工程装备停车场热图像特征及防护研究

周若冲，康青，沈志强，陈善静，韩昊，周冲

（陆军勤务学院 军事设施系，重庆 401311）

0 引言

工程装备停车场是战争条件下供陆军工兵部队停放、集结与整备各种功能型战车与施工车辆的重要场所。在时间就是生命的信息化现代战争中，工兵部队无论是修路架桥、开设渡场，还是排障通路、搭建设施，都离不开各种车辆的辅助。因此，工程装备停车场的安全与否，直接关系到作战部队能否得到良好保障，作战行动能否顺利进行。

随着战争逐渐迈入信息化智能化时代，在不分昼夜的全天候作战中，具备穿透夜幕能力的红外技术得到广泛应用。热红外侦察自本世纪70年代以来获得了飞速的发展，国内外军队已装备了越来越多的红外器材，大多数军事目标已处在红外侦察的威胁之中[1]。由于军事车辆与普通地面背景有明显不同的热辐射特征，极易被热红外侦查器材所发现[2]，在发现即摧毁的一体化打击模式下，不便移动而作用重大的工程装备停车场正面临更大考验[3]。

作为军事斗争的重要环节，伪装设计是伪装能力的重要基础和保障[4]。本文以目前较为广泛采用的三种工程装备停车场为实际案例，对各自的热图像特点及其背后的成因进行分析，以期探索出适用于工程装备停车场的反红外伪装技术方法，尽可能地减少工程装备停车场在战时受到红外频段侦查与打击威胁，确保其能发挥自身的保障能力。

图1 道路与环境关系（热成像图）

图2 清晰可见的工程车辆（热成像图）

图3 露天停车场（热成像图）

1 工程装备停车场热图像分析

1.1 露天停车场热图像分析

露天停车场的道路多为水泥或石子路面铺就，其材质具有比热容较小，受环境温度影响大，发散率较高，辐射能量较大的特点，在晴朗天气下与周围植被在红外图像中将形成较大的差异（图1），具有较为明显的暴露征候。

停放在露天停车场的车辆，在晴朗天气下，由于金属外壳的比热容极小，受阳光照射时温度迅速升高，使车辆呈现出整体发热的趋势，与周边环境形成较为明显的辐射能量差值。因此，露天停放的军事车辆在红外图像中，图形特征的轮廓非常清晰，细节一览无余，极易识别与精确判读（图2）；在热特征上与房屋、植物和地面间形成显著明亮斑块（图3）。尽管部分车辆采用了蒙布进行人工遮障伪装，但是由于使用的垂直遮障往往过于贴近车辆的金属外壳，受热量的影响而无法起到有效的伪装作用，只对车辆外形进行有限的改变，难以影响车辆热红外辐射的分布，只能有限度地干扰红外图像对车辆型号与功能的判读。

1.2 具备简易车棚的停车场热图像分析

具备简易车棚的停车场往往由金属脚手架，及具有遮阳或防水功能的帆布在道路单侧或两侧搭建，停车场道路同样采用水泥或石子路面铺就（图4）。在晴朗天气下，帆布车棚受不同材质的影响，辐射能量也会有显著差别（图5）。当选取正确得当的材质时，其辐射能量将远低于石子道路，在毗邻植被的地域使用时可以获得一定的伪装效果。但是应当注意到，由于军事车辆的自重较大，对路面有一定破坏作用，泊车时反复碾压会留下较为明显的车辆轨迹，容易留下一定暴露特征（图6）。并且矗立的车棚对日间阳光产生了遮挡，不仅在热图像上可以看到较为明显的道路温差，更在可见光频段上留下了极易识别的深色阴影。

在简易车棚的遮障作用下，尽管车辆依然受到部分阳光照射的影响升温，但有限的热量往往集中在车辆的顶面投影上。车辆顶棚、发动机前盖与不能完全遮盖的轮胎受阳光照射作用产生的热辐射较强，当面对飞行器侧视侦查的威胁时，自身的红外暴露特征依然较大。

