熱像儀成為了單兵高技術(shù)裝備的首選

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，應(yīng)對高科技戰(zhàn)爭下對單兵作戰(zhàn)的要求，單兵裝備的高技術(shù)化就成為必然選擇；作為單兵的“眼睛”，必須具備晝夜和低能見度條件下通用可視能力，這就使熱像儀成為了單兵高技術(shù)裝備的首選。

單兵熱成像裝備的使用平臺簡單，使用的器件可以從國際市場上購買，發(fā)展門檻相對較低，能夠研制和生產(chǎn)此類裝備的國家較多，具有獨立研制和生產(chǎn)此類裝備的核心器件的國家有：美國、英國、法國、德國、以色列、俄羅斯、日本、加拿大、瑞典、瑞士、荷蘭、西班牙、土耳其、波蘭、保加利亞、新加坡、韓國等。

目前，步兵作戰(zhàn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的以步兵作戰(zhàn)單位之間、單兵之間的協(xié)同、步炮和步坦、空地簡單協(xié)同、單兵獨立作戰(zhàn)等模式，發(fā)展成與空軍、海軍、陸航、裝甲兵和炮兵等軍、兵種的聯(lián)合作戰(zhàn)。步兵也從一個直接進行火力作戰(zhàn)的單元轉(zhuǎn)變成一個信息獲取和火力作戰(zhàn)單元。為此，美、歐等國正在發(fā)展和裝備功能更多、性能更先進的單兵熱成像裝備，除提高單兵的晝夜作戰(zhàn)能力外，還通過單兵信息系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)與其它軍、兵種和友鄰的聯(lián)合作戰(zhàn)。為滿足聯(lián)合作戰(zhàn)的要求，單兵熱成像裝備也從原來只具有觀察、搜索、瞄準(zhǔn)等功能，發(fā)展成與可見光、微光、激光組/融合、測距、計算、無線傳輸、火控解算等功能的綜合光電系統(tǒng)。在應(yīng)用層面，單兵熱成像裝備正在演化出微/小型多功能熱像儀、輕武器集成式光電火控系統(tǒng)等；在系統(tǒng)層面，單兵熱成像裝備正在逐步融合進入各國積極發(fā)展的“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)。

1 紅外/熱成像技術(shù)的作用

在軍事領(lǐng)域，紅外/熱成像技術(shù)主要具有以下3個方面的作用：

1) 在夜間和低能見度條件下實現(xiàn)成像觀察、偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等，作用距離遠且能穿透薄霧和煙塵，具備在全黑的夜間和低能見度條件下獲取“單向透明”信息優(yōu)勢的能力。

圖1 在全黑夜間作戰(zhàn)時紅外/熱成像儀具有信息“單向透明”的優(yōu)勢

如圖1所示：在全黑夜間作戰(zhàn)時紅外/熱成像儀具有信息“單向透明”的優(yōu)勢。在全黑的夜間一片漆黑，看不見場景可見光（Visible）的圖像（左），但同一時間和場景在長波紅外卻可以獲得清晰的熱圖像（Thermal），識別出人、車、道路和樹林。

圖 2 紅外/熱成像儀具有穿透薄霧（Haze）的能力

如圖2所示：紅外/熱成像儀具有穿透薄霧（Haze）的能力。薄霧時4.9 km處的塔（Tower 4.9 km）前、后的建筑物在可見光圖像隱約可見（左），但在同一時間和場景用640 × 480銻化銦（InSb）熱像儀拍攝的中波紅外圖像（右）中清晰可見。

圖 3 紅外/熱成像儀具有穿透濃煙（Smoke）的能力

如圖3所示：紅外/熱成像儀具有穿透濃煙（Smoke）的能力。在一個房間內(nèi)正向門外冒濃煙的可見光圖像中（左）只能看到濃煙和房屋外彌漫的煙霧；但在同一時間和場景的長波紅外圖像中（右），可以看到在可見光圖像中被濃煙遮住房間里站著的人和房屋左側(cè)的細節(jié)，可見長波紅外輻射可以穿透煙霧，使被煙霧擋住的場景變得“透明”。

2) 被動接收場景（包括目標(biāo)和背景）在不同紅外波段或波長的溫度差、發(fā)射率差或反射率差形成的紅外輻射信號，具有識別偽裝目標(biāo)、感知目標(biāo)狀態(tài)、探測隱身目標(biāo)的能力，隱蔽性好，不容易被干擾，有利于實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)上的突然性。

