[科普中国]-红外导航系统

相关知识红外线简介

红外线（Infrared）是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米（nm）至1毫米（mm）之间，比红光长的非可见光。

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，热作用强。他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l500μm 之间。

红外线物理性质1，有热效应

2，穿透云雾的能力强

红外线特点红外线波长较长， （无线电、微波、红外线、可见光。波长按由长到短顺序），给人的感觉是热的感觉，产生的效应是热效应，那么红外线在穿透的过程中穿透达到的范围是在一个什么样的层次？如果红外线能穿透到原子、分子内部，那么会引起原子、分子的膨大而导致原子、分子的解体。而事实上，红外线频率较低，能量不够，远远达不到原子、分子解体的效果。因此，红外线只能穿透了原子分子的间隙中，而不能穿透到原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生改变，这就是红外线的热效应。

因此我们可以利用红外线的这种激发机制来烧烤食物，使有机高分子发生变性，但不能利用红外线产生光电效应，更不能使原子核内部发生改变。

同样的道理，我们不能用无线电波来烧烤食物，无线电波的波长实在太长无法穿透到有机高分子间隙更不用说使其变性达到食物烤熟的目的。

通过上述我们知道：波长越短，频率越高、能量越大的波穿透达到的范围越大；波长越长，频率越低、能量越小的波穿透达到的范围越小。1

原理红外成像技术当前，国内外普遍使用的红外成像处理系统大致包括：热像仪、微光夜视仪、主动式红外图像采集。其中，微光夜视仪主要是通过夜间的微弱的光线，比如月光、星光来实现成像。它的光放管增强被摄像物体发射的光线，然后通过红外敏感摄像机来采集物体图像。热像仪是通过物体红外辐射来实现图像采集的，再通过光放大器根据红外辐射强弱的差异性来摄取物体的图像细节，最后转换为可见光图像。而主动式红外图像系统主要是利用了敏感红外摄像传感器直接采集物体的图像。这种敏感红外传感器的感光光谱范围更广，延伸到了红外光谱区域。即便是在夜间，摄像机配套的红外光源发射合红外光线，摄取的物体图像更加清晰。

红外图像处理技术的优越性导航系统必须要实现基于复杂的环境下的自主导航功能，要求在各种各样的环境条件下能够顺利壁障。常规的摄像系统是基于可见光成像的，通过光学传感器件来成像，经过信号转换后显示在导航设备上，不仅图像质量差，而且存在各种干扰，严重影响了导航的性能。尤其在夜间，这种成像系统的性能更差，为了适应全天候导航的需要，必须考虑红外成像技术，能够实现夜间导航功能。2

研究现状红外导航系统作为一种既可用于侦察又可用于执行攻击任务的光电设备在各国得到普遍重视，已经广泛应用于各国空军，其装备数量近年来有大幅增长，其主要类型分为单一导航功能吊船、猫准导航多功能吊船和挂架内埋式红外导航设备三种。

（1）单一导航功能吊舱

AN/AAQ-13导航吊舱是美国空军装备量较大的一种装备，它包括宽场前视红外传感器和地形跟踪雷达，可以为飞行员提供航线上的可视地形图像信息；AN/AAQ-13导航吊舱直径355mm，长1980mm，总高546mm，重195.5kg。

（2）瞄准/导航多功能吊舱
瞄准导航多功能吊船的典型代表是法国泰勒斯光电公司的达摩克利斯瞄准导航多功能吊舱，达摩克利斯吊舱在2000年开始进行飞行试验，目前仍在生产中，已装备于“超军旗”舰载攻击机、“阵风”和“幻影”战斗机。
达摩克利斯猫准导航多功能吊舱直径370mm，长2500mm，重265kg。内部有一套导航用的中波波段前视红外系统，该吊船既可安装在机船内，也可安装在飞机武器挂架上。瞄准吊舱捕获的图像投射在头盔显示器（HMD）上，目标瞄准信息同时显示在其中一个座舱多功能显示器上，飞行员可同时观看头盗显示器和座船显示器。

（3）挂架内埋式红外导航设备
红外导航设备内埋方式的典型代表是美国海军“大黄蜂”和超级大黄蜂战斗机的装备的AN/ASQ-228 ATFLIR（高级目标指示前视红外）吊舱，吊舱直径330mm，长1830mm，重191kg，吊舱的红外导航设备安装在光电瞄准吊舱的挂架内，类似系统还有法国的红外导航设备。

从国外情况看，多种红外导航设备已配装于各型战斗机，随着雷达和红外探测器技术的不断进步，火控雷达的功能已经可以兼容导航雷达的功能，随着红外探测器元件有单元到多元面阵的演变及嵌入式计算机的飞速发展，红外传感器性能也得到大幅度提高、体积更小，使得独立前红导航吊舱已经逐渐被其它设备所取代备的安装方式向内埋方式方向发展，其视场均为大视场。3