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夜视技术介绍

新技术 | 发布时间:2017-10-24 | 人气: | #评论# |本文关键字:夜视技术
摘要:夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。夜视技术包括微光夜视和红外夜视两方面。微光夜视技术又称像增强技术,是通过带像增强管的夜视镜,对夜天光照亮的

夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。夜视技术包括微光夜视和红外夜视两方面。微光夜视技术又称像增强技术,是通过带像增强管的夜视镜,对夜天光照亮的微弱目标像进行增强,以供观察的光电成像技术。微光夜视仪,是目前国外生产量和装备量最大和用途最广的夜视器材,可分为直接观察(如夜视观察仪、武器瞄准具、夜间驾驶仪、夜视眼镜)和间接观察(如微光电视)两种。红外夜视技术分为主动红外夜视技术和被动红外夜视技术。主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术,对应装备为主动红外夜视仪。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术,它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。其装备为热像仪。热成像仪具有不同于其它夜视仪的独特优点,如可在雾、雨、雪的天气下工作,作用距离远,能识别伪装和抗干扰等,已成国外夜视装备的发展重点,并将在一定程度上取代微光夜视仪。

[国外概况] 

  1、微光夜视技术

 目前,微光夜视仪在国外正广泛装备部队。它分为像增强微光夜视技术(直接观察)和微光电视(间接观察)两种。

  (1) 像增强技术

  像增强微光夜视技术是通过带增强管的夜视镜,对夜天光照亮的微弱目标像进行增强,以供观察的光电成像技术。其工作原理为:首先将进行光电转换,然后用微通道版(MCP)增强电子信号,最后进行电光转换。

  在50-60年代,由于多碱光电阴极、光纤面板、微通道板(MCP)和负电子亲和力(NEA)光电阴极的诞生,该技术迅速发展起来。由于它克服了主动红外夜视的致命弱点,所以,它一出现,便成为夜视领域的发展重点。它逐渐代替了较早应用的主动红外夜视技术,占据着统治地位。迄今为止,已发展到第三代。第一代产品于60年代初期开始发展,它采用光电阴极、光纤面板耦合的级联式像增强管,1966年美军在侵越战场使用,于70年进行批量生产,装备部队。第二代产品于七十年代初期开始发展,采用多碱光电阴极和微通道板(MCP)的像增强管,目前,美、英、法、德、荷兰、以色列等许多技术先进国家都能生产第二代产品,自80年代以后,这些国家基本上用第二代取代了第一代产品。第三代产品于70年代初期开始研究,自80年代末美军开始装备,美国研制的第三代产品目前只限于向北约、韩国、日本、以色列和澳大利亚出售。

  目前美军已装备和即将装备的主要微光夜视装备如下:

  航空应用

  AN/AVS-6型飞行员夜视镜,研制公司为Bell Hawell,视场40o,美陆军先后通过"奥米尼巴斯"采办计划(OminibusⅠ,OmnibusⅡ,OmnibusⅢ,Omnibus Ⅳ),进行过四次采办,每次采办,性能都有所改进。目前正大量装备陆军航空部队,用于固定翼飞机或直升机。其中,Omnibus Ⅳ计划由ITT承包,负责提供改进的AN/AVS-6,改后的AN/AVS-6的核心部分为ITT研制的MX-10160像增强管,这种第三代像增强管使用最新砷化镓技术,工作于近红外区,代替了早期(Omnibus Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)系统的像增强管,使分辨率提高78%,光灵敏度提高80%,信噪比提高30%,探测距离也大大提高,在星光和更暗的夜光下也能看清物体。

  ITT也研制和生产AN/AVS-9型(前身为F4949)夜视镜,安装在固定翼飞机飞行员的头盔上。

  美国和以色列联合提供的AN/AVS-7型夜视飞行图像系统/平视显示器(ANVIS/HUD),是对AN/AVS-6型的改进。该系统安装在飞行员护目镜上部两侧,以获取关键飞行信息,并传输至护目镜,和护目镜的图像叠加后,飞行员可看到综合夜景和关键飞行数据符号体系。配备该装置后,飞行员低头看仪表的时间大大减少,而平视挡风玻璃的时间大大增加。美陆军原计划部署1904部这种系统,到目前为止,已得到大约1800部,目前,正在进一步改进这种系统,以和UH-60A/L和CH-47D平台所使用的改进型全球定位系统(GPS)相兼容。计划今年9月份,将有1200部这种系统进一步升级为"高级平视显示器",以取得现场可编程能力、录像能力和更快的反应速度。该系统也用于美海军陆战队。

