雙色紅外探測器的現(xiàn)狀與發(fā)展
1 紅外技術(shù)的地位和作用
紅外技術(shù)有四大優(yōu)點：環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣天候下的工作能力優(yōu)于可見光；隱蔽性好，不易被干擾；由于是靠目標(biāo)和背景之間、目標(biāo)各部分的溫度和發(fā)射率差形成的紅外輻射差進(jìn)行探測，因而識別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；紅外系統(tǒng)的體積小，重量輕，功耗低。但有三大因素制約著其效果：目標(biāo)的光譜特性；探測系統(tǒng)的性能；目標(biāo)和探測口之間的環(huán)境和距離。紅外探測技術(shù)是圍繞著解決以上問題發(fā)展的，例如：a．為充分利用大氣窗口，探測器光譜響應(yīng)從短波紅外擴(kuò)展到長波紅外，實現(xiàn)了對室溫目標(biāo)的探測；b．探測器從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到焦平面，上了兩大臺階，相應(yīng)的系統(tǒng)實現(xiàn)了從點源探測到目標(biāo)熱成象的飛躍；c．系統(tǒng)從單波段向多波段發(fā)展；d．發(fā)展了種類繁多的探測器，為系統(tǒng)應(yīng)用提供了充分的選擇余地。
冷戰(zhàn)結(jié)束后，美國進(jìn)行全球戰(zhàn)略調(diào)整，其中美軍為未來作戰(zhàn)提出的，即能將全球監(jiān)視系統(tǒng)和通信系統(tǒng)以及有關(guān)數(shù)據(jù)的合成與處理集中用于某一戰(zhàn)區(qū)，形成信息優(yōu)勢；在全天候、晝夜條件下能偽裝和突破防線，識別和打擊重要的固定和機動目標(biāo)兩種作戰(zhàn)能力與紅外技術(shù)密切相關(guān)。在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動下，紅外技術(shù)已從過去的戰(zhàn)術(shù)地位發(fā)展到今天的戰(zhàn)略地位，具體表現(xiàn)在：a．紅外技術(shù)是國家安全依賴的主要探測技術(shù)手段。彈道導(dǎo)彈和遠(yuǎn)程巡航導(dǎo)彈的早期預(yù)警、跟蹤、識別和攔截對國家戰(zhàn)略目標(biāo)的安全至關(guān)重要；b．紅外技術(shù)在未來軍事技術(shù)中的戰(zhàn)略地位是由其使用的廣泛性和重要性決定的。今后，紅外技術(shù)還將運用于迅速發(fā)展的光電對抗、光通信、定向能武器等方面；c．紅外技術(shù)是未來高技術(shù)局部戰(zhàn)爭使用的主要技術(shù)之一�，F(xiàn)已清楚，獲得戰(zhàn)場上的單向透明性，即獲得戰(zhàn)場信息優(yōu)勢，是獲得戰(zhàn)爭主動權(quán)的關(guān)鍵因素之一，為達(dá)到此目的，紅外系統(tǒng)現(xiàn)已是發(fā)達(dá)國家的陸、海、空、天各類武器系統(tǒng)中不可缺少的、甚至是主要的傳感器。
2 雙色紅外探測器的現(xiàn)狀
所有探測技術(shù)都是向獲取更多目標(biāo)信息的方向發(fā)展，紅外技術(shù)也不例外。在大氣環(huán)境中，目標(biāo)的紅外輻射只能在1～2.5微米、3～5微米和8～14微米三個窗口內(nèi)有效傳輸。如果一個熱成象系統(tǒng)能同時在其中兩個波段獲取目標(biāo)信息，就可對復(fù)雜的背景進(jìn)行抑制，提高對目標(biāo)的探測效果，在預(yù)警、搜索和跟蹤系統(tǒng)中能明顯的降低虛警率，顯著地提高系統(tǒng)的性能和在各種武器平臺上的通用性，滿足各軍、兵種、特別是空軍、海軍對熱象系統(tǒng)的需求。因大多數(shù)軍用熱成象系統(tǒng)都在中波、長波工作，所以國內(nèi)外研制的多數(shù)雙色探測器都是中、長波探測器。
