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光学工程
军用光学技术

      军用光学技术是应用于军事领域的光学技术。主要研究电磁波从紫外到红外波段范围内光的产生、传输、 探测、 处理,光与物质的相互作用及其在军事上的应用。现代军用光学技术是以光学和光电子学为基础,与精密机械、电子和计算机等技术相结合而形成的一门新兴的综合技术,是现代军事技术的组成部分。军用光学技术的发展,不仅为军队建设提供了现代化的武器装备和技术手段,增强了国防实力,同时还推动了信息技术、精密加工、 新材料等新兴技术和新兴产业的发展,促进了科学技术和国民经济总体水平的提高,增强了综合国力。
      通常按工作原理和技术发展分为:光学仪器、微光夜视技术、红外技术、激光技术和光电综合应用技术等几大类。
      光学仪器
      主要指可见光波段范围内的普通光学仪器。它们在军事上应用最早,技术比较成熟,有扩大和延伸人的视觉、发现人眼看不清或看不见的目标、测定目标的位置和对目标瞄准等功能。通常可分为观测仪器和摄影测量仪器两大类,前者是以人眼作为光信息接收器,后者用感光胶片记录景物信息。普通光学仪器主要由光学系统(物镜、转像镜、分划镜、目镜等)、镜筒和精密机械零部件等组成。观察测量仪器的光学系统主要是望远系统,它能放大视角,使人看清远方的景物,便于测量和瞄准。摄影仪器的光学系统主要是照相物镜,为了适应不同的使用要求,发展了大口径、长焦距、变焦距等多种镜头。军用可见光仪器主要有望远镜、炮队镜、方向盘、潜望镜、瞄准镜、测距仪、光学经纬仪、照相机、判读仪等。尽管从20世纪50年代以来,出现了红外、微光、激光等技术先进的光电子仪器,但普通光学仪器具有图像清晰、使用方便和成本较低等优点,仍然是武器系统配套装备的重要组成部分。
      微光夜视技术
      在可见光和近红外波段范围内,将微弱的光照图像转变为人眼可见的图像,扩展人眼在低照度下的视觉能力。微光夜视仪器可分为直接观察和间接观察两种类型。直接观察的微光夜视仪,由物镜、像增强器、目镜和电源、机械部件等组成,人眼通过目镜观察像增强器荧光屏上的景物图像,已广泛用于夜间侦察、瞄准、驾驶等。间接观察的微光电视,由物镜、微光摄像器件组成微光电视摄像机,通过无线或有线传输,在接收显示装置上获得景物的图像,可用于夜间侦察和火控系统等。
      红外技术
      由于一切温度高于绝对零度的物体都有红外辐射,为探测和识别目标提供了客观基础,因而红外技术在军事上得到广泛应用。红外系统的工作方式有主动式和被动式。主动式红外系统是用红外光源照射目标,仪器接收目标反射的红外辐射而工作,由于它易暴露自己,应用范围已逐渐减小,逐渐为被动式的微光夜视仪和热像仪所取代。被动式红外系统是接收目标自身发射或反射其他光源(如日光)的红外辐射,隐蔽性好,是军用红外系统的主要工作方式。被动式红外系统一般由光学系统、调制扫描器、红外探测器、信号处理和显示器等部分组成。红外探测器是核心部件。红外多元探测器,特别是红外焦平面器件是研究发展的重点。
      为了满足军事应用的需要,主要发展了以下3项红外技术:①红外跟踪和制导技术。有点源跟踪制导和成像跟踪制导两种工作方式。点源跟踪制导是把目标看作一个点光源,目标的红外辐射由光学系统和红外探测器接收,变为调制编码的电信号,经信息处理后使仪器自动跟踪或引导导弹飞向目标。点源跟踪制导是现有红外跟踪测量设备和战术导弹制导的主要工作方式。成像跟踪制导是通过光机扫描和多元探测器获取目标的图像信息,经信息处理和鉴别,具有识别目标的能力,是正在发展的制导方式。②红外夜视技术。被动式红外热像仪是发展重点。美国、英国、法国等国家已研制出采用多元碲镉汞探测器的通用组件热像仪,可按照使用要求选用不同的组件,组装成所需的红外热像仪。③红外遥感技术。机载或星载的红外侦察系统通过一维扫描和载体运动获取景物的二维红外图像信息,可记录在胶片或磁带上,供事后处理,也可实时传输到地面记录和处理(图2)。星载红外预警系统主要用于探测弹道导弹,为反导防御系统提供预警信息。正在发展的红外焦平面技术,可不用光机扫描直接获取图像信息,将使红外系统向小型化、智能化发展。