  地面部队应用

  美陆军地面部队用的新一代在役夜视装置主要为单筒眼镜,如由ITT公司提供的AN/PVS-7D和当前最先进的AN/PVS-14。AN/PVS-14结合了第三代"超级" MX-10160型无源像增强管和航空用夜视镜AN/AVS-6的优点,有助于增强观察、指挥和控制能力,它比AN/PVS-7D分辨率更高(1.3圈/微弧度,而AN/PVS-7D为1.15)、重量更轻(0.4公斤,而AN/PVS-7D为0.68公斤),步兵作战小组指挥员使用起来更加灵活可戴到头上, 观察距离也大大增加。1996年,ITT和Litton两公司跟美国陆军通信-电子司令部研究、发展和工程中心所属的夜视和电子传感器委员会(NVESD)签订了Omnibus(OMNI) Ⅴ共同生产合同,来生产AN/PVS-14装置。迄今为止,AN/PVS-14装置已部署了大约3000部。预期到2000年时,ITT公司将向美陆军交付3万部这种装置。Omnibus Ⅴ还继续为地面战斗应用生产先进的 AN/PVS-7D单管夜视护目镜和Litton公司建议的先进的I2改进型AN/AVS-6飞行员护目镜,这些工作希望在2001年3月31日前完成。据Litton公司的首席执行官称,该项目通过适当的改进延长了数千个野外系统的寿命,同时大大地提高了夜视系统的性能。

  第三代像增强管也是AN/PVS-10狙击手夜晚瞄准具和改进型昼/夜火控和观察装置的必要组成部分。该增强管的采办由陆军特种作战司令部负责,以向特种部队提供实时可见的像增强(I2)图像,既可用于中型和重型阻击步枪瞄准,也可用于战略侦察。

  第三代像增强(I2)管也用于改进许多现役系统。例如,用于将70年代服役的AN/PVS-4型武器瞄准具改进为当前的AN/PVS-4A型,到目前为止,已改进了1000多个,计划最终要改进5000多个。

  覆行全球作战任务的一些美军作战部队不久也将把"目标定位和观察系统(TLOS)" 装配于其M-16系列步枪上。这种系统装有一个第三代门控像增强管、两个视域物镜和一个激光发光器。该系统使用近红外低能激光来直接获取目标光电信息。该装置不具有激光对抗能力,但可获取无源式目标信息、提供夜晚隐蔽发光和直接射击瞄准。

  英国精密仪器公司向德国联邦国防军提供的新型G22狙击步枪的夜晚瞄准具使用二代半像增强管(型号为NSV80 Ⅱ),可在漆黑的夜晚清楚地发现目标。该瞄准具安排在标准的光学瞄准镜前面特制的韦弗(Weaver)式导轨上,射手可随意确定眼睛和瞄具的距离,随意调整分划,不改变瞄准点位置,在数秒钟后又可实施射击。

  技术难点和途径

  目前,国外像增强夜视仪存在两方面的技术局限:(1)当明亮的光照在这种夜视仪上会造成远处或附近的微光图像丢失;(2)像增强管使用平面式成像面( 即位于焦平面上的为平面式微通道板),这样会造成光畸变,使目前为部队所使用的夜视仪的视域最多为400×400,且人眼难以适应。

  美国洛斯·阿拉莫斯实验室正采用如下途径来解决上述问题:(1)将微通道板(MCP)分割成不同的电子区域(MCP的5%),对每个电子区域使用各自的自动增益控制(AGC)电路。亮光只通过部分电子区域及其AGC,这样,夜视仪在受到明亮的光照射的情况下仍能看清亮光后面模糊背景中的物体。微通道分割可用激光碾磨或"选择区域"沉积(如平版印刷术)等工艺完成;(2)使用弧形微通道板来代替平面式微通道板,这种弧形微通道板目前用于ALEXIS宇宙飞船的X射线望远镜上,这样开发出来的夜视仪为每只眼提供的视域将至少为600×600,当级联使用时,可提供900(水平)×600(垂直)的视域,为目前水平的3倍多,同时,人眼更容易适应,长期使用时,大大减少眼睛和颈部疲劳。

  (2)微光电视 
  微光电视是像增强管和电视摄像管相结合的微光夜视系统。它诞生于四十年代,七十年才迅速发展起来。它具有成像面积大、直观性强、连续性、远距离多点多人观察等优点,目益广泛地用于监视、侦察、探测、制导、跟踪等方面,国外已装备30余 种。典型产品有法国的坦克用的 "卡纳斯特 "微光电视系统 、美国的直机用UVR-700 型昼夜两用电视跟踪系统、英国的海军用 V0084型微光电视系统 、瑞士的2704型远距离 ( 观察距离为10公里 ) 微光电视摄像机等 。

