军用光电子技术的研究和应用论文

以下简要介绍光电子技术在军事领域中的各种应用。（伊拉克战争中美军飞机、导弹、智能炸弹都应用下面的电子技术了） 1． 信息获取 军事上获取信息主要有三类传感器：雷达、光电子和声学。它们各有优缺点，适用于不同场合、不同对象，可以单独使用，也可以组合使用。 光电传感器由于工作波长短（频率高），所以角分辨率、距离分辨率（时间分辨率）和光谱分辨率都很高，特别是能够获取高分辨率图像信息。其缺点是大气传输衰减大（同微波雷达相比），尤其在恶劣天气条件下难以发挥作用。常用的军事光电传感器有： * CCD相机 * 红外（点目标）探测器 * 红外成像仪（热像仪） * 多光谱像机 * 紫外探测器 * 激光测距仪 * 激光雷达（成像、化学战剂和生物战剂探测、测振、测速） * 激光陀螺 * 光纤陀螺 * 光纤水听器 * 其它光纤传感器 值得指出的是，图像信息在军事上的地位和作用变得越来越重要，不仅各级指挥所需要在大屏幕上观察敌我态势，进行判决和决策；精确制导武器用成像制导代替点源制导，可提高目标识别能力和命中精度（譬如攻击一座大型建筑物时，可以选择攻击它的哪一层哪一部分）；武器平台的驾驶员凭借图像信息可以更自如地操纵驾驶；甚至小分队和单兵如果有一台显示器在手，能显示他们在战场的准确位置以及周围的敌我态势，那么他们的生存能力和作战能力将大大提高。 红外焦平面阵列（IRFPA）经多年研究，到90年代初开始成熟。美、法、英等发达国家决定以IRFPA取代已使用了10年多的红外探测器组件。基于IRFPA的成像系统不仅显著提高了热分辨率和空间分辨率，还降低了成本压缩了体积和重量。新一代热像仪的作用距离可以提高40%至100%。现在，正在努力改善碲镉汞材料的工艺以提高成品率，降低造价，并向更大规模发展。同时寻求新的材料，以大幅度提高材料的均匀性和成品率，譬如量子阱IRFPA已有产品被改进的LANTIRN采用。值得注意的另一个发展热点是非制冷IRFPA，等效噪声温差0.075—0.1K；640×640元的即将推出。非制冷IRFPA的性能较差，但价格底、结构简单，适于轻武器观测瞄准，还可以用于战场监视、远距离警戒和某些战术导弹，并且在国民经济中有广泛的用途。 CCD相机在军事中大量使用。在高辐射环境下，作为CCD基片的Si材料易受伤，导致电荷转移效率下降，严重时会完全失效，被称为“CCD的辐射软化”。90年代初，研究开发出一种全新的“有源像素传感器”（APS）。它的每个像素有其自己的选择和读出晶体管，工作原理类似于RAM器件，将在高辐射环境下取代CCD。 为了在水下或雾天获取图像信息，发展了一种主动成像的“远距离选通成像技术”。它是用激光脉冲照射目标，用带距离门和像增强器的CCD探测从目标反射的回波而成像。由于距离门的宽度很窄（从几个ns到几百个ns可调），可以滤除绝大部分背景噪声，从而获得清晰图像，同时还获得目标距离数据。 2． 信息传输 情报侦察、指挥与控制以及后勤供应都有大量信息要传输分配，特别是图像信息的信息量很大。据美国国防部关于海湾战争致国会的最后报告称：在海湾地区的90天中，他们所进行的电子通信联络工作比在欧洲40年还要多。 作为军用信息传输的手段是多种多样的，主要有卫星通信、光纤通信、微波通信和短波通信，并用各种通信手段组成多种网络。以美国为例，美国国防部的通信系统网络有：自动数字网、国防通信系统、国防数据网、国防卫星通信系统、国防交换网、超高频卫星通信和全球军事指挥与控制系统；此外，海军、空军还有各自的通信网络。 值得注意的是空间激光通信重新活跃。70年代中期，空间激光通信的研究开发曾活跃了一个时期，但由于激光器泵源寿命和效率等问题没有大的突破。现在，由于DPSSL和大功率二极管的发展，空间激光通信（包括卫星间和卫星对地面通信）研究开发重新活跃。星对星通信主要解决互相对准和精密跟踪（微弧度级）技术，没有大气衰减问题。