軍用夜視技術

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更新時間: 2013-12-11

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軍用夜視技術 在夜間或低亮度條件下,將不可見輻射加以轉變或將微弱的夜天光增強,成為人眼可以感受的可見光,應用于軍事上進行隱蔽觀察的光電技術。

軍用夜視技術 -正文
  軍用夜視技術它主要用於夜間的偵察、照相、觀察瞄準、車輛駕駛、裝備修理、工程搶險和戰地救護等。在民用上可用於天文觀察、宇宙探測、航天航海、深水考查和核物理實驗等。
  分類  夜視技術通常分為紅外夜視技術和微光夜視技術兩大類。前者包括紅外像轉換技術、紅外熱成像技術、紅外照相技術、紅外固態成像技術等。後者包括微光像增強技術、微光電視技術、微光照相技術、微光固態成像技術等。
  紅外像轉換技術  將人眼不可見的0.76~1.15微米的近紅外輻射圖像,通過紅外變像管轉變為人眼可見的圖像。工作時以紅外變像管作為探測器和顯示器,外加一個紅外探照燈作為光源。從目標反射回來的紅外輻射,聚焦成像在變像管一端的銀氧銫光電陰極上,激發出光電子。這些光電子被管內的電子透鏡(電壓為20千伏左右)加速並聚焦到熒光屏上,轟擊熒光屏發光,顯現出可見光圖像(圖1)。
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  利用這種技術的夜視器材,稱為主動紅外夜視儀。它具有場景反差大、閃爍小、成像比較清晰等優點,特別適用於陸地觀察。而且紅外變像管的工藝比較成熟,造價低廉,受外界自然環境照明情況影響也較小。但紅外光源及其供電裝置比較笨重,耗電多,觀察範圍、視距也受到探照燈功率和尺寸的限制。且隱蔽性較差。如蘇聯的AПН-3型火炮瞄準具:視場2ω=6°,倍率7.5x,作用距離800~1000米,重量14千克。
  紅外熱成像技術  基於記錄目標與背景溫度的差別來顯示圖像。工作時以一種內光電效應的紅外探測器作為接收元件,光學系統將目標各處根據自身溫度輻射的中長波紅外輻射,通過光機掃描或其他掃描技術轉變成電信號,經處理后,由顯示器轉變成可見圖像(圖2)。利用這種技術的夜視器材,稱為熱像儀。
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  熱像儀能發現和識別經過一般偽裝的目標,隱蔽地實施晝夜觀察,具有較高的抗干擾能力。但作用距離受氣象條件影響較大,造價太高,在推廣使用和廣泛裝備上受到限制。熱像儀的性能現已達到等效雜訊溫差為0.1K,空間解析度0.1~0.4毫弧度。紅外前視系統所得到的圖像在幀頻、解析度和信噪比方面都已達到廣播電視水平,作用距離一般可在1公里以內識別人,2公里以內識別車輛,15~20公里以內跟蹤飛機。
  應用熱釋電攝像管的熱成像系統,頻譜響應寬,長波峰值可延伸到14微米,無需製冷,並具有與普通電視兼容、操作簡便等優點。在無調製情況下,能區別固定景物和運動目標,發現熱輻射變化的物體。在加調製后,能觀察固定目標。其缺點是空間解析度尚差。
  微光像增強技術(微光夜視)  直接利用夜間微弱的夜天光(月光、星光和大氣輝光)照明,由像增強器將來自目標的反射輻射,轉變為增強的光學圖像。利用這種技術的夜視器材,稱為微光夜視儀。由於無需附加光源,隱蔽性較好。但受自然環境照明情況影響較大,且易受偽裝的欺騙和干擾。這類器材已經發展了三種類型:①用級聯或串聯像增強器的微光夜視儀。這種像增強器採用了對夜天光更為靈敏的多鹼光電陰極。它的結構和工作原理與紅外變像管相似。為了提高亮度增益,多採用光學纖維面極(或薄雲母片)將三個單級像增強器耦合起來,成為三級級聯(或串聯)靜電聚焦像增強器。如法國的OB25型微光瞄準具,視場2ω=11°,倍率4×,解析度1.5毫弧度,在星光下對人的作用距離為400米、對車輛為500米、對坦克為700米,重量2.9千克。