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1、红外搜索跟踪系统摘要: 首先指出红外搜索跟踪系统的在军事应用的优势和意义，介绍了红外搜索跟踪系统的主要组成部分及工作原理，然后对近年来研制的红外搜索跟踪系统进行了综述，并对系统的发展趋势进行了展望。关键词: 红外搜索跟踪系统; 组成; 原理; 现状及发展趋势前言：红外搜索与跟踪(IRST)系统是基于红外特征全景监视设备，能够探测和跟踪低高度空中和水面威胁目标，如入侵的反舰导弹，当雷达性能下降时成为一种重要的雷达辅助设备。IRST系统对近程监视、舰船识别、海岸成像和夜间导航都发挥很好的作用。红外搜索系统的总体1.1 红外搜索跟踪系统组成红外搜索跟踪系统一般由红外扫描头（红外传感器和扫描单元），信
2、号处理装置，稳定平台，测角系统，导航单元，电源单元，随动伺服系统和显控台等组成。1.1.1 红外扫描头红外扫描头安装在稳定平台上，一般都装载坦克，装甲车，舰艇及飞机的外部，以接受目标的红外辐射，在俯仰位伺服单元和方位伺服单元的驱动下，实现在不同俯仰角上的连续回转水平扫描。1.1.2 信号处理装置信号处理装置通常包括实时处理和便扫描边跟踪两部分。边扫描边跟踪红外扫描头传来的目标数据，完成目标提取，产生跟踪目标，将数据传输到武器系统。同时对跟踪目标进行识别和相关处理。 1.1.3 稳定平台稳定平台的主要作用是敏感并消除，隔离承载体的摇摆，晃动，使承载的红外扫描头稳定在地理水平面。1.2 系统工作原
3、理红外系统中，红外传感器起着关键作用，能将红外光谱区物体的亮度分布转化为可见光的亮度分布，并显示在显示屏上，便于观测和识别。红外搜索系统的一般工作原理是将来自目标和背景的红外辐射通过红外光学成像系统聚集于红外探测器，探测器将目标和背景的红外辐射转化成电信号。该信号输入预处理电路，经过放大后被提供到信号处理装置，经过相关技术处理，筛选确定出目标，并对真实的目标进行威胁判断，计算目标位置，然后将目标的相关数据传输给武器系统，对目标进行拦截。1.3 红外搜索跟踪系统的优点红外搜索跟踪系统是一种通过探测目标的红外辐射来实现对目标的搜索与跟踪的设备它具有以下优点:1.3.1 被动工作方式由于一切温度超过
4、绝对零度的物体都会向外辐射红外线,所以系统只要能检测红外信号就可以探测到目标。与采用主动工作方式的雷达相比,可以降低红外系统被探测到的概率,如果在战场上就可以提高自身的生存几率。更大的探测概率隐形飞机可以吸收雷达发射的电磁波,因而对于雷达来说是隐形的,但它还是会向外发射红外线,对红外系统的隐身性就会大打折扣而且高速飞行的目标由于空气的气动加热会有一个比较清晰的轮廓,这样红外搜索跟踪系统就比较容易发现它。1.3.2 较好的低空探测能力由于地平面或海平面对电磁波的反射作用,使得低空的电磁波背景变得相当复杂,传统的雷达要想从中区分背景和目标就变的很困难。相比较而言,红外搜索跟踪系统有较好的低空探测能
5、力,可以和雷达配合,一同用于对低空目标的探测。1.3.3 抗干扰能力强由于雷达采用主动工作方式,虽然采用了多种抗干扰措施,但还是比较容易受到干扰。而红外搜索与跟踪系统采用被动工作方式工作,因而有较强的抗干扰能力。探测距离远目标的速度越快,高度越高,其蒙皮与大气摩擦产生的热辐射就越强,红外搜索与跟踪系统的探测距离就越远。2 红外搜索系统的现状及发展趋势2.1 红外搜索系统的现状西方国家对红外搜索与跟踪系统的研究起步较早,技术也较为先进,其中法国起步最早。自20世纪70年代以来，红外搜索系统一直是美国，法国，加拿大等一些技术先进国家研制的热点，是现代光电对抗的关键装备之一。从现今已装备，代装备和正
6、在研制的红外搜索系统看，多数属于舰载系统，其次是机载系统，再次是地面防空系统，车载系统。工作波段多为3m5m或8m12m，少数是双波段兼有的。现在较为典型的红外搜索系统有美国/加拿大的AN/SAR-8系统，美国的SIRST系统，法国的VAMPIR系列，荷兰的IRSCAN系统和“天狼星”系统，英国的ARISE系统和意大利，英国和西班牙联合研制的“PIRSTE”系统。2.1.1 舰载红外搜索系统法国研制的主要是舰载的VAMPIR系列，有多个型号。其中的VAMPIR DIBV是世界上第一台实用的红外搜索与跟踪系统,但它成本高，重量大而且虚警率高。为此，相继发展了VAMPIRML型和VAMPIRMB型
7、,后者探头重180kg，对战斗机的探测距离为1025km,超音速导弹1427km。由于运用了先进的红外探测器和图像处理方法，使得系统更加高效和小型化。荷兰在其早先的IRSCAN系统的基础上发展了新型的“天狼星”红外搜索与跟踪系统,对战斗机探测距离为30km，超音速导弹35km，探头重180kg。美国/加拿大的AN/SAR-8系统是由美国海军和加拿大海军联合研制的，第一个系统于1989年交付美国海军进行广泛的陆上试验。但它的重量高达2950kg且对超音速掠海导弹的探测距离只有3km，其后研制的热成像传感器系统和警戒红外搜索跟踪系统才进入实用阶段。第二个系统于1900年交付，转载在舰艇上进行海上测
