光電偵察裝備的現狀與發展前景探析

　　當今世界正處于“信息革命”時代，信息優勢已成為戰爭勝負的關鍵因素。隨著光電偵察技術的飛速發展，并以最大的廣度和深度滲透到現代軍事斗爭的各個領域，使其成為實現軍事偵察高技術化、信息化的核心和支柱。
　　現代信息戰場光電偵察作為一種特殊手段占有很重要的地位。在世界各大軍事強國的偵察活動中被廣泛應用。常用的光電偵察手段有：光電型偵察機、偵察衛星、地面偵察站和光電型偵察艦等等，甚至有些民用飛機，船舶，車輛也都有裝載光電偵察設備。在未來的信息化戰場上，眾多的光電偵察設備將構成天地一體化的綜合偵察系統。這些“耳”、“目”裝備能提供實時的、三維的戰場態勢圖，使指揮官可以憑此運籌于帷幄之中，決勝于千里之外；士兵可以憑此準確地實施目標的跟蹤定位與攻擊。總之，光電偵察裝備是獲取軍事情報、奪取信息優勢的重要工具和手段。然而，隨著現代戰場環境越來越復雜，光電偵察裝備也面臨著重大的挑戰，不得不向著多層次，全方位，多手段等方向發展。
　　1　光電偵察裝備概述
　　1.1概念
　　光電偵察裝備是指利用光源在目標和背景上的反射或根據目標和背景以及目標之間自身輻射光波的差異，可根據可見光波段的物理特性使用光學儀器直接觀察目標，或利用光電轉換原理，將目標自身輻射或反射的電磁信號轉換成電信號，通過處理后獲取目標的特征信息，從而對光電目標進行探測、定位、識別并對它們進行跟蹤和瞄準。通常與電子、雷達等偵察設備結合使用，相輔相成、相互配合，共同組成一個完整的戰略、戰術偵察體系。為各級指揮員迅速、準確、全面地掌握敵情、運籌帷幄、克敵制勝提供前提條件。
　　1.2物理特性
　　1860年，麥克斯韋提出電磁理論，預見了電磁渡的存在，它告訴我們：變化的電場能夠在它周圍的空間激起變化的磁場，變化的磁場也能在它周圍的空間激起變化的電場，這種交變的電磁場就稱為電磁波。電磁波是由物質內部電子強烈運動而產生的，任何物體只要它的溫度高于絕對零度，它的內部就有電子在運動，也就是說或多或少地向外輻射電磁波，光電偵察裝備的基本理論就是建立在這種電磁波特性上的。
　　1.3光電目標特性
　　光電目標分為可見光目標、紅外目標和激光目標。光電目標的主要特征是它的圖像特征和光譜特征。通過人眼直接或間接辨認不同物體的圖像特征，借助儀器設備分析不同物體光波的發射譜和反射譜特征，是識別光電目標的主要方法。
　　2　光電偵察裝備的發展現狀
　　光電偵察裝備經長期發展，種類越來越齊全、性能越來越先進、應用也越來越廣泛。現代光電偵察裝備包括：光學儀器、電視偵察儀，微光夜視儀、紅外偵察儀、激光偵察儀和光電綜合偵察儀。其主要優點是：成像分辨率高，提供的目標圖像清晰；被動偵察裝備隱蔽性好，不易被敵方探測，抗干擾性能好；在強電磁對抗環境中，擔負主要偵察任務，白天和黑夜都能實施偵察，全天候性能好。
　　2.1可見光偵察裝備
　　可見光偵察裝備主要有光學觀察儀器、光學照相機、晝光電視、微光夜視儀等。光學儀器在軍事上運用最早，主要有望遠鏡、瞄準鏡、測距儀、潛望鏡等。20世紀50年代起，電視偵察用于獲取軍事情報，大大提高了情報的準確性和實效性。1962年，美國研制出第一代微光管，在微光下可使亮度增加30倍～50倍。然而，要想在夜晚看清物體還比較困難，于是美國進一步采用三級微光管逐級相連和逐級放大來提高增益的方法，使亮度增益提高到5萬倍，并于20世紀60年代中期，投入實戰應用，生產出第一代微光夜視儀，主要有AN／PVS-2星光鏡，AN／TVS-2班組武器瞄準鏡和AN／TVS-4微光觀察鏡。20世紀70年代初期，美國研制出微通道板像增強器，于是第二代微光夜視儀應運而生，其效能可代替三只第一代微光管。20世紀80年代，研制出采用負電子親和勢砷化鎵光電陰極的第三代微光像增強器，其靈敏度增加了4倍～8倍，壽命延長了3倍，并以此為基礎研制出飛行員用夜視眼鏡。本世紀初，美國已改進到第四代，其亮度增益可高達十幾萬倍，主要是將其用于陸軍夜視裝備AN／PVS系列的頭盔系統中。然而，當前第二代和第三代夜視器材仍是西方軍隊裝備的主流。目前，在光子探測領域的發展中對探測器靈敏度的要求愈發嚴苛，于是EM C CD技術(有時也被稱作“片上增益”技術)應運而生。作為一項全新的微弱光信號增強探測技術，它具有極高的靈敏度，使其在低掃描速率下仍然能檢測出微弱到與噪聲相當甚至更低的熒光信號。相對于普通CCD，其最大芯片上增加了一個片上電子增益寄存器。在高電場環境下電子經過上千次撞擊，使電荷倍增千倍，顯著改善極微弱信號的信噪比。EMCCD的增益因此在大吞吐量的分析研究中可實現更快的采樣和更短的曝光時間。