图4 简易车棚停车场（热成像图）

图5 不良材质的车棚（热成像图）

图6 车辆对道路的破坏

1.3 架设伪装网的停车场热图像分析

架设伪装网的停车场由多张伪装网对单车或成片区域进行水平和垂直遮障伪装，停车场道路采用泥土或石子路面铺就，并上覆小斑点迷彩伪装网进行伪装。泊车区域伪装网通过材质的选取，在热特征层面与周围环境差异较小；同时通过以小角度延伸搭接地面的覆盖方法消除阴影和太阳辐射差值，在可见光频段与红外频段的伪装效果也相对较好（图7）。覆盖了小斑点迷彩伪装网的停车场道路相对前两种停车场道路而言部分减弱了石子路面的强烈的热辐射特征，具有一定反红外伪装能力，但依然无法消弭暴露的风险（图8）。

图7 假设伪装网的停车场（热成像图）

图8 地面铺设伪装网伪装（热成像图）

在架设伪装网的停车场中，其热图像中的暴露征候除不能完全掩盖的道路外，主要来自启动的车辆或正在工作的各种工程设备（图9）。其原因主要有两点：一是伪装网架设时贴近各种设备外壁，受设备的温度变化影响很大，一旦设备因工作升温，伪装网也会随之产生明显温度变化，丧失伪装能力（图10）；二是当电源未接通时，各种设备的热辐射极低，一旦开机，则会产生明显的发热迹象。因此伪装完成后立即进行检查评估往往会得到错误的结果，只有工作一段时间后才能进行整改（图11）。

图9 伪装网下发热设备（热成像图）

图10 开机的电器设备（热成像图）

图11 需二次伪装的车辆（热成像图）

2 工程装备停车场反红外伪装研究

2.1 热红外伪装原理

大多数军事目标都是有热源的，红外成像和红外制导对目标的发现、识別和跟踪主要依据就是目标与背景的红外辐射对比特性及其成像特征[5]。

热红外成像系统主要在中、远红外波段依靠接收目标自身辐射的能量来发现和识别目标。热红外成像系统通常是计算机中预设某个发射率值，再由计算机将接收到的红外辐射能量差异反推为直观的温度差异，并将其转换成灰阶图像、红绿图像或彩红外图像等，进而直观地反映出目标辐射温度分布。对于红外侦察和制导而言，发现和识别目标利用的是目标区别于周围背景的辐射能量、辐射区域、辐射波段等特征。与可见光相比，它不具备光谱识别能力，而且分辨率和对比度较低[6]。因此，要实现热红外伪装，就要尽可能地降低目标与背景的辐射对比度的差异[7]。

根据斯蒂芬-玻耳兹曼定律以及发射率的定义，对于发射率为ε的物体，在单位时间内单位表面积上向半球空间辐射出的总能量为

该公式中：σ为黑体辐射常数；ε为物体发射率；T为物体的表面温度。

由该公式可以看出，辐射强度M与物体发射率ε、温度T皆呈正相关。其中发射率ε代表着不同材质的物体放射或吸收能量的能力，例如，由金属部件构成的工程车辆，其发射率可近似认为0.69，在野外环境中，植被发射率可近似认为0.90，砂石发射率可近似认为0.96。此外，辐射强度M受温度T的影响极大，温度T每提高一度，辐射强度M将提高其四次方倍。因此若想要让目标融入到背景环境中，得到更好的伪装效果，需要缩小伪装目标与周围环境的辐射对比度差异。可以通过改变伪装目标的发射率ε和温度T，从而达到改变辐射强度M的目的，实现伪装需求。

2.2 工程装备停车场反红外伪装方法

2.2.1 利用变形遮障改变目标的红外辐射轮廓

变形遮障是可以改变目标图外形的遮障，既可以用现有的制式伪装遮障制作，也可用就便材料制作。通过与周边环境材质相近的变形遮障，可以改变伪装目标的发射率与外形，使其尽可能贴合环境。

