红外探测技术和隐身措施

1、红外探测技术和隐身措施
红外线波长位于可见光和电磁波之间，从0.75~1000μm（分为近、中、远和极远红外四个子波段），除了具备在介质中传导和辐射、反射等基本特性外，还可对一些活跃金属如硒产生光电导效应。

在红外光照射下，这类金属的导电性会产生改变，利用这一特性可以把红外辐射强弱转化为流过金属导体的电信号大小变化，经放大后在屏幕上显示出来，或作为信号源用于目标分析。

不同类型的物体对近红外线反射特性差别较大，可以据此在转换出的图像上进行区分识别。

自然界的任何物体本身都会产生红外辐射，温度越高，波长越短，对于特定温度范围的物体其辐射的红外波长范围也是一定的，因此可以有针对性地选择合适的感应器进行探测。

此外，大气中红外线传递有3个主要的传递“窗
口”——0.75~2.5μm、3~5μm 和8~14μm，分属于近、中、远红外波段，恰好也是各类导弹、发动机的主要热辐射波段，可以透过大气远距离传导。

军事上正是利用了红外线具有的这些特殊效应来实现红外探测，具体实现方式上分为主动和被动两类。

上世纪30 年代首部红外变像管装置诞生，制造红外探测装置变为现实。

之后美、德等国二战期间将第一代的主动红外探测装置用在了战场上，通过自带的光源设备主动产生近红外辐射照射目标区域，然后接收目标返回的红外信号，转换为可视图像进行观察分析。

例如德国研制的车载主动红外夜视仪可用于夜间无灯光条件下隐蔽行进，并通过这种手段避开同盟国的监视，秘密地把V-2 导弹运送到前线。

美国在太平洋岛屿战中，把一种略嫌笨重的主动式红外瞄准具装在了步兵枪械上，取得了夜战中对日军的优势。

由于主动式红外探测器需要携带光源发生装置和电池等，体积和重量较大，而且近红外波段受大气环境中云雾和烟尘干扰较严重，探测距离较短，适用性上受到较大限制，60 年代后其地位逐步被被动式红外探测器即热成像仪所取代。

图6、红外成像系统原理结构及成像原理
1964 年，美国人研制出世界上第一部热成像仪，经过不断完善，并在70 年代按照通用化、模块化、组件化思路优化生产后开始大规模装备陆、海、空三军。

热成像仪可以通过检测物体自身辐射波长的不同，把温差以图像色彩和亮度的差异显示出来，不需要自身携带红外光源，实现了全天候被动式探测。

借助温差分辨能力，使用热成像仪可以轻松识别伪装目标，包括隐藏在掩体后的目标，而且还可以结合目标局部温度的动态变化判断其发动机或武器工作状态，尤其适合远距离观察人和装备等常温目标（热辐射波长在8~14μm，不易受大气环境中云雾和烟尘干扰，传导距离远）。

第一代红外热像仪主要采用光机扫描等技术实现热点搜索扫描，效率和精度受到光学部件结构和机械旋转的限制。

第二代热像仪则采用了红外CCD 焦平面凝视技术，能够在几个平方厘米大小的阵面上集成
上万个探测器件（例如128X128、256X256 阵列），以类似人眼视觉的方式进行并发激励，不仅大大减少了活动部件，体积和重量大大减小，而且提高了搜索效率、分辨率和可靠性，探测距离可远达数十公里。

图7、美国AIM-9 响尾蛇系列导弹（图中型号不全）二战后红外制导导弹和机载红外搜索跟踪系统（IRST）的出现给隐身技术带来了新的挑战。

50年代美国率先研制出了著名的响尾蛇导弹（AIM-9 系列），前苏联1956 年推出了K-5（北约代号AA-1），后续各国都陆续研制了类似的
近红外波段的空空弹，发展到今天已经历经了四到五代的演进。

目前普遍采用了红外成像导引技术，如AIM-9X、R-73、ASRAAM、IRIS-T、怪蛇-5 等，导引头敏感度和分辨能力大幅提高，性能和命中率得到极大提升。

有数据显示现代空战中红外制导弹击落敌机的数量占到空空导弹击落总量的近9 成，足见其对空军战机的巨大威胁。

此外，上世纪50 年代末60 年代初，休斯公司研制的红外搜索跟踪系统（IRST）开始陆续安装在了F-101、F-102、F-106等机型上，探测距离超过5 公里，与雷达信息结合可以有效解决对方电子干扰和箔条干扰迷惑等问题。

后续又研制过几型IRST 系统，如AAA-4 等，装备在F-4和F-14等战机的部分型号上。

现代的F-117、F-22 和F-35，俄罗斯米格-29、SU-27、T-50和欧亚各国主战战机也都配套开发有新的热成像搜索跟踪系统，并且IRST 有效探测距离大大增加，基本都已达到或超过70~80 公里以上的水平，F-35 上装备的EODAS 系统更是实现了360 度全向搜索跟踪能力。

图8、三、四代战机上普遍安装了前视红外搜索跟踪系统
由于红外探测不受电子干扰和箔条丝等技术影响，一般只能采取大过载机动结合红外诱饵的方式对其进行干扰和摆脱。

这种方法在对付早期采用位标法等方式搜索跟踪的红外制导弹有一定效果，但在对付后期采用热成像技术，尤其是采用了凝视焦平面阵列导引头，并具备质心分析、轨迹推测等能力的新型导弹时，就显得完全力不从心了。

图9、1974 年一架改装的QF-4B 无人机在测试中被一枚响尾蛇导弹击毁
面对红外搜索系统和红外制导导弹的威胁，必须研究降低战机主要气动热点、发动机和尾焰红外辐射的措施，通过降低自身热辐射水平和与环境温差，尽可能减少红外制导头有效探测距离，同时改进红外诱饵的信号逼真程度，增加导弹识别判断难度。

降低本机辐射水平比较常见的解决措施包括采用尾翼或机身遮挡、增加循环冷却系统、增加冷空气混合、涂覆红外变频涂料、在燃料中混入具有降温效果的化合物等。

特别是四代隐身战机，为了达到全频隐身的效果，普遍都采取了比较全面的红外隐身增强措施。

据说F-22 除采用较扁平的二元矩形喷口增加冷空气掺混冷却效果外，还在尾喷口结构中增加了喷口强制制冷系统（携带液氮），可以在被红外制导导弹咬尾跟踪时，择机短时强制制冷，并结合红外诱饵和大过载规避机动迅速摆脱追踪。

据分析，F-22 的尾喷口设计可以使得尾部红外辐射减弱80~90%，辐射波瓣也大幅缩小，达到了极佳的红外隐身效果。