夜視儀觀察效果微光夜視技術(shù)又稱像增強(qiáng)技術(shù),是通過帶像增強(qiáng)管的夜視鏡,對微弱光線照射下的目標(biāo)像進(jìn)行增強(qiáng),以供觀察的光電成像技術(shù)。微光夜視儀是目前國外生產(chǎn)量最大和用途最廣的夜視器材。紅外夜視技術(shù)分為主動和被動兩種。主動紅外夜視技術(shù)是通過主動照射并利用目標(biāo)反射紅外源的紅外光來實施觀察的夜視技術(shù),對應(yīng)裝備為主動紅外夜視儀。主動紅外夜視技術(shù)具有成像清晰、成本低。被動紅外夜視技術(shù)是借助于目標(biāo)自身發(fā)射的紅外輻射來實現(xiàn)觀察的紅外技術(shù),簡單的說就是根據(jù)溫度不同來成像,分辨率很低,但是有其特殊用途。 俄羅斯夜視儀多屬于第3代微光夜視儀,改進(jìn)了光電陰極的半導(dǎo)體材料,使得對微光和紅外都很敏感,把紅外夜視儀和微光夜視儀統(tǒng)一在一部儀器上,在晴天夜間起微光夜視儀功用,在雨、霧天夜間發(fā)射紅外線起主動式紅外夜視儀功用,而且作用距離比第2代的更遠(yuǎn)。 目前熱成像技術(shù)發(fā)展也很快,但是,由于成本高,成像質(zhì)量差,對目標(biāo)識別不準(zhǔn)確等技術(shù)上的問題,至今美國,俄羅斯都沒有把它大量裝備部隊, 通過測試:單筒夜視儀一般在無視光(無可見光,伸手不見五指)情況下,不用發(fā)射器也就10米左右,開發(fā)射器可以看50米左右, 雙筒夜視儀跟距型號不同可以看到50-100米左右。在有可視光(微光如:星光.月光.街道光.溥云)可以看幾百米至幾公里。 夜視儀為什么怕強(qiáng)光夜視儀種類繁多,但基本上由光學(xué)系統(tǒng)、變像管或微光管、電源及供電系統(tǒng)等組成。當(dāng)然,主動紅外夜視儀還要配裝紅外探照燈,其中變像管或微光管是夜視儀的“心臟”。變像管可以把不可見的紅外圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷膱D像,微光管則可以把微弱的光增強(qiáng)幾萬倍甚至十幾萬倍,使人眼可以覺察到。夜視儀怕強(qiáng)光,是因為變像管和微光管怕強(qiáng)光。以變像管為例,當(dāng)紅外光照射到變像管的光電陰極上時,光電陰極發(fā)射電子,電子在高壓場(16~21千伏)和電子透鏡作用下,加速射向熒光屏,使熒光屏顯示出可見的目標(biāo)圖像。變像管接收的光信號多,發(fā)射電子就多,熒光屏發(fā)出的光信號就強(qiáng),看到的圖像也就亮。它們基本成正比。但若外界光線太強(qiáng),光電陰極發(fā)射的電子多到一定的程度就不增加了,即出現(xiàn)飽和,就會看不清目標(biāo)。若過強(qiáng)的光突然射過來,還可能使管子的光電陰極燒壞,而不能發(fā)射電子,當(dāng)然什么也看不見了。雖然夜視儀采取了一定的防強(qiáng)光措施,但其作用是有限度的,因此使用時必須嚴(yán)格按規(guī)定操作。遇到強(qiáng)光或白天校靶時,要把物鏡罩戴上或關(guān)掉電源開關(guān)。正確使用夜視儀,可以延長其使用壽命和避免不必要的損壞,從而充分發(fā)揮夜視儀的作用。 夜視技術(shù)漫談----夜視儀和戰(zhàn)爭古今中外的戰(zhàn)場上,人們十分重視利用夜幕掩護(hù),奪取白天難以取得的戰(zhàn)果。在朝鮮戰(zhàn)場上,美軍曾發(fā)出"太陽是我們的,月亮是中國人的"嘆息。然而,縱觀近期幾場局部戰(zhàn)爭,美軍卻幾乎全是從夜間發(fā)起的。正如海灣戰(zhàn)爭中的美軍空戰(zhàn)主要指揮官、空軍少將格羅松說:"永遠(yuǎn)不要忘記,海灣戰(zhàn)爭的開始、作戰(zhàn)和獲勝都是在夜間。"美軍從怯于夜戰(zhàn)到敢于夜戰(zhàn),要?dú)w功于夜視技術(shù)。夜視技術(shù)是應(yīng)用光電探測和成像器材,將肉眼不可視目標(biāo)轉(zhuǎn)換(或增強(qiáng))成可視影像的信息采集、處理和顯示技術(shù)。在夜暗環(huán)境中存在著少量的自然光,如月光、星光、大氣輝光等,統(tǒng)統(tǒng)稱為夜天光。因為它們和太陽光比起來十分微弱,所以又叫作夜微光。人眼視網(wǎng)膜的感光靈敏度不高,在微光條件下不能充分"曝光"。這是造成人們在夜暗環(huán)境中不能正常觀察的一個原因。夜暗環(huán)境中,除了有微光存在外,還有大量的紅外光。世界上一切物體每時每刻都在向外發(fā)射紅外線,所以無論白天黑夜,空間都充滿了紅外線。但紅外線不論強(qiáng)弱,人們都不能看到。 