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光电隐身技术范文1
关键词:红外隐身 策略 波段
1、引言
红外隐身技术于20世纪70年代末基本完成了基础研究和先期开发工作,并取得了突破性进展,已由基础理论研究阶段进入实用阶段。从20世纪80年代开始,国外研制的新式武器已广泛采用了红外隐身技术。本文针对近红外波段、中远红外波段、双波段的红外隐身策略进行了相关研究,并展望了红外隐身技术的发展趋势。
2、红外隐身技术概述
红外隐身是通过降低或改变目标的红外辐射特征,实现对目标的低可探测性的。这主要是通过改变结构设计和应用红外物理原理来衰减,吸收目标的红外辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标。
2.1 降低目标的红外辐射强度
红外辐射强度与平均发射率和温度的四次方的乘积成正比。因此降低目标表面的辐射系数和表面温度是降低目标红外辐射强度的主要手段。它主要是通过在目标表面涂敷一种低发射系数的材料和覆盖一层绝热材料的方法来实现的,即包括隔热、吸热、散热和降热等技术。从而减少目标被发现和跟踪的概率。几何形状的设计对被动探测没有什么影响,但是红外吸波涂层对降低热发射率具有很大作用。热发射率包括两部分:热反射率和热发射率。前者指材料在红外光源照射下反射红外线的强度,后者指一定温度下材料的红外本征辐射强度。低发射率的材料一般反射率较高;低反射率的材料则发射率较高。
2.2 改变目标红外辐射的大气窗口
主要是改变目标的红外辐射波段。大气的红外窗口有以下三个波段:1～2.5、3～5和8～14。红外辐射在这三个波段外基本上是不透明的。根据这个特点,可采用改变己方的红外辐射波段至对方红外探测器的工作波段之外,使对方的红外探测器探测不到己方的红外辐射。具体做法是改变红外辐射波长的异型喷管或在燃料中加入特殊的添加剂;用红外变频材料制作有关的结构部件等。
2.3 采用光谱转换
采用特定的高辐射率的涂料将其涂敷在武器装备的部件上,以改变其红外辐射的相对值和相对位置;或使目标的红外图像成为整个背景红外图像的一部分;或使目标的红外辐射位于大气窗口之外而被大气吸收,从而使对方无法识别,达到隐身的效果。
2.4 辐射抑制
辐射抑制包括以下各种技术:中间夹杂空气、利用气流自然对流、强制气流对流、采用夹层液体、采用导热管、采用液体环路、采用多孔层、采用隔热毯、利用目标本体遮挡;利用裙板遮挡目标运动时因摩擦生热而形成的红外辐射、用等离子体技术涂敷氧化锆隔热陶瓷涂层,降低金属外露热壁温度等等。
3、近红外波段的红外隐身
实现近红外波段的红外隐身,要求目标的红外反射特性与环境一致,其主要策略为:
3.1 使用改变表面发射系数的涂料
红外成像探测的是背景和目标发射的热辐射能量,其图像的对比度由二者辐射能量的差别决定。因此,实现隐身的技术途径之一,是寻找改变目标的表面发射特性的材料。
3.2 使用降低目标表面温度的绝热材料
大部分目标（如人、汽车等）其温度都高于背景温度,热成像系统正是利用这种温度差别来识别军事目标。理论分析表明,如果能有效地降低目标的表面温度,将会收到较好的伪装效果所以,可采用对目标涂敷或覆盖一层绝热材料,此材料需对红外辐射有极强的吸收性能即对红外不透明。
4、中远红外波段的红外隐身
实现中远红外（热红外）波段（3～5、8～14）的红外隐身,则以控制目标的红外辐射,降低与环境的对比度为主。常采用的方法包括:
4.1 采用低发射率涂层
中远红外的伪装涂层通常采用低发射率涂层,以弥补目标与环境的温度差（即辐射差别）,如采用ZnO。美国防部材料研究所的研究指出,在8～14波段有三种低发射率涂层;(1)涂料,微粒包括半导体、金属氧化物、黑色颜料,粘合剂可用烯基聚合物、丙烯酸、氨基甲酸乙脂等,如把铝碎屑加在涂料中,发射率为0.15左右,还可进一步降低。(2)半导体膜。(3)类金刚石碳膜,在铝薄板上镀一层碳,形成硬如金刚石的涂层（DHC）。另外,两层染色聚乙烯中间放一层蒸发铝薄片,压叠后发射率为0.2;人员的热屏蔽也可采用低发射率的织物外套。
