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第40章 军事高技术(7)

1.摧毁:是指在查明敌方电子对抗装备及其工作情况的基础上,用直接损伤的方法使其瘫痪并在短期内难以恢复正常工作的一种电子对抗手段。主要有火力摧毁、派遣人员摧毁和反辐射摧毁等方法。

所谓反辐射摧毁,实际上是利用敌方的电磁辐射信号导引反辐射武器摧毁敌电磁辐射源的行动。被攻击的电磁辐射源主要是炮瞄雷达和导弹制导雷达、无线电制导系统、干扰台,以及其他无线电发射设备。反辐射摧毁的主要手段有反雷达飞机、反辐射无人机和反辐射导弹等。反雷达飞机是压制和摧毁雷达的专用飞机,机上装有雷达报警设备。在作战中,通常先于攻击机群与攻击机群混合编队出航,机上侦察报警设备搜索、截获敌方防空雷达的信号后,随即发射反雷达导弹和其精确制导武器摧毁敌雷达。为提高自卫能力和攻击效果,机上还装有有源、无源干扰设备。反辐射无人机是一种装有电子对抗侦察设备和战斗部的无人驾驶飞行器,可由作战飞机携至空中发射,或者从地面发射。使用时,预先编好程序或在飞行中再编程序。发射后由自动驾驶仪控制飞向指定的目标区,机上电子侦察报警设备自动搜索敌方电磁辐射信号,并进行识别、定位、判定威胁等级,当选定某一攻击目标后,即进行俯冲攻击。反辐射导弹是利用敌电磁辐射信号自动导引的导弹,有机载型、舰载型和地面型等。应用最广泛的反辐射导弹是反雷达导弹,通常用于攻击预先选定的目标,发射前须依靠机上的电子对抗侦察设备对敌方雷达信号进行截获、测量、识别和定位,确定被攻击的目标;发射发,弹上被动雷达寻的设备接收并跟踪敌方雷达信号,自动导弹向雷达站。20世纪60年代美国将第一代空对地反雷达辐射“百舌鸟”用于越南战场。

目前,世界各国已研制十多种几十个型号的反雷达导弹,在近年来的几场局部战争中广泛使用。20世纪80年代以来,一些国家又研制出低成本的反辐射无人机,并开始研究新的反辐射摧毁手段,如非核电磁脉冲炮弹、各种口径的反辐射炮弹、摧毁干扰源和C3I系统中发射设备的反辐射导弹等。随着反辐射武器的广泛应用,将进一步促进反辐射摧毁技术、战术的发展。

2.反摧毁:是针对敌方的攻击手段,保证己方电子对抗装备生存而采取的措施。反电子侦察是反摧毁的重要环节;对电磁辐射源加强管制又是反射摧毁的有效措施之一。电磁管制的目的是防止己方的发射设备发出的电磁信号及战术、技术参数为敌方侦知和利用,避免己方电磁发射与接收设备工作时相互干扰,为己技术侦察与传感系统创造良好的工作环境,有时则为了迷惑苦难敌人。电磁管制的方法包括部分或他部停止电磁发射设备的发射活动,保持电磁“静默”,减少发射次数和发射的持续时间,控制开机时间和发射方向,严格进行电磁频谱区分与管理等。随着电子技术装备大量用于军事,其设备的安全与有效工作对作战行动的影响越来越大,电子对抗中的摧毁与反摧毁斗争将变得更加激烈、复杂。

夜视技术

夜视技术是指用于夜间进行战场观察、车辆行驶和武器瞄准的专用探测技术。用于战场夜间探测的军用装备,又称为夜视器材。因此,有时又把夜视设备和器材通称为夜视技术,其种类分为主动红外夜视仪、微光夜视仪和热成像仪等。夜视器材是现代兵器的“夜明眼”,不仅在作战飞机、直升机上大量装备,而且地面炮兵、装甲部队也都配备了性能先进的前视红外仪、红外搜索跟踪系统、微光夜视设备、红外热成像探测系统及夜视镜等,有力地保证了部队在夜间和各种恶劣的气候条件下执行任务。

