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全球军用市场稳定增长,红外探测广泛应用于各个武器平台

2021-03-17 10:10:29

红外热成像仪主要应用类型可以分为昼夜观察和热目标探测两大类,从上世纪70-80年代就逐步应用于海陆空战场。许多国家为加强自身防御能力和提高夜战水准,把热成像技术作为现代先进武器装备的重要技术纳入国防发展战略和计划,并加大了热成像研制经费的投入。经过多年的技术迭代及产品换代,目前红外产品在美国、法国等发达国家军队中的普及率较高,红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代战争中是很重要的战术和战略手段。


测温红外热像仪


从全球角度来看,军用红外产品市场呈现稳定增长的态势。根据美国MaxtechInternational红外热像仪市场调查报告,军用红外热像仪将保持较为稳定的增速,在2019年的市场规模预计可以达到92.51亿美元,自2014年起年复合增长率为3.4%。红外探测器约占军用红外探测器总市场规模的13%,在2019年预计可以达到190亿美元。

由于军用红外产品具有高度军事敏感性,国际军用红外市场呈现出以国家为主体的垄断竞争形态。大多数军品红外探测器主要提供给本国军方,对外出口不是由市场决定,而是由国家的政治、军事政策决定。军用红外探测器以制冷型红外探测器为主,不同供应商的产品技术路线与适用性具有较大的差异,所以不同国家的军品红外热像仪企业一般不产生直接市场竞争。

从地域分布上来看,目前竞争主体集中在美、英、法、德、日和以色列等国。其中美国占据绝对的主导地位,约占据全球军用红外热像仪销售份额的50%。根据权威机构MaxtechInternational的统计,全球军用红外市场前10大供应商,有6家美国公司,其中LockheedMartin公司、Raytheon公司和L-3公司占据了全球军用红外市场45%以上的份额。

1个人携带式武器装备

在地面武器系统中,红外成像克服了主动近红外成像和微光夜视的困难,配有红外热瞄准具的反坦克导弹和步枪等武器能在夜间对目标进行精 确定位、跟踪和射击。

在发达国家,红外热像仪已经广泛配置于陆军、空军、海军等各个军种,在海湾战争中平均每个美国士兵配备7具红外热像仪。与发达国家相比,目前我国军队中红外热像仪应用覆盖面不足。

“ENVGIII/FWS-I整合式夜视瞄准方案”是美军正在开发着一种增强前线士兵快速捕获目标能力的瞄具系统,具有微光+红外复合夜视能力。该系统由两个子系统组成:“第三代增强型夜视镜”(ENVGIII)和“单兵型武器准星家族”(FWS-I),两套子系统的研发和整合都是由BAESystems公司负责。

“单兵型武器准星家族”,是热影像瞄准具,能装置于M4卡宾枪、M249班用机枪甚至是AT-4火箭筒,工作时它能够将画面通过无线数据即时传回人眼前的ENVGIII,数字合成一个整合后的大画面。据美国陆军表示,军方总共将采购36,000具FWS-I以及64,000具ENVG-III,预计于2018年春季开始配发给特战单位和部分步兵单位。这种装备报价昂贵,FWS-I要价约9,500美元、ENVG-III则为7,000美元。

2陆地车辆

陆地武器主要指装有红外成像设备的坦克、装甲车等军用车辆。配有红外夜视仪的坦克等车辆可在夜间关灯行驶,辅助车长在夜间进行观察指挥,帮助炮长在夜间进行瞄准射击。

M1A2SEP(系统增强计划)“艾布拉姆斯”主战坦克是美军二十一世纪军力计划陆军数字战场的核心,是美军现役先进的数字化坦克,美国M1A2SEP主战坦克装备了二代热成像系统以及车长独立热成像仪。相对于海湾战争中的M1A1,M1A2的大探测距离从4公里提升到了6.8公里。其装配的第二代前视红外夜视仪可以实现宽视场和窄视场转换,放大倍率可切换3倍、6倍、13倍、25倍乃至50倍。


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3侦察与作战飞机

机载红外探测器主要用于空中侦察和与夜视武装。

空中侦察监视利用人或无人驾驶的侦察机、侦察直升机等携带红外成像装置,对敌方军队及其阵地、地形等情况进行侦察与监视。美国空军RC-135系列飞机任务是收集弹道导弹信号特征、遥测数据和通信情报以及战区弹道导弹防御。RC-135s“眼镜蛇球”战略侦察机有4个光学窗口,内有3个主要传感器系统:2个中波红外焦平面阵列系统和1个光学系统(RTOS),能跟踪400km以外的导弹飞行。RQ-4A“全球鹰”是由诺斯罗普格鲁门公司生产的,是美国空军乃至全世界先进的无人机,“全球鹰”可同时携带光电、红外传感系统和合成孔径雷达,其红外工作波段在为3.6-5μm。


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红外夜视武装指用于各种作战飞机、武装直升机的导航、瞄准配备前视红外摄像机等设备的导航吊舱和瞄准吊舱,可以用于飞机昼夜飞行和攻击的导航和搜索、捕捉目标,为制导武器及非制导武器提供精 确制导和瞄准,以提高命中精度。

