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1、,现代军用光学技术导论,Introduction To The Modern Military Optic Technology,第一章 绪论,主要内容 1. 发展简史 2. 军用光学技术与装备 光学仪器 微光夜视技术 红外技术 激光技术 光电综合技术 3. 军用光学技术与现代战争 4. 军用光学技术的基础与发展,发展简史 第一阶段: 17世纪中叶直20世纪40年代为光学 机械式仪器时代.主要以光学仪器为 主,如: 望远镜、照相机、瞄准镜、 炮队镜及光学测距仪等。 第二阶段: 从20世纪50年代开始，主要以物理 光学为基础，涉及红外、微光和激 光等光电子技术的发展。主要有： 红外成像仪、红外或
2、激光制导武器、 激光测距、激光雷达和激光通讯等。,军用光学技术与装备 光学仪器：指在可见光范围内，不经过光电转 换的普通光学仪器。通常可分为 观测仪器和摄影仪器。主要有： 望远镜、炮队镜、方向盘、潜望镜、 瞄准镜、经纬仪、照相机和判读仪 等。 小历史： 1100年阿拉伯人Al_hazen发明了第一个 透镜。1590年荷兰人Jonsen发明了第一架望远镜，但他 的邻居Lippershey却把它献给了荷兰政府用于战争，从 而使全世界都知道了望远镜。,微光夜视技术： 它在可见和近红外波段内，将微弱的光场分布 转变为人眼可见的图像，扩展人眼在低照度下的视觉能力。 微光夜视技术的核心是像增强器和微光摄像
3、器 件。 20世纪70年代研制出了采用微通道板（MCP)像增强器的第二代微光夜视仪。 80年代研制出了采用负电子亲和势光电阴极像增强器的第三代微光夜视仪。,60年代研制出的电子轰击硅靶摄像管和70年代 发展的锑化锌镉摄像管，它们与像增强器耦合 做成微光摄像管。电荷耦合器件探测灵敏度的 提高，使之有可能作为微光传感和信号处理器， 与固体发光器件做成的平板显示器相配合，将 出现一种全新的微光像增强器。 红外技术 温度高于绝对零度的所有物体都有红外辐射， 为利用红外辐射探测和识别目标提供了客观基 础。,军用红外系统大多采用被动工作方式。该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
4、等部分组成。红外探测器是其核心部分，红外多元探测器、特别是红外焦 平面期间是研究发展的重点。 军用红外技术主要有以下三个方面： 1、红外跟踪和制导技术 2、红外夜视技术 3、红外遥感技术,激光技术 激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。 军用激光技术主要有以下几个方面： 1、激光测距技术 2、激光制导技术 3、激光通讯技术 4、强激光技术 5、激光模拟训练器 6、其它-激光雷达、激光陀螺等,光电综合应用技术 1、光学遥感技术 在机载和星载侦察设备中已广泛利用数码 相机、红外扫描仪和多普勒照相机等，并 将信息实时地传送到地面。 2、 光电制导和光电火控技术 主要指：红外/激光、红外/电视、红
5、外/雷 达、激光/雷达及红外/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、红外和激光技术综合应用 与武器系统，能实时跟踪和准确测量目标 的位置。 光电对抗技术 它包括光电对抗侦察、光电欺骗或干扰、光电 攻击或摧毁及光电防御等四个基本方面。 军用光学技术的发展不仅提供现代化武器装备， 还推动信息技术、材料技术、能源技术和航天 技术等高新技术的发展，提高国家科技整体水 平和综合国力。,军用光学技术与现代战争 随着微光、红外、激光和光纤等新技术的发展， 各种新型光电技术装备在军事上广泛应用，对 作战方式和作战效能产生了重要的影响，成为 武器装备总体效能的倍增器。其主要表现是： 1
