第一篇光電系統(tǒng)

第一篇光電系統(tǒng)第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日軍用光電系統(tǒng)簡(jiǎn)介第一篇第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日光電技術(shù)成為現(xiàn)代軍事完成偵察和打擊的重要技術(shù)基礎(chǔ)，使相關(guān)武器技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。二次世界大戰(zhàn)及其后的一段時(shí)間內(nèi)，武器曾以增大火炮口徑，加大彈丸質(zhì)量，加厚裝甲等方向發(fā)展。近二十年來(lái)人們把發(fā)展方向轉(zhuǎn)為利用高技術(shù)改造武器，使其性能有了質(zhì)的提高,并使戰(zhàn)場(chǎng)成為無(wú)前方與后方之分的立體戰(zhàn)爭(zhēng)，光電技術(shù)就是這些高技術(shù)中最為重要的部分。而激光技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使軍用光電系統(tǒng)得到進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。從而成為精確打擊的必要手段。概述一：光電系統(tǒng)的發(fā)展第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日概述二：光電對(duì)抗的主要任務(wù)光電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，例如電視末制導(dǎo)尋的可以在幾百公里之外命中飛機(jī)的跑道或倉(cāng)庫(kù)。如此“外科手術(shù)”式的精度，不能不對(duì)其實(shí)施對(duì)抗。歸納起來(lái)光電對(duì)抗的主要任務(wù)是：★抑制光電系統(tǒng)及相應(yīng)武器系統(tǒng)功能的發(fā)揮；★利用現(xiàn)代光電系統(tǒng)有效的發(fā)現(xiàn)對(duì)方武器平臺(tái)如飛機(jī)、導(dǎo)彈、戰(zhàn)車、艦船等；★反對(duì)抗技術(shù)的研究與實(shí)施，隨著對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，為確保武器系統(tǒng)性能的發(fā)揮，必須發(fā)展反對(duì)抗技術(shù)。第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日概述三：武器與偵瞄系統(tǒng)的發(fā)展

武器偵察、瞄準(zhǔn)手段

★大刀、長(zhǎng)矛人眼★槍、炮以望遠(yuǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的各種觀瞄儀器如瞄準(zhǔn)、測(cè)距和通訊的系統(tǒng)★飛機(jī)、坦克、戰(zhàn)艦用于偵察、搜索、跟蹤，其中最重要的是利用無(wú)線電和光電技術(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)?！锘鸺?、導(dǎo)彈跟蹤、尋的系統(tǒng)第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日概述四：主要的軍用光電系統(tǒng)組成軍用光電系統(tǒng)的基本技術(shù)是光電成像、光電探測(cè)和光電定位技術(shù)，利用它們與武器裝備有機(jī)結(jié)合就可形成各種類型的軍用光電系統(tǒng)?！怆姵上裣到y(tǒng)▲光電跟蹤系統(tǒng)▲光電搜索系統(tǒng)▲光電制導(dǎo)系統(tǒng)▲光電火控系統(tǒng)▲光電測(cè)距系統(tǒng)▲光電通訊與探潛等系統(tǒng)第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（一）光電成像系統(tǒng)人眼是一個(gè)極其精良的光學(xué)系統(tǒng)，為自身采集80％的信息。人眼的限制：分辨力低、靈敏度低、光譜范圍窄、反應(yīng)時(shí)間慢等。光電成像系統(tǒng)的主要作用：提高了靈敏度、分辨力、擴(kuò)大了光譜范圍、加快或延長(zhǎng)了反應(yīng)的時(shí)間等。第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1、主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)利用紅外探照燈和紅外變像管構(gòu)成的直視望遠(yuǎn)鏡，工作波段為0.76～1.2μm；視距與紅外探照燈的功率和光學(xué)系統(tǒng)F數(shù)有關(guān)，可達(dá)1km左右；其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比度好、能識(shí)別偽裝，但因紅外暴露而隱蔽性差，霧天不能使用。第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日紅外夜視儀簡(jiǎn)圖第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日