圖4 紅外/熱成像技術(shù)具有識別偽裝目標(biāo)的能力

如圖4所示：紅外/熱成像技術(shù)具有識別偽裝目標(biāo)的能力。微光成像的機理是場景和物體表面反射可見光成像，只要場景和物體的表面反射相同時即難以識別（左），但熱成像的機理是場景和物體自身發(fā)射紅外輻射成像，只要場景和物體的溫度和表面發(fā)射不同即可以探測和識別，在同一時間和場景的長波紅外圖像中，可清晰識別出樹林中站著1個穿迷彩偽裝服的人（右），因為迷彩偽裝服不能復(fù)制場景的溫度和表面發(fā)射率。

圖5 紅外/熱成像技術(shù)具有感知目標(biāo)狀態(tài)的能力

如圖5所示：紅外/熱成像技術(shù)具有感知目標(biāo)狀態(tài)的能力。在可見光圖像中可以看見一輛皮卡（左），在同一時間和場景的長波紅外圖像中（右），不僅看見了皮卡，還可以看見其發(fā)動機很熱但后輪發(fā)熱已不明顯，說明皮卡停車但發(fā)動機一直處于怠速狀態(tài)，停車時間大致為后輪表面與地面達到熱平衡的時間。

圖6 儲油罐群的長波紅外圖像

如圖6所示：圖為一個儲油罐群的長波紅外圖像，因油的熱量加熱罐頂，所以罐頂?shù)幕叶确从沉藘τ凸扪b油的情況，油罐頂為白色的儲油罐裝有較多油，油罐頂為黑色的的儲油罐裝有較少油、甚至是空的。

3）具有精度高、體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)點，便于集成在多種武器裝備和武器平臺中使用。

2 單兵作戰(zhàn)使用場景

在現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭中，單兵熱成像裝備的典型作戰(zhàn)使用場景有觀察與偵察、目標(biāo)定位與激光指示、輕武器瞄準(zhǔn)、在預(yù)設(shè)固定陣地的狙擊作戰(zhàn)、輕武器對視界和障礙物后目標(biāo)的精確射擊、“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)等。

2.1 戰(zhàn)場觀察與偵察

單兵使用便攜式熱像儀（Portable Thermal Imager）進行夜間和低能見度條件下的觀察和偵察，也可用于發(fā)現(xiàn)偽裝目標(biāo)，實際上熱像儀在白天一樣可以使用。當(dāng)便攜式熱像儀重量較大時，采用三腳架支撐使用（圖7）。

圖7 俄羅斯陸軍裝備的“貓頭鷹”-4（Сыч-4）手持激光測距-熱像儀

如圖7所示 俄羅斯陸軍裝備的“貓頭鷹”-4（Сыч-4）手持激光測距-熱像儀，可用三角架支撐是便攜式的特征。

2.2 目標(biāo)定位和引導(dǎo)打擊

除觀察和偵察外，手持熱像儀（Hand-Hold Thermal Imager）（圖8）還可以通過與方向盤、衛(wèi)星定位儀、激光測距機、激光目標(biāo)指示器等組合使用（圖9），解決確定目標(biāo)角坐標(biāo)和距離的問題，可以引導(dǎo)半主動激光精確制導(dǎo)武器對高價值目標(biāo)進行精確打擊。

圖8 士兵雙手把持手持熱像儀即可穩(wěn)定用于的觀察和偵察，圖為法國“索菲”（Sophie）手持熱像儀

圖9 “索菲”手持熱像儀

如圖9所示 “索菲”手持熱像儀（右）可與方向盤、衛(wèi)星定位儀、激光測距機、激光目標(biāo)指示器等組合使用，解決士兵在前沿進行偵察、確定目標(biāo)位置和引導(dǎo)半主動激光精確制導(dǎo)武器打擊高價值“點目標(biāo)”的問題。

2.3 特種作戰(zhàn)和夜間作戰(zhàn)

