最近美以伊戰(zhàn)爭(zhēng)牽動(dòng)世界，伊朗伊斯蘭革命衛(wèi)隊(duì)宣稱，他們的國(guó)產(chǎn)防空系統(tǒng)，再次擊落了第二架F35，而擊落F35的原因也曝光了，成本竟然只要數(shù)萬(wàn)美元，就將上億美元的空天利器摧毀，破除了F35的隱身神話，他是怎么做到的？核心就在于—多光譜攝像機(jī)。它除了可以探測(cè)可見(jiàn)光之外，還能夠探測(cè)紅外光、紫外光、近紅外線，熱紅外線等，因?yàn)镕35只是雷達(dá)隱身，它并不具備光學(xué)隱身，雖然雷達(dá)探測(cè)不到，但是用高清的攝像頭，是完全可以拍到的，而且它屬于靜默探測(cè)，沒(méi)有雷達(dá)信號(hào)不會(huì)暴露出自己的坐標(biāo)，而且它的成本相對(duì)極低，在本土作戰(zhàn)，可以提前大規(guī)模部署，這款性價(jià)比神器讓世界為之驚訝！

一、紅外全光譜相機(jī)：概念與分類

所謂"紅外全光譜相機(jī)"，是指在紅外波段具備寬譜響應(yīng)能力的光電探測(cè)設(shè)備，通常覆蓋近紅外（NIR，0.7—1.0μm）、短波紅外（SWIR，1.0—3.0μm）、中波紅外（MWIR，3.0—5.0μm）和長(zhǎng)波紅外（LWIR，8.0—14.0μm）等多個(gè)子波段。不同波段對(duì)應(yīng)不同的物理信息：

二、核心工作原理

紅外探測(cè)器的本質(zhì)是光電能量轉(zhuǎn)換器件。其工作原理基于光子探測(cè)效應(yīng)：當(dāng)紅外光子入射至半導(dǎo)體探測(cè)材料時(shí)，光子能量被材料吸收，激發(fā)載流子（電子-空穴對(duì)），產(chǎn)生與入射輻射強(qiáng)度成正比的光電流信號(hào)。

軍用級(jí)紅外焦平面陣列（IRFPA）是當(dāng)前先進(jìn)防空紅外搜索與跟蹤系統(tǒng)（IRST）的核心組件。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1：紅外焦平面陣列（IRFPA）結(jié)構(gòu)示意圖——紅外像元芯片經(jīng)銦柱互連至硅基讀出電路（ROIC）

整機(jī)系統(tǒng)的工作流程可概括為四個(gè)環(huán)節(jié)：

圖2：紅外熱成像系統(tǒng)基本原理——目標(biāo)紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚，由探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電路處理后生成熱圖

① 目標(biāo)輻射采集：飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴口溫度可達(dá)800—1200K，輻射峰值落在中波紅外3—5μm波段。光學(xué)系統(tǒng)（鍺透鏡或硒化鋅透鏡）將紅外輻射聚焦至焦平面陣列。

② 光電信號(hào)轉(zhuǎn)換：探測(cè)器材料（如碲鎘汞MCT、銻化銦InSb、銦鎵砷InGaAs等）在入射光子激發(fā)下產(chǎn)生光生載流子。制冷型探測(cè)器工作在77K（液氮溫級(jí)）或更低溫度，以抑制熱噪聲，實(shí)現(xiàn)高靈敏度探測(cè)。

③ 信號(hào)讀出與處理：讀出集成電路（ROIC）逐像素采集光電流，經(jīng)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)。后端處理單元完成非均勻性校正、背景消除、目標(biāo)增強(qiáng)等算法。

④ 目標(biāo)識(shí)別與跟蹤：系統(tǒng)通過(guò)多波段信息融合、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，在復(fù)雜背景中提取低可觀測(cè)飛行器的航跡信息，并引導(dǎo)防空武器實(shí)施攔截。

圖3：紅外光電傳感系統(tǒng)架構(gòu)——從太空/空基探測(cè)到信號(hào)處理的完整鏈路

三、關(guān)鍵紅外光電元器件

現(xiàn)代軍用紅外探測(cè)系統(tǒng)的性能瓶頸，很大程度上取決于上游核心元器件的水平，在成像與電路系統(tǒng)中，就廣泛使用二極管、三極管類核心器件，是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

其感光像素核心為光電二極管，負(fù)責(zé)接收可見(jiàn)光、紅外等多波段光信號(hào)并完成光電轉(zhuǎn)換，不同波段對(duì)應(yīng)不同材料二極管，以適配多光譜探測(cè)需求。每個(gè)像素內(nèi)部還集成多個(gè)MOS 場(chǎng)效應(yīng)管，用于電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)復(fù)位、放大與行選通，完成微弱光信號(hào)的讀出與初步處理。

外圍電路中，三極管、MOS 管用于信號(hào)放大、時(shí)序控制、電源驅(qū)動(dòng)及濾光片、制冷模塊控制，保證多光譜圖像穩(wěn)定輸出。

圖4：典型軍用紅外熱成像觀測(cè)設(shè)備

四、技術(shù)趨勢(shì)與思考

曾幾何時(shí)，隱身技術(shù)，就是美軍空中霸權(quán)的免死金牌，從F17在巴拿馬悄悄進(jìn)村，到F2在演習(xí)里打出驚人的交換比，再到F35被包裝成會(huì)飛的超級(jí)計(jì)算機(jī)，大家潛意識(shí)里都覺(jué)得，只要我有隱身，就能來(lái)去無(wú)蹤，但這次，伊朗用實(shí)際行動(dòng)告訴全世界，強(qiáng)者也并非元懈可擊，現(xiàn)在的戰(zhàn)爭(zhēng)武器越做越復(fù)雜，但決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的終究還是人，再先進(jìn)的系統(tǒng)，只要是人造的，就有漏洞，只要你有規(guī)律，就能被捕捉，打破桎梏，便能出奇制勝。紅外探測(cè)技術(shù)再次以意想不到的方式讓更多人了解，而當(dāng)前紅外探測(cè)技術(shù)正朝著多波段融合、大面陣、高幀率、智能化方向快速演進(jìn)，這也是為什么具備自主紅外探測(cè)能力的國(guó)家，在防空體系中擁有獨(dú)特的非對(duì)稱優(yōu)勢(shì)。

審核編輯 黃宇