红外系统技术有哪些进展？红外系统技术最新进展和应用资料概述.doc

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1、红外系统技术有哪些进展？红外系统技术最新进展和应用资料概述　　红外系统协会（特别是在美国）规模并不很大。20世纪80年代国防预算减少后，保留了很少的红外系统专家，许多都是光学工程师、物理学家，或者像我这样从事光电的电力工程师。由于我们这个圈子很小，彼此之间十分熟悉。　　20世纪80年代，随着从第一代前视红外线扫描器向第二代前视红外时延积分扫描探测器、再向二维凝视阵列系统的转变，红外技术发展似乎非常快。光学元件全部是采用传统红外材料的单f数系统，但新的发展是一种新的孔径尺寸和更大的窄-宽视场切换比。　　我过去认为技术成熟地太快，很难跟上，现在则发展地更快了！　　最令人兴奋的时期莫过

2、于成为一名红外系统工程师。每年有多项技术突破，进展令人吃惊。我想介绍过去五年在元件和红外系统方面的一些重大进展。这些红外技术大多都和军事系统有关，但某些成像系统正在打入商业市场。　　持久监视系统　　　　图1持久监视系统平台　　持久情报、监视和侦察（PISR）系统是最新的军用红外系统。这些系统在可见光波段的使用大约从6-10年前开始。它们用于战区小城镇上空飞旋的有人驾驶飞机，飞行周期12小时。　　该想法是在简易爆炸装置、自杀式炸弹或车辆爆炸后提出来的，图像序列可以倒回，因此调查取证员可以辨认涉及的人和车。　　由于PISR在夜间工作得更好，设备可以更隐蔽地工作，所以研发人员提出了红外

3、PISR系统。这些系统可放在移动或静止无人平台上，遥控站内的操作员设定地面采样距离、覆盖面积（km2）和帧速率以确定系统性能。　　许多国家的军事实验室都在从事这一领域的系统。　　用于防御应用的双波段成像　　双波段成像仪的发展在防御应用中提供了重要优势，使操作员可以用相同焦平面在中波红外（MWIR，3~5µm）和长波红外（LWIR，8~12µm）进行观察。DRS技术公司、雷声公司、Teledyne公司、洛·马公司、Sofradir公司和FGAN-FOM公司、光电和图像识别研究所是生产焦平面阵列的一些机构。　　双波段成像仪的光学元件复杂又昂贵。一些科学家和工程师对用组合波段瞬时成像的

4、有用性还有争论，但对给定孔径尺寸，使用MWIR和LWIR的优势很明显。　　在“恶劣战场”条件下，世界上大多数陆军都使用长波红外，而多数空中和海上组织都使用中波红外，因为其波长更短，距离更远，工作环境的空气更潮湿。将中波红外用于地面的明显优势是，在“良好”条件下，中波红外相机的观察距离是长波红外（由于衍射限）热像仪的2.5倍。　　但是，大多数陆军不会为了中波红外牺牲长波红外，因为在有热目标、燃烧目标、烟雾、昏暗和寒冷气候的恶劣战场条件下，中波红外的光子不足。　　　　图2中波红外成像仪和长波红外成像仪视场中的燃烧筒　　证明长波红外在恶劣战场中优势的最佳例子是燃烧筒，如图2所示。普朗克

5、曲线上的热目标向左移动，中波红外段的巨大能量让探测器出现热晕，并发出炫光，而LWIR图像仍有效，燃烧筒在视场中。　　同样，由于在陆地目标和背景中，长波红外波段有更多光子，积分时间更短，快速移动不会让图像模糊。因此用两个波段的摄像机有很大优势。美国陆军夜视和电子传感器部门（NVESD）是双波段红外技术的主要领先机构。　　小型红外探测器系统　　小型红外探测器可以提供不同于传统设计的红外系统特征。首先，它们在低f数具有远距离目标识别性能。大多数红外工程师习惯于用高f数的远距传感器，主要因为多年来一直用着较大的探测器。　　可见光成像仪采用低f数进行远距离成像有很长时间了。小型探测器的高密

6、度阵列可以提供远距识别和带全电子聚焦的宽视场。　　美国防高级研究计划署（DARPA）的SPIE合伙人NibirDhar负责小型探测器系统，并在间距为5~8μm的探测器方面有大量成功经验。图3（下）显示摄像机和探测器间距为5μm的摄像机图像，这是作为DARPA大孔径海上基本数据阵列（LAMBDA）项目的一部分研发的。DRS技术公司设计和制造了带碲镉汞焦平面阵列的中波红外摄像机。　　周视红外系统非常新　　红外系统相对新的领域是周视红外系统，期望对一个区域进行360°成像。将来，这种系统可以从观察车辆或小型舰船的更便宜、低分辨率系统发展到用于城镇和工厂监视的中等距离系统。高分辨率系统非

7、常昂贵，用于保护高价值平台，如舰船和潜艇。　　　　图3DRS公司的LAMBDA扩展摄像机和5μm间距摄像机的图像　　　　图4周视MWIR成像仪　　图4（上）是一种周视摄像机，是美国海军研究实验室（NRL）的JimWaterman研发的。RemoteReality公司制造了“圆环形”透镜，可以将周视图像投影到一个焦平面上，L3辛辛那提电子公司制造了2000×2000像素InSb焦平面，对整个周围成像，提供该区域的虚拟浏览。　　圆环图像必须实时去翘曲，提供圆柱坐标图像。这