頭盔式熱像儀（Helmet Thermal Imager）除解決士兵在夜間（也可以在白天）和低能見度條件下的觀察、偵察等問題外，還解放士兵的雙手用于操作武器裝備，例如使用輕武器進行瞄準(zhǔn)和射擊、駕駛車輛等。為提高士兵的射擊精度，在槍身上安裝激光指示器發(fā)射近紅外激光（例如波長808 nm），同時頭盔式熱像儀集成了微光夜視模塊（圖10），士兵能從微光夜視模塊的圖像中看到槍身上激光指示器照射在目標(biāo)上的近紅外光斑，這相當(dāng)于瞄準(zhǔn)了目標(biāo)，可以進行射擊，這種瞄準(zhǔn)模式稱為間接瞄準(zhǔn)。

圖10 圖為美國單目鏡式AN/PVS-20增強型頭盔夜視儀

如圖10所示 圖為美國單目鏡式AN/PVS-20增強型頭盔夜視儀，包括微光夜視儀（上）和非制冷長波紅外熱像儀（下）兩個模塊集成在一個殼體內(nèi)，不用時整體向上翻起，用于解決解放士兵雙手的問題，解決士兵在夜間和低能見度條件下的觀察問題。士兵使用的槍上集成了激光指示器，和微光夜視儀一起實現(xiàn)間接瞄準(zhǔn)和精確射擊。

2.4 輕武器瞄準(zhǔn)射擊

可見光瞄準(zhǔn)鏡提高輕武器射擊精度的主要因素有兩個：看得更清楚——可見光瞄準(zhǔn)鏡的物鏡孔徑比人眼的大1個數(shù)量級，因接收了更多的光子能量而產(chǎn)生明亮的像；看得更清楚且可以測量距離——可見光瞄準(zhǔn)鏡具有放大作用（典型值為8×），并可用密位測距分劃線測量至目標(biāo)的距離以修正射表。熱瞄鏡（圖11、12）除具有與可見光瞄準(zhǔn)鏡的功能外，還解決了在夜間（也可以在白天）和低能見度條件下的觀察、瞄準(zhǔn)和精度射擊的問題。

圖11 MP7型沖鋒槍只安裝熱瞄鏡，士兵可用其在晝夜對目標(biāo)進行精度射擊

圖12 熱瞄鏡與可見光瞄準(zhǔn)鏡組合使用，士兵可在晝、夜對目標(biāo)精度射擊

在夜間和低能見度（例如在煙、塵、霧、霾等）條件下，人眼不能看見目標(biāo)，故單兵不能使用輕武器配的白光瞄準(zhǔn)鏡進行搜索、瞄準(zhǔn)和射擊。因此，如果具備在晝夜和低能見度條件下觀察、搜索目標(biāo)的能力，即可提高單兵作戰(zhàn)效能。單兵裝備的輕武器包括突擊步槍、沖鋒槍、輕機槍、狙擊步槍（圖13）、火箭筒、無后座力炮（圖14，圖15）、便攜式反坦克導(dǎo)彈（圖16）和防空導(dǎo)彈（圖17）武器系統(tǒng)等。不同輕武器的作戰(zhàn)目標(biāo)、射程不同，因此發(fā)展了可與輕武器配套的輕型、中型和重型武器熱瞄鏡。

圖13 圖為法國陸軍的一個3人作戰(zhàn)小組

如圖13所示 圖為法國陸軍的一個3人作戰(zhàn)小組，其中1名士兵裝備配“劍”（Sword）觀察-火控型狙擊步槍瞄準(zhǔn)鏡-FR-F2型7.62 mm口徑狙擊步槍——對800 m以內(nèi)目標(biāo)精確的點殺傷，1名士兵裝備配熱瞄鏡的“米尼米”輕機槍——對1000 m以內(nèi)目標(biāo)面殺傷，1名士兵裝備“法瑪斯”突擊步槍用于掩護狙擊手和機槍手。

圖14 “卡爾?古斯塔夫”（Carl Gustav）無后坐力炮

如圖14所示 左圖為安裝法國晝夜型熱成像“劍”（Sword）瞄準(zhǔn)鏡的M3式“卡爾?古斯塔夫”（Carl Gustav）無后坐力炮，可在晝夜和低能見度條件下瞄準(zhǔn)目標(biāo)射擊。

圖15 安裝可見光瞄準(zhǔn)鏡的M3式“卡爾?古斯塔夫”（Carl Gustav）無后坐力炮

圖16 FGM-148“標(biāo)槍”（Javelin）便攜式反坦克導(dǎo)彈武器系統(tǒng)