夜視器材就是利用微光和紅外線這兩個條件,把來自目標(biāo)的人眼看不見的光(微光或紅外光)信號轉(zhuǎn)換成為電信號,然后再把電信號放大,并把電信號轉(zhuǎn)換成人眼可見的光信號。這種光-電-光的兩次轉(zhuǎn)換乃是一切夜視器材實現(xiàn)夜間觀察的共同途徑。 1934年,荷蘭的霍爾斯特(G·Holst)等人制成第一只近貼式紅外變像管,樹立起了人類沖破夜暗的第一塊里程碑。隨著夜視技術(shù)的不斷進(jìn)展,品種不斷增多,目前主要有: 主動式紅外夜視儀目前發(fā)展較成熟,造價低廉,而且由于自身攜帶紅外光源,所以受環(huán)境照明條件的影響較小,觀察效果比較好。觀察實用距離一般300米左右,主要用于近距離偵察與搜索、短射程武器的夜間瞄準(zhǔn)和各種車輛的夜間駕駛。缺點(diǎn)主要是容易暴露。因為紅外探照燈發(fā)射的紅外光束雖不能被肉眼察覺,但能被對方用儀器探測到。 微光夜視儀和主動紅外夜視儀相比,微光夜視儀體積小、重量輕,而且由于工作方式是被動的,使用起來安全可靠,不易暴露。其作用距離同環(huán)境照明條件及天氣有關(guān),在星光條件下,可以觀察到800米距離上的人員和1.5千米距離上的車輛。但它作用距離與觀察效果受到氣象影響很大,雨、霧天均不能正常工作,如果一點(diǎn)光線都沒有則完全失效。 微光電視微光夜視儀是攝像后直接顯示的所謂直視式夜視儀。它只能供單人觀察,而且觀察者必須和儀器一起親臨現(xiàn)場,甚至還要對目標(biāo)直接進(jìn)行觀察。而軍事上有很多場合則要求能間接進(jìn)行觀察以及遠(yuǎn)距離傳輸圖像,因而發(fā)展了微光電視。微光電視的圖像清晰,視距遠(yuǎn)。在良好的天氣條件下,其攝像機(jī)的作用距離可超過10千米。微光電視還適用定向及定點(diǎn)觀察,在對敵固定目標(biāo)的監(jiān)視以及對我方重要目標(biāo)的警戒和安全保衛(wèi)工作中,都發(fā)揮重要作用。不過由于其體積大、笨重,耗電多,操作、維修復(fù)雜,而且對自然環(huán)境照明條件及天氣條件的依賴性大,使其應(yīng)用范圍受到了一定限制。 熱成像儀以上3種夜視器材都是利用目標(biāo)反射的光線成像的,而熱成像儀則靠接收目標(biāo)自身發(fā)射的紅外線成像,所顯示的圖像反映了目標(biāo)表面各個部位發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱,發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱又取決于該部位的溫度高低,故所顯示的圖像實質(zhì)上反映了目標(biāo)表面各個部分的溫差,因而叫熱成像儀。 由于熱成像儀工作方式是完全被動的,不易被對方發(fā)現(xiàn)和干擾,同時由于熱輻射在大氣中的傳輸能力強(qiáng),使熱成像儀無論白天黑夜都有透過霧、雨、雪進(jìn)行觀察的能力,尤其適合夜間觀察。熱成像儀的優(yōu)點(diǎn)還在于它可以探測到用其他手段所無法區(qū)別的目標(biāo)。例如,它可以發(fā)現(xiàn)軍事人員車輛活動過后又撤離的地區(qū),還可揭露各種軍事偽裝,"透過"偽裝網(wǎng)看清目標(biāo)。其作用距離比較遠(yuǎn)。用于手持觀察和瞄準(zhǔn)射擊時,其作用距離為2~3千米;用于艦艇上進(jìn)行水面觀察時,作用距離可達(dá)10千米。 紅外夜視儀是利用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的軍用夜視儀器。它分為主動式和被動式兩種:前者用紅外探照燈照射目標(biāo),接收反射的紅外輻射形成圖像;后者不發(fā)射紅外線,依靠目標(biāo)自身的紅外輻射形成 “熱圖像”,故又稱為”熱像儀”。夜間可見光很微弱,但人眼看不見的紅外線卻很豐富。紅外線視儀可以幫助人們在夜間進(jìn)行觀察、搜索、瞄準(zhǔn)和駕駛車輛。盡管人們很早就發(fā)現(xiàn)了紅外線,但受到紅外元器件的限制,紅外遙感技術(shù)發(fā)展很緩慢。直到1940年德國研制出硫化鉛和幾種紅外透射材料后,才使紅外遙感儀器的誕生成為可能。此后德國首先研制出主動式紅外夜視儀等幾種紅外探測儀器,但它們都未能在第二次世界大戰(zhàn)中實際使用。 幾乎同時,美國也在研制紅外夜視儀,雖然試驗成功的時間比德國晚,但卻搶先將其投入實戰(zhàn)應(yīng)用。1945年夏,美軍登陸進(jìn)攻沖繩島,隱藏在巖洞坑道里的日軍利用復(fù)雜的地形,夜晚出來偷襲美軍。于是美軍將一批剛剛制造出來的紅外夜儀緊急運(yùn)往沖繩,把安有紅外夜視儀的槍炮架在巖洞附近,當(dāng)日軍趁黑夜剛爬出洞口,立即被一陣準(zhǔn)確的槍炮擊倒。