6、、扩大了作战的时域、空间和频域 2、显著增强了信息探测、传输和处理能力 3、提高了武器系统的作战效能,军用光学技术的基础与发展 军用光学技术的基础是光学理论与实际应用的 结合。主要涉及几何光学、波动光学、量子光 学、光电子学、光谱学、色度学和信息光学等。 当前军用光学技术主要涉及以下几个方面： 1、新型光学系统的设计、评价、制造、效验及 战术性能试验光学系统是军用光学装备、器 材的光接受单元或发射单元。非球面系统、 不共轴系统、含衍射型元件系统、特殊型面 系统、微透镜系统和扫描系统将得到广泛的 应用。涉及相应的材料性能、加工与镀膜工 艺、检测手段和外场试验技术水平。,2、光电探测器 现代军用光
7、学装备水平在很大程度上依赖 于光电探测器。光电探测器的性能主要表 现在可探测的波长范围及响应时间上。 现1440微米的长波红外光电探测器的性 能在不断的提高。响应时间有的小于1ns. 近年焦平面阵列器件快速发展；CCD和 IRCCD以商品化；新型凝视列阵及串并型 mn系列探测器也已实用。,对探测器性能的新要求主要是在工作波段、响应度、驰豫时间、工作频率、敏感面积及结构 工艺等方面。 例：80年代问世的Sprite探测器，它既有信号探测功能，又能在期间内部实现信号延迟 和积分， 一个8条 Sprite探测器相当于120元的CMT（锑镉汞）探测器，但只需8个通道，减少了器件引线；这类器件热负载小，
8、使杜瓦瓶结构简单，工艺难度下降，工作可靠性大大提高。,红外焦平面阵列探测器借助集成电路法，将 mn元器件装在一块芯片上，并使之具有信号处理能力，以及少引线把每个芯片上成千 上万个探测器信号读出送至信号处理器，实现焦平面上探测器的高密度封装和信号的快速处理，使热成像仪具有更高的响应度、更 好 的分辨力和更大的视场，且体积小、重量轻，自动化程度更高。 3、新型激光器、集成电路及计算机技术 目前能用于实战的激光器种类偏少，波长 品种不多。,4、信息理论与技术 军用光学装备属于信息处理系统。为提取所 需要的目标信息，必须运用信号处理技术。 被广泛应用的有空间滤波、光谱滤波、相关 技术、图像增强、背景抑
9、制和噪声去除等手 段。 5、自动控制理论与技术 6、相关科学与技术 转速为5104r/min的空气轴承高速电机的出 现。,军用光学技术的发展 未来军用光学技术的发展,取决于军事需求和 基础技术的进步.各种激光器、红外探测器、像 增强器、固体摄像器件和集成光学器件等，是发 展光电子技术的基础，也是光电子设备的核心。 这些器件的性能的提高，特别是它们与微电子集 成技术相结合，研制出全新的智能化组件，是光 电子技术的发展方向。 光学遥感、光电制导和光电跟踪测量技术仍 是军事应用的重点，特别是加强对实时遥控侦查,目标识别和成像跟踪制导等关键技术的研究。 应加强以下领域的基础研究： 目标与背景的光学特性
10、，激光对光学器件、 金属及非金属材料破坏机理，自适应光学 技术，激光器，集成光学及光信息处理技 术。,525舰的630炮-雷达光电火控系统,雷达光电火控系统,630炮,730近防武器系统,730型反导火炮。该炮为7管30毫米加特林转管炮设计，模块化结构，炮架上有1具EFR-1型I波段（15-30cm）跟踪雷达和1套OFC3光电跟踪系统。OFC3光电跟踪系统包括1部热像仪、1部电视摄像机和1具激光测距仪，对RCS为2平方米的目标探测距离为15千米，对RCS为10平方米的目标探测距离为20千米。该型号属外能源转管炮，由7根刚性连接在一起的身管和炮尾组成，每根身管都有各自的炮闩，通过外部电机实现连续
11、射击。由于每根身管的工作时间重叠，所以它具有射速稳定、身管寿命长、可靠性高等特点。,730型7管30毫米速射炮有2个弹仓，个装高爆弹，一个装穿甲弹，每个弹仓容纳500发待发弹。发射后的空弹壳经由炮架前方弹出.射速为4000发分钟，最大射程3000米，一般拦裁距离1000-1500米.整体性能超过了目前国外军队普遍使用的“密集阵”,“守门员”等近程防御系统，具有很强的反巡航导弹和低空飞行器能力。火炮伺服系统采用运算发达器，功率放大采用数字脉宽调制系统，并首次应用闭回电路的射控技术，可修整弹着偏差，推动系统为交流电式。,美军密集阵近防武器系统采取碰撞方式击毁来袭目标，而20毫米弹碰撞动能不强，即使
