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美国单兵热像仪 美军极其重视单兵作战能力的提高，不仅反映在研制和生产了用途不同、型号齐全的轻武器装备上，也反映在单兵的热成像装备上，包括便携式热像仪（Portable Thermal Imager）、手持热像仪（Hand Held Thermal Imager）、轻武器热成像瞄准镜（Thermal Weapon Sight）、夹持式热成像瞄准镜（Thermal Sight Clip-on）、热成像单筒望远镜（Thermal Imager Monocular）、热成像双筒望远镜（Thermal Imager Binocular）、夹持式热像仪（Thermal Imager Clip-on）、头盔热像仪（Helmet Mounted Thermal Imager）等多种结构和单兵使用形式。美国第二代热成像技术的发展，突破了第一代热成像技术在体积、重量、成本、可靠性等因素对单兵热像仪的制约，使美国的单兵热像仪在结构形式、型号数量、功能性能、装备规模、实战使用等所有方面都达到领先世界的水平，主要表现为： 1）光谱响应波段覆盖三个“大气窗口” 美军发展和装备了光谱响应波段覆盖整个大气窗口：包括短波红外（1μm～2.5μm）、中波红外（3μm～5μm）和长波红外（8μm～14μm）的单兵热像仪。 2）多种技术路线并行发展 为确保第二代单兵热像仪发展成功，美国采取多种技术路线并行发展的策略。从成像方式看，既有光机扫描成像的技术路线，又有电子扫描成像和凝视成像的技术路线；从红外焦平面探测器看，既有制冷的，又有非制冷的。从制造红外焦平面探测器的材料系看，既有量子型的碲镉汞（Hg1-XCdXTe）、锑化铟（InSb）、硅化铂（Pt∶Si）、硒化铅（PbSe）、砷镓铟/砷化镓（In1-XGaXAs/GaAs）等，又有辐射热型的钛酸锶钡（Ba1-X SrXTiO3——BST）、锆钛酸铅（PbZrXTi1-XO3——PZT）陶瓷材料、氧化钒（VOx）和非晶硅（α∶Si）薄膜材料等。从发展历程看，技术最成熟的6级半导体制冷器制冷40×16元碲镉汞TDI焦平面探测器 光机扫描成像首先得到发展并进行了大规模生产和装备，具有一定技术风险的非制冷焦平面探测器技术在发展成熟后，才进行大规模生产和装备。 3）两种技术途径的非制冷长波红外焦平面探测器 为确保热成像技术领先世界，美国从20世纪80年代末开始秘密研制非制冷长波红外焦平面探测器技术。为确保非制冷长波红外焦平面探测器技术发展成功，同时发展了混合式铁电型焦平面探测器技术和集成式微热敏电阻型氧化钒焦平面探测器技术。在20世纪90年代初公布时，采用钛酸锶钡（BST）陶瓷材料的铁电型、氧化钒（VOX）薄膜的微热敏电阻型的两种非制冷焦平面探测器技术均被突破，采用这两种非制冷焦平面探测器的非制冷热像仪都研发成功、投入量产和装备，使美国的非制冷热成像技术整整领先世界15年。之后采用非晶硅（α∶Si）薄膜材料的非制冷长波红外焦平面探测器技术也被突破，采用相应焦平面探测器的非制冷热像仪也研发成功、投入量产和装备。目前，铁电型、氧化钒和非晶硅非制冷焦平面探测器技术成为。 4）发展了五轮非制冷焦平面探测器 为确保单兵热成像技术的领先，美国持续发展了四轮非制冷焦平面探测器技术（图1）——以探测器规模和探测元中心间距为标志，第一轮为探测元中心间距51μm×51μm的320×240规格，第二轮为探测元中心间距25μm～35μm的320×240和160×120、640×480/512等规格，第三轮为探测元中心间距17μm×17μm的320×240、640×480/512和1024×768等规格，第四轮为探测元中心间距12μm×12μm的206×156、320×240、640×480/512和1024×768等规格，第五轮为探测元中心间距5μm×5μm的1280×720等规格。非制冷焦平面探测器的等效噪声温差（NETD）也从第一轮的100mK降低至目前最低达10mK（但相对孔径仍维持在1左右）。 美国发展了规格齐全的焦平面探测器，包括160×120——四分之一VGA、320×240/256半电视规格（Half TV format）或二分之一VGA、640×480全电视规格（Full TV format）或VGA、1024×768准高清电视规格或QXGA、1920×1080高清电视规格（HDTV）。 图1 美国持续发展五轮非制冷焦平面探测器技术 如图1所示 为确保单兵热成像技术的领先，美国持续发展了五轮非制冷焦平面探测器技术，图为1996年至2012年的技术发展历程（图片来自www.） 5）发展了单兵热成像通用组件、通用模块、通用整机 美国同时发展了单兵热成像通用组件、热成像通用模块、热成像通用整机，图像处理软件实现了用户可参予、可定制，显著降低了体积、重量和功耗，较好的满足了单兵热像仪的“尺寸-重量---功耗”（SWaP）限。 6）单兵热像仪形式多样化 非制冷热成像通用组件和热成像通用模块的发展，既降低了单兵热像仪的研发和生产的技术门槛，使中、小公司也可以开发和生产包括便携式热像仪、手持热像仪、单筒热像望远镜、双筒热像望远镜、轻武器热瞄镜、头盔热像仪等单兵热像仪，型号数量超过100个，又提高了单兵热像仪的可靠性、寿命和战术使用能力。 7）发展了单兵热像仪丰富的应用软件 发展和应用了功能丰富的单兵热像仪应用软件，包括多种模式的非均匀性校正、多种模式的瞄准线/分划线、热图像测距功能、多样化的图像处理模式、伪彩色和“智能染色”、辐射测温、热图像与可见光/微光图像的融合、热图像视频及其帧冻结图片的存储等等，提高了热图像的画质，增强和完善了功能。 8）多种传感器与热像仪的综合集成 在单兵热像仪中集成了可见光电视、激光测距机、激光光电标示器、GPS接收机、微型陀螺组件、气压高度计、倾斜仪等，扩展了功能。 9）增加了内置存储器 在单兵热像仪中增加了内置存储器，具有记录视频和图片、进行事后回放的功能。 10）增加了蓝牙或Wi-Fi 在单兵热像仪中增加了蓝牙或Wi-Fi，可以进行无线遥控、将记录的视频或图片传到网络上和他人分享、或在智能手机、平板计算机、电视等网络终端上回放。 未完待续……. |
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