雙色探測器可應(yīng)用于：導(dǎo)彈預(yù)警、氣象、資源遙感等衛(wèi)星，機載前視紅外和偵察系統(tǒng)，武裝直升機和艦載機目標(biāo)指示系統(tǒng)，中、低空地空導(dǎo)彈的光電火控系統(tǒng)，精確制導(dǎo)武器的紅外成象制導(dǎo)導(dǎo)引頭，水面艦船的預(yù)警、火控和近程反導(dǎo)系統(tǒng)，雙波段熱象儀等等。一般雙波段熱成象系統(tǒng)主要以三種方式構(gòu)成：a．直接用兩套單波段的熱象系統(tǒng)組合而成；b．兩個分別響應(yīng)不同波段的探測器組件共用一個光學(xué)系統(tǒng)；c．用一個能響應(yīng)兩個波段的雙色紅外探測器（以下簡稱雙色探測器）共用一個光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
雙色探測器既受單波段器件發(fā)展水平和對兩波段熱象系統(tǒng)需求的限制，又有自身從器件制備到系統(tǒng)應(yīng)用等多方面的困難。因此總體發(fā)展水平遠(yuǎn)低于單波段同類型的探測器。例如：在1958年就研制成功了單波段的熱象儀，而最早的HgCdTe雙色探測器在1972年才研制出來；目前，長波HgCdTe探測器面陣已達(dá)640×480，而用多層異質(zhì)結(jié)HgCdTe薄膜材料制備的、集成式的雙色探測器僅達(dá)到64×64。盡管如此，3～5微米和8～14微米的兩波段熱象系統(tǒng)在歐、美等國、特別是在海、空軍中已得到比較普遍的使用。在美國海軍航母上的艦載戰(zhàn)斗機F－14D裝備了兩波段FLIR系統(tǒng)。美海軍研制的輕型艦用紅外警戒系統(tǒng)，采用了能響應(yīng)3～5微米和8～崐14微米波段的480×4元的HgCdTe FPA器件。英國則研制成功了雙色SPRITE探測器，并在TICMⅡ的基礎(chǔ)上，研制出兩波段的熱象儀；另外，也正在研制艦用兩波段紅外警戒系統(tǒng)。法國對艦用紅外警戒系統(tǒng)的研制非常重視，于1977年率先研制出實用化的兩波段搜索、跟蹤系統(tǒng) "VAMPIR"，并裝備在兩艘導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上。
3 雙色探測器的發(fā)展趨勢
所有探測技術(shù)的發(fā)展都有三個階段：a．探測信號的強度，得到目標(biāo)的"黑白照片"，這是初級階段；b．探測信號的強度和波長，得到目標(biāo)的"彩色照片"，達(dá)到中級階段；c．探測信號強度、波長和相位，得到目標(biāo)的"全息照片"，這才達(dá)到探測技術(shù)的高級階段。目前的紅外技術(shù)處于其初級階段的后期，正向中級階段發(fā)展，其標(biāo)志是研制出了雙（多）色紅外探測器，得到了目標(biāo)熱圖象的"彩色照片"�？梢灶A(yù)計，今后雙色探測器將隨單波段探測器及其配套技術(shù)的成熟和市場需求的增加而加快發(fā)展，并將集中在以下五個方面：
3.1 集成式
集成化的雙色探測器有利用簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能充分利用半導(dǎo)體材料制備技術(shù)的最新成果，便于器件焦平面化，其中HgCdTe合金系和各種量子阱／超晶格材料系統(tǒng)將得到重點發(fā)展。
3.2 焦平面
采用焦平面器件，更好的滿足系統(tǒng)的要求，同時也有利于簡化系?統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本。
3.3 大陣列
為明顯的提高系統(tǒng)的性能，雙色探測器將向大面陣和長線列發(fā)展。
3.4 小型化
雙波段系統(tǒng)將克服在光學(xué)設(shè)計和加工、信號處理和顯示等方面的困難，縮小體積、減輕重量等，以便擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
3.5 多色化
隨材料、器件和系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，雙色探測器將向更多的光譜波段發(fā)展，既包括拓寬光譜波段，也包括將光譜波段劃分成更為細(xì)致的波段，以獲得目標(biāo)的"彩色"熱圖象，更豐富、更精確、更可靠地得到目標(biāo)的信息。
(摘自 中國工程技術(shù)北方信息網(wǎng))
 |