一、夜视技术的发展

第二次世界大战中,红外作为一门技术开始用于军事领域。纳粹德国首先将红外技术应用于红外通讯和红外步枪瞄准具,并打算把红外技术用做导弹的制导。这是红外技术初登军事舞台。从此,世界上各技术先进国家的军事部门非常重视红外技术的发展,使它成了一项为军事服务的重要应用技术。随着20世纪40年代出现近红外硫化铅等探测器件并应用于跟踪系统,20世纪50年代又出现了采用中红外探测器(锑化甸和锗掺金等)的第一代红外制导空对空导弹。到了20世纪60年代各种锗掺杂型和Ⅲ元系长波探测器件相继问世,并研制成了中红外行扫描仪,在卫星侦察和预警系统中起了很重要的作用。同期,还制成了微光增强器,并很快在越南战场上使用。20世纪70年代红外技术进入全面发展时期,随着新的探测器和多元技术的出现,热成像技术得到了广泛的应用,又制成了多色多光谱扫描仪。红外技术的另一个重要发展是CCD器件(即电荷耦合器件)研制成功。这是一种既具有探测能力,又具有移位寄存进行信号处理的器件。它的出现大大提高了夜视器材的探测灵敏度和分辨能力,降低了夜视系统的成本,缩小了夜视探测器的体积。20世纪80年代,CCD器件进入了全面实用阶段,各种夜视装备也在一些技术先进国家的军队中普遍使用。

二、夜视设备的结构

一个典型的夜视系统,一般是由光学镜头、探测器、机械传动装置、电子线路部分、制冷器以及电源等部分组成。

1.光学镜头:是将从目标(或称光源)辐射来的红外光或微光会聚起来,传送给探测器。

2.探测器:是夜视系统的心脏,也是一种光-电或热-电转换元件,使会聚后入射到探测器上的辐射信号换成微弱的电信号。

3.电子线路部分:可以将探测器输出的微弱电信号进行放大处理并输出给记录显示设备。

4.记录和显示设备:可以将电子线路部分传送来的信号记录并显示出来,以便供操作人员或自动判别装置判别。记录手段有磁记录和光学记录,显示方法主要有数字显示和模拟显示。

5.机械传动装置:又称随从系统,是拖动光学镜头和探测器的传动机械。可以分手动搜索与自动搜索两种方法,还可根据不同的用途相互转换,捕捉到目标后自动跟踪。

6.制冷器:有些高灵敏度的红外探测器需要在低温条件下工作,制冷器就是为这类探测器保证低温条件的装置(有些可在常温下工作)。

7.电源:是整机各部分的共同能源,可为全系统提供不同电压电流要求的电能。

以上是一个典型夜视系统的主要组成部分,在实际应用中,因用途不同可能会添加一些辅助部分。

三、红外夜视装备

红外夜视装备是用于夜间观察或识别目标的红外成像器材。按工作方式可分为主动红外夜视装备和被动红外夜视装备两大类。其中被动红外夜视装备又分为红外电视和热像仪等。

(一)红外探测器

红外探测器是指将红外辐射能转换为电能或其他便于测量的物理量的器件。

红外探测器在一定意义上代表着夜视技术发展水平,把它看做夜视设备的心脏,也是因为它在整机系统中起着关键部件的作用。红外探测器质量的优劣,一般说来可以代表整机性能的好坏。这里重点地介绍一下红外探测器的分类及一般概念。

红外探测器大致可分为两大类:一类是热探测器,另一类是光电探测器。

1.热探测器:通过吸波材料的温度变化来测量红外辐射的探测器,称为红外热探测器。它的输出形式可以是热电动势(如热电偶探测器),也可是电阻的变化(如热敏电阻探测器),或者是由于气体膨胀引起压力变化产生膜片运动(如气动探测器),还可以是影响一个附属光电管使照度发生变化(如高莱管),以及使某种晶体的电极化发生变化(例如释电探测器)等。

热探测器又可以分为三类:辐射热电偶和热电堆,气动探测器,测辐射热探测器。

热电偶是利用材料的温弃电现象可以测量物体辐射热的原理而制成的探测装置。这是一种古老的红外探测器,它具有寿命长、稳定可靠、无活动部件等优点。因此,至今仍广泛沿用。

为了提高探测器的灵敏度,把数个热电偶串联起来便成了热电堆。这也是一种早期发展的探测器。它的理论完整,技术成熟,在红外技术发展史上曾经建立过不可磨灭的“功勋”。它除了具有热电偶的优点之外,还有灵敏度高、灵敏度随温度变化小的突出特点。

气动探测器和膜盒式传感器非常相似。它是一个充满气体的密封容器,容器的一面是吸收膜,另一面是一个弹性薄膜中间的气功和一个细小的通道相连,当红外线入射到吸收膜上时,吸收膜吸收了红外线的能量,并立即传递给容器中气动室内的气体,使气体的温度升高,气体的压力增大,通过细细的通道去推动弹性薄膜,使它产生位移。末端用光学方法来测定这一位移的,称作高莱管探测器;用电学方法测定这一位移的,即所谓微量电容探测(使弹性薄膜成为电容器的一个电极)。