洞內(nèi)的日軍不明其因,繼續(xù)往外沖,又糊里糊涂地送了命。紅外夜視儀初上戰(zhàn)場,就為肅清沖繩島上頑抗的日軍發(fā)揮了重要作用。 主動式紅外夜視儀具有成像清晰、制作簡單等特點(diǎn),但它的致命弱點(diǎn)是紅外按照燈的紅外光會被敵人的紅外探測裝置發(fā)現(xiàn)。60年代,美國首先研制出被動式的熱像儀,它不發(fā)射紅外光,不易被敵發(fā)現(xiàn),并具有透過霧、雨等進(jìn)行觀察的能力。 1982年4月─6月,英國和阿根廷之間爆發(fā)馬爾維納斯群島戰(zhàn)爭。4月13日半夜,英軍攻擊承軍據(jù)守的最大據(jù)點(diǎn)斯坦利港。3000名英軍布設(shè)的雷區(qū),突然出現(xiàn)在阿軍防線前。英國的所有槍支、火炮都配備了紅外夜視儀,能夠在黑夜中清楚地發(fā)現(xiàn)阿軍目標(biāo)。而阿軍卻缺少夜視儀,不能發(fā)現(xiàn)英軍,只有被動挨打的份。在英軍火力準(zhǔn)確的打擊下,阿軍支持不住,英軍趁機(jī)發(fā)起沖鋒。到黎明時,英軍已占領(lǐng)了阿軍防線上的幾個主要制高點(diǎn),阿軍完全處于英軍的火力控制下。6月14日晚9時,14 000名阿軍不得不向英軍投降。英軍領(lǐng)先紅外夜視器材贏得了一場兵力懸殊的戰(zhàn)斗。 1991年海灣戰(zhàn)爭中,在風(fēng)沙和硝煙彌漫的戰(zhàn)場上,由于美軍裝備了先進(jìn)的紅外夜視器材,能夠先于伊拉克軍的坦克而發(fā)現(xiàn)對方,并開炮射擊。而伊軍只是從美軍坦克開炮時的炮口火光上才得知大敵在前。由此可以看出紅外夜視器材在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要作用。 夜視儀相關(guān)問題解答1.夜視儀和望遠(yuǎn)鏡有什么區(qū)別?答:望遠(yuǎn)鏡是直接利用透鏡將物體的視角放大在視網(wǎng)膜成像的光學(xué)儀器,不使用 電源,不能在全黑或微光的環(huán)境下觀看;夜視儀是利用像增強(qiáng)原理或紅外線成像來觀測的儀器,清晰度不如望遠(yuǎn)鏡,但是適合在全黑或星光月光的環(huán)境下觀看。 2.夜視儀能在白天使用嗎? 答:不能,也沒有必要。切勿在白天或強(qiáng)光下同時打開鏡頭蓋和電源,否則時間長了會導(dǎo)致夜視儀核心部件的損壞。 3.紅外線能用肉眼直接看到嗎? 答:紅外線在可見光波段以外,不能用肉眼直接看到,所以也無所謂什么顏色。 4。夜視儀能否分辨顏色? 答:不能。夜視儀的成像一般是黃綠色,并不能反映物體的真實顏色。 5.為什么主動式夜視儀適合民用? 答:帶有主動功能的夜視儀具有一個紅外燈,發(fā)出一束紅外光來照射景物。所以成像清晰,但是主動發(fā)射的紅外光容易被敵方的儀器探測到而暴露目標(biāo),所以在軍事上被淘汰,但是用于民用則不存在暴露的問題,所以缺點(diǎn)變成了優(yōu)點(diǎn),加上價格低廉,所以帶有主動紅外功能的夜視儀適合民用。 夜視儀的使用方法夜視儀使用說明:1.夜視儀是用于在夜間和微光下觀察目標(biāo)的精密光電子儀器。為滿足在極低照度下工作,夜視儀配有紅外線發(fā)射器。 2.夜視儀在沒有保護(hù)蓋時禁止白天開啟。在有光照的屋子里檢查夜視儀工作性能時,必須在夜視儀帶鏡蓋時進(jìn)行,且不超過3分鐘.并且夜視儀不應(yīng)對著強(qiáng)光源,強(qiáng)光進(jìn)入夜視儀內(nèi)部有可能將其損壞或消少夜視儀的使用壽命。用帶有鏡蓋的夜視儀觀察物體時也應(yīng)避免強(qiáng)閃光。當(dāng)強(qiáng)光進(jìn)入夜視儀時其能見度會下降甚至消失。此時,應(yīng)立即將夜視儀從強(qiáng)光源處拿走。過1-2分鐘后,夜視儀功能會恢復(fù)。特別強(qiáng)的光源會導(dǎo)致夜視儀損壞(如白天持續(xù)十秒) 3.夜視儀允許1分鐘以內(nèi)的強(qiáng)閃光和閃爍,視場觀察到的光斑不是夜視儀的缺陷,而是外部光源閃爍引起的。夜視儀在標(biāo)準(zhǔn)方式工作時不會出現(xiàn)光斑,夜視儀視場存在少量的黑點(diǎn)和亮點(diǎn)不是其質(zhì)量缺陷,而是符合夜視儀的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。夜視儀在沒有保護(hù)蓋時禁止白天開啟。 4.夜視儀在寒冷的房間保存或冬季運(yùn)輸后,再次使用前必須在溫暖的房間保持5小時。 5.夜視儀適合在環(huán)境溫度-30度至30度,溫度25度時相對濕度93%,局部照度5.10ˉ 勒克司或以下使用。 