紅外熱成像技術(shù)在軍事上有著重要的應(yīng)用,，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的關(guān)鍵技術(shù),。國內(nèi)外都非常重視紅外成像技術(shù)的發(fā)展,，半個世紀以來，紅外成像技術(shù)在偵察,、監(jiān)視,、瞄準、射擊指揮和制導(dǎo)等方面的應(yīng)用要求越來越高,，許多國家為加強自身防御能力和提高夜戰(zhàn)水準,，不僅把熱成像技術(shù)作為現(xiàn)代先進武器裝備的重要技術(shù)納入國防發(fā)展戰(zhàn)略，而且加大研制經(jīng)費,。紅外熱成像技術(shù)在軍事和民用上都得到了迅猛發(fā)展,。

一、紅外熱成像技術(shù)

1,、概念：

紅外熱成像技術(shù)是以接收景物自身各部分輻射 的紅外線來進行探測,，利用景物自身各部分輻射的差異獲得圖像的細節(jié)，其實質(zhì)是一種波長轉(zhuǎn)換技術(shù),，即把紅外輻射圖像轉(zhuǎn)換為可視圖像的技術(shù),，同時，由大氣透紅外性質(zhì)和目標自身輻射所決定,，紅外熱成像技術(shù)通常采用3～5 μm和8～14 μm兩個波段內(nèi)工作,。

2,、特點：

熱成像技術(shù)既克服了主動紅外夜視需要依靠人工熱輻射，并由此產(chǎn)生容易自我暴露的缺點,，又克服了被動微光夜視完全依賴于環(huán)境自然光和無光不能成像的缺點,；紅外熱成像儀器和系統(tǒng)具有透過煙、霧,、塵,、雪以及識別偽裝的能力，不受戰(zhàn)場上強光,、眩光干擾

而致盲,，可以進行遠距離、全天候觀察,。這些特點使它特別適合于軍事應(yīng)用，正因為如此,，一些技術(shù)發(fā)達的國家,，特別是美、英,、法,、俄等國競相研究熱成像技術(shù)，以巨大的人力,、物力進行開發(fā),，發(fā)展十分迅速。

二,、紅外探測器

熱成像技術(shù)的發(fā)展過程是與紅外探測器的發(fā)展密切相關(guān)的,，可以說紅外探測器是熱成像技術(shù)的核心，探測器的技術(shù)水平?jīng)Q定了熱成像的技術(shù)水平,。

1,、典型規(guī)模：

目前，紅外探測器通常被分為三代： 第一代以分立型為主,，元數(shù)在103元以下,。有線列和小面陣結(jié)構(gòu)，代表產(chǎn)品有：美國的60元,、120元,、180元光導(dǎo)HgCdTe器件；法國5×11元光伏HgCdTe器件,；英國4條(或8條)掃積型HgCdTe器件等,； 第二代為掃描型和凝視型焦平面結(jié)構(gòu)，在美國出現(xiàn)LADAⅠ,、LADAⅡ,、LADAⅢ型陣列應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的焦平面陣列,，規(guī)模在103～106元，其代表產(chǎn)品有4×240元,，4×480元和256×256元,，320×240元等； 第三代以凝視型為主,，規(guī)模在106元以上,，且強調(diào)雙波長(雙色)或多波長(多色)響應(yīng)和更強的智能化邏輯處理功能，以及價格較低的非制冷焦平面陣列等,。 30多年來,，紅外探測器技術(shù)經(jīng)歷了第一代向第二代的演變，目前,，正在由第二代陣列技術(shù)向第三代微型化高密度和高性能紅外焦平面陣列技術(shù)的方向發(fā)展,。國內(nèi)外各有關(guān)公司廠家研究機構(gòu)著眼于未來的市場需求，現(xiàn)已把注意力轉(zhuǎn)向第三代紅外焦平面陣列探測器的發(fā)展上,。

2,、第三代紅外探測器：

從以上規(guī)模可以看出,，探測器發(fā)展到先進的第三代成像探測器,，其性能指標都要求高，按照西方第三代成像傳感器系統(tǒng)的概念,，紅外探測器按戰(zhàn)技術(shù)性能可大致分為3類：

