紅外技術(shù)的發(fā)展及其在航空中的應用

1、紅外技術(shù)的發(fā)展及其在航空中的應用紅外技術(shù)的發(fā)展紅外技術(shù)發(fā)展的先導是紅外探測器的發(fā)展。1800 年：FW 赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。1830年以后：相繼研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在1940年以前，研制成的紅外探 測器主要是熱敏型探測器。19世紀：科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可 見光具有相同的物理性質(zhì)，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速 度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并可以測量。20世紀初開始：測量了大量的有機物質(zhì)和無機物質(zhì)的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術(shù)在物質(zhì)分

2、 析中的價值。30年代：首次出現(xiàn)紅外光譜代，以后，它發(fā)展成在物質(zhì)分析中不可缺少的儀器。40年代初：光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu) 牢靠。50年代：半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年初期：對于13、35和813微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在 同一時期內(nèi)，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術(shù) 在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。60年代中葉：60年代中葉起，紅外探測器和系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)了紅外技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。在114微米范圍內(nèi)的探測器已從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到焦

3、平面陣列。紅外探測器的工作波段從近紅外擴展到遠紅外。輕小型化。非致冷、集成式、大面陣紅外探測器方向發(fā)展。紅外探測系統(tǒng)從單波段向多波段發(fā)展。在紅外技術(shù)的發(fā)展中，需要特別指出的是：60年代激光的出現(xiàn)極大地影響了紅外技術(shù)的發(fā)展，很多重要的激光器件都在紅外波段，其 相干性便于移用電子技術(shù)中的外差接收技術(shù)，使雷達和通信都可以在紅外波段實現(xiàn)，并可獲 得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，紅外技術(shù)僅僅能探測非相干紅外輻射，外差 接收技術(shù)用于紅外探測，使探測性能比功率探測高好幾個數(shù)量級。另外，由于這類應用的需 要，促使出現(xiàn)新的探測器件和新的輻射傳輸方式，推動紅外技術(shù)向更先進的方向發(fā)展。 紅外技術(shù)在航空中的

4、應用紅外隱身技術(shù)：紅外隱身技術(shù)是指對目標在35p m及814p m紅外波段特征信號進行控制，進而能有效對 抗中遠紅外偵察裝備對目標的探測和識別的能力1。研究表明,目標紅外輻射能力的高低取 決于目標發(fā)射率和目標溫度2。因此,目標的紅外隱身可以采取以下兩個基本措施:一是降低 目標表面的紅外發(fā)射率;二是降低目標的表面溫度。紅外探測技術(shù)：在軍事航空領(lǐng)域，對目標的探測定位能力的更高要求已成為航空電子系統(tǒng)不斷擴展的需求牽 引之一，而現(xiàn)代隱身技術(shù)、對地攻擊武器技術(shù)的不斷發(fā)展逐步使光電探測設備的地位不斷上 升。目前隱身技術(shù)主要是針對電磁微波雷達而設計的，而對可見光或紅外光波段只能降低其 可探測水平，要做到真正

5、意義上的隱身，在短期內(nèi)技術(shù)上的難度很大。任何物體，只要其溫 度高于絕對零度，就會發(fā)出紅外輻射，其他部位溫度不同，輻射率不同，就會形成物體的紅 外圖像，經(jīng)過大氣傳輸，就能被紅外探測設備所探測，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，成為人眼可觀察的圖像， 這完全是被動探測的過程。紅外探測技術(shù)的主要優(yōu)點在于符合隱身飛機自身高度隱蔽性的要 求，即被動探測、不輻射電磁波，而且由于工作波長較微波雷達短34個數(shù)量級，可以形 成高度細節(jié)的目標圖像，目標分辨率高。隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，紅外探測系統(tǒng)正逐步成為新 一代戰(zhàn)斗機的主要傳感器之一，與電磁微波雷達處在了同樣重要的位置。掃描焦平面陣列的優(yōu)點在于降低了噪聲等效溫差（NETD）和最小可分辨