如圖16所示 FGM-148“標(biāo)槍”（Javelin）便攜式反坦克導(dǎo)彈武器系統(tǒng)火控系統(tǒng)（指令發(fā)射單元）的熱成像通道采用掃描成像的長波紅外熱瞄鏡，可在晝夜和低能見度條件下截獲目標(biāo)，為導(dǎo)彈發(fā)射解算和裝訂射擊諸元。

圖17 FIM-92“毒刺”（Stinger）便攜式防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)

如圖17所示 FIM-92“毒刺”（Stinger）便攜式防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)配備AN/PAS-18熱瞄鏡，可在晝夜和低能見度條件下引導(dǎo)導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭在發(fā)射前截獲目標(biāo)。

為發(fā)揮熱瞄鏡的效能，其作用距離應(yīng)與大于輕武器的射程，至少與之相當(dāng)。因此，根據(jù)作用距離的不同，熱瞄鏡通常分為三類：輕型熱瞄鏡（Light Weapon Thermal Sight， LWTS）、中型熱瞄鏡（Medium Weapon Thermal Sight，MWTS）和重型熱瞄鏡（Heavy Weapon Thermal Sight，HWTS），例如美國雷神（Raytheon）公司生產(chǎn)的AN/PAS-13E系列熱瞄鏡（圖18）。

圖18 美國雷神（Raytheon）公司生產(chǎn)的AN/PAS-13E系列非制冷熱瞄鏡

如圖18所示 美國雷神（Raytheon）公司生產(chǎn)的AN/PAS-13E系列非制冷熱瞄鏡，配不同的紅外光學(xué)鏡頭和非制冷紅外焦平面探測器即構(gòu)成輕型（LTWS）、中型（MTWS）和重型（HTWS）非制冷熱瞄鏡，具有雙視場和3倍電子放大倍率，裝備各種不同射程的輕武器；除作為熱瞄鏡外，也可作為手持式熱像儀單獨使用。

2.5 狙擊作戰(zhàn)

狙擊作戰(zhàn)是步兵使用狙擊步槍對視界內(nèi)、距離1000 m級的目標(biāo)進行精確打擊的一種作戰(zhàn)方式。2012年11月11日白天，英國陸軍的一名狙擊手使用L115A3狙擊步槍擊斃2名塔利班士兵，經(jīng)GPS精確測量的距離為2475 m。但在晝夜和低能見度條件下進行狙擊作戰(zhàn)，就需要配備熱瞄鏡（圖19）。狙擊手使用狙擊步槍熱瞄鏡搜索目標(biāo)效率低，需要一個手持熱像儀搜索目標(biāo)，提供方位指示和測距。

圖19 2人小組進行狙擊作戰(zhàn)場景

如圖19所示 2人小組進行狙擊作戰(zhàn)的場景，狙擊手使用“增程高性能同軸狙擊步槍熱瞄鏡”（HISS-XLR）（左）搜索目標(biāo)效率低，需要副射手使用“偵察”V型（Recon V）手持熱像儀（右）搜索目標(biāo)，提供方位指示和測距。

2.6 輕武器光電瞄準(zhǔn)-激光測距-火控系統(tǒng)

目前，輕武器也提出了裝備光電瞄準(zhǔn)-激光測距-火控系統(tǒng)的需求，主要原因是當(dāng)射程增大（例如超過2000 m）后，依靠人眼進行觀察和瞄準(zhǔn)的作戰(zhàn)效能大幅度降低。輕武器的光電瞄準(zhǔn)-激光測距-火控系統(tǒng)（圖20、21）除解決了士兵在夜間（也可以在白天）和不良氣候/低能見度條件下的觀察、精確測距的問題外，還解決了射擊諸元的計算和顯示問題，普通士兵使用輕武器即可進行精度射擊，是單兵系統(tǒng)的重要組成部分。

圖20 美國陸軍的MK-47型“打擊者”（Striker）40mm自動榴彈發(fā)射器

如圖20所示 美國陸軍的MK-47型“打擊者”（Striker）40 mm自動榴彈發(fā)射器是射程2200 m的面殺傷武器，裝備了AN/PWG-1“輕型視頻瞄準(zhǔn)鏡”（Lightweight Video Sight），包括電視、第三代微光夜視視儀和激光測距機、彈道計算機和顯示器，并與AN/PAS-13重型熱瞄鏡（左上）組成完整的分置式光電瞄準(zhǔn)-激光測距-火控系統(tǒng)。