A,、微型探測器：

(1) 像素尺寸：320×240像元時為25 μm，640 x512像元時為17um,；

(2) 陣列規(guī)模：320×240像元,，可發(fā)展到640×512像元與1024 x768像元；

(3) 噪聲等效溫差：<50 mK,；

(4) 輸入功率：<10 mW,；

(5) 質(zhì)量：<28 g；

(6) 尺寸：<32.8 cm3,；

(7) 成本：一次性使用,。

B、高性能非制冷探測器：

(1) 像素尺寸：25 μm×25 μm,；

(2) 陣列規(guī)模：1 000×1 000像元,；

(3) 噪聲等效溫差：<10 mK (F/1時)，<60 mK (F/2.5時),。

C,、兆像素級,、多色制冷探測器：

(1) 譜帶：短波/中波紅外,，中波/中波紅外(熱電制冷到180 K),；短波/長波紅外,，中波/長波紅外,，長波/長波紅外(制冷到120 K),；短波/中波/長波紅外(制冷到120 K)；

(2) 像素尺寸：18 μm×18 μm,；

(3) 陣列規(guī)模：1 000×1 000像元,，1 000×2 000像元,，2 000×2 000像元,；

(4) 噪聲等效溫差：<1 mK (F/2,，長波紅外),，<5 mK (F/2,，中波紅外)；

(5) 109的電子阱容量,；

(6) 自適應(yīng)幀速(最高480 Hz),；

(7) 芯片上A/D轉(zhuǎn)換和非均勻修正,，空間非均勻性<0.5×噪聲等效溫差。

3,、新型探測器：

從以上第三代探測器的性能指標可以看出：兆像素級、多色制冷探測器,，高性能非制冷探測器，以及低成本微型非制冷探測器是重要的發(fā)展方向,。

A,、制冷型HgCdTe(MCT)焦平面探測器

制冷型HgCdTe(MCT)焦平面探測器已出現(xiàn)1 024×1 024像素的器件，目前發(fā)展的重點是多色(或多波段)焦平面探測器,，多色陣列采用單片二維陣列,，每個紅外像素都由兩個或多個相互重疊或相鄰的光敏元組成，正在開發(fā)的多色焦平面探測器由MCT紅外探測器和由GaAs/AlGaAs等Ⅲ-Ⅴ族材料制作的量子阱紅外探測器(QWIP),。

多波段焦平面探測器的有利之處在于提高系統(tǒng)探測真假目標的能力,，減輕探測器的質(zhì)量,，減少光學(xué)系統(tǒng)以及復(fù)雜的精密穩(wěn)定校準系統(tǒng)，但多波段的成本也是目前應(yīng)用的問題之一,。

B,、非制冷焦平面探測器

非制冷焦平面探測器的發(fā)展非常迅速,，且在多個國家均取得了技術(shù)的突破，實現(xiàn)了產(chǎn)品化,，目前的技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)出以下幾個特點：

(1) 320×240像元非制冷焦平面。通過提高探測器靈敏度和減小探測器尺寸,，對于在輕武器瞄具,、紅外尋的器,、手持紅外觀察儀等單兵設(shè)備的推廣應(yīng)用上具有重要的作用,；

(2) 160×120像元非制冷焦平面,。目前多個公司均推出了自己的小陣列非制冷焦平面探測器，其重要應(yīng)用是制導(dǎo)傳感器以及分布式傳感器系統(tǒng),，由于價格的減低,，可以擴展系統(tǒng)的應(yīng)用面，但目前表現(xiàn)出與320×240像元非制冷焦平面的價格差未達到預(yù)期的目的,；

(3) 640×480像元非制冷焦平面。更細小目標或更遠目標的探測和識別,，可探測約3900 m處的行人,，可裝備未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的高端瞄準具,。

三,、紅外熱成像的軍事應(yīng)用

隨著熱成像技術(shù)的發(fā)展,，使它在國民經(jīng)濟,、生產(chǎn)建設(shè)、科學(xué)研究以及國防軍事等眾多方面有著廣泛的應(yīng)用,，其在軍事上應(yīng)用也已涉及到紅外警戒、跟蹤,、瞄準以及制導(dǎo)的各個方面，以下就紅外焦平面列陣器件在世界先進軍事技術(shù)中的重要應(yīng)用作一簡述。

