雙色紅外探測器的現狀與發(fā)展

1 紅外技術(shù)的地位和作用

紅外技術(shù)有四大優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境適應性好，在夜間和惡劣天候下的工作能力優(yōu)于可見(jiàn)光；隱蔽性好，不易被干擾；由于是靠目標和背景之間、目標各部分的溫度和發(fā)射率差形成的紅外輻射差進(jìn)行探測，因而識別偽裝目標的能力優(yōu)于可見(jiàn)光；紅外系統的體積小，重量輕，功耗低。但有三大因素制約著(zhù)其效果：目標的光譜特性；探測系統的性能；目標和探測口之間的環(huán)境和距離。紅外探測技術(shù)是圍繞著(zhù)解決以上問(wèn)題發(fā)展的，例如：a．為充分利用大氣窗口，探測器光譜響應從短波紅外擴展到長(cháng)波紅外，實(shí)現了對室溫目標的探測；b．探測器從單元發(fā)展到多元，從多元發(fā)展到焦平面，上了兩大臺階，相應的系統實(shí)現了從點(diǎn)源探測到目標熱成象的飛躍；c．系統從單波段向多波段發(fā)展；d．發(fā)展了種類(lèi)繁多的探測器，為系統應用提供了充分的選擇余地。

冷戰結束后，美國進(jìn)行全球戰略調整，其中美軍為未來(lái)作戰提出的，即能將全球監視系統和通信系統以及有關(guān)數據的合成與處理集中用于某一戰區，形成信息優(yōu)勢；在全天候、晝夜條件下能偽裝和突破防線(xiàn)，識別和打擊重要的固定和機動(dòng)目標兩種作戰能力與紅外技術(shù)密切相關(guān)。在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，紅外技術(shù)已從過(guò)去的戰術(shù)地位發(fā)展到今天的戰略地位，具體表現在：a．紅外技術(shù)是國家安全依賴(lài)的主要探測技術(shù)手段。彈道導彈和遠程巡航導彈的早期預警、跟蹤、識別和攔截對國家戰略目標的安全至關(guān)重要；b．紅外技術(shù)在未來(lái)軍事技術(shù)中的戰略地位是由其使用的廣泛性和重要性決定的。今后，紅外技術(shù)還將運用于迅速發(fā)展的光電對抗、光通信、定向能武器等方面；c．紅外技術(shù)是未來(lái)高技術(shù)局部戰爭使用的主要技術(shù)之一�，F已清楚，獲得戰場(chǎng)上的單向透明性，即獲得戰場(chǎng)信息優(yōu)勢，是獲得戰爭主動(dòng)權的關(guān)鍵因素之一，為達到此目的，紅外系統現已是發(fā)達國家的陸、海、空、天各類(lèi)武器系統中不可缺少的、甚至是主要的傳感器。

2 雙色紅外探測器的現狀

所有探測技術(shù)都是向獲取更多目標信息的方向發(fā)展，紅外技術(shù)也不例外。在大氣環(huán)境中，目標的紅外輻射只能在1～2.5微米、3～5微米和8～14微米三個(gè)窗口內有效傳輸。如果一個(gè)熱成象系統能同時(shí)在其中兩個(gè)波段獲取目標信息，就可對復雜的背景進(jìn)行抑制，提高對目標的探測效果，在預警、搜索和跟蹤系統中能明顯的降低虛警率，顯著(zhù)地提高系統的性能和在各種武器平臺上的通用性，滿(mǎn)足各軍、兵種、特別是空軍、海軍對熱象系統的需求。因大多數軍用熱成象系統都在中波、長(cháng)波工作，所以國內外研制的多數雙色探測器都是中、長(cháng)波探測器。

雙色探測器可應用于：導彈預警、氣象、資源遙感等衛星，機載前視紅外和偵察系統，武裝直升機和艦載機目標指示系統，中、低空地空導彈的光電火控系統，精確制導武器的紅外成象制導導引頭，水面艦船的預警、火控和近程反導系統，雙波段熱象儀等等。一般雙波段熱成象系統主要以三種方式構成：a．直接用兩套單波段的熱象系統組合而成；b．兩個(gè)分別響應不同波段的探測器組件共用一個(gè)光學(xué)系統；c．用一個(gè)能響應兩個(gè)波段的雙色紅外探測器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙色探測器）共用一個(gè)光學(xué)系統構成。

雙色探測器既受單波段器件發(fā)展水平和對兩波段熱象系統需求的限制，又有自身從器件制備到系統應用等多方面的困難。因此總體發(fā)展水平遠低于單波段同類(lèi)型的探測器。例如：在1958年就研制成功了單波段的熱象儀，而最早的HgCdTe雙色探測器在1972年才研制出來(lái)；目前，長(cháng)波HgCdTe探測器面陣已達640×480，而用多層異質(zhì)結HgCdTe薄膜材料制備的、集成式的雙色探測器僅達到64×64。盡管如此，3～5微米和8～14微米的兩波段熱象系統在歐、美等國、特別是在海、空軍中已得到比較普遍的使用。在美國海軍航母上的艦載戰斗機F－14D裝備了兩波段FLIR系統。美海軍研制的輕型艦用紅外警戒系統，采用了能響應3～5微米和8～崐14微米波段的480×4元的HgCdTe FPA器件。英國則研制成功了雙色SPRITE探測器，并在TICMⅡ的基礎上，研制出兩波段的熱象儀；另外，也正在研制艦用兩波段紅外警戒系統。法國對艦用紅外警戒系統的研制非常重視，于1977年率先研制出實(shí)用化的兩波段搜索、跟蹤系統 "VAMPIR"，并裝備在兩艘導彈驅逐艦上。

3 雙色探測器的發(fā)展趨勢

所有探測技術(shù)的發(fā)展都有三個(gè)階段：a．探測信號的強度，得到目標的"黑白照片"，這是初級階段；b．探測信號的強度和波長(cháng)，得到目標的"彩色照片"，達到中級階段；c．探測信號強度、波長(cháng)和相位，得到目標的"全息照片"，這才達到探測技術(shù)的高級階段。目前的紅外技術(shù)處于其初級階段的后期，正向中級階段發(fā)展，其標志是研制出了雙（多）色紅外探測器，得到了目標熱圖象的"彩色照片"�？梢灶A計，今后雙色探測器將隨單波段探測器及其配套技術(shù)的成熟和市場(chǎng)需求的增加而加快發(fā)展，并將集中在以下五個(gè)方面：

3.1 集成式

集成化的雙色探測器有利用簡(jiǎn)化系統結構，能充分利用半導體材料制備技術(shù)的最新成果，便于器件焦平面化，其中HgCdTe合金系和各種量子阱／超晶格材料系統將得到重點(diǎn)發(fā)展。

3.2 焦平面

采用焦平面器件，更好的滿(mǎn)足系統的要求，同時(shí)也有利于簡(jiǎn)化系?統結構，降低成本。

3.3 大陣列

為明顯的提高系統的性能，雙色探測器將向大面陣和長(cháng)線(xiàn)列發(fā)展。

3.4 小型化

雙波段系統將克服在光學(xué)設計和加工、信號處理和顯示等方面的困難，縮小體積、減輕重量等，以便擴大其應用范圍。

3.5 多色化

隨材料、器件和系統技術(shù)的進(jìn)步，雙色探測器將向更多的光譜波段發(fā)展，既包括拓寬光譜波段，也包括將光譜波段劃分成更為細致的波段，以獲得目標的"彩色"熱圖象，更豐富、更精確、更可靠地得到目標的信息。

(摘自 中國工程技術(shù)北方信息網(wǎng))

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