本书系统全面地论述了光电技术的基本原理、系统组成和典型军事系统应用。全书共分十一章,内容包括光电技术绪论、光电技术基础、光学系统、光电探测器、光电信息检测与信号处理、光电系统性能分析、光电被动侦察、光电主动侦察、光电跟踪系统、光电搜索系统和光电对抗系统等。
本书内容深入浅出,材料翔实丰富,可作为舰艇情电指挥(电子信息工程)专业本科生及相关专业研究生的教材,也可供光电工程及其相关领域的科技工作者参考。
第一章 绪论
光电子技术是电子技术的一个分支,它涉及电磁波的光波段。通常认为其波长分布在0.0l一1000wm,也就是常说的从紫外区到可见区直至红外区的_个子区间的总体。所以说,光电子技术是光波段的电子技术。本章主要阐述光电技术的相关概念、基本内容、特点、典型军事应用、系统组成及发展情况。
第一节光电技术内涵
从探测技术角度,光电技术是指以光辐射为基本信息载体,通过对光辐射的控制、接收、变换、处理、显示等技术手段,获取所需要的信息,达到预期的目的。从光电器件的角度,光电技术是指各种光电子器件及其应用的技术。光电器件主要包括光源器件、光调制器件、光传输器件、光探测器件、光显示器件、光存储器件等。光源器件主要指各种激光器。是半导体激光器;光调制器件涉及开关、偏转、调制、传感和复用等功能;光传输器件包括光波导、光纤、光耦合器、光隔离器、偏振器、中继和反馈器件等部分;光探测器件和光显示器件涉及光电导型、光伏型和热伏型换测器,以及液晶显示器等离子显板等;光存储器件主要指光盘光驱等。光电子技术作为信息技术的一个重要支柱,在高技术战争中起着关键作用。这里把应用于军事领域的光电技术统称为军用光电技术。军用光电技术主要研究光辐射的产生、传播、探测、处理、与物质相互作用、光电转换等过程及其在军事上的应用,它以光电子学为理论基础,把光学、精密机械、光电子、电子和计算机等技术结合起来,形成了一门古老而新兴的综合技术,成为现代军事技术的重要组成部分。由于光电对抗的发展,目前,军用光电技术不于获取、传输、存储、处理和显示信息,而且已被用于发展一种压制和摧毁敌方有生力量的武器。
军用光电技术的基本内容包括:光学仪器与传感器、微光夜视技术、红外技术、激光技术、光电综合应用技术和光电对抗技术等,具体如下。
(一)光学仪器与传感器
光学仪器主要指用于可见光波段范围内,不经过光电转换的普通光学仪器。它们在军事上应用,技术比较成熟,有扩大和延伸人的视觉、发现人眼看不清或看不见的目标、测定目标的位置和对目标瞄准等功能。通常可分为观测仪器和摄影测量仪器两大类:前者是以人眼作为光辐射信息接收器;后者用感光胶片记录景物信息。普通光学仪器主要由光学系统(物镜、转像镜、分划镜、目镜等)、镜筒和精密机械零部件等组成。观察测量仪器的光学系统主要是望远系统,它能放大视角,使人看清远方的景物,便于测量和瞄准。摄影仪器的光学系统主要是照相物镜.为了适应不同的使用要求,发展了大口径、长焦距、变焦距等多种镜头。军用可见光仪器主要有望远镜、炮队镜、方向盘、潜望镜、瞄准
镜、测距机、经纬仪、照相机、判读仪等。从20世纪50年代以来,尽管出现了红外、微光、激光等技术先进的光电子仪器,但普通光学仪器具有结构简单、使用方便和成本较低等优点,仍然是武器装备配套的重要组成部分。
光电传感器是指那些能够把光辐射转换为电信号的器件,如光电二极管、红外探测器、ccD器件等,利用光学仪器与这些光电传感器综合使用,极大地提升了军用光电装备的性能。
(二)微光夜视技术
微光夜视技术在可见光和近红外波段内,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。微光夜视仪器可分为直接观察和间接观察两种。前者称为微光夜视仪,由物镜、像增强器、目镜和电源、机械部件等组成,人眼可通过目镜观察像增强器荧光屏上的景物图像,已广泛用于夜间侦察、瞄准、驾驶等;后者称为微光电视,其物镜、微光摄像器件组成微光电视摄像机,通过无线或有线传输,在接收显示装置上获得景物的图像,可用于夜间侦察和火控系统等。
微光夜视技术的核心是像增强器和微光摄像器件。20世纪70年代研制出采用微通道板像增强器的第二代微光夜视仪,已大量装备部队,在夜战中发挥了重要作用。80年代研制出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,光谱响应延伸到近红外波段。60年代研制出的电子轰击硅靶摄像管和70年代发展的碲化锌镉摄像管,它们与像增强器耦合做成微光摄像管,基本满足微光电视的要求。电荷耦合器件探测灵敏度的提高,使之有可能用作微光图像传感和信号处理器,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,使微光夜视仪器的性能大大提高,在军事上得到更广泛的应用。
(三)虹外技术
由于温度高于零度的所有物体都有红外辐射,这为探测和识别目标提供了客观基础,因而红外技术在军事上得到广泛应用。红外系统的工作方式有主动式和被动式。主动式红外系统是用红外光源照射目标,仪器接收目标反射的红外辐射而工作。由于它易暴露自己,应用范围正在缩小,逐渐为被动式微光夜视仪和热像仪所取代。被动式红外系统接收目标自身发射或反射其他光源(如日光)的红外辐射,隐蔽性好,是军用红外系统的主要工作方式。被动式红外系统一般由光学系统、调制扫描器、红外探测器、信号处理和显示器等部分组成。红外探测器是核心部件,红外多元探测器、是红外焦平面器件是研究发展的重点。从目标特征角度,又可将红外系统分为两类,一类用于目标辐射的定量检测,如辐射计、光谱仪、成像仪等,其中成像仪(俗称相机),主要用于宽波段辐射空间分布的二维成像;辐射计,如测温仪、光度计等,主要用于宽波段辐射的定量测量;光谱仪,如分光光度计、光谱分析仪等,主要用于光谱测量、物质分析。近代红外遥感仪器通常将成像、辐射测量和光谱测量等功能融合于一体,如多光谱成像仪不仅是可对目标多波段成像的相机,也是能测量波段辐射量的辐射计。有的波段还可细分,以提取目标的一些光谱特征。成像光谱仪的主要特征是图谱合一,它能同时得到二维空域各个地物点的连续光谱,如高光谱、超光谱成像仪等。另一类用于目标识别和定位,如目标搜索、捕获、跟踪和瞄准设备等。
(四)激光技术
激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种。......
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