第一篇光電系統(tǒng)

第一篇光電系統(tǒng)第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日軍用光電系統(tǒng)簡介第一篇第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日光電技術成為現(xiàn)代軍事完成偵察和打擊的重要技術基礎，使相關武器技術產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。二次世界大戰(zhàn)及其后的一段時間內(nèi)，武器曾以增大火炮口徑，加大彈丸質(zhì)量，加厚裝甲等方向發(fā)展。近二十年來人們把發(fā)展方向轉為利用高技術改造武器，使其性能有了質(zhì)的提高,并使戰(zhàn)場成為無前方與后方之分的立體戰(zhàn)爭，光電技術就是這些高技術中最為重要的部分。而激光技術的發(fā)展和應用，使軍用光電系統(tǒng)得到進一步的補充和完善。從而成為精確打擊的必要手段。概述一：光電系統(tǒng)的發(fā)展第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日概述二：光電對抗的主要任務光電系統(tǒng)的廣泛應用，例如電視末制導尋的可以在幾百公里之外命中飛機的跑道或倉庫。如此“外科手術”式的精度，不能不對其實施對抗。歸納起來光電對抗的主要任務是：★抑制光電系統(tǒng)及相應武器系統(tǒng)功能的發(fā)揮；★利用現(xiàn)代光電系統(tǒng)有效的發(fā)現(xiàn)對方武器平臺如飛機、導彈、戰(zhàn)車、艦船等；★反對抗技術的研究與實施，隨著對抗技術的發(fā)展，為確保武器系統(tǒng)性能的發(fā)揮，必須發(fā)展反對抗技術。第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日概述三：武器與偵瞄系統(tǒng)的發(fā)展

武器偵察、瞄準手段

★大刀、長矛人眼★槍、炮以望遠系統(tǒng)為基礎的各種觀瞄儀器如瞄準、測距和通訊的系統(tǒng)★飛機、坦克、戰(zhàn)艦用于偵察、搜索、跟蹤，其中最重要的是利用無線電和光電技術構成的系統(tǒng)?！锘鸺?、導彈跟蹤、尋的系統(tǒng)第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日概述四：主要的軍用光電系統(tǒng)組成軍用光電系統(tǒng)的基本技術是光電成像、光電探測和光電定位技術，利用它們與武器裝備有機結合就可形成各種類型的軍用光電系統(tǒng)?！怆姵上裣到y(tǒng)▲光電跟蹤系統(tǒng)▲光電搜索系統(tǒng)▲光電制導系統(tǒng)▲光電火控系統(tǒng)▲光電測距系統(tǒng)▲光電通訊與探潛等系統(tǒng)第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日（一）光電成像系統(tǒng)人眼是一個極其精良的光學系統(tǒng)，為自身采集80％的信息。人眼的限制：分辨力低、靈敏度低、光譜范圍窄、反應時間慢等。光電成像系統(tǒng)的主要作用：提高了靈敏度、分辨力、擴大了光譜范圍、加快或延長了反應的時間等。第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、主動紅外夜視系統(tǒng)利用紅外探照燈和紅外變像管構成的直視望遠鏡，工作波段為0.76～1.2μm；視距與紅外探照燈的功率和光學系統(tǒng)F數(shù)有關，可達1km左右；其優(yōu)點是對比度好、能識別偽裝，但因紅外暴露而隱蔽性差，霧天不能使用。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日紅外夜視儀簡圖第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日

利用像增強器構成直視望遠鏡，依靠夜天光進行工作，夜天光的光譜主要是在可見光和近紅外區(qū)域中；在星光下視距可達0.7～1km；由于是被動工作，隱蔽性好；但其對比度較差、受時空影響大、霧天不能工作。2、直視微光第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日級聯(lián)像增強器第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日像增強器第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日3、微光電視系統(tǒng)利用像增強器和電視攝像器（如CCD攝像器和真空攝像器等)組成，在夜天光下攝像，并輸出全電視信號，便于多處顯示和長距離傳輸，且能進行必要的圖像處理。通常黑白CCD攝像器可在1～0.1Lx景物照度下工作，彩色CCD可在10Lx條件下工作，而微光電視可在10-3Lx條件下工作；其視距與物鏡性能有關，約為1～2km。第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.紅外熱成像系統(tǒng)△原理：利用目標與背景自身溫度和比輻射率不同產(chǎn)生的輻射差異進行工作。典型的Ⅰ代光機掃描熱像儀工作原理如下圖所示。△大氣窗口：所有的光電系統(tǒng)都是利用電磁波中的光輻射來傳遞信息的，這種傳遞必須穿過大氣，而由于大氣吸收的存在只留下了三個可共光輻射傳播的大氣窗口，它們是0.3～2μm的可見光和多個近紅外的波段；3～5μm的中紅外波段；以及8～12μm的遠紅外波段。△特點：全被動的熱成像系統(tǒng)反映的是景物輻射特性，由于使用的波長較長所以有一定穿透煙霧的能力。第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日熱成像系統(tǒng)的工作原理第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日大氣窗口第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日熱成像系統(tǒng)的發(fā)展為提高紅外輻射的利用率，發(fā)展了各種多元探測器，如并掃、串掃、串并掃以及sprite探測器系統(tǒng)等。隨著微電子集成能力的提高，將處理電路的功能移植到探測器上，構成Ⅱ代焦平面陣列探測器，使之只需一維光機掃描，或構成無需光機掃描的凝視系統(tǒng)第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日熱像儀的性能舉例及應用美國Ⅰ代通用組件熱像儀的觀察性能為：在夜間海洋中發(fā)現(xiàn)蛙人的距離約1km；白天觀察艦船甲板上的人的距離約5.6km；在霧夜觀察地面行人約3～4km；在夜間觀察坦克約3.5～5.5km；白天觀察飛機（尾追）約27km。應用：