4.2 采用隔热模型
把目标温度特征隔绝在隐身器材内。当目标温度较高,辐射特征很明显时必须考虑采用。降低目标表面温度的泡沫保温材料有泡沫塑料、聚苯乙烯醋和聚氨脂,适合于坦克表面隔热,若隔热更高温度的目标,宜用硅橡胶。
4.3 采用红外变频材料
采用红外变频材料改变目标的辐射特征,进行红外光谱特征扫描的防护。这是更高层次的隐身复合材料。
5、双波段红外隐身
(1)当红外隐身材料的辐射率降低到0.5左右时,目标辐射温度完全可以降至背景低温区辐射温度范围之内,结合适当的隐身设计,足以满足目标的红外隐身要求。
(2)相同辐射率目标中波和长波的红外辐射温度不同,中红外辐射温度比远红外辐射温度高,且目标红外辐射率越低,其辐射温度的差值就越大。
(3)目标所处背景宜选择那些具有不同辐射温度景物的斑驳背景,并根据不同背景的辐射特性,计算确定与背景相适应的隐身材料红外辐射率,以使中、远红外波段辐射温差完全融入斑驳背景温差噪音之中,从而达到双波段红外隐身的目的。
6、红外隐身技术的发展趋势
红外隐身技术的发展方向主要有四个:(1)研究全波段隐身技术,即要兼顾红外隐身、可见光隐身、激光隐身,也要考虑到雷达隐身。(2)对目标的全方位隐身。(3)红外隐身技术的多功能。(4)红外隐身措施的低成本。而这四者中全波段隐身技术是当今研究的主流方向,这种技术主要依靠于优良的隐身材料。军用装备在战场上可能同时面临可见光、红外、激光和雷达等多波段侦察设备的威胁,因此,对抗多种仪器、探测多波段兼容隐身材料是隐身技术发展的重要方向。
参考文献
[1]栗苹.信息对抗技术[M].北京:清华大学出版社,2008.
[2]冯云松,路远,范彬.一种动态红外隐身技术的实现与分析[J].激光与红外,2007(6):558～560.
光电隐身技术范文2
关键词:材料;功能材料;功能材料分类
中图分类号:TB34 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0202-01
一、功能材料及其分类
功能材料的分类非常复杂,主要原因是功能材料的研究,生产和应用宽泛,因此,导致功能材料的种类繁多,存在很多分类依据。
(一)能源材料
为了克服已经不容忽视的环境和能源问题,积极大力开发能源材料已经成为全世界各界人士的共识。目前的新能源主要有太阳能、地热能、风能、海洋能、氢能、生物质能和核聚变能等。广义的说,凡是能源工业及能源技术所需的材料都可称为能源材料。目前从材料研究角度,能源材料可以大致分为新能源材料、节能材料、储能材料。
(二)生态环境材料
生态环境材料是指那些具有良好的使用性能同时又满足环保要求,与环境相互作用能产生优良的环境协调性的材料。环境材料一般需要具有一定的先进性, 环境协调性,舒适性。如平时大家购物使用的方便袋,丢弃后往往会由于材料降解能力差而浮于地表,形成大地的“白色癌症”,对土质有很大伤害。
(三)生物医学材料
生物医学材料指的是一类与生物系统 如人体循环系统等直接接触,并能够发生相互作用,以诊断、治疗或替换生物机体中被疾病或外伤损坏的组织和器官或增进其功能,同时对人体组织不会产生不良影响的材料的统称。
仿生材料也是生物材料的一个分枝。目前关于仿生材料的最新研究成果是一种人造蜘蛛丝纤维,若其得到研发,那么研发出稳定的人造蜘蛛丝纤维将在很多领域得到应用,比如手术缝合材料, 自动化工业使用的纤维,防弹背心等。
(四)隐身材料