利用像增強(qiáng)器構(gòu)成直視望遠(yuǎn)鏡，依靠夜天光進(jìn)行工作，夜天光的光譜主要是在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域中；在星光下視距可達(dá)0.7～1km；由于是被動(dòng)工作，隱蔽性好；但其對(duì)比度較差、受時(shí)空影響大、霧天不能工作。2、直視微光第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日級(jí)聯(lián)像增強(qiáng)器第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日像增強(qiáng)器第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3、微光電視系統(tǒng)利用像增強(qiáng)器和電視攝像器（如CCD攝像器和真空攝像器等)組成，在夜天光下攝像，并輸出全電視信號(hào)，便于多處顯示和長(zhǎng)距離傳輸，且能進(jìn)行必要的圖像處理。通常黑白CCD攝像器可在1～0.1Lx景物照度下工作，彩色CCD可在10Lx條件下工作，而微光電視可在10-3Lx條件下工作；其視距與物鏡性能有關(guān)，約為1～2km。第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日4.紅外熱成像系統(tǒng)△原理：利用目標(biāo)與背景自身溫度和比輻射率不同產(chǎn)生的輻射差異進(jìn)行工作。典型的Ⅰ代光機(jī)掃描熱像儀工作原理如下圖所示?！鞔髿獯翱冢核械墓怆娤到y(tǒng)都是利用電磁波中的光輻射來(lái)傳遞信息的，這種傳遞必須穿過(guò)大氣，而由于大氣吸收的存在只留下了三個(gè)可共光輻射傳播的大氣窗口，它們是0.3～2μm的可見(jiàn)光和多個(gè)近紅外的波段；3～5μm的中紅外波段；以及8～12μm的遠(yuǎn)紅外波段。△特點(diǎn)：全被動(dòng)的熱成像系統(tǒng)反映的是景物輻射特性，由于使用的波長(zhǎng)較長(zhǎng)所以有一定穿透煙霧的能力。第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱成像系統(tǒng)的工作原理第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日大氣窗口第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱成像系統(tǒng)的發(fā)展為提高紅外輻射的利用率，發(fā)展了各種多元探測(cè)器，如并掃、串掃、串并掃以及sprite探測(cè)器系統(tǒng)等。隨著微電子集成能力的提高，將處理電路的功能移植到探測(cè)器上，構(gòu)成Ⅱ代焦平面陣列探測(cè)器，使之只需一維光機(jī)掃描，或構(gòu)成無(wú)需光機(jī)掃描的凝視系統(tǒng)第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱像儀的性能舉例及應(yīng)用美國(guó)Ⅰ代通用組件熱像儀的觀察性能為：在夜間海洋中發(fā)現(xiàn)蛙人的距離約1km；白天觀察艦船甲板上的人的距離約5.6km；在霧夜觀察地面行人約3～4km；在夜間觀察坦克約3.5～5.5km；白天觀察飛機(jī)（尾追）約27km。應(yīng)用：

光電成像系統(tǒng)除用于直接觀察外，電視系統(tǒng)和熱成像系統(tǒng)已成為各類軍用光電系統(tǒng)和光電對(duì)抗系統(tǒng)的重要部件。第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)產(chǎn)熱像儀第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱像圖第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（二）光電跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的主要作用是對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行有效的跟蹤。其方法是不斷探測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對(duì)系統(tǒng)測(cè)量基準(zhǔn)的偏移量，并將由此形成的誤差信號(hào)輸入跟蹤機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向減小偏移量的方向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1、調(diào)制盤(pán)的點(diǎn)目標(biāo)方位探測(cè)系統(tǒng)偏移量的表示方法：在光學(xué)物鏡形成的物像關(guān)系中，遠(yuǎn)距離的目標(biāo)成像在物鏡的焦平面上，用極坐標(biāo)表示物像共軛點(diǎn)M′和M分別為M′（ρ′，θ′）和M（ρ，θ），其中ρ＝f×tanΔq；θ＝θ′，式中f為物鏡的焦距；Δq為失調(diào)角；θ為方位角?？捎忙押挺然蛴忙和θ來(lái)表示目標(biāo)偏移光軸量的大小和方位。第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日調(diào)制盤(pán)的工作原理可以通過(guò)多種調(diào)制技術(shù)來(lái)獲得上述偏移量，圖中是最簡(jiǎn)單的所謂“初升太陽(yáng)式”的調(diào)制盤(pán)，它是由相同間隔的透與不透光輻射的扇形條構(gòu)成上半園的調(diào)制區(qū)和由半透明的下半園區(qū)構(gòu)成。工作時(shí)調(diào)制盤(pán)置于物鏡焦平面上，且其中心與光軸重合，調(diào)制盤(pán)后常用光錐等器件將目標(biāo)輻射收集到光電探測(cè)器上。當(dāng)有一定大小的目標(biāo)像點(diǎn)落在調(diào)制盤(pán)上不同的徑向位置上時(shí)，它們透過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)制盤(pán)的輻射信號(hào)隨其離開(kāi)光軸的距離增加而增大，即Φ＝f（ρ）＝g（Δq）可見(jiàn)調(diào)制信號(hào)的幅度反應(yīng)了失調(diào)角的大??