圖21 XM25榴彈發(fā)射器

如圖21所示 XM25榴彈發(fā)射器采用了一體化光電瞄準(zhǔn)-激光測距-火控系統(tǒng)，解決了射擊諸元的計算和顯示問題，使普通士兵能夠在夜間（也可以在白天）和低能見度條件下使用輕武器進行高精度射擊。

由“三光”瞄準(zhǔn)鏡構(gòu)成輕武器火控系統(tǒng)后，射手通過可見光、紅外通道發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)，使用激光進行測距，測量數(shù)據(jù)經(jīng)彈道計算機解算后形成射擊諸元并在顯示器上直接顯示出瞄準(zhǔn)點，使普通士兵也能像專業(yè)狙擊手一樣進行高精度射擊。2014年，美國國防部（DARPA）提出計算武器光學(xué)（Computational Weapon Optic，CWO）計劃，開發(fā)“超級智能瞄準(zhǔn)鏡”（Super Smart Scope，3S），配備先進的熱成像和夜視裝備以強化場景感知和定向能力（圖22），配置彈道計算機及應(yīng)用彈道軟件（Applied Ballistics software）、射頻同步（Radio synchronization）等。

圖22 美國國防部在計算武器光學(xué)（CWO）計劃中開發(fā)“超級智能瞄準(zhǔn)鏡”

如圖22所示 美國國防部在計算武器光學(xué)（CWO）計劃中開發(fā)“超級智能瞄準(zhǔn)鏡”，集成可見光、微光、熱成像和激光測距、彈道計算機及應(yīng)用彈道軟件、射頻同步等多種功能為一體，使普通士兵也能像專業(yè)狙擊手一樣進行高精度射擊。

使用輕武器進行視界和障礙物后的目標(biāo)進行精確射擊時需要獲得至目標(biāo)精確的距離，故在熱瞄鏡中集成激光測距機成為最優(yōu)選擇，測量出目標(biāo)的距離后即可解算出射擊諸元，這使熱瞄鏡順理成章的發(fā)展成輕武器光電火控系統(tǒng)。使用輕武器集成式光電火控系統(tǒng)，普通士兵也具有對視界和超視界目標(biāo)進行精確射擊的能力。為此，美國發(fā)展了“晝夜目標(biāo)截獲火控系統(tǒng)”（Target Acquisition Day/Night Fire-Control system——TA D/N FCS）用于XM25榴彈發(fā)射器,其原型是為現(xiàn)已放棄的XM29“理想單兵戰(zhàn)斗武器系統(tǒng)”（Objective Individual Combat Weapon System——OICW）研發(fā)的（圖23）。

圖23 引領(lǐng)世界單兵武器發(fā)展潮流的XM29“理想單兵戰(zhàn)斗武器系統(tǒng)”（OICW）

如圖23所示 引領(lǐng)世界單兵武器發(fā)展潮流的XM29“理想單兵戰(zhàn)斗武器系統(tǒng)”（OICW），主要由5.56 mm小口徑突擊步槍（下）、20 mm自動榴彈發(fā)射器（中）和集成式光電火控系統(tǒng)（上）三大部分組成。

在“晝夜目標(biāo)截獲火控系統(tǒng)”（TA D/N FCS）中，集成了可見光瞄準(zhǔn)鏡、非制冷熱成像模塊、激光測距機/激光光點標(biāo)示器、溫度和氣壓傳感器、彈道計算機、引信裝訂裝置等。熱成像視頻通過反射鏡投影至可見光瞄準(zhǔn)鏡、激光測距的數(shù)據(jù)、十字瞄準(zhǔn)線和瞄準(zhǔn)校正點均疊加在熱成像模塊的微型顯示器上供士兵觀察，滿足晝夜作戰(zhàn)的要求（圖24）。

圖24 美軍已將配“晝夜目標(biāo)截獲火控系統(tǒng)”（TA D/N FCS）的XM25榴彈發(fā)射器投入阿富汗戰(zhàn)場進行作戰(zhàn)使用驗證

美軍將“晝夜目標(biāo)截獲火控系統(tǒng)”（TA D/N FCS）配置在XM25榴彈發(fā)射器，士兵使用時將十字瞄準(zhǔn)線的中心壓住目標(biāo)的瞄準(zhǔn)點，然后進行激光測距，選擇爆炸點距目標(biāo)的距離后自動對榴彈引信進行射擊諸元裝訂后發(fā)射。在接外置GPS接收機獲取目標(biāo)的坐標(biāo)后，可對障礙物后的目標(biāo)進行精確打擊。