　　2.2紅外偵察裝備
　　紅外偵察技術的發展可追溯到1800年英國天文學家威·赫謝爾(W·Herschel)發現紅外輻射開始，從那時起，人們便致力于研究紅外探測器。自第二次世界大戰后，隨著半導體材料、精密光刻技術、先進的薄膜材料生長技術、Si集成電路技術以及制冷技術的發展。紅外探測器也不斷的更新換代。近年來，又發展了量子阱紅外探測器、雙／多光子紅外探測、多／超光譜探測等新型紅外探測技術。聯系武警部隊，它們可應用于夜間的目標成像、復雜地形的目標搜索與跟蹤定位、交通運輸中攜帶危險物品的激光探測、輻射測量及預警等。據美國《PhotonicSpectra》雜志報道，美國南加利福尼亞大學和德克薩斯大學聯合研制出了一種可用于8至12μm大氣窗口的量子點紅外光電探測器，當在78K溫度下工作時，它具有高達3×10¹¹cmHz^1/2／W的探測率和小于10¹⁴A／Hz^1/2的信噪比。近期，據2010年8月《納米快報》雜志報道，美國倫斯勒理工學院的研究人員開發出了一種基于納米技術的新型量子點紅外探測器，可將現有量子點紅外探測器的靈敏度提高兩倍，工作溫度大干150K，為在高溫下進行紅外探測提供了方便。
　　2.3激光偵察裝備
　　激光技術始于20世紀60年代。隨著連續激光器的出現，美國研制了激光掃描相機，并用于越南戰爭。隨后，激光目標指示器和激光雷達也投入了軍事應用。20世紀60年代后，隨著激光器的發明以及激光在軍事領域的廣泛應用發展了激光偵察告警技術。目前激光偵察技術已成為戰場偵察的重要手段，廣泛應用于測距、測速、夜間目標成像與識別、目標精確跟蹤和瞄準、武器精確制導等，其主要儀器有激光測距機、激光測速儀、激光雷達、激光掃描相機、激光電視、激光目標指示等。
　　2.4光電綜合偵察裝備
　　光電綜合偵察裝備就是將上述偵察設備中的任意兩種或兩種以上組合在一起，它們相互之間取長補短、相輔相成，對目標的偵察能力將大大提高。例如，電視、紅外分別與激光測距相結合，可以實現對目標的定位和跟蹤等。
　　3　光電偵察裝備的特點及其發展趨勢
　　光電偵察作為一種新興的偵察手段被廣泛應用于各種軍事領域，光電偵察設備由于具有圖像分辨力高，目標識別能力強、跟蹤測量精度高、抗電磁干擾能力強、低空探測性能好，隱蔽性和保密性好以及體積小、質量輕，成本低等突出的性能特點，被各國競相發展。雖然光電偵察設備具備很多優勢，但由于其作用距離近，受惡劣氣候條件的影響較大，因此在大多數情況下，光電偵察設備仍然同雷達等傳感器配合使用，作為互相補充的探測手段。目前，光電偵察設備正朝著適應未來復雜戰場環境(包括海戰條件，近海作戰條件)，進一步向提高性能。減少體積和成本以及擴大使用范圍的方向發展，尤其是以下幾點。
　　(1)進一步提高精度、分辨力，從而使武器系統的打擊精度進一步提高。
　　(2)注重一體化、小型化。使不同類型或多個波段的傳感器集成起來，數據互相融合，形成一體化。
　　(3)提高智能化程度。多種光電傳感器與數據匯集技術、信息處理技術相結合。大大提高系統實時處理信息的能力和智能化程度。
　　(4)綜合應用多種偵察設備。與其它電子設備、聲設備等密切結合，可以互為補充，取長補短。
　　4　結語
　　現代光電信息技術的迅速發展，極大地促進了軍事光電子技術的日趨成熟和完善。不但使原本就非常依賴于高新技術的光電偵察裝備性能有了更進一步的提高，而且有力地推動了光電偵察裝備的普及。當前，光電偵察面臨的電磁環境以及反偵察的裝備與技術都發生著重大變化，光電偵察裝備所要完成的信息處理量和難度日益加大，因此大多數光電偵察裝備都采用計算機技術來實現操作自動化。將不同平臺、不同種類、不同功能和不同用途的光電偵察裝備有機組合成光電偵察網，甚至形成全天候、全波段、全方位、多層次、多手段的現代化光電偵察體系，將成為未來信息戰中電子對抗一種必然趨