；第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日方位角的獲得調(diào)制盤(pán)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是圖案有明顯的分界線ox，它是產(chǎn)生方位角的關(guān)鍵。圖中所示為像點(diǎn)在A、B兩不同位置時(shí)產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)，如果系統(tǒng)能提供ox軸水平位置的基準(zhǔn)信號(hào)，那么它與調(diào)制波包絡(luò)初相位間的相位差角就是方位角θ。于是用Φ和θ這兩個(gè)參量就可以確定目標(biāo)偏離光軸量的大小和方向。第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)際使用的調(diào)制盤(pán)第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2、光電跟蹤系統(tǒng)的組成下圖所示為其原理框圖，系統(tǒng)是由方位探測(cè)器(位標(biāo)器)與跟蹤機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)有目標(biāo)偏離光軸時(shí)，位標(biāo)器產(chǎn)生誤差信號(hào)，經(jīng)處理后形成控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將使位標(biāo)器向減小偏差量的方向運(yùn)動(dòng)，直到無(wú)誤差信號(hào)時(shí)為止，反復(fù)上述過(guò)程始終使目標(biāo)調(diào)整在光軸上。第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3、成像跟蹤系統(tǒng)利用成像跟蹤攝像頭攝取的目標(biāo)視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像信號(hào)處理器，取得目標(biāo)偏離光軸的誤差信號(hào)，再經(jīng)侍服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)并使攝像頭光軸指向目標(biāo)。在圖中顯示器所示視場(chǎng)中，通過(guò)測(cè)量目標(biāo)的位置實(shí)現(xiàn)跟蹤的方法通常有：測(cè)定目標(biāo)邊緣的邊緣跟蹤法；測(cè)定目標(biāo)距心的距心跟蹤法；以及測(cè)定目標(biāo)相關(guān)度的相關(guān)跟蹤法等。第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（三）光電制導(dǎo)系統(tǒng)概述1:光電制導(dǎo)系統(tǒng)是將上述跟蹤系統(tǒng)的“尋的“功能應(yīng)用到箭彈武器中，使其在攻擊目標(biāo)時(shí)不斷修正自己的方向，并準(zhǔn)確擊中目標(biāo)。主要的制導(dǎo)箭彈武器有：導(dǎo)彈、炮彈和炸彈等。

第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日光電制導(dǎo)的最大優(yōu)點(diǎn)是精度高，由于光波比雷達(dá)波的波長(zhǎng)要短得多，在相同的接收口徑下其衍射極限造成的艾利斑要小得多，因此系統(tǒng)的分辨力也要高得多。通常光電制導(dǎo)的炸彈誤差約為1～3m、炮彈約1m左右；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用紅外波段的所謂‘熱’制導(dǎo)不僅對(duì)‘熱’目標(biāo)也能對(duì)‘冷’目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的攻擊；此外該系統(tǒng)也極有利于與計(jì)算機(jī)結(jié)合，從而順利地向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。光電制導(dǎo)系統(tǒng)按波段可分為可見(jiàn)光波段和紅外波段；按工作方式可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式；按信息形成可分為成像式和非成像式；按使用方法可分為發(fā)射前鎖定和發(fā)射后指令鎖定／相關(guān)鎖定等。概述2第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1、光電制導(dǎo)的主要類型A直接尋的：在導(dǎo)彈中裝有光電跟蹤器（導(dǎo)引頭），當(dāng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)入導(dǎo)引頭的視場(chǎng)時(shí)就可發(fā)射導(dǎo)彈，發(fā)射后導(dǎo)彈能主動(dòng)尋的。常用于空空彈、地空彈等。B用測(cè)角儀控制導(dǎo)彈尋的：在瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，就可發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈飛行中射手采用測(cè)角儀測(cè)定目標(biāo)與導(dǎo)彈間的偏離角，通過(guò)導(dǎo)彈飛行過(guò)程中不斷釋放的導(dǎo)線控制導(dǎo)彈飛行的方向，使其擊中目標(biāo)。