红外探测技术的发展研究
时间：2021-05-23 12:02:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：红外探测技术发展的直接动力是为了满足军事需要，通过对未来战争的预测，确定红外探测技术的发展方向，此技术将会把高性能，低成本，小型化作为发展目标。
关键词：红外探测；探测器；发展分析
1背景描述
隐身技术的发展使得导弹和各类作战飞机平台的雷达反射截面积出现明显减小的趋势，如果继续使用无线电手段对其进行探测，发现概率将大大降低，值得庆幸的是，这些导弹和飞机在高速运动的过程中与空气产生的摩擦会形成尾焰，如果采用红外技术对其进行探测，成功的几率将会大大增加。本文对红外探测技术的发展展开讨论。
2红外探测技术
物体在自身温度高于绝对零度的条件下会辐射红外光，温度不同辐射出的红外光频率就不同，因此就会表现出不同的辐射特征，以大气为介质传输至探测接收器，经过光电转换，被处理成肉眼可以观看的图像。红外系统一般而言具有以下几个优点：
（1）红外系统对环境具有良好的适应能力，即使是在夜间或者暴风雨雪等恶劣的环境下都具备比普通可见光良好的工作能力。
（2）红外系统防干扰性比较强，而且具有隐蔽性好的优点。
（3）探测成像主要依靠目标与背景之间的温度和发射率，所以在对目标的识别能力上由于普通可见光。
（4）红外系统规模较小，能耗较低，体积较小，容易隐蔽。
近些年红外探测技术的应用不仅仅在局限于传统的军事行业，它的发展使这项技术的应用越来越广泛，在民用领域这项技术也得到了广泛的应用，比较常见的民事应用领域包括：天气预报、环境检测、地质地貌研究；地下水、地下资源探测、矿井温度测试；医疗、森林火灾预测等。
2.1原理
当目标与背景之间存在差异就会产生热点或者图像，红外探测技术因此可以获得目标和背景的信息。现在的探测系统有：光学系统和探测器、信息输出接口、中心计算机和激光测距等装置。相对于通常接受光的系统而言，红外接收光学系统由于在红外波段工作，它的光学材料和镀膜必须和其工作波长相适应，它的结构与普通接受光学系统相近。红外接收光学系统的工作过程是，首先接收到红外辐射信号，然后经过处理将其转化为电信号，最后经过非均匀性修正和放大形成视频传输给处理器。软件硬件有机组合形成信息处理器，它可以对视频进行处理的到目标信息，通过数据接口输出。
2.2红外科学技术的发展趋势
2.2.1十九世纪
红外探测技术是红外技术的核心，红外探测器的发展是红外技术发展的基础，根据资料最早的关于红外探测器的记载出现在十九世纪初的天文学领域，英国的一名叫威廉.赫胥尔德天文学家最先发现了红外线，其后就出现了类似热电偶、热电堆、测热辐射计等探测器。
2.2.2 二十世纪
1917年美国最先研制出红外探测器，其发展历程如图1所示。
图1 红外探测器历程图
20世纪红外技术得到广泛的应用和发展，军事部门成功的利用它实现了在黑暗中观察，探测军事目标以并利用它成功进行保密通讯，在第一次世界大战期间，为了战争需要，研究人员研制出了信号闪烁器，搜索装置等实验性红外装置。尽管这些红外装置没有被批量进行生产，但是红外技术在军事上的巨大作用已经引起了军事领域的关注。德国在第二次世界大战之前，首次研制红外变像管成功，并将其应用于战争。战争期间德国对红外技术的研究投入了大量的精力，与此同时，美国也致力于红外技术的研究，并成功研制出红外辐射源、窄带滤光片、红外探测器、红外望远镜、测辐射热计等。在第二次世界大战后，半导体技术进一步推动了红外技术的发展进程，一系列的探测器如：PbTe、HgCdTe、Si掺杂探测器。