6.夜視儀工作時間。 不開啟紅外線照射器: ---溫度高于0度時---20小時 ---溫度零下30度時---3.5小時 開啟紅外線照射器: ---溫度高于0度時---16小時 ---溫度零下30度時---2小時 夜視儀在10度以下工作并開啟前,必須將電池先置于溫暖的地方(如胸部口袋)。 7.夜視儀應(yīng)保存在干凈的地方,避免重壓,機(jī)械損壞,潮濕,和太陽輻射。 夜視儀的使用方法: 1.從外套中取出夜視儀。 2.打開電池蓋,用硬幣將電池裝入電池溝中。 3.電池安裝完畢,夜視儀準(zhǔn)備工作完成。 4.將開關(guān)轉(zhuǎn)至ON位置。如果照度低則轉(zhuǎn)至IR位置。正常開啟的夜視儀應(yīng)在熒光屏和紅外線照射器上看到亮點(diǎn)。 5.取下物鏡蓋。 6.將夜視儀對準(zhǔn)所觀察的目標(biāo),轉(zhuǎn)動目鏡,找到清晰圖象。 7.沿著夜視儀鏡筒調(diào)整眼睛基準(zhǔn)。 8.夜視儀工作結(jié)束后將開關(guān)轉(zhuǎn)至OFF,蓋上物鏡蓋。關(guān)上夜視儀后其還可以工作10-15分鐘(為了電池完全放電)??衫么颂攸c(diǎn)延長電池的工作時間。 9.建議夜視儀工作結(jié)束后將電池取出,以防止電池電介質(zhì)流出污染電池箱。 當(dāng)開啟開關(guān)未觀察到熒光屏發(fā)光或發(fā)光很暗時應(yīng)更換電池。如果電池污染了電池箱表面,應(yīng)用軟棉布或棉球搽試。如果電池箱受潮,應(yīng)烘干。如清洗物鏡,目鏡,紅外線照射器的光學(xué)表面時,應(yīng)先吹掉小沙礫和灰塵,然后用細(xì)軟布在表面搽試。 夜視儀使用注意事項 1,夜視儀應(yīng)保存在外套中,其環(huán)境要求是溫度5度到40度,相對濕度不超過80%。 2.夜視儀必需在夜間使用,不能對準(zhǔn)強(qiáng)光,白天不能使用; 3,白天檢查時,不能打開鏡頭蓋,否則很容易損壞; 4,需使用質(zhì)量好的鋰電池或堿性電池,劣質(zhì)電池會影響使用效果,并容易損壞器材; 5,盡量避免雨水或霧氣,防止摔,碰,撞; 6,鏡頭不要經(jīng)常擦拭,如需擦拭時請用鏡頭紙或擦鏡布,注意不要劃傷鏡片; 7,夜視儀要長期保存(超過兩周)時請將電池取出,防止電池流液損壞器材。 8,請放置在干燥,通風(fēng)的地方,以免鏡片受潮,發(fā)霉 夜視技術(shù)的詳細(xì)剖析夜視器材就是利用微光和紅外線這兩個條件,把來自目標(biāo)的人眼看不見的光(微光或紅外光)信號轉(zhuǎn)換成為電信號,然后再把電信號放大,并把電信號轉(zhuǎn)換成人眼可見的光信號。這種光-電-光的兩次轉(zhuǎn)換乃是一切夜視器材實現(xiàn)夜間觀察的共同途徑。古今中外的戰(zhàn)場上,人們十分重視利用夜幕掩護(hù),奪取白天難以取得的戰(zhàn)果。在朝鮮戰(zhàn)場上,美軍曾發(fā)出"太陽是我們的,月亮是中國人的"嘆息。然而,縱觀近期幾場局部戰(zhàn)爭,美軍卻幾乎全是從夜間發(fā)起的。正如海灣戰(zhàn)爭中的美軍空戰(zhàn)主要指揮官、空軍少將格羅松說:"永遠(yuǎn)不要忘記,海灣戰(zhàn)爭的開始、作戰(zhàn)和獲勝都是在夜間。"美軍從怯于夜戰(zhàn)到敢于夜戰(zhàn),要?dú)w功于夜視技術(shù)。夜視技術(shù)是應(yīng)用光電探測和成像器材,將肉眼不可視目標(biāo)轉(zhuǎn)換(或增強(qiáng))成可視影像的信息采集、處理和顯示技術(shù)。 在夜暗環(huán)境中存在著少量的自然光,如月光、星光、大氣輝光等,統(tǒng)統(tǒng)稱為夜天光。因為它們和太陽光比起來十分微弱,所以又叫作夜微光。人眼視網(wǎng)膜的感光靈敏度不高,在微光條件下不能充分"曝光"。這是造成人們在夜暗環(huán)境中不能正常觀察的一個原因。夜暗環(huán)境中,除了有微光存在外,還有大量的紅外光。世界上一切物體每時每刻都在向外發(fā)射紅外線,所以無論白天黑夜,空間都充滿了紅外線。但紅外線不論強(qiáng)弱,人們都不能看到?! ? 夜視器材就是利用微光和紅外線這兩個條件,把來自目標(biāo)的人眼看不見的光(微光或紅外光)信號轉(zhuǎn)換成為電信號,然后再把電信號放大,并把電信號轉(zhuǎn)換成人眼可見的光信號。這種光-電-光的兩次轉(zhuǎn)換乃是一切夜視器材實現(xiàn)夜間觀察的共同途徑?!? 1934年,荷蘭的霍爾斯特(G·Holst)等人制成第一只近貼式紅外變像管,樹立起了人類沖破夜暗的第一塊里程碑。