美国诺斯罗普·格鲁曼公司为洛克希德·马丁公司F-35研制的光电综合系统包括分布孔径红外系统(DAIRS)和光电瞄准系统(EOTS)。分布孔径红外系统位于F-35的机头、机腹、机背部位,由6个红外凝视型红外焦平面阵列传感器组成,使用像元数为1024×1024的HgCdTe阵列。每个传感器覆盖90×90°视场,与头盔显示器配合形成高清红外影像,主要探测敌方红外信息,为飞行员提供预警、指示目标。

4侦察卫星

侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息,并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视。很多国家现役的光学成像侦察卫星上一般都配备了红外成像系统,如美国的“高级KH-l1”卫星、俄罗斯的“宇宙2344”卫星以及法国的“太阳神2”卫星等。

导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时尾焰的红外辐射并发出警报,为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。海湾战争中爱国者导弹成功地击落飞毛腿导弹,其主要的原因之一就在于美国国防支援计划(DSP)红外预警卫星及早地探测到导弹的发射。

“天基红外系统(SBIRS)”是美国新型反导系统的重要组成部分,是美国正在研制的下一代天基导弹预警系统,将替代之前的“国防支援计划”(DSP)系统。SBIRS包括6颗高轨道卫星和24颗低地球轨道和导弹跟踪系统(SMTS)卫星。6颗高轨道卫星由4颗地球同步轨道(GEO)卫星和2颗大椭圆轨道(HEO)卫星构成。每一个卫星都包含了短波红外、中波红外传感器。美国东部时间2018年1月19日,美国空军的SBIRSGEO-4(地球同步轨道4号卫星)发射升空进入预定轨道。

四颗地球同步轨道(GEO)采用双探测器模式,每颗卫星都装有高速扫描探测器和交互配对的凝视型焦平面阵列探测器,无论是扫描速率还是灵敏度都将比第三代DSP预警卫星提高10倍以上。扫描探测器采用一维阵列对地球的南北半球进行扫描,当探测到强红外辐射后,由凝视型探测器对辐射源进行详细的二维观察。而两颗大椭圆轨道(HEO)卫星旨在加强预警系统对南极和北极地区的监视

每颗低地区轨道卫星(SMTS)有两类可独立对准的红外探测器:一个宽视场的捕获探测器和一个窄视场的跟踪探测器,具备捕获和跟踪弹道导弹的能力。捕获探测器利用短波红外捕获和跟踪助推段导弹发动机的尾焰,接力地区同步轨道卫星的探测。跟踪探测器包括4种波长,其中中波红外主要对预警目标进行低空跟踪;中长波红外、长波红外和可见光主要承担导弹中段跟踪和识别,从而可为中段拦截提供弹道估算。

5海军舰艇

舰载红外成像可分为夜间识别和射击指挥(雷达、激光、红外复合)两大系统。红外成像系统可以自动搜索、捕获和跟踪目标,并向控制台中心计算机提供敌方目标方位和俯仰数据,还可用于探测和报警敌方导弹,从海面、岛屿和水平背景中将导弹识别出来,减少反辐射导弹袭击的可能性。

目前光电跟踪仪的一个显著特点是装在桅杆上,典型设备包括:法国的ALIS、CTII、PIRANAIII和VIGY-105型红外瞄准具和以288×4元红外摄像机为基础制成的IRIS红外成像系统;以色列EI-OP公司的MSIS多传感器稳定组合系统;美国的TISS热成像传感器系统等。

6红外制导导弹

红外制导是利用目标本身的红外辐射来引导导弹自动接近目标,以提高命中率。红外制导是当前空空、空地、地空、反坦克导弹等普遍采用的工作方式。红外精 确制导技术的发展分为三代:

第一代为红外点源寻的制导,以目标的高温部分作为制导信号源,只用单一的红外探测器,抗点源干扰能力较差。第一批红外和半主动雷达制导导弹于1956年投入使用,1962年后称为AIM-4猎鹰。猎鹰构造复杂、性能有限,特别是安全性差,命中率当时仅为9%。后经过改良,采用红外点源寻的制导技术有代表性的型号为美国“响尾蛇”AIM-9近程空空导弹。

第二代为红外成像制导技术,采用光机扫描和线列多元探测器为第二代红外制导技术的标志。红外成像制导导弹多采用制冷多元线列探测器和旋转光机扫描相结合的方法,实现探测对空间二维图像的读出,可以实现发射前、发射后锁定。由于红外成像导引头体积、质量较大,一般用在口径较大的空地导弹中。采用红外成像制导技术的典型代表为美国1975年开始研制的AGM-65D“小牛”空地导弹,该导弹采用4×4元红外碲镉汞探测器光机扫描成像导引头,后来发展的红外成像制导反坦克导弹。

第三代为先进红外成像制导技术,特点是采用中、长波,其标志性技术为采用凝视焦平面阵或扫描焦平面阵红外探测器技术。探测波长涵盖了长波、中波和短波红外,采用电子扫描的凝视成像方式代替机械扫描。第三代红外制导技术的代表型号有:AGM-154C“联合防区外武器”、FGM-148“标枪”反坦克导弹。“标枪”反坦克导弹作为步兵使用的便携式反坦克导弹,导弹采用长波红外64×64碲镉汞焦平面探测器,具有“发射后不管”功能,可以攻击坦克的前装甲与顶部装甲。


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