12、碰上目标，亦不能完全有效撕碎来袭目标，衍生之弹片碎裂体积较大、质量较重，续存动能较强，仍有余力飞至军舰，撞击军舰上层建筑，尤其是雷达通信系统等脆弱的电子系统。且对我军C-802等系列导弹，其被弹横截面积小，拦截难度非常大，密集阵对其真实拦截距离实际只有500米左右。此时拦截后衍生弹体碎片大多可继续冲击千米以上，足以将敌舰上层建筑打成蜂窝。,因此在我军近防武器列装前，应充分论证实战拦截效果，尤其是拦截后衍生的碎片杀伤因素。从一定程度上讲，我近防系统多采用穿甲弹及高爆弹，而摒弃了动能弹直接碰撞方式，且为30毫米高爆弹杀伤力较大(20毫米弹击中战机，破洞直径大约在30毫米上下，而30毫米弹产生破洞可
13、达1米以上，杀伤力远在20毫米弹之上)，估计衍生碎片较为离散，质量不高、动能不强，持续飞行距离应当不远，对战舰上层建筑威胁不大。对地面的巡航导弹的防御也是这个道理，况且弹片对陆地目标的杀伤远大于海上.,卡什坦系统,密集阵系统,63式107毫米 火箭炮,明星经典,AK-47突击步枪，RPG-7火箭筒和107毫米火箭炮为世 界上最著名的三种常规武器。 于1963年设计定型1963式107毫米火箭炮。该炮有12个 发射管，在7-9秒内可完成一个齐放，火力极为猛烈。 107毫米火箭炮设计合理，他的大多数部件不需要工具就能分解 结合，操作、维修十分容易。特殊情况下还可以使用单管、两 管、四管或八管简易发
14、射。所用的火箭弹命名为1963式107毫米 火箭炮杀伤爆破榴弹。这种火箭弹为涡轮旋转稳定结构，散布 精度较好，最大射程8公里。该炮火箭弹设计为18.8公斤，一个 人正好扛一颗 . 107毫米火箭炮不仅总重量轻，还可以快速分 解和结合，拆开后的单个部件重量不超过30公斤。为满足人背 的要求，分解部分在结构尺寸上具备如下特点：上不过颈（便 于抬头），下不过臀（便于跨步），宽不过肩（便于通过）， 重心贴身（防止扭腰）。再这些方面，可以说是世界上任何一 种火箭炮可以与107火箭炮相比。,柯曼奇,参考书： 1、光学 2、现代军用光学技术 3、夜视仪 4、军用红外技术 5、激光原理与应用 6、军用激光技术
15、 联系电话：13006543438,第二章 人眼视觉与图像,主要内容： 人眼的结构和光学特性，视觉的一般特性 人眼对目标的观察，微光下的视觉，立体视 觉与空间深度感 颜色视觉、图像与视觉,2.1 人眼的基本结构与特性,人眼的基本结构 将人眼比作光学仪器，可看到： 1、光学系统由角膜、前室、虹膜、水晶体、 后室组成（虹膜中央的圆孔相当于光阑） 2、光敏面和信号转换单元主要是视网膜，其 上有黄斑和盲点。 3、信号传输通道视神经,人眼的具体参数 角膜-由角质组成，厚约为0.55mm ，折射 率 1.3771 前室-充满水状液体，厚约为3.05mm， 折射率 1.3374 虹膜-中央的圆孔为瞳孔。虹膜
16、可以调节 瞳孔的大小，以改变进入眼睛的光 强。 水晶体- 有多层生物膜组成，其中央较硬， 外 层较软；各层的折射率不同， 中央层为1.42，最外层为1.373。,自然状态下，前表面曲率半径为10.2mm ，后表 面为6mm 。水晶体周围睫状肌的张弛可以改变 前表面的曲率，因而改变眼睛的焦距，使不同 远近的物体都能清晰成像在视网膜上。水晶体 是一个可自由调焦的变焦系统。 后室-充满类似于蛋白质的透明液（俗称玻璃 体），折射率1.336。 视网膜-是一层由视神经细胞和神经纤维构成 的薄膜，是视觉系统的光敏单元。其 上最敏感的区域叫黄斑。黄斑下方是,是神经纤维的出口，这里无感光细胞，不产生 视觉，称
17、为盲点。 脉络膜-是包围视网膜的一层黑色膜。它可吸 收透过网膜的光线。保护感光细胞免 受强光的危害。 巩膜-不透明的白色外皮，它将眼球包裹住。 人眼的进一步描述 黄斑中央与眼睛像方节点的连线称为视轴。这 里视觉最灵敏，具有最高分辨率。,眼睛的有效视场很大，可达135160;但其清 晰识别视场大约只在视轴周围的68范围内。 挡注视某物时，眼睛依靠周围肌肉的牵动，自 把物体的像调整至黄斑上。 视网膜上有两种不同的视觉细胞锥状细胞和 杆状细胞，总数达一亿一千万个，其中锥状细 胞约700万个。 锥状细胞在黄斑上分布最密约四千个，且每 个细胞都有单一的视神经通道，能独立传递感 光刺激，黄斑区有最高分辨率。,