测辐射热探测器是一种依靠吸收入射的红外辐射而升温,又由于升温而引起材料物理性质(电阻、电容或极化等)发生变化并给出电信号的探测,统称为测辐射热探测器,简称测辐射热器。它又分为:金属薄膜测辐射热器、热敏电阻测辐射热器和介质测辐射热器。

2.光电探测器:是指用半导体材料制成的探测器件。当光子入射到半导体表面时,使半导体材料的电导发生变化,这种现象称作光电导效应。如果光照射到有势垒存在的地方,就会在势垒的两边出现附加热垒差,这种现象被称作光生伏特效应,又称光电磁效应。当光照射到半导体表面时,在表面产生的载流子就向材料内部扩散,载流子横向磁场的驱使下会发生偏转,并在垂直磁场及扩散电流的方向建立电位差,这就是光电磁效应。目前,由于热电探测器的灵敏度受到了限制,因此,几乎所有的优良探测器都是利用上述光电效应制成,常见的红外光电探测器有:硫化铅(PbS)类;锑化甸(InSb)OD;碲镉汞(HgCdTe)类;碲锡铅(PbSnTe)类;其他掺杂型探测器。

上述的各类光电探测器又都有单元器件和多元阵列器件之分。多元器件的出现,对红外系统有较大影响。

热探测器和光电探测器各有各的优缺点。因而至今热探测器还没有完全被取代。

我们每个人的眼睛就是一个敏感可见光的非常良好的探测器,再加上视网膜成像,神经系统的传输、放大,大脑记忆(记录),这就构成了一个完整的光学系统。多年来,不少科学家都曾试图模仿人眼的结构来制造红外整机,一种用电荷量来表示红外信息的器件——红外电荷耦合器(CCD)研制成功了。它既可以对红外辐射进行探测,又可以对获得的红外信息进行移位,还可以输出给显示器进行显示。它是一种多功能、多元面阵列式的红外系统,已经在某些方面初步具备了近似人眼的功能,但在体积和重量方面与人眼相比还是过分庞大。它的出现是红外多元器件发展中革命性的一步。

(二)红外夜视仪

自从第二次世界大战期间德国首先研制成功并使用步枪红外瞄准具以来,夜视技术已经广泛地应用于军事领域。这里重点介绍主动式红外夜视仪和被动式夜视装备中的红外热成像仪。

1.主动式红外夜视仪:是用近红外光束照射目标,并将目标反射红外图像转换成为可见光图像,以进行夜间观察的仪器。主动式红外夜视仪由照明设备和接收设备两部分组成。“照明”设备就是红外照射器,主要用于向目标发射红外光;“接收”设备是红外探测器,用于接收从目标反射回来的红外光。

一般的携带式主红外夜视仪,可以识别150m远的人。它的优点是使用近红外频段,造价较低;不需要制冷,可在常温下工作。缺点是保密性差;红外照明在大气中传输,造成双程损耗,效率低;对于目标和背景的反射特性要求高。主动红外夜视仪在第二次世界大战中研制成功,现在仍大量使用。

20世纪70年代,我国先后研制成功82mm无坐力炮红外瞄准镜、坦克炮长夜间瞄准镜、车长昼夜观察镜和重机枪红外瞄准镜等10多种主动红外夜视仪,并陆续装备部队。

2.热像仪:是利用目标或物体表面的红外辐射来获得它们的“热象”,并摄取其热图像的装备。它完全是靠目标和背景的温差——红外辐射的不同而工作。

大家知道,各种物体和生物的温度是不同的。如人体是37℃,开动着的坦克发动机有几百度,而周围的环境温度一般在25℃左右……由于温度不同,它们所辐射的红外线也就不同,这样就可以探测到目标的特性,并把它从周围的背景中区分开来。

这类夜视仪的优点是被式工作,隐蔽性好,不易被发现和干扰。但也存在着结构较复杂,需要制冷,造价高等缺点。

手提式热像仪多数是供单兵、侦察分队在作战前沿阵地侦察或边防警戒使用。这是一种近距热像仪,观察距离多在1000m以内;工作频段在3~5m(微米);可观察到1000m远的人,180m远的装甲运送车;体积仅相当于一个盒式录音机的大小。

固定式观察仪对重量要求不甚严格,但要求观察距离较远,多供炮手观察使用。红外前视系统是一种安装在飞机或坦克前面的热成像系统,使这些武器装备系统就像长了一个红外的“眼睛”,大大提高了夜视或雾天情况下的搜索、观察和监视的能力。近年来,前视红外装置已发展成把成像和跟踪系统结合起来的自动火控系统。

20世纪80年代后期,我国已研制成功坦克、反坦克导弹和直升机等通用的红外热像仪样机,在红外前视系统研制中也取得了重大突破。

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