尽管红外探测器在这一阶段蓬勃发展，但是它却存在着诸如波长单一、量子效率低下等问题。1959年，英国的Lawson发明了得探测器更是促进了红外探测技术的蓬勃发展，并且此项发明在进行红外探测技术器中一直被广泛的应用。应、美法包括我国在内，近几年对这项探测技术的投入不断增加，并在持续对其进行改进和创新，碲镉汞材料的缺点不断激发学者对其进行改进，碲镉汞红外探测技术基本上已经成外红外探测器研究领域的一个标杆，被发明创造出来的新的材料与技术首先要之对比，只有新的发明具有某些明显的优势特征，才能认为这项发明对于红外技术的研究是有意义的。现在比较成熟的新技术有低维量子阱红外探测技术、2类超晶格红外探测器技术，与碲镉汞材料相比，这两类材料具有灵活性、均匀性和稳定性的特点，并且在器件的配备技术上也是比较成熟的。
2.2.3二十世纪五十年代
军事应用推动了红外探测技术的发展，反过来，红外技术的发展使得军事技术有上升了一个新的台阶，美国研制的响尾蛇导弹上的寻的器制导装置和U-2间谍飞机上的红外照相机，红外探测仪在军事中的应用可见一斑。前视红外装置的产生就是源于军事需要，如今这项技术更是得到了广泛的应用。相距1500米时，飞机上安装的前视红外装置可以探测到陆地上的人车以及隐蔽目标，2000米高空中仍能分辨出汽车，更厉害的是它甚至可以探测出位于40米水深的潜艇。
红外技术的威力在海湾战争中的到了充分的发挥，自海湾战争暴发，作战到获胜都发生在夜间，此次战争最大的特点就是充分应用了夜视装备，其优良的性能超越了历次战争中红外技术。鉴于红外探测技术在多国部队中的应用及其巨大优势，充分证明在战争期间哪个国家在装备中采用了更加先进的夜视技术，哪个国家就会掌握更多的主动权，其获得战争胜利的概率也就越大。在海湾战争中，多国部队利用飞机发射的红外制导导弹发挥了巨大的威力，仅在10天内就摧毁伊军坦克650辆、装甲车500辆。红外探测技术与激光技术在军事应用中基本上都是处于并驾齐驱的地位，红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预誉、红外对抗等在现代和未来战争中都是非常重要的战术和战略手段。
2.2.4当代
自21世纪，单波段大规格、灵巧红外焦平面阵列得到了迅猛的发展，目前正处于对新概念的探索阶段，是红外线探测的中级阶段后半期，现在，长久应用于军事领域的红外探测技术正在转向民用领域。比较常见的民用领域包括红外测温、红外检测、红外防伪等。特别是标志红外技术最新成就的红外热成像、红外夜视技术，不但在军事上具有很重要的作用，在民用领域也大有用武之地。
3红外探测技术的发展方向
军事应用是红外探测技术发展的源动力，红外探测技术的发展是为了更好的服务于未来的军事发展需要。“网络中心战”是未来战争形态的核心，隐形飞机、隐形车辆、隐形舰船，各种速度的无人作战机等将会大规模的被应用到战争中，各种高精尖的打击武器为主要的作战手段，并以复杂的电磁、光电对抗作战环境为战争的依托。未来战争中所有的网络任务都要通过网络发出和接收，实时打击战场中不同类型的敌方目标，加大空袭作战的突然性和准确性以及多维性。战争的需求推动着红外探测技术向前发展。
4总结
近半个世纪以来，红外线探测技术在军事需求的推动下，得到了迅猛的发展.现如今，红外探测器多种多样，量子阱、超晶格、非制冷等探测器，逐步被应用，成本也相应降低，应用领域也是越来越广泛。在不久的将来预计红外探测技术会朝着高性能、低成本、小型化的方向演化，不仅仅可以满足军事战争的需要，同时也可以服务于民用需求。
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