第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日C控制成像制導(dǎo)：將成像裝置置于導(dǎo)彈頭部，導(dǎo)彈發(fā)射后隨時(shí)將攝取的圖像發(fā)回，經(jīng)過(guò)處理、判斷后由操作者選定并鎖定目標(biāo)，使導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。圖像傳輸要求很寬的頻帶，常采用光纖充當(dāng)即是所謂光纖制導(dǎo)。優(yōu)點(diǎn)是信息容量大、抗電磁干擾、重量輕且造價(jià)低。圖像制導(dǎo)的精度高、畫(huà)面直觀，便于人工參與或?qū)崿F(xiàn)指令制導(dǎo)。D相關(guān)成像制導(dǎo)：將電視和紅外熱成像系統(tǒng)，以及微機(jī)處理系統(tǒng)同時(shí)置于導(dǎo)彈中。發(fā)出后的導(dǎo)彈自行進(jìn)行形心跟蹤或自相關(guān)跟蹤等處理，與預(yù)先攝取的圖像相匹配，找到規(guī)定的目標(biāo)進(jìn)行攻擊。常用于遠(yuǎn)距離導(dǎo)彈系統(tǒng)中的末制導(dǎo)中。第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)導(dǎo)引頭α成像系統(tǒng)地控成像系統(tǒng)微機(jī)ABCD光電制導(dǎo)的主要方式第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2、激光制導(dǎo)它可用于制導(dǎo)導(dǎo)彈、炮彈和炸彈等。主要方式有：A半自動(dòng)尋的制導(dǎo)：用激光照射器照射目標(biāo)，在目標(biāo)上產(chǎn)生指示攻擊點(diǎn)的激光光斑，彈中位標(biāo)器跟蹤光斑使彈飛向目標(biāo)。B波束制導(dǎo)：由制導(dǎo)站經(jīng)過(guò)調(diào)制編碼的激光束，使光束中心瞄準(zhǔn)目標(biāo)，導(dǎo)彈在有空間位置編碼的激光束中飛行，光電探測(cè)器置于彈尾處以接收編碼信號(hào)，調(diào)整彈體在波束中的位置并準(zhǔn)確的飛向目標(biāo)。其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)。第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（四）光電火控系統(tǒng)常用于陸基、車載、機(jī)載、和艦載等裝備中，用于控制射擊武器的射擊和射擊效果評(píng)估等多種功能。光電火控系統(tǒng)是火力控制的重要分支，它是由光電裝備和火控計(jì)算機(jī)等聯(lián)合組成。完善的火控系統(tǒng)應(yīng)該能完成如下任務(wù)：A完成被動(dòng)高分辨力的對(duì)目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、跟蹤、瞄準(zhǔn)（由電視和熱成像系統(tǒng)完成）和精密測(cè)距（由激光完成）；B具有目標(biāo)外形、姿態(tài)的直接觀察和顯示功能；C具有彈體軌跡和彈體脫靶量測(cè)量及修正功能（B、C由火控計(jì)算機(jī)完成）；D具有高的抗電磁干擾的能力，準(zhǔn)全天候工作，以及光電對(duì)抗和反對(duì)抗的能力。第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（五）激光測(cè)距、通訊與探潛1、激光測(cè)距：采用較多的固體激光測(cè)距機(jī)的材料為Nd：YAG，其波長(zhǎng)為1.06μm；另外波長(zhǎng)為1.54μm的激光測(cè)距機(jī)，由于對(duì)人眼安全和對(duì)煙霧有一定穿透能力而廣為使用；波長(zhǎng)為10.6μm的二氧化碳激光測(cè)距機(jī)由于其穿透煙霧的能力更強(qiáng)，且能與熱成像波段兼容而倍受注意。軍用激光測(cè)距的距離可由幾十米到幾十（如40）公里。按照測(cè)距原理不同精度也相差很遠(yuǎn)，采用脈沖激光測(cè)距的誤差約為1m；而用激光相位多尺測(cè)距誤差約只有1cm左右。第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2、激光通訊：由于激光束的平行性好，如發(fā)散角在mrad數(shù)量級(jí)時(shí)，光束傳播50km對(duì)應(yīng)的發(fā)散光斑約為50m左右，可見(jiàn)其隱蔽性好。由于光通訊中發(fā)射與接收之間的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題不容易解決，因此在地面通訊中應(yīng)用不多。目前研究和應(yīng)用最多的是蘭綠激光的對(duì)海下潛艇的通訊。海水窗口在遠(yuǎn)洋處為0.47μm左右，而在近海大陸架處為0.54μm左右。海水的衰減約為1.0dB／m。希望激光通訊在海面形成的光斑盡可能大（如幾公里到上百公里）；潛艇的接收角度大于30°；通訊深度300m左右。有待解決的主要問(wèn)題有：雙向通訊、小型大功率的激光器、高靈敏度探測(cè)器和防陽(yáng)光干擾等問(wèn)題。第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3、機(jī)載激光探潛：采用激光探潛是較為可行的方法，利用兩束激光來(lái)探測(cè)潛艇的位置和水下深度，一束準(zhǔn)直蘭綠激光探測(cè)潛艇的深度、另一束紅外激光測(cè)定飛機(jī)距海面的高度，如圖所示。激光探潛的優(yōu)點(diǎn)是：搜索快、搜索區(qū)域大、探潛定位精度高。九十年代探潛深度可達(dá)400m左右。第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日岸基導(dǎo)航處理中心潛水艇藍(lán)綠激光紅外激光海面