②用微通道板像增強器的微光夜視儀(圖3)。微通道板實質上是一個薄的二次電子倍增器。這種像增強器又可分為薄片管和倒像管兩種。前者將微通道板放在光電陰極與熒光屏之間,形成雙近貼像增強器;後者則相當於在單極像增強器的熒光屏前面,加了一塊微通道板。由於微通道板的增益較高,只要用一個單管就夠了,因而縮小了體積、減輕了重量。如法國的OB44型微光望遠鏡,視場2ω=11°,倍率3×,解析度在10-3勒克斯時大於或等於0.6毫弧度,在星光下對人的識別距離為450米、對車輛為650米、對坦克為900米,重量僅1.9千克。③使用 Ⅲ-Ⅴ族化合物(如砷化鎵)光電陰極像增強器的微光夜視儀。由於它的量子效率高,對夜天光光譜響應較好,因而能提高作用距離,解析度也較高。但由於只能做成平面陰極,尺寸也不易做大,因而在應用上受到一定限制。
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  微光電視技術  在微弱的光照條件下(10-1勒克斯以下)利用電視手段進行觀察。 其基本原理與工業電視相同,但靈敏度要求更高。它可在顯像之前對信息加以適當處理,使圖像質量得到改善。並可在一幀時間內積累信息以提高信噪比,還可供多人、多地點同時觀察。缺點是耗電多,體積大,操作維護比較複雜,造價較高。微光電視主要由微光攝像機、監視器和控制器等部分組成。微光攝像機常採用電子轟擊硅靶攝像管。為了能在星光條件(10-3勒克斯以下)下進行工作,一般還需要再耦合上一級像增強器。此外,還有帶微通道板像增強器的視像管攝像系統,帶三級像增強器的視像管攝像系統等。隨著電荷耦合器件和電子轟擊半導體電荷耦合器件的出現和不斷發展,為微光攝像機性能的不斷提高開闢了新的途徑。
  簡史  1929年L.R.科勒發明了對近紅外輻射靈敏的銀氧銫光電陰極。20世紀30年代初,美國工程師P.T.法恩斯沃思和G.霍爾斯特提出了光電圖像轉換原理,為近代夜視技術提供了理論基礎。以後,荷蘭、德、美等國研製成紅外變像管。第二次世界大戰後期,主動紅外夜視儀開始用於實戰。1936年,銻銫光電陰極出現后,開始了直接利用夜天光解決照明的微光夜視技術研究。但直到1955年A.H.薩默發明高靈敏度的多鹼光電陰極之後,微光夜視技術才得到迅速的發展。1962年美國研製出用光學纖維面板耦合的三級級聯像增強器,並製成實用的微光夜視儀,即所謂「星光鏡」,1965~1967年曾用于越南戰場。1962年前後,微通道電子倍增器研製成功。1970年研製成微通道板像增強器和相應的夜視儀,如美國的 AN/PVS-2A等。1965年J.范拉爾和J.J.舍爾製成第一個砷化鎵負電子親和勢光電陰極。在此基礎上,美國於1979年研製出用這種光電陰極帶微通道板的像增強器和相應的夜視儀。1960年出現了微光電視,它實際上是微光技術與電視技術的綜合利用,已廣泛應用於地面、空中和海上的觀察、監視和武器火控系統。熱成像技術的發展可追溯到1930年前後,當時出現了溫度記錄儀。40年代,出現了兩種發展途徑:一種是發展分立式的紅外探測器,採用光機掃描的方法,將目標圖像變換成視頻信號;另一種是發展熱釋電紅外攝像器件。前者發展比較迅速,性能也較好。1956年,美國芝加哥大學研製出一台XA-1型長波紅外前視系統,實現了實時成像。60年代,美國研製了對并行和串列快速掃描實時成像紅外前視系統,隨後在空軍和海軍中大量應用。
  展望 隨著夜視技術的發展,有些國家正在研製將各種夜視技術的長處綜合在一起,並同其他偵察手段(如雷達、激光測距儀、毫米波成像器材等)結合起來,能同時在不同波段下工作的、主被動合一的組合夜視儀器。在固態成像技術方面,以新穎的電荷轉移器件為圖像感測和信號處理系統,用固體發光器件顯示,實現固體自掃描的凝視型焦平面技術,也正在研究發展中。

 

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