隨著夜視技術(shù)的不斷進(jìn)展,品種不斷增多,目前主要有: 主動式紅外夜視儀目前發(fā)展較成熟,造價低廉,而且由于自身攜帶紅外光源,所以受環(huán)境照明條件的影響較小,觀察效果比較好。觀察實用距離一般300米左右,主要用于近距離偵察與搜索、短射程武器的夜間瞄準(zhǔn)和各種車輛的夜間駕駛。缺點(diǎn)主要是容易暴露。因為紅外探照燈發(fā)射的紅外光束雖不能被肉眼察覺,但能被對方用儀器探測到。 微光夜視儀和主動紅外夜視儀相比,微光夜視儀體積小、重量輕,而且由于工作方式是被動的,使用起來安全可靠,不易暴露。其作用距離同環(huán)境照明條件及天氣有關(guān),在星光條件下,可以觀察到800米距離上的人員和1.5千米距離上的車輛。但它作用距離與觀察效果受到氣象影響很大,雨、霧天均不能正常工作,如果一點(diǎn)光線都沒有則完全失效?! ? 熱成像儀: 以上3種夜視器材都是利用目標(biāo)反射的光線成像的,而熱成像儀則靠接收目標(biāo)自身發(fā)射的紅外線成像,所顯示的圖像反映了目標(biāo)表面各個部位發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱,發(fā)射紅外線的強(qiáng)弱又取決于該部位的溫度高低,故所顯示的圖像實質(zhì)上反映了目標(biāo)表面各個部分的溫差,因而叫熱成像儀?! ? 由于熱成像儀工作方式是完全被動的,不易被對方發(fā)現(xiàn)和干擾,同時由于熱輻射在大氣中的傳輸能力強(qiáng),使熱成像儀無論白天黑夜都有透過霧、雨、雪進(jìn)行觀察的能力,尤其適合夜間觀察。熱成像儀的優(yōu)點(diǎn)還在于它可以探測到用其他手段所無法區(qū)別的目標(biāo)。例如,它可以發(fā)現(xiàn)軍事人員車輛活動過后又撤離的地區(qū),還可揭露各種軍事偽裝,"透過"偽裝網(wǎng)看清目標(biāo)。其作用距離比較遠(yuǎn)。用于手持觀察和瞄準(zhǔn)射擊時,其作用距離為2~3千米;用于艦艇上進(jìn)行水面觀察時,作用距離可達(dá)10千米?!?/div> 夜視技術(shù)的新發(fā)展和新動向為了提高部隊的夜戰(zhàn)能力,夜視技術(shù)多年來一直是發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域。美國在這個領(lǐng)域一直占據(jù)領(lǐng)先地位。近年來,美國又在微光夜視和紅外夜視方面取得了新進(jìn)展,研制出第四代微光夜視眼鏡,開始裝備橫向技術(shù)集成型第二代前視紅外傳感器,并正在開發(fā)突出量小的增強(qiáng)型微光夜視眼鏡、大視場的全景夜視眼鏡和第三代紅外技術(shù)。 第四代微光夜視眼鏡 眾所周知,微光夜視技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了三代。60年代開創(chuàng)的第一代微光夜視技術(shù)以采用級聯(lián)像增強(qiáng)器為特征;70年代的第二代像增強(qiáng)器則采用了微通道板;80年代中期開始生產(chǎn)的第三代像增強(qiáng)器官的特征是采用砷化鎵光電陰極和鍍離子阻擋膜的微通道板。砷化鎵光電陰極提高了微光管的響應(yīng)能力,并將工作波長延伸到近紅外。離子阻擋膜則可以防止離子反饋和保護(hù)靈敏的光電陰極。但是,離子阻擋膜還會降低管子的分辨率和信噪比,影響像增強(qiáng)器在微光下有效的工作。因此,找出既不用阻擋膜又能保護(hù)光電陰極的方法,一直是夜視技術(shù)領(lǐng)域的研究目標(biāo)。 1998年初,美國利頓光電系統(tǒng)公司和ITT夜視公司在陸軍的資助下,先后取得技術(shù)突破,成功地制造出采用不鍍膜微通道板、工作壽命可與標(biāo)準(zhǔn)第三代管相當(dāng)(10000小時)的像增強(qiáng)器管。利頓公司的技術(shù)措施是,采用能大幅度減少離子反饋的新型高性能玻璃制作的微通道板,以及采用能減少離子反饋的光電陰極的自動門控電源。與使用連續(xù)直流電源不同,加在光電陰極上的自動通斷的電壓是脈沖式的,即電源感知進(jìn)入像增強(qiáng)器管的光量,自動高速接通和切斷。通斷的頻率在光照強(qiáng)時較高,光照弱時較低,以在光照極強(qiáng)時減少進(jìn)入微通道板的電子流,避免其飽和。于是,觀察者始終看到均勻一致的圖像。 自動門控允許像增強(qiáng)器管在照明區(qū)域和白天仍產(chǎn)生對比度良好的高分辨率影像,而不產(chǎn)生模糊的影像。這個特點(diǎn)對陸軍直升機(jī)駕駛員來說是特別重要的。因為駕駛員在城鎮(zhèn)、村莊上空飛行和著陸時,會遇到各種光照情況。