光電成像系統(tǒng)除用于直接觀察外，電視系統(tǒng)和熱成像系統(tǒng)已成為各類軍用光電系統(tǒng)和光電對抗系統(tǒng)的重要部件。第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日國產(chǎn)熱像儀第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日熱像圖第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日（二）光電跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的主要作用是對運動目標進行有效的跟蹤。其方法是不斷探測出運動目標相對系統(tǒng)測量基準的偏移量，并將由此形成的誤差信號輸入跟蹤機構，從而驅動系統(tǒng)向減小偏移量的方向運動，以實現(xiàn)對目標的跟蹤。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、調(diào)制盤的點目標方位探測系統(tǒng)偏移量的表示方法：在光學物鏡形成的物像關系中，遠距離的目標成像在物鏡的焦平面上，用極坐標表示物像共軛點M′和M分別為M′（ρ′，θ′）和M（ρ，θ），其中ρ＝f×tanΔq；θ＝θ′，式中f為物鏡的焦距；Δq為失調(diào)角；θ為方位角。可用ρ和θ或用Δq和θ來表示目標偏移光軸量的大小和方位。第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日調(diào)制盤的工作原理可以通過多種調(diào)制技術來獲得上述偏移量，圖中是最簡單的所謂“初升太陽式”的調(diào)制盤，它是由相同間隔的透與不透光輻射的扇形條構成上半園的調(diào)制區(qū)和由半透明的下半園區(qū)構成。工作時調(diào)制盤置于物鏡焦平面上，且其中心與光軸重合，調(diào)制盤后常用光錐等器件將目標輻射收集到光電探測器上。當有一定大小的目標像點落在調(diào)制盤上不同的徑向位置上時，它們透過旋轉調(diào)制盤的輻射信號隨其離開光軸的距離增加而增大，即Φ＝f（ρ）＝g（Δq）可見調(diào)制信號的幅度反應了失調(diào)角的大??；第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日方位角的獲得調(diào)制盤的另一個重要特點是圖案有明顯的分界線ox，它是產(chǎn)生方位角的關鍵。圖中所示為像點在A、B兩不同位置時產(chǎn)生的調(diào)制信號，如果系統(tǒng)能提供ox軸水平位置的基準信號，那么它與調(diào)制波包絡初相位間的相位差角就是方位角θ。于是用Φ和θ這兩個參量就可以確定目標偏離光軸量的大小和方向。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日實際使用的調(diào)制盤第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、光電跟蹤系統(tǒng)的組成下圖所示為其原理框圖，系統(tǒng)是由方位探測器(位標器)與跟蹤機構組成。當有目標偏離光軸時，位標器產(chǎn)生誤差信號，經(jīng)處理后形成控制信號驅動執(zhí)行機構，將使位標器向減小偏差量的方向運動，直到無誤差信號時為止，反復上述過程始終使目標調(diào)整在光軸上。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日3、成像跟蹤系統(tǒng)利用成像跟蹤攝像頭攝取的目標視頻信號經(jīng)過圖像信號處理器，取得目標偏離光軸的誤差信號，再經(jīng)侍服機構驅動并使攝像頭光軸指向目標。在圖中顯示器所示視場中，通過測量目標的位置實現(xiàn)跟蹤的方法通常有：測定目標邊緣的邊緣跟蹤法；測定目標距心的距心跟蹤法；以及測定目標相關度的相關跟蹤法等。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日（三）光電制導系統(tǒng)概述1:光電制導系統(tǒng)是將上述跟蹤系統(tǒng)的“尋的“功能應用到箭彈武器中，使其在攻擊目標時不斷修正自己的方向，并準確擊中目標。主要的制導箭彈武器有：導彈、炮彈和炸彈等。

