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惯性技术在光电探测技术中的应用

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光电探测是以可见光、红外、紫外等光波谱为信息载体，利用光辐射和物质相互作用时产生的光电效应和光热效应，实现对目标形状、轮廓、位置、速度、光谱特性等参量的测量。以光电探测技术为核心的光电系统可实现对光信息的收集、转换、提取、控制、处理、显示和输出，具有昼夜探测、隐蔽性好、角分辨精度高、抗干扰能力强等优点。基于光电系统的独特优势，具有军事用途的光电类产品通过低信噪比目标探测、目标识别，可为战场透明显示、夜间侦察与作战、反隐身探测、防区外突袭和毁伤效果评估等提供强有力的技术支撑，成为名副其实的战斗效能 “倍增器”。近年来，几次局部战争中，利用光电探测技术研发的武器装备在实战中取得了令人瞩目的效果，显示了其对现代战争模式演变的重大影响力，有力支撑了现代高技术战争中 “信息主宰”、“全球作战”、“精确打击”等战略战术能力的构建与拓展[1]。

惯性技术以陀螺、加速度计为核心器件，在适当的地球模型下，通过物理或数学手段实时测量、解析姿态、位置、速度等导航参数[2]。随着光电探测技术的快速进步，光电系统已从单一地获取目标图像发展为多功能、多维度综合化态势感知，在预警与遥感、侦察与监视、火控与瞄准、精确制导、导航与引导、光通信与光电对抗、光电测量等领域发挥了巨大的作用。惯性技术与光电探测技术的紧密结合能够显著拓展包括系统惯性稳定控制、地理定位与地理跟踪等功能性能，有效提升了光电系统在时敏目标引导打击、非传统情报监视侦察、空地协同作战等领域的作战效能。

1 光电探测技术的发展现状

根据电磁波频谱的划分，以光电子技术、信息技术以及制导技术为核心的光电探测技术应用广泛的应用于紫外、可见光和红外探测等领域。

紫外波段主要来源于太阳辐射以及温度达到1200℃以上的物体自身辐射，紫外探测在军事光电探测设备上主要应用于紫外预警／告警、紫外制导等[3]。

可见光波段主要来源于太阳的辐射，波长在0.38μm～0.76μm，成像基础为目标与背景光谱反射特性不同所造成的对比度差异。可见光图像细节丰富，层次清晰，具有与人眼感官相同的视觉与色彩效果。

短波红外成像主要利用目标反射大气与背景环境中的红外辐射来实现，短波红外图像具有较好的动态范围，成像效果上与可见光接近，同时兼具昼夜全天候探测能力，并且穿透雾霾、烟尘的能力较强。

中波红外成像主要包含目标自身热辐射和背景环境反射，长波红外成像主要为目标自身热辐射。图1比较了物体温度为-73℃～349℃（约200K～622K）时的长波和中波红外辐射通量比值。当物体温度低于349℃（约622K）时，长波红外辐射通量高于中波红外，物体热辐射主要集中在长波红外；当物体温度高于349℃（约622K）时，中波红外辐射通量高于长波红外，物体热辐射主要集中在中波红外。

图1 目标长波、中波红外辐射通量比值与温度的关系Fig.1 Relationship between the ratio of long-wave infrared radiation flux，middle-wave infrared radiation flux and temperature

由于大气中的臭氧层对紫外波段有较强的吸收作用，因此造就了紫外波段的独特应用，也限制了紫外探测的使用范围。以可见光探测技术和红外探测技术为核心的光电系统，由于探测距离远、成像直观、细节丰富以及被动探测等特点，在瞄准、侦察、告警和制导等领域广泛使用。以机载光电系统为例，随着光电技术的进步，包括机载光电瞄准系统、机载红外搜索跟踪系统、机载光电监视侦察系统以及机载红外告警与定向对抗系统均取得了长足的发展。

（1）机载光电瞄准系统

机载光电瞄准系统根据系统构型与所处载机平台的不同，可以划分为光电瞄准吊舱与光电转塔。

光电瞄准吊舱主要装备在战斗机和轰炸机中，目前共发展了四个阶段，其主要发展历程如下：

第一阶段：起始于20世纪70年代，主要以美国的 “铺路钉”、“铺路刀”激光照射吊舱与法国的自动跟踪激光照射系统（Automatic Tracking Laser Illuminating System，ATLIS）瞄准吊舱为代表[4]，重点解决白天环境下对地面目标的探测识别与自动跟踪，实现了激光制导武器的引导。该阶段瞄准吊舱仅有电视传感器和激光照射器，因此不具备夜间作战的能力，ATLIS瞄准吊舱于20世纪80年代初装备于法国空军战斗机中。

第二阶段：从20世纪80年代开始，美国开展了LANTIRN（蓝盾）瞄准吊舱的研制，并于20世纪80年代末应用于部队中[4]，该阶段的瞄准吊舱主要传感器包括电视传感器、红外热像仪、激光测距／照射器，具备昼夜条件下作战的能力。该阶段瞄准吊舱主要采用长波红外探测器，图像分辨率较低，探测距离较近。

文章来源：《中国惯性技术学报》网址: http://www.zggxjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0717/742.html