星对地激光通信则要考虑天气影响，云雾会不会完全遮挡激光。国外有人作了全面分析，认为只要地面站选择恰当，只要建3—5个地面站，则至少一个站处在无云雾视线上的概率为99—99.9% 。这就为星对地激光通信扫除了一大障碍。 光纤通信在军用信息传输中有重要地位。在干线通信方面，军用民用没有本质差别。 光纤在武器平台内部信息传输方面的作用越来越大，一是由于抗电磁干扰和无电磁辐射，二是由于带宽宽，三是由于体积重量远比同轴电缆小。此外，光纤可以把信息传输和传感器结合起来，形成“灵巧蒙皮”和“灵巧结构”。再发展一步，还有可能把信息获取同光电对抗结合起来，即以低功率激光进行测量以获取信息，在发现敌方目标的威胁时，即发射强激光进行对抗。 3． 信息存储与显示 军事上对信息存储的要求是多方面的， 而且要求越来越高。 光存储的优点是存储密度高，保存时间长，可用于训练、装备维修等。为适应恶劣环境， 需采用加固措施。星载侦察系统要求很高的存储密度， 人们寄希望于全息体存储， 其理论存储密度可高达1015字节/cm3， 但还存在不少问题待研究解决。 显示器作为人机界面，在军事上有很重要的作用。例如美空军F-22战斗机驾驶仓里有四个大的有源矩阵液晶显示屏（AMLCD），中间一个是战况显示，左边一个是防御显示，右边一个是目标攻击显示，下边一个是警告和导航信息显示。此外，高级指挥所需要大屏幕显示，“虚拟现实”（也作“灵镜”、“虚拟实境”）需要双目微型平板显示器以实现三维显示。 4． 光电对抗 光电对抗包括武器平台及其它重要军事设施的防卫（自卫），和对敌方侦察卫星等光电装备进行的先发制人的干扰和压制。常用的有激光警告器、激光干扰机、红外诱饵弹、红外干扰弹、烟幕或水幕、激光防护镜、红外隐身服等。 激光致盲武器研究了多年，美国已有装备，海湾战争时曾运到战场两台装有激光武器的战车，战后又生产了若干台。尽管国际上酝酿签订禁止激光武器的条约，但很难从根本上禁止。对于固定波长的激光器，比如0. 53μm绿光(Nd激光的二倍频),可以用防护镜加以防护,但对波长可调谐的激光器就很难防护.俄罗斯立了一个叫"光子屏障"的课题,拟综合运用多种技术包括可饱和吸收、非线性光学等来解决这个问题。其难点在于既要对强激光迅速（皮秒级）产生极大的衰减（106 — 107），又要不显著影响视觉，即除激光波长以外的可见光要高透过。 从对抗的需求，军方关注3—5μm和8—12μm的强激光源。解决办法之一是用光参量震荡器和其它非线性光学技术。用半导体激光器或其它激光器直接产生这两个波段的相干辐射也许是更好的办法。军用光电子技术在军事需求牵引和技术发展推动下正在迅速发展。值得注意的发展趋势有： 1． 光电子技术同微波的融合 这一融合过程早已开始，比如用光纤传输电视信号的有线电视，用光纤和T/R组件于相控阵雷达等。为了实现二者的融合，需要研制一些新型光电子器件，如光纤微波延迟线、光调制器、光开关、发生极短脉冲器件、光变换型电场采样头等。 2． 光电子器件和系统的微型化 微电子、微机械和微光学的结合，产生了各种微机电和微光机产品。人们正在研制具有各种功能的微型机器人，设想用它们去执行侦察、警戒、破坏等军事任务。为此，需要各种微型光电传感器。即使在较大的武器装备中也希望传感器做得轻小、省电、免维修。因此，各种军事光电子器件和系统的微型化已成为一个重要的发展方向。 3． 基于新型材料的光电子器件 光电子器件的性能在很大程度上取决于材料。值得注意的是，基于有机材料的各种新型光电子器件，包括有机聚合物光波导和发光器件，还有碳60和纳米材料等。 五十年代末出现的红外制导空空导弹开创了光电子技术军事应用的先河，六十年代诞生的激光和七十年代问世的光纤通信大大拓宽了军用光电子技术的活动天地。四十年来，光电子技术已取得长足进步，渗透到各种武器装备中使其威力倍增。广泛采用光电子技术已成为现代高技术局部战争的重要标志之一。展望二十一世纪，光电子技术在军事领域中必将扮演更加重要的角色。