如果利用“三光”瞄準(zhǔn)鏡和電控槍架和控制鏈路，可以構(gòu)成遙控狙擊步槍武器站，不需要士兵長時間埋伏在預(yù)設(shè)陣地上，在安全的地方即可進行狙擊作戰(zhàn)（圖25）?！叭狻泵闇?zhǔn)鏡是未來單兵武器系統(tǒng)的一個重要組成部分，既可以通過熱瞄鏡直接瞄準(zhǔn)射擊，又可以通過看顯示器進行間接瞄準(zhǔn)、射擊。

圖25 “三光”瞄準(zhǔn)鏡與電控槍架和控制鏈路等結(jié)合起來即可構(gòu)成遙控狙擊步槍武器站

如圖25所示 “三光”瞄準(zhǔn)鏡與電控槍架和控制鏈路等結(jié)合起來即可構(gòu)成遙控狙擊步槍武器站，不需要士兵長時間埋伏在預(yù)設(shè)陣地上，在安全的地方即可進行狙擊作戰(zhàn)；圖中的遙控大口徑狙擊步槍武器站的三光瞄準(zhǔn)鏡采用分置式結(jié)構(gòu)。

2.7 “未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)

“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個單兵信息化作戰(zhàn)裝備系統(tǒng)，通過融合進入戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)，使單兵作為整個作戰(zhàn)系統(tǒng)中的一個信息和作戰(zhàn)節(jié)點，解決戰(zhàn)場態(tài)勢感知、作戰(zhàn)計劃制定、協(xié)同/聯(lián)合作戰(zhàn)實施、保障補給等問題，并將單兵武器的作戰(zhàn)效能發(fā)揮至最大。在德國“短劍”（GLADIUS）新未來士兵計劃的系統(tǒng)中，共有8個型號熱成像裝備（圖26）。

圖26 德國“短劍”（GLADIUS）新未來士兵計劃

如圖26所示 德國“短劍”（GLADIUS）新未來士兵計劃的系統(tǒng)組成，其中核心系統(tǒng)（Core System）有一個“帶紅外模塊夜視雙目鏡”（Night vision goggle with IR module），偵察裝備（Recce Equipment）有3型熱像儀，為6型輕武器配置了7型武器輔助裝備（Weapon Accessory Equipment）——熱瞄鏡。

法國的“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)稱為“裝備與通信一體化步兵”（FELIN）系統(tǒng)，其中也包括多個型號的熱成像裝備。該系統(tǒng)既解決了單兵與單兵之間協(xié)同/聯(lián)合作戰(zhàn)的問題（圖27～29），也解決了單兵與其它軍、兵之間的聯(lián)合作戰(zhàn)問題，例如對戰(zhàn)場目標(biāo)進行定位，引導(dǎo)空中火力或后方的炮兵對目標(biāo)進行精確打擊。

圖27 法國FELIN單兵武器系統(tǒng)

如圖27所示 “三光”瞄準(zhǔn)鏡是未來單兵武器系統(tǒng)的一個重要組成部分，圖為法國FELIN單兵武器系統(tǒng)，士兵在持槍瞄準(zhǔn)時通過突擊步槍前握把上的按鍵即可操作熱瞄鏡。

圖28 法國FELIN單兵系統(tǒng)熱瞄鏡

如圖28所示 法國FELIN單兵系統(tǒng)熱瞄鏡的熱圖像可以送到頭盔顯示器，實現(xiàn)士兵使用“法瑪斯”（FAMAS）突擊步槍進行間接瞄準(zhǔn)、射擊。

圖29 法國“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)

如圖29所示 法國“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)——“裝備與通信一體化步兵”（FELIN）系統(tǒng)的一個作戰(zhàn)場景，臥倒在地面上的士兵使用“基姆”中程型（JIM MR）手持熱像儀進行觀察，指揮利用樹干掩護、站立的士兵使用配晝夜型“劍”瞄準(zhǔn)鏡的“法瑪斯”突擊步槍進行射擊。

