微光遥感成像技术在作战中的应用

简武真 熊石祁 秦彦君 甘家松 王红

（国营长虹机械厂 广西壮族自治区桂林市 541000）

1 引言

微光遥感技术是一种无须近距离接触便可以快速对目标进行精准锁定、判别、分析的现代化高新技术，同时还可以采集地表空间图像信息数据，从多个维度、多个层面对目标进行全天候观测，在作战领域发挥着不可替代的重要作用[1]。微光遥感成像技术实质上是结合现代化社会发展需求，基于CCD 成像器件而提出的一种先进技术，通常主要应用微光像增强ICCD，其具有一系列突出优点，如动态范围相对较大、噪声比较低、灵敏度高等。

随着科学技术的进步，世界已经进入到了信息战争的时代。拥有能够在夜间作战和防御的微光遥感设备至关重要，高效、便捷、自动化，并且具有超强动态感知能力的遥感器成为中国国防建设过程之中的重要课题，主要目的是提高微光或者昏暗环境之下的信息采集以及处理能力，提高夜间作战能力。在进一步强化全天候作战能力方面，微光遥感成像技术发挥着至关重要的作用，是国防建设过程中的核心技术[2]。

2 微光遥感成像技术发展概况

微光遥感成像技术是微光遥感相机的核心技术，是在光电子学领域发展起来的。像增强器发展所追求的目标就是提高微光像增强器的信噪比及微光探测器的探测能力，也是国内外微光探测器研究的核心技术。迄今为止，微光成像系统已发展到第四代[3]。第一代微光像增强器蔽性好、体积小、重量小、成品率高，便于大批量生产；技术上兼顾并解决了光学系统的平像场与同心球电子光学系统之间的矛盾，成像质量明显提高。

第一代微光像增强曾在战争中得到装备应用，发挥了重要作用。但在使用中暴露了它的弱点：怕强光，难以在战火纷飞的条件下正常工作，有晕光现象；在越南战争时期，基于作战需求，又成功研发了具备更强性能的产品，即微通道板像增强器，自此之后，第二代微光像增强便顺势“诞生”，并且得到了广泛应用。

对于第二代微光像增强而言，其主要应用了微通道板像增强器，连续型通道板像增强器的基本原理实质上就是其内部附设有一根涂有电子发射材料的细管，将直流电压分别加载至管子两端，如果电子从管子的任意一段成功射入，那么其便会在细长的管壁内产生反复碰撞，从而迸发出更多的电子，在直流电压的作用之下，电子的运动速度越来越快，电子数量也成几何级数进行快速增加，最终使管子另外一端获得更多的电子增益[4]。相较于第一代微光增强，第二代不但质量相对较轻，而且长度体积更小，灵敏度显著提升。同时，当微通道出射的电子数量增加到一定值时，其便会出现饱和的状况，因此突然出现的强光并不会对微光成像系统造成任何损坏，具备十分优良的防强光性能。

表1：国内外微光遥感探测器类型

图1：ICCD 像增强器的实物图

在高性能光电阴极方面的研发获得了巨大突破后，20世纪70年代末期又很快推出薄片式第三代微光像增强器，其是以第二代微光增强器为重要基础，通过合理化的方式把三碱光阴极进行置换处理，即转变为GaAsNEA 光阴极。该光阴极的制作方式非常繁琐、复杂，其实质上就是通过微通道板的二次电子倍增效应实现相关功能，从而提高微光增强器的综合性能。

现阶段，在西方发达国家之中，第二代、第三代微光成像设备被广泛应用，但是随着科学技术的飞速发展，无光晕成像技术、自动门控电源技术等逐步成熟，功能更加先进、高效的微光夜视成像设备被研发，并且展现出了十分优良的性能。自动门控电源技术、无光晕成像技术能够对成效效果进行再次优化，提高画面质量，基于这两项技术而生产的成像增强器便被称之为第四代微光夜视成像设备，其所应用的MCP 通道直径非常狭小，即6 微米左右，有效提高了四代管的鉴别率。GaAs 光电阴极、MCP 之间构成的组合，再加上荧光屏的应用，四代管的光电灵敏度显著提升，鉴别率也得到了强化，但是四代管也存在一定的缺陷，即生产工艺相对比较复杂、价格比较昂贵。

3 微光遥感探测器性能比较

对于不同的微光探测器而言，其对成像质量所造成的影响也存在较大差异，表1详细列出了现阶段国内外微光遥感探测器的常见类型，具体如下：

通过对表1进行观察可以发现，电子轰击电荷耦合器件EBCCD 的生产工艺仍存在一些缺陷，应用效果相对较差。现阶段，应用最广泛的微光探测器主要包括三种，其一是S-CMOS、其二是ICCD、其三是EMCCD，表2之中对这三种微光探测器的各种参数进行了深入对比与分析，具体如下：

EMCCD 实质上就是将增益寄存器直接增添至CCD 结构之中，其主要是利用高时序的电压，把所形成的光电子进行倍增处理，从而实现放大信号电子数的目的，进一步强化探测能力[5]。当EMCCD 对目标光信号进行放大处理的过程之中，器件自身的暗电流噪声、电荷噪声均会随之而被放大，从而造成微光低照度环境对图像信噪比产生一定的影响。另外，由于暗电流噪声对温度相对比较敏感，并且暗电流会被放大，因此其只有处于制冷条件相对较好的环境下才可以正常工作，否则将会造成图像质量严重下降。

S-CMOS 是一种基于CMOS 元器件进行优化、改进而提出的器件，相较于传统CMOS，其读出噪声非常低[6]。由于S-CMOS无增益放大结构，所以处在微光条件下，图像信噪比将会受到自身噪声的严重影响，即便通过一定的方式进一步提高积分时间，也不能使图像的信噪比得到提升，如此一来，图像质量将会严重降低，并且满阱电子还会对信噪比上限造成一定影响。

ICCD 实质上就是在CCD 之前，通过合理化的方式对成像增强器进行耦合处理，以此来进一步强化其探测能力，其具有前置增强级，主要是通过光锥与CCD 进行耦合。想增强器主要是由三大部分构成，其一是光阴极、其二是微通道板MCP、其三是荧光屏。入射光子通过像增强器增益放大处理之后，通过荧光屏直接发出，最后通过锥耦合传达至CCD 不同像元，如此一来，其探测能力将显著提升[7]。ICCD 的增益主要是利用像增强器实现相关目的，其不会形成暗电流噪声，并且读出噪声也不会被放大。同时，MCP在抑制过荷噪声方面具有突出优点，并且微光管具备强光自动保护BPC、自动控制亮度ABC 等一系列基本功能，因此其并不会形成“冰柱式”噪音。

经过上述研究分析可以发现，相较于其它两种图像器件，ICCD 图像器件的综合性能最优，图1详细展示了其实物图。

4 总结

微光遥感成像技术广泛应用在国防检测、军事侦察、军事武器装备等众多高端领域。导弹能在黑夜精确的击中目标，微光遥感成像技术发挥了很大的作用，它能够在夜间获得实时的战场态势信息，获得图像目标的特征信息，再与战场的地图相结合，则可以达到精确制导的目的。微光遥感成像技术对提高导弹以及其他武器装备的夜间作战适应能力、防御能力，提高全天候作战能力都具有重要的战略意义！