雙色紅外探測器的現狀與發展

1 紅外技術的地位和作用
紅外技術有四大優點：環境適應性好，在夜間和惡劣天候下的工作能力優于可見光；隱蔽性好，不易被干擾；由于是靠目標和背景之間、目標各部分的溫度和發射率差形成的紅外輻射差進行探測，因而識別偽裝目標的能力優于可見光；紅外系統的體積小，重量輕，功耗低。但有三大因素制約著其效果：目標的光譜特性；探測系統的性能；目標和探測口之間的環境和距離。紅外探測技術是圍繞著解決以上問題發展的，例如：a．為充分利用大氣窗口，探測器光譜響應從短波紅外擴展到長波紅外，實現了對室溫目標的探測；b．探測器從單元發展到多元，從多元發展到焦平面，上了兩大臺階，相應的系統實現了從點源探測到目標熱成象的飛躍；c．系統從單波段向多波段發展；d．發展了種類繁多的探測器，為系統應用提供了充分的選擇余地。
冷戰結束后，美國進行全球戰略調整，其中美軍為未來作戰提出的，即能將全球監視系統和通信系統以及有關數據的合成與處理集中用于某一戰區，形成信息優勢；在全天候、晝夜條件下能偽裝和突破防線，識別和打擊重要的固定和機動目標兩種作戰能力與紅外技術密切相關。在軍事需求的牽引和相關技術發展的推動下，紅外技術已從過去的戰術地位發展到今天的戰略地位，具體表現在：a．紅外技術是國家安全依賴的主要探測技術手段。彈道導彈和遠程巡航導彈的早期預警、跟蹤、識別和攔截對國家戰略目標的安全至關重要；b．紅外技術在未來軍事技術中的戰略地位是由其使用的廣泛性和重要性決定的。今后，紅外技術還將運用于迅速發展的光電對抗、光通信、定向能武器等方面；c．紅外技術是未來高技術局部戰爭使用的主要技術之一。現已清楚，獲得戰場上的單向透明性，即獲得戰場信息優勢，是獲得戰爭主動權的關鍵因素之一，為達到此目的，紅外系統現已是發達國家的陸、海、空、天各類武器系統中不可缺少的、甚至是主要的傳感器。
2 雙色紅外探測器的現狀
所有探測技術都是向獲取更多目標信息的方向發展，紅外技術也不例外。在大氣環境中，目標的紅外輻射只能在1～2.5微米、3～5微米和8～14微米三個窗口內有效傳輸。如果一個熱成象系統能同時在其中兩個波段獲取目標信息，就可對復雜的背景進行抑制，提高對目標的探測效果，在預警、搜索和跟蹤系統中能明顯的降低虛警率，顯著地提高系統的性能和在各種武器平臺上的通用性，滿足各軍、兵種、特別是空軍、海軍對熱象系統的需求。因大多數軍用熱成象系統都在中波、長波工作，所以國內外研制的多數雙色探測器都是中、長波探測器。
雙色探測器可應用于：導彈預警、氣象、資源遙感等衛星，機載前視紅外和偵察系統，武裝直升機和艦載機目標指示系統，中、低空地空導彈的光電火控系統，精確制導武器的紅外成象制導導引頭，水面艦船的預警、火控和近程反導系統，雙波段熱象儀等等。一般雙波段熱成象系統主要以三種方式構成：a．直接用兩套單波段的熱象系統組合而成；b．兩個分別響應不同波段的探測器組件共用一個光學系統；c．用一個能響應兩個波段的雙色紅外探測器（以下簡稱雙色探測器）共用一個光學系統構成。
雙色探測器既受單波段器件發展水平和對兩波段熱象系統需求的限制，又有自身從器件制備到系統應用等多方面的困難。因此總體發展水平遠低于單波段同類型的探測器。例如：在1958年就研制成功了單波段的熱象儀，而最早的HgCdTe雙色探測器在1972年才研制出來；目前，長波HgCdTe探測器面陣已達640×480，而用多層異質結HgCdTe薄膜材料制備的、集成式的雙色探測器僅達到64×64。盡管如此，3～5微米和8～14微米的兩波段熱象系統在歐、美等國、特別是在海、空軍中已得到比較普遍的使用。在美國海軍航母上的艦載戰斗機F－14D裝備了兩波段FLIR系統。美海軍研制的輕型艦用紅外警戒系統，采用了能響應3～5微米和8～崐14微米波段的480×4元的HgCdTe FPA器件。英國則研制成功了雙色SPRITE探測器，并在TICMⅡ的基礎上，研制出兩波段的熱象儀；另外，也正在研制艦用兩波段紅外警戒系統。法國對艦用紅外警戒系統的研制非常重視，于1977年率先研制出實用化的兩波段搜索、跟蹤系統 "VAMPIR"，并裝備在兩艘導彈驅逐艦上。
3 雙色探測器的發展趨勢
所有探測技術的發展都有三個階段：a．探測信號的強度，得到目標的"黑白照片"，這是初級階段；b．探測信號的強度和波長，得到目標的"彩色照片"，達到中級階段；c．探測信號強度、波長和相位，得到目標的"全息照片"，這才達到探測技術的高級階段。目前的紅外技術處于其初級階段的后期，正向中級階段發展，其標志是研制出了雙（多）色紅外探測器，得到了目標熱圖象的"彩色照片"。可以預計，今后雙色探測器將隨單波段探測器及其配套技術的成熟和市場需求的增加而加快發展，并將集中在以下五個方面：
3.1 集成式
集成化的雙色探測器有利用簡化系統結構，能充分利用半導體材料制備技術的最新成果，便于器件焦平面化，其中HgCdTe合金系和各種量子阱／超晶格材料系統將得到重點發展。
3.2 焦平面
采用焦平面器件，更好的滿足系統的要求，同時也有利于簡化系?統結構，降低成本。
3.3 大陣列
為明顯的提高系統的性能，雙色探測器將向大面陣和長線列發展。
3.4 小型化
雙波段系統將克服在光學設計和加工、信號處理和顯示等方面的困難，縮小體積、減輕重量等，以便擴大其應用范圍。
3.5 多色化
隨材料、器件和系統技術的進步，雙色探測器將向更多的光譜波段發展，既包括拓寬光譜波段，也包括將光譜波段劃分成更為細致的波段，以獲得目標的"彩色"熱圖象，更豐富、更精確、更可靠地得到目標的信息。

(摘自 中國工程技術北方信息網)

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