用，可歸結(jié)為：為部隊提供夜間行動和作戰(zhàn)能力，為部隊提供軍事情報，提高武器系統(tǒng)的命中精度，改善武器系統(tǒng)抗電子干擾能力。紅外技術(shù)將日益對戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)和軍隊的作戰(zhàn)行動產(chǎn)生影響。
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　　四、紅外行業(yè)的市場特征
　　1、技術(shù)攻關(guān)難
　　紅外熱像儀是由焦平面探測器、后續(xù)電路、圖像處理軟件三大部件組成，是集材料學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、精密儀器、機械工程、光學(xué)系統(tǒng)、軟件設(shè)計等尖端技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品。
　　因為紅外熱像儀目前還主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，其相關(guān)的技術(shù)資料擴散受嚴格控制，很難獲取，這是導(dǎo)致國內(nèi)相關(guān)技術(shù)落后，人才培養(yǎng)艱難的主要原因，從而使得國內(nèi)科研機構(gòu)一直難以在此行業(yè)取得重大突破。
　　2、核心部件進口受限
　　目前，紅外熱像儀的核心部件焦平面探測器僅有歐洲和北美、日本和以色列等少數(shù)幾個國家的企業(yè)具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的能力，其核心技術(shù)輸出被嚴格限制。目前國內(nèi)所有焦平面探測器均來國外，國內(nèi)采購必須向所在國政府提出申請，并經(jīng)政府審核同意后，簽發(fā)出口許可證，相關(guān)企業(yè)方可和進口方簽訂產(chǎn)品購銷協(xié)議。因此進入紅外熱像儀行業(yè)的企業(yè)在采購探測器時需要很長的時間方可取得許可，程序較為繁瑣而緩慢。
　　3、產(chǎn)業(yè)化進程緩慢
　　紅外熱像儀作為新興的高科技產(chǎn)品，研發(fā)難度大、周期長、產(chǎn)業(yè)化的難度高。例如，對于一個新的行業(yè)進入者而言，要成功開發(fā)出消防用紅外熱像儀至少要5年左右的時間，而產(chǎn)品研發(fā)出來后，如何推向市場，需要更多營銷渠道積累。因此，雖然國內(nèi)部分科研院校掌握了紅外熱像儀的部分技術(shù)，并成功開發(fā)出產(chǎn)品，但由于未能成功地轉(zhuǎn)化為商品，缺乏進一步改進、發(fā)展的機會，因此技術(shù)也未能及時趕上國際先進水平。
　　五、紅外技術(shù)軍用的市場規(guī)模及發(fā)展趨勢
　　從全球范圍來看，紅外熱像儀目前已得到廣泛的應(yīng)用，根據(jù)MaxtechInternational的報告，全球民用市場規(guī)模為30億美元左右，未來幾年年均增速為15%左右;軍用市場規(guī)模為60億美元左右，未來幾年年均增速為7%左右。
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