第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日光電制導的最大優(yōu)點是精度高，由于光波比雷達波的波長要短得多，在相同的接收口徑下其衍射極限造成的艾利斑要小得多，因此系統(tǒng)的分辨力也要高得多。通常光電制導的炸彈誤差約為1～3m、炮彈約1m左右；另一個優(yōu)點是利用紅外波段的所謂‘熱’制導不僅對‘熱’目標也能對‘冷’目標進行準確的攻擊；此外該系統(tǒng)也極有利于與計算機結合，從而順利地向自動化、智能化方向發(fā)展。光電制導系統(tǒng)按波段可分為可見光波段和紅外波段；按工作方式可分為主動式和被動式；按信息形成可分為成像式和非成像式；按使用方法可分為發(fā)射前鎖定和發(fā)射后指令鎖定／相關鎖定等。概述2第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、光電制導的主要類型A直接尋的：在導彈中裝有光電跟蹤器（導引頭），當瞄準目標進入導引頭的視場時就可發(fā)射導彈，發(fā)射后導彈能主動尋的。常用于空空彈、地空彈等。B用測角儀控制導彈尋的：在瞄準目標后，就可發(fā)射導彈，導彈飛行中射手采用測角儀測定目標與導彈間的偏離角，通過導彈飛行過程中不斷釋放的導線控制導彈飛行的方向，使其擊中目標。第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日C控制成像制導：將成像裝置置于導彈頭部，導彈發(fā)射后隨時將攝取的圖像發(fā)回，經(jīng)過處理、判斷后由操作者選定并鎖定目標，使導彈飛向目標。圖像傳輸要求很寬的頻帶，常采用光纖充當即是所謂光纖制導。優(yōu)點是信息容量大、抗電磁干擾、重量輕且造價低。圖像制導的精度高、畫面直觀，便于人工參與或實現(xiàn)指令制導。D相關成像制導：將電視和紅外熱成像系統(tǒng)，以及微機處理系統(tǒng)同時置于導彈中。發(fā)出后的導彈自行進行形心跟蹤或自相關跟蹤等處理，與預先攝取的圖像相匹配，找到規(guī)定的目標進行攻擊。常用于遠距離導彈系統(tǒng)中的末制導中。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日目標目標目標目標導引頭α成像系統(tǒng)地控成像系統(tǒng)微機ABCD光電制導的主要方式第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、激光制導它可用于制導導彈、炮彈和炸彈等。主要方式有：A半自動尋的制導：用激光照射器照射目標，在目標上產(chǎn)生指示攻擊點的激光光斑，彈中位標器跟蹤光斑使彈飛向目標。B波束制導：由制導站經(jīng)過調(diào)制編碼的激光束，使光束中心瞄準目標，導彈在有空間位置編碼的激光束中飛行，光電探測器置于彈尾處以接收編碼信號，調(diào)整彈體在波束中的位置并準確的飛向目標。其優(yōu)點是抗干擾能力強。第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日（四）光電火控系統(tǒng)常用于陸基、車載、機載、和艦載等裝備中，用于控制射擊武器的射擊和射擊效果評估等多種功能。光電火控系統(tǒng)是火力控制的重要分支，它是由光電裝備和火控計算機等聯(lián)合組成。完善的火控系統(tǒng)應該能完成如下任務：A完成被動高分辨力的對目標探測、識別、跟蹤、瞄準（由電視和熱成像系統(tǒng)完成）和精密測距（由激光完成）；B具有目標外形、姿態(tài)的直接觀察和顯示功能；C具有彈體軌跡和彈體脫靶量測量及修正功能（B、C由火控計算機完成）；D具有高的抗電磁干擾的能力，準全天候工作，以及光電對抗和反對抗的能力。第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日（五）激光測距、通訊與探潛1、激光測距：采用較多的固體激光測距機的材料為Nd：YAG，其波長為1.06μm；另外波長為1.54μm的激光測距機，由于對人眼安全和對煙霧有一定穿透能力而廣為使用；波長為10.6μm的二氧化碳激光測距機由于其穿透煙霧的能力更強，且能與熱成像波段兼容而倍受注意。軍用激光測距的距離可由幾十米到幾十（如40）公里。按照測距原理不同精度也相差很遠，采用脈沖激光測距的誤差約為1m；而用激光相位多尺測距誤差約只有1cm左右。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、激光通訊：由于激光束的平行性好，如發(fā)散角在mrad數(shù)量級時，光束傳播50km對應的發(fā)散光斑約為50m左右，可見其隱蔽性好。由于光通訊中發(fā)射與接收之間的對準問題不容易解決，因此在地面通訊中應用不多。目前研究和應用最多的是蘭綠激光的對海下潛艇的通訊。海水窗口在遠洋處為0.47μm左右，而在近海大陸架處為0.54μm左右。海水的衰減約為1.0dB／m。希望激光通訊在海面形成的光斑盡可能大（如幾公里到上百公里）；潛艇的接收角度大于30°；通訊深度300m左右。有待解決的主要問題有：雙向通訊、小型大功率的激光器、高靈敏度探測器和防陽光干擾等問題。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日3、機載激光探潛：采用激光探潛是較為可行的方法，利用兩束激光來探測潛艇的位置和水下深度，一束準直蘭綠激光探測潛艇的深度、另一束紅外激光測定飛機距海面的高度，如圖所示。激光探潛的優(yōu)點是：搜索快、搜索區(qū)域大、探潛定位精度高。九十年代探潛深度可達400m左右。第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日岸基導航處理中心潛水艇藍綠激光紅外激光海面