工程光学在军事工业中的应用

河南大学物理与电子学院

专业：测控技术与仪器姓名：ALLEN

浅谈光学成像技术在军事工业中的应用

摘要：光学成像技术在军事工业中应用地比较广泛，特别是在现代电信息技术飞速发展的条件下光学成像技术的应用领域

又被大幅度地拓展。现阶段军事工业中的导弹制导、远程遥

感、孔径雷达成像等等高新军事设备中光学技术都比较成熟。

关键词：光学成像军事工业红外夜视遥感系统

孔径成像

光学成像技术是信息化时代的重要内容之一，随着计算机技术、光电子技术以及电子技术的飞跃发展，光学成像技术也获得了巨大的进步，应用领域也越来越宽广。而光学成像技术的飞跃发展不仅改变了人们的工作、学习和生活方式而且推动了新产业革命，新军事革命。另外科技是现代战争的核心，光学成像技术在现代国防和现代战争起着举足轻重的作用。如世纪之交的几场战争，无论是战争的“旧容”还是“新貌”都可堪称为信息战胜钢铁的战争，而光电信息装备已成为信息战中获取信息的主要手段，堪称战场中无可替代的耳目，喉舌和利器，把光电信息在现代高技术局部战争中发展得淋漓尽致。

光学成像和光学这门学科具有同样悠久的历史。实际上光学作为一门学科的发展是起源于光学成像的。光学成像就是指通过一定的

光学成像系统将被观察的对象转化为可以目视观察的图像。其基本框架即是：被观察对象――光学成像系统――图像显示。光学系统不仅包括系统的光学部分还包括相应的机械和电子单元，用于调节控制信息的传输、记录﹑处理和图像的输出。其在国防工业中的主要表现为：①夜视系统。利用红外夜视仪和增强器使战士具有夜间作战的优势，这是现代化武器装备的重要内容之一。②侦察系统。卫星的遥感侦查及无人驾驶飞机的高空侦查，需要优质的高空摄影成像系统及相应的图像处理技术，以获得高清晰的图片。③制导系统。具有精确定位的巡航导弹中安有优质的光学成像系统，它把巡航过程中拍摄的图像和预定的目标无图像进行对比，以确定导弹是否达到轰炸目标，再结合全球定位系统指示导弹的巡航路线。④综和孔径雷达中的成像原理。

（1）光学成像技术在红外夜视仪中的应用

红外夜视仪的主体部分是红外成像光学系统，红外光学成像系统可分为透射式，反射式，折反射组合式三种。Ⅰ透射式红外成像光学系统也称折射式红外成像系统，它一般由几个透镜构成，透射式成像物镜系统的主要优点是无挡光，加工球面透镜较容易，通过光学设计以消除各种像差。但这种系统光能损失较大，装备调整比较困难。

Ⅱ由于红外辐射波长较长，能透过的材料很少，因而都采用反射式红外成像系统，反射系统有球形，抛物面形，双曲面形和椭圆形几

种。

在实际工作中，应用最广的球面镜和抛物面镜。反射镜的性能在很大程度上取决于反射表面的状态以及反射层局部的破损等原因。反射式光学系统对材料要求不高，重量轻成本低且没有色差，但其缺点是中心挡光有较大的轴外像差，难以满足大视场大孔径成像的要求。Ⅲ由反射镜和透镜组合的反射是光学系统可以结合反射式和透射式成像系统的优点，即采用球面镜取代非球面镜，同时用补偿透镜来正面校准球面的反射镜像差，从而获得较好的像质。其一个代表系统是史密斯特成成像光学系统。

（2）光学成像技术在遥感成像中的应用

卫星的遥感侦查及无人驾驶飞机的高空侦查是现代战争重要侦察手段。

遥感技术是指从地面到高空各种对地球、天体观测的遥感综合性技术的总称。遥感成像系统主要包括：扫描成像系统、光谱分光系统和图像恢复系统三部分组成。其示意图如下：

遥感技术是现代战争“制高点”。侦察卫星从太空轨道上对目标实施侦查、监测或跟踪以搜集地面、海洋或空中目标军事情报。现代军事侦察广泛采用遥感技术，特别是航天遥感技术。到20世纪80年代中期，世界有关国家共发射3000多颗人造卫星，其中70％以上的直接或间接为军事侦察服务。装载有各种遥感器的侦察卫星，能对地球环境进行连续不断的侦察和监视。可见光照相的地面分辨率高达0.15～0.3米；红外遥感能识别地面伪装，且昼夜工作；多光谱遥感。兼具可见光和红外遥感的特点；微波遥感温度分辨率高,能穿透云雾、植被和地表,可全天候工作。从侦察卫星所获取的照片上，能清晰地看出机场跑道、滑行中的飞机和导弹发射架等军事设施，能区分出坦克和车辆的类型。采用航天遥感技术进行军事侦察，具有侦察范围广、不受地理条件限制、发现目标快等特点，主要用于战略侦察，也可完成战役侦察和战术侦察任务。而这些遥感传输所得到的信息最终还是要以图像的形式传输，所以一个优质的光学成像系统是其必不可少的组成部分。而无人侦察机是遥感侦查的一个补充部分，其更具有机动灵活性和真实准确性。

（3）光学成像技术在制导系统中的应用

制导系统是指按选定的规律对导弹或精确制导导弹进行引导和

控制，调整其运行轨迹直至以允许误差命中目标。具有精确定位的巡航导弹中安有优质的光学成像系统，它把巡航过程中拍摄的图像和预定的目标无图像进行对比，以确定导弹是否达到轰炸目标，再结合全球定位系统指示导弹的巡航路线。巡航导弹实质上是一种无人驾驶的

小型飞机。巡航导弹的翼展为2.61 米，由涡扇发动机供给动力，可以飞行805 到1,610公里. 巡航导弹的特点就是其令人难以置信的精确度。关于巡航导弹的常见说法是：“它可以飞行约1,609 公里并且击中一个车库。”巡航导弹还能非常有效地躲避敌方的探测，因为它们的飞行高度距地面非常低在大多数雷达系统的视野之外。

巡航导弹具有四种不同的导航系统，可帮助其击中目标：IGS——惯性导航系统

Tercom——地形轮廓匹配系统

GPS——全球定位系统

DSMAC——数字式景象匹配区域相关系统

IGS 是一种标准的基于加速度的系统，它可以根据导弹运动

中探测到的加速度对导弹的位置保持大致跟踪。Tercom 使用导弹上的3 维数据库，该数据库包含导弹飞行轨迹区域的地形。Tercom 系统使用其雷达系统“查看”飞过的地形，并将此地形与存储器中存储的3 维地图进行比对。Tercom 系统负责巡航导弹在飞行期间的“掠地飞行”能力。GPS 系统使用GPS 卫星的军用网络和弹上的GPS 接收机以非常高的精确度探测其位置。一旦导弹接近目标，它将切换到“末制导系统”以选择弹着点。弹着点可以通过GPS 或Tercom 系统预先编程。DSMAC 系统使用一台摄像机和一台图像相关器寻找目标；当目标是移动的时候，这将非常有用。巡航导弹还可以配备热成像或照度传感器（与灵巧炸弹中使用的相同）。

在其制导的四个过程中的中间两个导航系统需要光学成像系统