隐身技术在军事上的准确术语应该是“低可探测技术”: 即通过技术手段来改变自己本身具有的可探测性信息特征,从而使对方探测系统发现自己的概率降低。在某种程度上讲,隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸,是伪装技术的技术含量不断增加和发展的结果。隐形技术一般包括雷达隐形、红外隐形、磁隐形、声隐形和可见光隐形等。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。
(五)防弹材料
防弹材料是指能够实现防止子弹杀伤而具有保护一定保护能力的材料。在所有防弹材料制备的器件中,防弹衣是典型的实例之一。作为一种重要的个人防护装备,防弹衣材料研究经历了由最初的金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡后,又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。
(六)发光材料
发光材料即在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。发光材料的种类繁多, 按照发光材料的发光方式主要类型有:光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。光致发光粉主要制作发光油墨、发光涂料、发光塑料、发光印花浆的理想材料,是发光材料的一个典型应用。
(七)光电材料
光电材料是指应用制造各种光电设备的材料。光电材料主要包括激光材料,红外材料,光纤材料,非线性光学材料等。
1.激光材料:激光材料就是把各种电、光、射线能量转换成激光的材料。
2.红外材料:红外材料一般指与红外线的辐射,吸收和透射和探测等相关的材料。红外材料主要有两类:红外探测材料和红外透波材料。
3.光纤材料:光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中能够全反射原理而达成的光传导工具。光纤一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。
4.非线性光学材料:非线性光学指的是光与物质相互作用时产生的光频率改变等非线性光学效应,之所以叫非线性是因为频率发生改变,而光的出射光强与入射光强不成正比例关系,一般成平方或高次方关系。
(八)杂化材料
“杂化材料”即把两种以上不同种类的有机、无机材料在一定的尺寸级别上杂化,产生具有新结构、新性质、新功能的物质。所以,杂化材料一般指两种以上、不同种类的有机、无机、金属材料在原子、分子水平上杂化,从而产生具有新型原子、分子集合结构的物质,含有这种结构要素的物质称为杂化材料。杂化材料可分为三类:功能杂化材料,结构杂化材料,医用杂化材料,且纳米杂化技术是未来生物材料发展的重要方向和关键技术。
(九)梯度功能材料
所谓梯度功能材料是指材料的组成和结构能够实现连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型的功能性材料。从材料的结构角度来看,梯度功能材料与均一材料以及复合材料均不同。梯度功能材料可以存在多种存在组合方式,拥有灵活的梯度变化方式,可以是梯度功能涂覆型,梯度功能连接型,梯度功能整体型。这些特点使材料在不同区域会具有不同的功能。功能梯度材料的应用领域十分广泛。
(十)智能材料
智能材料的构想最初来源于模仿大自然中生物的一些独特功能来制造人类能够使用的"活"工具,如模仿蜻蜓制造飞机等等。智能材料的目标就是想研制出一种材料,使它成为具有类似于生物的各种功能的的材料。目前智能材料一般多由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。 材料一般比较单一,难以满足智能材料的要求,这使智能材料的设计,制造,加工和性能结构特征相关的研究成为材料科学的最活跃和最先进的发展方向。
二、功能材料的发展趋势
光电隐身技术范文3
关键词：电磁场与电磁波；光电信息类专业；教学改革