簡化版的“未來士兵”作戰(zhàn)系統(tǒng)可以實現(xiàn)士兵與輕武器結(jié)合后的“所見即所射”——即將熱瞄鏡與頭盔顯示器結(jié)合，使士兵看見目標(biāo)后無需舉槍瞄準(zhǔn)即可射擊（圖30、31）。在城市和叢林中，或是視界不好，或是能見度低，往往看見目標(biāo)時都近在咫尺，來不及舉槍進行瞄準(zhǔn)射擊。士兵看見目標(biāo)就能射擊——“所見即所射”。

圖30 將熱瞄鏡與頭盔顯示器結(jié)合，“所見即所射”

圖31 熱瞄鏡與頭盔顯示器結(jié)合“所見即所射”重機槍射擊。

美國單兵熱像儀

美軍極其重視單兵作戰(zhàn)能力的提高，不僅反映在研制和生產(chǎn)了用途不同、型號齊全的輕武器裝備上，也反映在單兵的熱成像裝備上，包括便攜式熱像儀（Portable Thermal Imager）、手持熱像儀（Hand Held Thermal Imager）、輕武器熱成像瞄準(zhǔn)鏡（Thermal Weapon Sight）、夾持式熱成像瞄準(zhǔn)鏡（Thermal Sight Clip-on）、熱成像單筒望遠鏡（Thermal Imager Monocular）、熱成像雙筒望遠鏡（Thermal Imager Binocular）、夾持式熱像儀（Thermal Imager Clip-on）、頭盔熱像儀（Helmet Mounted Thermal Imager）等多種結(jié)構(gòu)和單兵使用形式。美國第二代熱成像技術(shù)的發(fā)展，突破了第一代熱成像技術(shù)在體積、重量、成本、可靠性等因素對單兵熱像儀的制約，使美國的單兵熱像儀在結(jié)構(gòu)形式、型號數(shù)量、功能性能、裝備規(guī)模、實戰(zhàn)使用等所有方面都達到領(lǐng)先世界的水平，主要表現(xiàn)為：

1）光譜響應(yīng)波段覆蓋三個“大氣窗口”

美軍發(fā)展和裝備了光譜響應(yīng)波段覆蓋整個大氣窗口：包括短波紅外（1 μm～2.5 μm）、中波紅外（3 μm～5 μm）和長波紅外（8 μm～14 μm）的單兵熱像儀。

2）多種技術(shù)路線并行發(fā)展

為確保第二代單兵熱像儀發(fā)展成功，美國采取多種技術(shù)路線并行發(fā)展的策略。從成像方式看，既有光機掃描成像的技術(shù)路線，又有電子掃描成像和凝視成像的技術(shù)路線；從紅外焦平面探測器看，既有制冷的，又有非制冷的。從制造紅外焦平面探測器的材料系看，既有量子型的碲鎘汞（HgCdTe）、銻化銦（InSb）、硅化鉑（Pt∶Si）、硒化鉛（PbSe）、砷鎵銦/砷化鎵（In1-XGaXAs/GaAs）等，又有輻射熱型的鈦酸鍶鋇（BST）、鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷材料、氧化釩（VOx）和非晶硅（α∶Si）薄膜材料等。從發(fā)展歷程看，技術(shù)最成熟的6級半導(dǎo)體制冷器制冷40×16元碲鎘汞TDI焦平面探測器+光機掃描成像首先得到發(fā)展并進行了大規(guī)模生產(chǎn)和裝備，具有一定技術(shù)風(fēng)險的非制冷焦平面探測器技術(shù)在發(fā)展成熟后，才進行大規(guī)模生產(chǎn)和裝備。

3）兩種技術(shù)途徑的非制冷長波紅外焦平面探測器

為確保熱成像技術(shù)領(lǐng)先世界，美國從20世紀(jì)80年代末開始秘密研制非制冷長波紅外焦平面探測器技術(shù)。為確保非制冷長波紅外焦平面探測器技術(shù)發(fā)展成功，同時發(fā)展了混合式鐵電型焦平面探測器技術(shù)和集成式微熱敏電阻型氧化釩焦平面探測器技術(shù)。在20世紀(jì)90年代初公布時，采用鈦酸鍶鋇（BST）陶瓷材料的鐵電型、氧化釩（VOx）薄膜的微熱敏電阻型的兩種非制冷焦平面探測器技術(shù)均被突破，采用這兩種非制冷焦平面探測器的非制冷熱像儀都研發(fā)成功、投入量產(chǎn)和裝備，使美國的非制冷熱成像技術(shù)整整領(lǐng)先世界15年。之后采用非晶硅（α∶Si）薄膜材料的非制冷長波紅外焦平面探測器技術(shù)也被突破，采用相應(yīng)焦平面探測器的非制冷熱像儀也研發(fā)成功、投入量產(chǎn)和裝備。目前，鐵電型、氧化釩和非晶硅非制冷焦平面探測器技術(shù)成為。