1,、彈道導(dǎo)彈防御：

彈道導(dǎo)彈防御

美國的彈道導(dǎo)彈防御（BMD）計劃是當(dāng)前國際上廣泛關(guān)注的一個熱點問題,，BMD計劃針對敵方導(dǎo)彈在發(fā)射助推段,、大氣層外彈道飛行段和再入大氣層段這三個階段的不同特點，采取不同的方法,，建立多層次的,、全程的攔截體系。在這種攔截體系中,，紅外焦平面列陣成像技術(shù)扮演著一種核心的角色,，主要表現(xiàn)在以下3個方面。

A,、全球性監(jiān)視。在敵方導(dǎo)彈發(fā)射的初始階段,，就探測到其位置和數(shù)量,，主要依靠部署在空間的預(yù)警衛(wèi)星進行。

B,、跟蹤和鑒別,。在敵方導(dǎo)彈發(fā)射的初始階段和彈道飛行階段，鑒別真,、假目標并跟蹤其軌跡,。

C、識別和制導(dǎo),。在己方發(fā)射的攔截導(dǎo)彈上,，以紅外成像方式實現(xiàn)目標識別和精確的導(dǎo)，命中摧毀敵彈,。

2,、常規(guī)導(dǎo)彈武器：

采用紅外成像制導(dǎo)可使導(dǎo)彈獲得更遠的全向探測距離和識別,，對抗紅外誘餌等人工干擾的能力，大大提高導(dǎo)彈威力,，而且也使其成為對付隱形飛機等的“殺手锏”,，也是熱成像技術(shù)在軍事應(yīng)用中的重中之重。

A,、典型的紅外熱成像制導(dǎo)導(dǎo)彈

隨著紅外成像技術(shù)的快速發(fā)展,，世界各國相繼研制了多種紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈。如美國的毒刺改進型 (Stinger Post和Stinger RMP),，斯拉姆AGM284E遠程攻擊型導(dǎo)彈，蘇聯(lián)的SAM213和法國的西北風(fēng)改進型, 美國幼畜AGM265D /F空地,、空艦導(dǎo)彈,，法國MICA導(dǎo)彈（紅外型），英國ASRAAM導(dǎo)彈,，德國 IRIS-T導(dǎo)彈,，美國AIM-9x導(dǎo)彈，其中,，美國的AIM-9x近距空空導(dǎo)彈是美國重點發(fā)展的最新型空空導(dǎo)彈,。

美國陸軍“毒刺”單兵地空導(dǎo)彈

應(yīng)用凝視紅外焦平面陣列成像技術(shù)的典型代表有德,、英,、法合研的遠程崔格特導(dǎo)彈、美國的標槍便攜式反坦克導(dǎo)彈以及戰(zhàn)區(qū)高空防空導(dǎo)彈THADD等,。

B,、先進反裝甲導(dǎo)彈系統(tǒng)：

在紅外焦平面技術(shù)發(fā)展初期，最先成功應(yīng)用的領(lǐng)域是反裝甲導(dǎo)彈系統(tǒng)的熱瞄準器和精確制導(dǎo)尋的器,，美國和歐洲的一些主要先進反裝甲導(dǎo)彈計劃,，現(xiàn)已處于裝備、服役階段,，主要有美國“標槍”Javelin導(dǎo)彈系統(tǒng),，歐洲第三代遠程反坦克導(dǎo)彈（TriGAT-L，又名ATGW-3）,，美國“獄火”導(dǎo)彈（Hellfire）,。

