传感器的选择与发展

2 传感器的选择和发展

选择合理的传感器是比较困难的工作, 对不同的使命、 用途、 条件而有不同的选择, 不可一概而论、 千篇一律。从上述材料可以看出, 不同的国家所采用的传感器组合也不尽相同。未来作战系统具有机动网络指挥、 控制、 通信和计算机处理等功能。本文对传感器的选择提出一些看法, 仅供参考。 2 . 1 昼光摄像机

严格地讲, 红外摄像仪能够在白天使用, 可提供基本的可见光标准图像。一般情况下, 图像的分辨率和边缘的清晰度相对于标准图像有一定的衰减。此外, 为了获得所需要的距离, 要安装一个适当尺寸的红外望远镜, 且成本高昂。而昼光CCD 摄像机采用了电荷耦合的成熟技术, 分辨率很高, 价格较低, 在气候和能见度等条件较好的情况下, 可用于白天监视和侦察。有的侦察车上采用单色摄像机, 有的采用彩色摄像机。一般情况下, 单色摄像机的分辨率和灰度等级比彩色的高(个别情况除外, 如南非DEN EL集团L EO 2ê 2 A 39 产品中, 彩色摄像机的分辨率为750 TV 线, 有源像素为 750 H×582 V ) , 自动跟踪性能优于彩色摄像机, 用于对空目标时较为理想; 但人眼对彩色较敏感, 真实感较强, 因此彩色摄像机用于观察地面目标时优于单色摄像机。另外,系统传感器组合时常用彩色大视场或中视场, 在高速行驶中观察远距离目标时用单色小视场。为了实现多传感器的图像融合, 有时也在车上同时使用多台单色和彩色摄像机, 以便获得更多的目标信息。选取摄像机时, 应充分考虑到成本、 分辨率、 尺寸、 重量、 所需功率、 传感器敏感度、 传感器积分时间、 与多个摄像机同步的能力、 控制增益、 孔径大小以及是否能配上达到视场要求的透镜等因素。 2 . 2 微光夜视仪和微光电视

随着时间的推移, 红外热成像技术的发展将使像增强器技术迟早被淘汰, 但近几年来, 由于夜视技术的迅速发展, 像增强器的成本降低, 性能和质量不断提高(如现有的三代管比早期的三代管性能提高了约 2 倍, 成本降低了 1 倍, 四代管在美国军队也已应用) , 微光夜视仪器的价格较热像仪便宜,而且体积小、 重量轻、 后勤保障和维修也较容易, 因此在一定时期内, 微光夜视仪仍将作为各国军队侦察车上的装备之一。国外许多国家把CCD 摄像机与像增强器耦合, 用于车载微光电视系统。它可在夜间使用, 进行开路传输和实时处理远距离视频图像、 滤除噪声、提高反差、 改善信噪比, 以增加观察和瞄准距离, 进行夜间自动目标识别和微光图像自动跟踪。例如,美国的 “夜视窗” 、 法国的汤姆逊CSF、 CANDSTA、D I V T 13B、 德国的 PZB200、 瑞士的 2704 等微光电视系统, 已装备在豹 1 主战坦克、 M 248 主战坦克、大山猫装甲侦察车等坦克和侦察车上。随着新技术的开发, 夜视技术取得了巨大的突破, 微光夜视系统的 I2 技术与红外和激光器等技术的融合增加了仪器的作用距离, 如美国利用红外系统与微光直视 I2 技术相融合, 使目标识别性能和作用距离可以提高2～ 3 倍。

2 . 3 热像仪

热像仪的工作原理是利用目标与背景之间的温差形成的热点或图像来探测、 识别、 瞄准和跟踪目标, 能够在昼夜工况条件下工作。它具有穿透烟雾和人工障碍以及抗光学干扰的能力, 具有分辨率高、 探测和识别距离远等特点。随着热成像技术的发展, 热像仪从一代、 二代 发展到三代, 性能不断提高, 如南非DEN EL 集团的 L EO 2ê 2 A 39 三代 3～ 5 L m 焦平面热像仪(768 H×576 V )就是各项性能指标均很高的热像仪。由于三代在规定的性能范围内尺寸可以比二代减小一半, 成本也因没有扫描器而降低, 因此将广泛应用于监视和侦察系统。目前在侦察车上究竟采用何种波段的热像仪,国外已在 20 世纪 80～ 90 年代对选择红外波长问题作了大量的研究。研究结果表明, 远程红外传感器的最佳波段主要取决于目标特性、 技术和环境条件。就目前的探测技术而言, 除了高温、 高湿目标外, 8～ 12 L m 波段的热像

仪对各种目标的探测性能都较高。3～ 5 L m 波段技术具有很大的改进潜力, 该波段除了在较干燥或烟雾较多的大气中优势不明显外, 在热带海洋环境中, 只要目标足够大(≥像素尺寸) , 对于水平光路上接近背景温度的远距离探测极限目标($T = 5 K)表现出其较明显的优越性。 对于较热的目标, 3～ 5 L m 系统在较短距离或对小目标表现出优越性。 对于斜光路来说, 8～ 12 L m 波段系统对除了高温目标以外的所有目标都表现出较好的性能。因此, 在选择热像仪波段时, 必须根据实际情况进行选择。 2 . 4 激光测距机和激光雷达

关于激光测距机的现状, 许多国家使用的是人眼安全激光测距机, 常见的有波长为 1 . 54 L m 的喇曼激光器。随着近年来激光雷达技术的发展, 有关人员正在不断开辟其新的应用领域。激光雷达的工作原理是使用一个超稳定的激光发射机, 像雷达系统一样来询问目标, 然后接收目标反射回的能量并进行处理, 收集距离和速度数据, 最后生成一个高分辨率的距离图像。它可用于大气监测、 障碍回避、 化学战剂、 干扰、 侦察和监视等领域。作为光学传感器的激光雷达, 由于它可以获取包括距离信息、 目标物和地形等的三维精密图像,在自动目标识别中具有较高的识别几率, 并将在C4ISR 中起到重要的作用。激光雷达距离信息与FL IR 的传感器图像叠加, 可以准确地获得出现在FL IR 上的目标大小。因此, 从传感器的发展来看, 今后必须加强我国侦察车上激光雷达的研究和开发工作。