在未來的城區(qū)作戰(zhàn)中自動門控也是至關(guān)重要的,使陸軍士兵或陸戰(zhàn)隊員能快速在黑暗和明亮區(qū)域間運(yùn)動,而不必摘除夜視眼鏡。自動門控還有助于減少夜間車燈等明亮光源產(chǎn)生的暈圈或影像模糊效應(yīng)。 美國陸軍認(rèn)為,采用不鍍膜微通道板和自動門控電源的像增強(qiáng)器,其性能產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍,被稱為第四代。 第四代管不僅增加了夜間的觀察距離,而且擴(kuò)大了徒步士兵和駕駛員使用像增強(qiáng)器的范圍。 試驗表明,采用二代管、二代半管、三代管和四代管的微光夜視眼鏡,在1/4月條件下的作用距離分別為145米、225米、355米和390米;二代管在滿月到1/4月條件下工作,三代管則使士兵能在星光下觀察,四代管采用門控電源和低暈圈,不僅能在云遮星光的極暗條件下有效工作,而且能在包括黃昏和拂曉的各種光照條件下工作。 2000年末,利頓公司的第四代管已通過了美國陸軍合格鑒定試驗,并將這種管用于美國特種作戰(zhàn)司令部所屬部隊使用的M4A1卡賓槍上的新型夜視瞄具,不久還將向陸軍航空兵提供采用第四代管的新型夜視眼鏡,而且還將用第四代管取代現(xiàn)役夜視眼鏡上的第三代管。 ITT夜視公司在1998年與陸軍簽定了合同,提交第一批數(shù)量有限的第四代管;又在1999年8月贏得了海軍航空系統(tǒng)司令部的合同,定于2001年初開始交付2252具采用第四代管的飛行員夜視眼鏡,供海軍和海軍陸戰(zhàn)隊直升機(jī)駕駛員使用。 增強(qiáng)型夜視眼鏡 夜視眼鏡給夜間行動的步兵、直升機(jī)駕駛員等作戰(zhàn)人員提供了極大的便利,但佩帶時,特別對地面部隊來說,仍然顯得笨重。而且現(xiàn)有的夜視眼鏡從面部突出,重心離開面部一定距離,佩帶時就很不舒適,甚至?xí)恋K空降兵這類作戰(zhàn)人員的行動。因此,美國陸軍根據(jù)實戰(zhàn)的需要,希望夜視眼鏡的突出量盡可能地小,以不影響或限制士兵的行動。例如,步兵必須能佩帶著夜視眼鏡跳出車輛、快速跑動、撲向地面、旋轉(zhuǎn)身軀。陸軍把這種夜視眼鏡稱為增強(qiáng)型夜視眼鏡。 根據(jù)軍方的要求,美國ITT夜視公司和利頓光電公司提出了增強(qiáng)型夜視眼鏡的概念。為了減小尺寸,增強(qiáng)型夜視眼鏡使用的像增強(qiáng)器的直徑可能比現(xiàn)裝備夜視眼睛使用的18毫米像增強(qiáng)器小,多半是16毫米。由于采集光的光電陰極比較小,因而可能造成性能的少許下降,但最新的第四代像增強(qiáng)器管在目標(biāo)探測距離和分辨率方面獲得明顯的突破,可以彌補(bǔ)這種性能下降。2001年初兩家公司開始制造演示型夜視眼鏡,以供陸軍步兵學(xué)校進(jìn)行試驗。計劃要求增強(qiáng)型夜視眼鏡在2003~2004財年經(jīng)過工程和制造發(fā)展階段,2004或2005財年進(jìn)入初始生產(chǎn)。 據(jù)報道,美國以研制出型號為AN/PVS-21的小突出量雙目夜視眼鏡,并交付特種作戰(zhàn)部門。AN/PVS-21夜視眼鏡使用折疊光學(xué)系統(tǒng),其兩個像增強(qiáng)器管垂直安置,每個管的前段物鏡位于面頰兩側(cè)。增強(qiáng)的場景仍直接映入佩帶者的眼睛中。AN/PVS-21還提供了獨(dú)特的通視能力。士兵或直升機(jī)駕駛員可以用直視光學(xué)系統(tǒng)觀看前方場景,并同時觀看增強(qiáng)的場景。微光視場和直視視場疊加在一起,如果遇到使增強(qiáng)的影像看不清的明亮燈光或日光,佩帶者可以直接觀察。直視光學(xué)系統(tǒng)的水平視場為1650,微光系統(tǒng)水平視場為400。此外,該夜視眼鏡還嵌入平視顯示器,可以將有關(guān)信息疊加在觀看的影像上。AN/PVS-21夜視眼鏡的突出量小,安裝在頭盔上時重心低,不僅減少了佩帶者的頸部負(fù)擔(dān),而且將眼鏡碰撞或掛住其他物體的可能減到最小。 據(jù)稱,AN/PVS-21已成功地進(jìn)行了空降作戰(zhàn)試驗,包括高空、低空、固定開傘索和自由落體空降,可以在整個跳傘過程中佩帶在眼前。 全景夜視眼鏡 目前,夜視眼鏡的水平視場為400,而人眼的水平視場可以達(dá)到1350,因此佩帶夜視眼鏡的人員盡管可以通過頭部的轉(zhuǎn)動來彌補(bǔ)夜視眼鏡有限的視場,但仍感到不十分方便。為此,美國陸軍和空軍決定一起研制視場為800~1000、且不降低影象分辨率的寬視場夜視眼鏡??哲妼⑵浞Q作全景夜視眼鏡,陸軍稱其為先進(jìn)夜視眼鏡。 