4）發(fā)展了五輪非制冷焦平面探測器

為確保單兵熱成像技術(shù)的領(lǐng)先，美國持續(xù)發(fā)展了四輪非制冷焦平面探測器技術(shù)（圖1）——以探測器規(guī)模和探測元中心間距為標(biāo)志，第一輪為探測元中心間距51 μm×51 μm的320 × 240規(guī)格，第二輪為探測元中心間距25 μm～35 μm的320 × 240和160 × 120、640 × 480/512等規(guī)格，第三輪為探測元中心間距17 μm × 17 μm的320 × 240、640 × 480/512和1024 × 768等規(guī)格，第四輪為探測元中心間距12 μm × 12 μm的206 × 156、320 × 240、640 × 480/512和1024 × 768等規(guī)格，第五輪為探測元中心間距5 μm × 5μm的1280 × 720等規(guī)格。非制冷焦平面探測器的等效噪聲溫差（NETD）也從第一輪的100 mK降低至目前最低達10 mK（但相對孔徑仍維持在1左右）。

美國發(fā)展了規(guī)格齊全的焦平面探測器，包括160 × 120——四分之一VGA、320 × 240/256半電視規(guī)格（Half TV format）或二分之一VGA、640 × 480全電視規(guī)格（Full TV format）或VGA、1024 × 768準(zhǔn)高清電視規(guī)格或QXGA、1920 × 1080高清電視規(guī)格（HDTV）。

圖1 美國持續(xù)發(fā)展五輪非制冷焦平面探測器技術(shù)

如圖1所示 為確保單兵熱成像技術(shù)的領(lǐng)先，美國持續(xù)發(fā)展了五輪非制冷焦平面探測器技術(shù)，圖為1996年至2012年的技術(shù)發(fā)展歷程。

5）發(fā)展了單兵熱成像通用組件、通用模塊、通用整機

美國同時發(fā)展了單兵熱成像通用組件、熱成像通用模塊、熱成像通用整機，圖像處理軟件實現(xiàn)了用戶可參予、可定制，顯著降低了體積、重量和功耗，較好的滿足了單兵熱像儀的“尺寸-重量---功耗”（SWaP）限。

6）單兵熱像儀形式多樣化

非制冷熱成像通用組件和熱成像通用模塊的發(fā)展，既降低了單兵熱像儀的研發(fā)和生產(chǎn)的技術(shù)門檻，使中、小公司也可以開發(fā)和生產(chǎn)包括便攜式熱像儀、手持熱像儀、單筒熱像望遠鏡、雙筒熱像望遠鏡、輕武器熱瞄鏡、頭盔熱像儀等單兵熱像儀，型號數(shù)量超過100個，又提高了單兵熱像儀的可靠性、壽命和戰(zhàn)術(shù)使用能力。

7）發(fā)展了單兵熱像儀豐富的應(yīng)用軟件

發(fā)展和應(yīng)用了功能豐富的單兵熱像儀應(yīng)用軟件，包括多種模式的非均勻性校正、多種模式的瞄準(zhǔn)線/分劃線、熱圖像測距功能、多樣化的圖像處理模式、偽彩色和“智能染色”、輻射測溫、熱圖像與可見光/微光圖像的融合、熱圖像視頻及其幀凍結(jié)圖片的存儲等等，提高了熱圖像的畫質(zhì)，增強和完善了功能。

8）多種傳感器與熱像儀的綜合集成

在單兵熱像儀中集成了可見光電視、激光測距機、激光光電標(biāo)示器、GPS接收機、微型陀螺組件、氣壓高度計、傾斜儀等，擴展了功能。

9）增加了內(nèi)置存儲器

在單兵熱像儀中增加了內(nèi)置存儲器，具有記錄視頻和圖片、進行事后回放的功能。

10）增加了藍牙或Wi-Fi

在單兵熱像儀中增加了藍牙或Wi-Fi，可以進行無線遙控、將記錄的視頻或圖片傳到網(wǎng)絡(luò)上和他人分享、或在智能手機、平板計算機、電視等網(wǎng)絡(luò)終端上回放。

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