      激光技术
      激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种,波长范围从软x射线到远红外。 激光技术的核心是激光器,激光器的种类很多,可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。根据不同的使用要求,采取一些专门的技术提高输出激光的光束质量和单项技术指标,比较广泛应用的单元技术有共振腔设计与选模、倍频、调谐、q开关、锁模、稳频和放大技术等。
      为了满足军事应用的需要,主要发展了以下5项激光技术:①激光测距技术。它是在军事上最先得到实际应用的激光技术。20世纪60年代末,激光测距仪开始装备部队,现已研制生产出多种类型,大都采用钇铝石榴石激光器,测距精度为±5米左右。由于它能迅速准确地测出目标距离,广泛用于侦察测量和武器火控系统。②激光制导技术。激光制导武器精度高、结构比较简单、不易受电磁干扰,在精确制导武器中占有重要地位。70年代初,美国研制的激光制导航空炸 弹在越南战场首次使用。80年代以来,激光制导导弹和激光制导炮弹的生产和装备数量也日渐增多。③激光通信技术。激光通信容量大、保密性好、抗电磁干扰能力强。光纤通信已成为通信系统的发展重点。机载、星载的激光通信系统和对潜艇的激光通信系统也在研究发展中。④强激光技术。用高功率激光器制成的战术激光武器,可使人眼致盲和使光电探测器失效。利用高能激光束可能摧毁飞机、导弹、卫星等军事目标。用于致盲、防空等的战术激光武器,已接近实用阶段。用于反 卫星、反洲际弹道导弹的战略激光武器,尚处于探索阶段。⑤激光模拟训练技术。用激光模拟器材进行军事训练和作战演习,不消耗弹 药,训练安全,效果逼真。现已研制生产了多种激光模拟训练系统,在各种武器的射击训练和作战演习中广泛应用。此外,激光核聚变研究取得了重要进展,激光分离同位素进入试生产阶段,激光引信、激光陀螺已得到实际应用。
      光电综合应用技术
      在微光、红外、激光等光电子技术发展的基础上,为了满足作战使用和科研试验的要求,主要发展了以下4项光电综合应用技术:①光学遥感技术。综合应用可见光照相、微光摄像、红外成像和激光遥感技术进行侦察, 可获取较多的信息,有利于分辨、识别目标。在机载、星载侦察设备中,除可见光照相机外,已广泛使用红外扫描仪、多光谱照相机等,并可把获取的信息实时传输到地面。②光电制导技术。在红外制导、激光制导、电视制导和雷达制导技术的基础上,为提高导弹在不同作战条件下的适应能力,发展了红外/激光、红外/电视、红外/雷达、激光/雷达、红外/紫外等多种复合制导技术。③光电跟踪测量技术。可见光、微光、红外、激光技术综合应用于武器的光电火控系统,能实时跟踪和准确测量目标的位置,大大提高了武器系统的作战性能。靶场用的光学跟踪测量设备,已由普通的电影经纬仪发展为光电经纬仪,大大提高了自动化程度和跟踪测量精度,增加了信息量。④光电对抗技术。综合应用光电新技术,对敌方光电设备和光电制导武器实施侦察、识别、告警、干扰以至攻击,削弱、破坏其效能,保护己方光电设备正常工作。

 


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