為了獲得寬視場,先進(jìn)夜視眼鏡可能采用雙目目鏡,并使用4個16 毫米像增強(qiáng)器管,而不是以往的2 個18 毫米管。 據(jù)報道,美國空軍和陸軍已在UH-60“黑鷹‘直升機(jī)”上對寬視場夜視眼鏡進(jìn)行了低空飛行、著陸等試驗。夜視公司為試驗提供了一種視場為100 的夜視眼鏡。該眼鏡安裝在頭盔上,每個眼鏡有兩個像增強(qiáng)器管,即采用了4個像增強(qiáng)器管。試驗結(jié)果表明全景夜視眼鏡是有前途的。尚需要解決的問題是:增加像增強(qiáng)器與減輕夜視眼鏡重量的矛盾、夜視眼鏡的調(diào)焦以及如何折衷解決增加視場與減少分辨率、景深的矛盾。 橫向技術(shù)集成型前視紅外傳感器 在“沙漠風(fēng)暴”行動后,美國陸軍發(fā)現(xiàn)由于各部隊使用不同的前視紅外傳感器,使聯(lián)合部隊的成員在作戰(zhàn)中所觀察的戰(zhàn)場態(tài)勢不能互通。為了克服這個缺陷,陸軍部進(jìn)行了專題研究。研究的結(jié)論是,陸軍應(yīng)有統(tǒng)一的前視紅外管理單位,應(yīng)發(fā)展一套通用的第二代硬件,并在陸軍的裝甲車隊橫向集成。于是,組建了橫向技術(shù)集成型二代前視紅外產(chǎn)品辦公室,以發(fā)展和集成新的通用型前視紅外系統(tǒng)。 90年代末,美國研制出通用型第二代前視紅外傳感器,即橫向技術(shù)集成型二代前視紅外傳感器。這種前視紅外系統(tǒng)的特點(diǎn)是:具有雙視場;掃描速率30赫茲和60赫茲;2倍和4倍電子變焦能力;能與數(shù)字化戰(zhàn)場兼容;作用距離是第一代通用組件的2倍,使乘員能在夜間或透過煙霧發(fā)現(xiàn)和識別6公里外的目標(biāo),使美國作戰(zhàn)人員具有空前的晝夜全天候作戰(zhàn)能力。 這種橫向技術(shù)集成型二代前視紅外傳感器被稱為B套件。為了將通用的B套件組合到不同的作戰(zhàn)平臺上,還研制了平臺專用的A套件。 B套件由杜瓦瓶、制冷器、掃描器、離焦光學(xué)系統(tǒng)以及處理熱像的電子裝置組成。其中杜瓦瓶和制冷器是兩個核心部件。杜瓦瓶的正式稱謂是標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)杜瓦瓶組件Ⅱ(SADAⅡ),使用1瓦制冷能力的線性驅(qū)動分置式斯特林制冷器。制造這種杜瓦瓶需要各類技術(shù),如新材料、微電子器件、高真空、先進(jìn)結(jié)構(gòu)和制冷技術(shù)。紅外探測器采用480×4元碲鎘汞混合焦平面陣列,位于抽真空的杜瓦瓶內(nèi)。在1.27厘米(1/2英寸)的芯片上制造出這種480×4元高響應(yīng)、低噪聲紅外探測器陣列,并與讀出電子部件混合,技術(shù)難度很大。為了獲得8—12微米波段的性能,這種組件的光敏探測器材料必須制冷到低溫。 標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)杜瓦瓶組件Ⅱ采用了將制冷器換熱器與杜瓦瓶冷指組合的集成設(shè)計法,因此對制造精度的要求及其嚴(yán)格,但是允許制冷器能力低50%。此外,線性驅(qū)動技術(shù)使可靠性提高4—10倍,并在減少音頻噪聲、振動輸出、制冷時間方面有顯著的優(yōu)點(diǎn)。 美國軍方認(rèn)為,其他國家研制的所謂第二代前視紅外系統(tǒng),確實優(yōu)于一代產(chǎn)品,但仍不能與美國的橫向技術(shù)集成型二代前視紅外系統(tǒng)相比,它們的目標(biāo)探測距離和分辨率與美國陸軍的橫向技術(shù)集成型二代前視紅外系統(tǒng)的指標(biāo)還有差距。其中,法國SAGEM公司的二代前視紅外系統(tǒng)性能最為接近。 安裝這種前視紅外系統(tǒng)的第一批平臺是:2000年裝備的系統(tǒng)增強(qiáng)型M1A2 SEP坦克和M2A3步兵戰(zhàn)車;2001年開始裝備的遠(yuǎn)距離先進(jìn)偵察監(jiān)視系統(tǒng)和計劃中的瞄準(zhǔn)線制導(dǎo)反坦克武器系統(tǒng);2004年開始裝備的“阿帕奇”直升機(jī)用的“箭頭”系統(tǒng)。 此外,美國陸軍還計劃在首批裝備旅戰(zhàn)斗部隊的過渡性裝甲車族上增添二代前視紅外系統(tǒng),并用橫向技術(shù)集成型二代前視紅外系統(tǒng)改造少量的M1A1D坦克和“布雷德利”戰(zhàn)車。 M1A2 SEP型坦克用它改進(jìn)車長獨(dú)立熱觀察儀和炮長主瞄準(zhǔn)具;M2A3步兵戰(zhàn)車用它來改造目標(biāo)捕獲子系統(tǒng)和車長獨(dú)立觀察瞄準(zhǔn)具,使其與M1A2坦克具有相同的熱成像和戰(zhàn)場觀察能力。 