3、軍用紅外熱成像儀

紅外熱成像儀是應(yīng)用最廣泛的紅外裝置,，而在熱成像技術(shù)的發(fā)展初期,，只能研制出基于單元器件的熱像儀，場頻較低,，只限于小范圍應(yīng)用,。直到20世紀70年代中長波碲鎘汞(MCT)材料與光導(dǎo)型多元線列器件工藝成熟之后，熱像儀才開始大量生產(chǎn)并裝備軍隊,，發(fā)展很快,，種類繁多。第一代軍用紅外熱成像儀大都采用MCT的60,、120和180元線列“通用組件”制造的前視紅外系統(tǒng),，即FLIR，它占紅外軍事應(yīng)用的50％以上,，而到90年代,，性能更高的第二代熱成像儀SADA應(yīng)運而生，即美國陸軍標準先進杜瓦組件,，SADAⅠ為240×2長波MCT TDI掃描焦平面,，SADAⅡ為 480×6（以及480×4）長波MCT TDI掃描焦平面，使用SADAⅡ的第二代熱成像儀比使用180元通用組件的第一代熱成像儀的探測距離提高了一倍,，且如果是凝視型焦平面熱像儀具有更多的優(yōu)點,，小巧,、堅固、可靠,、省電,、靈敏度更高，640×480元InSb凝視焦平面熱成像儀探測距離是通用組件的4倍,。

SADAⅡ已廣泛用于各種機載,，艦載和車載的熱像儀和搜索跟蹤系統(tǒng)中，如Bradley戰(zhàn)車,，Abrams M1坦克,，Comanche裝甲，而美國的超級戰(zhàn)機F-22,，V-22和F-18都使用了凝視型的焦平面熱成像儀,。

4、空間紅外熱成像

目前,，紅外熱成像的空間應(yīng)用主要有3方面：環(huán)球表面監(jiān)測,，行星和空間探索以及軍事事件的監(jiān)視。自1960年第一顆氣象衛(wèi)星上天,，到美國最為先進的空間紅外望遠鏡Spitzer發(fā)射,，紅外熱成像技術(shù)在空間的應(yīng)用也是發(fā)揮的淋漓盡致。

四,、紅外熱像儀的發(fā)展趨勢

紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展以紅外探測器的發(fā)展為標志,，可以從紅外探測器的發(fā)展來推斷其發(fā)展趨勢： 近期應(yīng)以“二代”焦平面陣列的實用化，批量生產(chǎn),，大量裝備為重點,，解決各種不同功能要求的圖像處理和智能化、自動化問題,，提高非制冷焦平面陣列規(guī)模和水平,，與應(yīng)用密切配合，解決應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,；發(fā)展應(yīng)圍繞“第三代”焦平面陣列,，著重基本技術(shù)問題的研究解決，包括外延材料生長大規(guī)模高密度器件工藝,、非均勻性校正,、可低溫工作的信號處理電路、互聯(lián)耦合技術(shù),、測試評價技術(shù),、圖像處理和智能化等技術(shù)關(guān)鍵問題，以縮小整機體積,，并增強功能,；進一步應(yīng)探索新型材料器件的研究開發(fā),，從能帶工程出發(fā)，設(shè)計研究新型焦平面陣列材料和器件,；竭力提高成品率,，降低價格，擴展紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用價值,。

總之，熱成像技術(shù)將會借助探測器技術(shù)發(fā)展的東風(fēng)迅猛發(fā)展,。

五,、結(jié)束語

紅外熱成像技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已從當(dāng)初的機 械掃描機構(gòu)發(fā)展到了今天的全固體,、小型化,、全電子、自掃描凝視攝像,，特別是非制冷技術(shù)使紅外熱成像技術(shù)從長期的主要軍事目的擴展到諸如工業(yè)監(jiān)控測溫,、執(zhí)法緝毒、安全防犯,、醫(yī)療衛(wèi)生,、遙感、設(shè)備先期性故障診斷與維護,、海上救援,、天文探測、車輛,、飛行器和艦船駕駛員用夜視增強觀察儀等廣闊的民用領(lǐng)域,，紅外熱成像技術(shù)正走向輝煌，同時,，我們應(yīng)清醒的認識到,，紅外熱成像技術(shù)，也即第三代紅外探測器已經(jīng)走上了一條充滿挑戰(zhàn)的發(fā)展道路,，要想發(fā)展,，必須解決許多問題，以提高靈敏度,，增加識別距離,，降低成本，為未來的戰(zhàn)斗部隊提供新的優(yōu)勢,。