  目前的微光夜视装置仅能提供单色的图像,而利用彩色图像会有助于目标 识别,使识别速度提高30 %,识别错误减少60%, 因此彩色微光夜视技术已受到关注。

  美国Delft传感器系统公司采用光谱响应不同的两只像增强器管观察同一场景,利用它们间的差别,通过滤光和特殊的电子处理技术,来产生彩色图像。

  麻省理工学院林肯实验室则将微光图像和红外热像相结合,产生彩色图像。林肯实验室设计的小型彩色夜视系统采用与三代像增强器耦合的电荷耦合器件(CCD)获得微光图像,又用非致冷热成像阵列获得红外热像,然后用二向色分光镜进行匹配和图像处理器处理,在液晶显示器上显示出逼真的彩色图像。

  美国伍德监视技术公司研制出全彩色夜视摄像机。该摄像机的每一个原色有一个增强型CCD芯片,并采用了视频增强技术,从而获得了类似于广播级摄像机的彩色图像。 
  俄罗斯的喀山光学和机械厂正在研制的彩色夜视系统,可将接收的不 同的红外频率转换彩色图像,估计几年后可推入市场。

  2、红外夜视成像技术

  红外夜视技术先后经历了早期的主动红外夜视成像技术和现在的被动红外(热成像)技术。红外探测器最早是用单元探测器,后来为了提高灵敏度和分辨率而发展为多元线列探测器,现已向多元面阵红外探测器发展。相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。 
  (1)主动红外像转换技术(近红外区)。

  这种技术是利用光电图像转换原理来实现夜间观察的。这类仪器包括红外光源和含有变像管的夜视镜两大部分。红外光源照射目标,夜视镜将不可见光红外像转换成可见像。这类技术于三十代末期开始研究,二战中得到发展与应用。装有主动红外夜视仪的步枪瞄准镜广泛地用于太平洋战场上。六十代前后,该技术趋于成熟,观察距离可达3000米,后广泛装备部队,但因其具有灵敏度低、热发射大、耗电多、体大、量重、观察距离有限以及易于暴露的致命弱点,因此,逐渐被以后发展的夜视技术所取代,现在只有少数国家有小数量的装备。

  (2) 被动红外夜视技术(中、远红外区)

  红外热像仪是一种最有发展前途的红外探测器,代表着夜视器材的发展方向。它采用一种内光电效应半导体器件作探测器,将景物的辐射图像转换成电荷图像,经信息处理后,由显示器件转换成可见图像。一些典型型号包括:

  美国Raytheon系统公司为美陆军研制的ANS/PAS-13 型"热力武器瞄准器(TWS)" 是乞今为止最为先进的被动红外夜视设备 ,这是一种使用第二代前视红外技术的热成像瞄准系统。这种系统使用的技术包括:用于小型望远镜远距离目标获取的高灵敏度碲化镉焦平面技术;以高级塑料作外壳的轻质、高传输率二元光学部件;小体积、低功耗的超大规模集成电路(VLSI)电子部件;无声操作、高可靠性、拇指大小的热电致冷器;低功耗、高亮度发光二极管(LED)显示;适用于

  1、 赢得有效夜战时间

  夜间和不良天气占全年时间的比例相当大,夜视装备使夜间变得透明,大大延长了有效作战时间。红外夜视器材分辨率高,具有探测掠海飞行目标的优势。舰载跟踪用红外热像仪既可用于为发射导弹提供目标数据,还可用于探测敌方掠海飞行导弹。配备热成像设备在内的光电火控系统,便于识别目标并缩短武器系统的反应时间。

  2、 确立了夜战的军事地位

  西方发达国家随着三军大量装备夜视装备,已将主宰夜晚作战作为制胜策略。 
  3、 倍增武器效能

  夜视技术与武器装备相结合将大大提高武器装备在夜间和不良天气下区获取信息、实施打击、指挥部队、机动兵力和协同作战的效能。

  4、 减少飞行事故

 通过在飞机上使用配备前视红外摄像机的导航吊仓和让飞行员配戴装有夜视镜的护目镜,可大大减少航空事故。

 

[影响]

  1、 赢得有效夜战时间

  夜间和不良天气占全年时间的比例相当大,夜视装备使夜间变得透明,大大延长了有效作战时间。红外夜视器材分辨率高,具有探测掠海飞行目标的优势。舰载跟踪用红外热像仪既可用于为发射导弹提供目标数据,还可用于探测敌方掠海飞行导弹。配备热成像设备在内的光电火控系统,便于识别目标并缩短武器系统的反应时间。

  2、 确立了夜战的军事地位

  西方发达国家随着三军大量装备夜视装备,已将主宰夜晚作战作为制胜策略。 
  3、 倍增武器效能

  夜视技术与武器装备相结合将大大提高武器装备在夜间和不良天气下区获取信息、实施打击、指挥部队、机动兵力和协同作战的效能。

  4、 减少飞行事故

 通过在飞机上使用配备前视红外摄像机的导航吊仓和让飞行员配戴装有夜视镜的护目镜,可大大减少航空事故。


责任编辑:电气自动化网

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