遠(yuǎn)距離先進(jìn)偵察監(jiān)視系統(tǒng)是安裝在“悍馬”越野車上或為初建旅戰(zhàn)斗隊采辦的過渡性裝甲偵察車頂部的一套傳感器,供陸軍步兵和裝甲營偵察排以及初建旅戰(zhàn)斗隊偵察營使用。除了二代前視紅外系統(tǒng)以外,這套傳感器還包括晝用電視攝象機(jī)、人眼安全激光測距機(jī)、全球定位系統(tǒng)干涉儀。該系統(tǒng)使偵察員探測目標(biāo)的距離是現(xiàn)有系統(tǒng)的3倍,從而使其能在敵方傳感器和直射武器作用距離之外偵察。 瞄準(zhǔn)線制導(dǎo)反坦克武器系統(tǒng)是安裝在“悍馬”車上的超高速導(dǎo)彈系統(tǒng),正在按照先期概念技術(shù)演示計劃研制。該系統(tǒng)使用第二代前視紅外系統(tǒng)捕獲目標(biāo)。 AH-64“阿帕奇”攻擊直升機(jī)載的“箭頭”系統(tǒng),可能使用橫向技術(shù)集成型二代前視紅外系統(tǒng)的某些組件,以降低成本。然而,其使用的杜瓦瓶,不是標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)杜瓦瓶組件Ⅱ,而是為“阿帕奇”和“科曼奇”直升機(jī)研制的更新型的標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)杜瓦瓶組件Ⅰ。該組件使用更大的紅外探測器陣列,以獲得更遠(yuǎn)的作用距離和更高的靈敏度。與使用第一代通用組件前視紅外系統(tǒng)的、70年代末生產(chǎn)的目標(biāo)捕獲指示瞄準(zhǔn)具/駕駛員夜視傳感器光電系統(tǒng)相比,其目標(biāo)捕獲距離加倍,而且可靠性好,以致使支持費(fèi)用減少一半以上。 第三代前視紅外技術(shù) 美國陸軍通信-電子司令部夜視和電子傳感器局正投資研究第三代前視紅外技術(shù)。陸軍可能部署三類第三代前視紅外系統(tǒng)。第一類安裝在優(yōu)先級高的平臺上,如“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”。這種高性能第三代前視紅外系統(tǒng)可能是制冷型傳感器,但工作溫度較高,允許制冷器較小。它使用大型凝視焦平面陣列,例如1000×1000元或2000×2000元,以使作用距離更遠(yuǎn),靈敏度更高。它還可能工作在兩個不同的紅外波段。 中波(3—5微米)和長波(8—12微米)是大氣中探測紅外輻射的最好波段。長波紅外傳感器通過戰(zhàn)場煙塵觀看時優(yōu)于中波傳感器,因而主要被陸軍采用。中波傳感器可在遠(yuǎn)距離提供較高的目標(biāo)分辨率。第三代雙波段紅外傳感器將具有兩個波段的優(yōu)點(diǎn),通過使目標(biāo)-背景的對比度最大,提供較高的識別隱藏在雜亂回波中的目標(biāo)的幾率。 夜視和電子傳感器局的研究表明,第三代前視紅外系統(tǒng)的目標(biāo)識別距離將比第二代增加50%。而且,雙波段紅外系統(tǒng)能得到同一目標(biāo)場景的兩個不同的影像,并同時饋送給自動目標(biāo)識別系統(tǒng),故有助于目標(biāo)的識別,可顯著提高探測偽裝目標(biāo)的能力,甚至可識別車輛的類型,從而保持極低的虛警率。 陸軍研究人員發(fā)展的另外兩類第三代前視紅外系統(tǒng)是非制冷型的。陸軍官員認(rèn)為,由于去掉了制冷器,減少了功率需求,可導(dǎo)致裝置的成本顯著降低,因此非制冷型前視紅外系統(tǒng)是革命性的。而且,去掉帶活動部分的前視紅外系統(tǒng)機(jī)械制冷器,將大大增加系統(tǒng)可靠性,減低壽命周期支持費(fèi)用。 第一種非制冷型第三代前視紅外系統(tǒng)將是高性能單色傳感器,采用1000×1000元凝視焦平面陣列,可用于陸軍計劃的理想班組武器和無人駕駛地面車輛。第二種非制冷型第三代前視紅外系統(tǒng),將是一種低成本微型前視紅外系統(tǒng),采用小型凝視陣列,可能用于小型無人機(jī)或用作遙控監(jiān)視傳感器以及士兵通用傳感器。 陸軍希望將非制冷微型前視紅外系統(tǒng)的成本、重量和功耗減少到使其足夠便宜、足夠輕便,以致可以向小型手電筒那樣裝備每一個徒步作戰(zhàn)的士兵。士兵將可以通過頭盔顯示器觀看影像;也可以象手持裝置那樣使用,繞過墻角瞄準(zhǔn)而不暴露士兵自己;也可以夾在步槍或頭盔上作為晝夜瞄準(zhǔn)具。 摘自《全民國防教育網(wǎng) 》 |
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