红外技术的发展与应用

——红外技术的发展与应用

吕立波

红外科学技术是研究红外辐射的产生、传输、转换探测及应用的一种高新技术。军事应用是推动红外技术发展的主要动力。在历次战争中，红外技术曾显示出巨大的威力，它已成为现代军事装备的重要组成部分。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等，在现代战争和未来战争中都是必不可少的战术和战略手段。另一方面，由于红外技术的独特功能，近年来，军用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化。红外成像、红外测温、红外测湿、红外检测、红外报警、红外侦查、红外理疗、红外遥感、红外防伪、红外夜视、红外加热等已是各行各业争相选用的先进技术，红外技术在民用部门中发挥着日益重要的作用。

红外线的发现和本质

1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时，牛顿

做出了单色光在性质上比白色光更简单的著名结论。使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。1800年，英国物理学家F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室的唯一的窗户用暗板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测量光带中不同颜色所含的热量。为了与环境温度进行比较，赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周围环境温度。试验中，他偶然发现一个奇怪的现象：放在光带红光外的一支温度计，比室内其他温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。

红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质，红外线的波长在0.76~100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。

红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。

温度在绝对零度(－273℃)以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并进行分析判断。

红外科学技术的发展趋势

早在十九世纪，随着红外探测器的出现，人们就利用它研究天文星体的红外辐射，但是红外技术真正获得快速发展和广泛应用是从二十世纪开始的。红外技术首先受到军事部门的关注，因为它提供了在黑暗中观察、探测军事目标自身辐射及进行保密通讯的可能性。第一次世界大战期间，为了战争的需要，研制了一些实验性红外装置，如信号闪烁器、搜索装置等。虽然这些红外装置没有投入批量生产，但它已显示出红外技术的军事潜力。第二次世界大战前夕，德国第一个研制了红外变像管，并在战场上应用。战争期间，德国一直全力投入对其他红外设备的研究，同时，美国也大力研究各种红外装置，如红外辐射源、窄带滤光片、红外探测器、红外望远镜、测辐射热计等。第二次世界大战后，前苏联也开始重视红外技术的研究，大力加以发展。

二十世纪五十年代以后，随着现代红外探测技术的进步，军用红外技术获得

了广泛的应用。美国研制的响尾蛇导弹上的寻的器制导装置和U-2间谍飞机上的红外照相机代表着当时军用红外技术的水平。因军事需要发展起来的前视红外装置（FLIR）获得了军界的重视，并广泛使用。机载前视红外装置能在1500米上空探测到人、小型车辆和隐蔽目标，在2000米高空能分辨出汽车，特别是能探测水下40米深处的潜艇。在海湾战争中，充分显示了红外技术特别是热成像技术在军事上的作用和威力。海湾战争从开始、作战到获胜都是在夜间，夜视装备应用的普遍性乃是这次战争的最大特点之一。在战争中投入的夜视装备之多，性能之好，是历次战争不能比拟的。美军每辆坦克、每个重要武器直至反坦克导弹都配有夜视瞄准具，多国部队除了地面部队、海军陆战队广泛装备了夜视装置外，美国的F-117隐形战斗轰炸机、“阿帕奇”直升攻击机、F-15E战斗机、英国的“旋风”GR1对地攻击机等都装有先进的热成像夜视装置。正因为多国部队在夜视方面的优势，所以在整个战争期间掌握了绝对的主动权。多国部队利用飞机发射的红外制导导弹在海湾战争中发挥了极大的威力，仅在10天内就摧毁伊军坦克650辆、装甲车500辆。红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驱，在军事上占有举足轻重的地位。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是非常重要的战术和战略手段。

目前，军事红外技术已逐步向民用部门转化。红外测温、红外测湿、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪等技术已越来越被广泛采用，特别是标志红外技术最新成就的红外热成像、红外夜视技术，不但在军事上具有很重要的作用，在民用领域也大有用武之地。

红外技术的应用

红外探测技术在军事上的应用

红外探测具有环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标，且设备体积小、重量轻、功耗低等特点，在军事上被广泛应用于红外夜视、红外侦察以及红外制导等多个方面。

红外侦察

由于红外技术的特殊性，使得红外技术从一开始即受到各国国防军事部门的青睐，部队夜间作战时的观察、瞄准的需求，是红外热成像技术发展的主要推动力。夜间观察、瞄准装置也是红外热成像技术的主要应用领域。红外设备一出现即被安装在各种武器和军用车辆、飞机、坦克、卫星及其他侦察工具上，用于实际战争中。红外设备真正使部队突破夜幕的障碍、获得夜战的自由。照相侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视，导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间；利