6、溫差（MRTD），因 而使前視紅外的探測距離增大了 50%甚至一倍。但是，它的探測單元數(shù)量仍然不夠多，滿 足不了全視場成像的要求，屬于掃描線列與凝視焦平面陣列之間的過渡型。第四代前視紅外體現(xiàn)在中波和長波波段的同時工作能力，最近出現(xiàn)的多量子阱紅外探測器為 這種雙波段探測器提供了一種方法。具有不同光譜靈敏度的多量子阱層可以在縱向集成的結(jié) 構(gòu)中生長，通過在多量子阱疊層的中波紅外和長波紅外部分產(chǎn)生分開的接觸層，實現(xiàn)了精確 的像元匹配。多量子阱技術(shù)為人們提供了一種容易生產(chǎn)的多色焦平面陣列。這種技術(shù)允許人 們對兩種或者更多的顏色同時進行積分和讀出，每一種顏色都在同一個焦平面陣列上得到像 元配準。這種像元配

7、準多色焦平面陣列提高了系統(tǒng)的性能，同時也大大簡化了系統(tǒng)其他元件 的設計，簡化了現(xiàn)有多色設計中的多個焦平面陣列、掃描器、致冷器等，可降低系統(tǒng)的成本， 減輕系統(tǒng)的重量，縮小體積，并能減輕計算機的處理負擔，從而可以應用于更多的軍事領(lǐng)域。 飛機紅外誘餌：紅外誘餌彈，一般是燃燒磷、鎂等材料，用來誘騙敵方紅外制導武器脫離真目標，具有較高 溫度的紅外輻射彈。和照明彈什么的材料差不多。又稱紅外干擾彈、紅外曳光彈。它廣泛地 應用于飛機、艦船的自衛(wèi)。紅外誘餌彈大多數(shù)為投擲式燃燒型，內(nèi)裝的煙火劑多為鎂粉、硝 化棉和聚四氟乙烯的混合物。燃燒時，能產(chǎn)生強烈的紅外輻射，在紅外尋的裝置工作的1 3微米和35微米波段范圍內(nèi)，

8、其有效輻射強度比被保護目標的紅外輻射至少大2倍。當 發(fā)現(xiàn)有導彈來襲時，可將紅外誘餌彈從目標（飛機、艦船）上投射到空中，煙火劑經(jīng)點燃后 迅速燃燒形成假目標。使來襲導彈完全拋棄目標而跟蹤紅外誘餌彈，從而達到誘騙敵方，提 高己方生存能力的目的。彩色紅外航空遙感技術(shù)：應用彩色紅外航空遙感技術(shù)進行土地資源調(diào)查。起初應用國產(chǎn)彩色紅外航空照片，以判釋地表構(gòu)造為主，繼而應用美國地球資源衛(wèi)星MSS 多光譜信息，通過與地球物理信息的計算機圖像復合，研究地殼結(jié)構(gòu)，最后發(fā)現(xiàn)用美國NO AA氣象衛(wèi)星熱紅外通道信息與地熱學結(jié)合，研究地表下隱伏構(gòu)造、地熱、地表水和淺層地 下水的分布狀況.研究范圍涉及到塔里木、準噶爾、阿爾泰

9、、鄂爾多斯、攀西、滇西、皖南、 閩東等地區(qū)。紅外熱波無損探傷：熱波（Thermal Wave）理論與傳統(tǒng)的熱傳導理論一樣，都致力于描述媒介中溫度場的分布和 變化。但熱波理論對熱在傳輸過程中的波動性描述加深了人們對熱傳導現(xiàn)象的認識。熱波理 論研究的側(cè)重點是研究周期、脈沖、階梯等變化性熱源與媒介材料及媒介的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生相 互作用時所產(chǎn)生的溫場變化現(xiàn)象。它不僅方便的引出了諸如不同頻率的熱波在界面的反射、 散射、趨膚深度等物理概念，而且直接衍生了一門實用學科-熱波無損檢測(Thermal Wave Nondestructive Evaluations)。由于不同媒介材料表面及表面下的物理特性和邊界條件將影響 熱波的傳輸，而這些影響又以某種方式反映在媒介材料表面的溫場變化上，因此通過控制加 熱和測量材料表面的溫場變化，將可以獲取材料的均勻性信息以及其表面以下的結(jié)構(gòu)信息， 從而達到檢測和探傷目的。目前，測量表面溫場最直接、最快速的方法是紅外熱成像技術(shù)， 所以熱波檢測又常被稱