在二战期间，美国军方为了确保生产重要战机的洛克希德工厂安全无虞，聘请了好莱坞舞台布景设计师戴特莱利用变形遮障在工厂上方进行精密的变形伪装。通过诸多用伪装网、胶合板和其他材料组合，制成假房屋与假树，甚至利用不同颜色的伪装网制作出纵横交错的假街道。从上方看去，面积巨大的厂房看上去颇似一个再平常不过的居民社区。这说明，在可见光频段对区域性目标进行大面积伪装是具有理论可行性与实际可操作性的。

工程装备停车场也同样可以通过加入了反红外伪装材料的变形遮障进行区域性伪装，从而改变整个停车场区域的地形地貌。应当注意，在进行伪装时，应以削弱暴露征候为目的，不仅对停车场主体施以隐蔽伪装，还需要通过遮障伪装措施削弱目标与周围山体、植被背景的反射特征[8]，从而使仿造的图像斑点、表面状态及波谱特征应与背景相匹配，使得目标区域图案成为背景斑点的自然延伸[9]。

地面上车辆的伪装效果很大程度上依赖于停车场本身是否得到了良好伪装，而拥有装备优势的停车场可以在较短时间内完成一片较大区域的伪装展开与撤收，区域性伪装在某种程度上成为了工程装备停车场的优势所在。

2.2.2 制作反红外假目标

假目标技术是各种伪装技术中“隐真示假”的多种重要手段之一。反红外假目标在降低红外频段侦察与识别系统对真目标的发现概率，增加其误判率，引诱精确制导武器的打击，提高真目标的生存概率等方面有着无可比拟的作用。由于温度T与辐射强度呈四次方倍的关系，因此在反红外假目标制作中，应重点对目标温度进行模仿。此外，在模仿目标的红外辐射特征的同时，也需要对真目标进行一定程度的伪装，达到亦真亦假的伪装效果。

早在科索沃战争中，南联盟军队面对北约的多种红外侦测设备与红外制导的打击手段，积极采取设置红外假目标的伪装措施，通过在几米见方的矩形金属板下利用篝火对其加热，在假火炮炮管中放置装有热水的水瓶等多种简单可行方式，误导了北约先进的红外侦察、观瞄设备与制导武器。致使北约在多次战略性空军行动中不能区分真战车与铁板，真火炮与热水管的区别。反红外假目标使南联盟至少保存了一半的武器装备，极大提高了部队生存能力[10]。

对于工程装备停车场而言，由于停车场设施面积较大，与周边环境相比路面相对平整，道路痕迹明显，在某些情况下，隐真伪装往往无法起到预期的效果，反而可能弄巧成拙。因此，可以通过制作配备热源的假车辆对真战车进行模拟与示假伪装，尽可能减少损失。在假目标制作的过程中应当注意真车辆在热图像中有如下几个显著特点：一是长期露天停放的车辆受材质与光照的影响，整体热辐射强烈。在侧视情况下，车辆轮胎的热辐射特征明显强于车辆侧部（图12）；二是长期在简易垂直遮障下停放的车辆在车顶垂直投影，发动机前盖有相对明显的热辐射特征，当遮障不完全时，靠近遮障暴露位置的轮胎的热辐射特征，随暴露位置越近而越明显（图13）；三是刚刚启动过的车辆在发动机、汽车底盘和轮胎位置都有极强的热辐射特征。应当注意的是，与前两者相比，车辆发热的原因不再是受日照影响而是自身启动的缘故，其热辐射是自内向外的，发动机前盖不再直接产生热辐射，而对发动机的热辐射产生了一定遮挡（图14）。

图12 露天停放的车辆（热成像图）

图13 简易车棚中的车辆（热成像图）

图14 露天停放启动车辆（热成像图）

3 结语

本文从三种常见的工程装备停车场结合热图像对其热辐射特征进行分析，总结了停车场的热辐射特点与成因。并根据红外成像与伪装的原理，讨论了“利用变形遮障改变目标的红外辐射轮廓”与“制作红外假目标”两种伪装手段，总结归纳了每种手段中的伪装要点，以期抛砖引玉，为我军工程装备停车场乃至各种战场设施的伪装带来启发。