8、试，装备美国和加拿大3000t级以上的水面舰艇。用于探测和报警导弹，飞机，舰船的威胁，它作为舰载雷达和雷达报警系统的补充，在电子对抗或反辐射导弹威胁的情况下，根据威胁目标的不同红外特征，探测和报警目标对舰船的威胁。系统用360/（2s）的速率扫描全方位，自动指示目标，将目标精确的方位角，俯仰角及有关信息提供给舰载的武器系统。2.1.2 机载红外搜索系统“台风”战斗机使用的“海盗” (PIRAIE)红外搜索和跟踪系统由意大利伽利略航空公司和英国泰利斯公司以及西班牙Tccnobit公司共同研制。“海盗”系统能为战斗机的空中拦截和对地作战提供优势，该系统在空空模式下具有无源目标探测和跟踪能力，在空地
9、模式下具有多目标获取和识别能力，还具有辅助导航和着陆功能。俄罗斯Su27战斗机的OEPS-29系统可以实现雷达和红外搜索系统同时搜索目标，实现静默目标指示，还可以在机动作战中搜索，跟踪和指示目标。红外搜索的角分辨率比雷达好，天气晴朗时可以很好地跟踪目标，当天气变化时。系统能够自动切换到雷达进行跟踪。美国的E一ZC舰载预警机的机头安装了新型监视红外搜索与跟踪系统，它的处理器和显示器能向机组人员提供多种移动目标的跟踪信息。美国诺斯罗谱格鲁曼公司在美军“大胆创新”军事演习中展示的新一代LITENING先进目标捕获吊舱能够提供高精度的目标探测，捕获，跟踪和识别功能。LITENING使用了最先进的102
10、4x1024像素的前视红外传感器。无论白天还是黑夜都能够增加目标的探测和识别距离。LITENING能够用在AV-SB!A一10，B一52,F一16和F/A一18等多种型号的飞机上。2.2 红外搜索系统的发展趋势2.2.1 由单波段系统向双波段系统发展目前红外搜索系统大多采用单一波段的工作体制，新一代的红外搜索系统将采用多波段工作体制。由于3m5m中波红外和8m12m长波红外波段在大气中被吸收得最少,这2个波段成为红外搜索系统最有用的2个波段。水蒸气和二氧化碳是大气中最主要的吸收气体,二氧化碳的浓度相对而言保持恒定,而水蒸气或湿度随时间和地点的变化而变化。在有些海上条件和气候条件下,中波红外和长
11、波红外的性能都容易降低,例如,尽管8m12m窗口比中波红外窗口对目标和背景间的微小温差更灵敏,因此能提供更远的探测距离,但在潮湿的条件下其性能仍严重下降。与此相反, 3m5m波段受潮湿条件的影响要小一些,但当温度下降到低于20C时性能会变差,并容易受到阳光闪烁的影响。解决这种矛盾的一种方法就是研制双波段系统。2.2.2 由单一功能向多功能综合系统发展法国通用机械电气公司(SAGEM)研制的EM-OS光电多功能系统就是一种典型的多功能综合光电系统。它将VIGY 105光电跟踪系统与VAMPIRMB双波段红外搜索与跟踪系统组合在一个独立光电综合系统。该系统工作于红外搜索与跟踪功能方式时能自动周视搜
12、索目标,自动探测空中及水面目标,对目标边扫描边跟踪,并将精确的目标指示信号提供给作战系统。该系统工作于光电跟踪仪功能方式时,能根据目标指示信号完成三维目标跟踪、弹道滤波和弹道计算以及对小口径火炮的控制。系统采用了SAGEM公司的3m5m或8m12m热像仪,基于2884探测元IRC-CD,可能工作于成像模式或扫描模式。IRST功能采用了VAMPIRMB IRST系统中得到应用的最先进的红外数据处理算法。2.2.3 提高探测率，降低虚警率采用更先进的信号预处理技术，探测技术和目标提取技术，提高探测概率，减小虚警率，比如采用分布孔径红外系统（DAIRS）。DAIRS采用一组精心布置在平台上的传感器阵
13、列实现全方位、全空间敏感,并采用各种信号算法实现空中远距离搜索跟踪,导弹威胁逼近告警,态势告警,地面海面目标探测、跟踪、瞄准,战场杀伤效果评定,武器投放支持及夜间与恶劣气候条件下的辅助导航等功能。DAIRS应用大致分为成像应用和未分辨目标(如远距离导弹或飞机)探测两大类,前者的目的是使目标的细节最清晰,后者的主要目的是提高灵敏度且抑制干扰,使探测距离更远,虚警率更低。2.2.4 提高适装性将红外扫描头进一步小型化，并尽量减轻系统总体质量，加强红外搜索系统的适装性。小结由于红外搜索系统的抗干扰性和较好的低空探测能力,红外搜索跟踪系统会得到越来越多的重视和发展。它与雷达系统共同组成现代军事设备的防卫体系，使军事设备更为安全。参考文献吴晗平.红外搜索系统.国防工业出版社，2013孙岗.红外搜索与跟踪系统性能评估王颖丽.第三代红外搜索和跟踪IRST系统刘忠领.红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势郭劲.红外搜索和跟踪技术在激光武器系统中的应用韩根甲.舰载红外搜索与跟踪系统的最新现状与发展趋势