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0042-02
“电磁场与电磁波”作为光电信息类本科专业的专业基础课。通过学习，使学生能够运用场的观点分析有关问题，完善知识结构，提高专业水平，为后续课程的学习奠定基础[1]。然而“电磁场与电磁波”却是公认的难学、难教的专业基础课程之一[2]。而且，南京邮电大学许多专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等与电磁场与电磁波密切相关的专业课程，对“电磁场与电磁波”的教学提出了更高的要求。
一、“电磁场与电磁波”教学现状
1.内容多，课时少，缺乏更新。为了适应专业的发展和拓宽学生的知识面，相应地增加了与专业相关的课程，导致“电磁场与电磁波”课时减少。“电磁场与电磁波”的教材大都是面向电子信息类相关专业，且专业课不断追踪学科发展前沿，而作为基础课的“电磁场与电磁波”教学内容得不到及时调整与扩充。
2.知识面宽，理论性强，概念抽象。课程中重要原理、定理和公式比较多，需要许多数学、物理知识。且课程中许多物理场的数学描述，大多需要严密的数学推导。另外，电磁场是一种抽象的物质存在形式，课程中的概念比较抽象。
3.纯理论教学，缺乏实践与应用。大多数开设“电磁场与电磁波”课程的院校由于受到实验条件的限制，只进行纯理论的教学，造成理论与实践、应用脱节。
4.考核方式陈旧。目前的考核方式基本上还是以考试为主、平时成绩为辅的考评机制。平时成绩主要包括作业和出勤。但作业存在抄袭现象，出勤由于时间问题也只能抽检。造成平时成绩的考核会出现比较大的偏差。
二、提高教学质量的新方法
1.教学内容。①合理调整适合光电信息类专业的教学内容。光电信息类专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等专业课程，与这些专业课程相关的“电磁场与电磁波”内容有时变电磁场与电磁波传播、导行电磁波、电磁波传播模式、色散等，应重点掌握这部分内容，因此在学时的分配上，应增加这部分知识的讲授时间。而均匀平面电磁波的传播是电磁波传播部分的基础，因而，也应详细讲解与阐述。为了使学生更好地学习有关专业课程，在讲授导行电磁波这部分内容时，可以穿插一些与其紧密相关的光波导方面的内容。②紧密跟踪学科发展前沿动态。为了保证教学内容与时俱进，“电磁场与电磁波”的教学内容应紧密跟踪学科前沿的发展动态。只有这样，教学内容才不至于陈旧，落后于当前学科的发展，才能不断向前发展。近年来，随着未来宽带光网络与无线网络的发展和融合，高容量信息技术需求的高速发展，出现了微波光子技术。微波光子技术集中了微波技术和光子技术的优点，使微波与光子在概念、器件、电路和系统等方面有机结合。当前，微波光子技术非常重要，发展也很迅速。因而，有必要在“电磁场与电磁波”的教学过程中，适当补充一些与“电磁场与电磁波”教学内容相关的微波光子技术的研究内容与前沿动态，可提高学生的学习与研究兴趣，同时，还能够培养适应当前社会发展需要的新时代的学生。
2.教学方法。①理论知识与实际应用相互交叉教学。学生往往对知识的应用比较感兴趣，因而，在理论教学中应紧密联系实际应用。一开始就要在绪论中介绍电磁波在电力工业、移动通信、射频识别、卫星通信、雷达探测、隐身技术等领域的应用，提高学生对这门课的兴趣。除此之外，还应在理论教学过程中，紧密地穿插一些具体的应用，特别是一些比较新的科技前沿的应用。这样可调动学生的学习兴趣，也可丰富学生的科技知识，从而提高学习与教学效果。②适当借鉴研究性教学。虽然教学手段在技术上不断更新，却仍然无法摆脱单纯由教师讲授的教学模式。而研究性教学是一种新的教学模式，它要求引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神[3]。适当在“电磁场与电磁波”中应用研究性教学方法，设置与教学内容相关的研究型课题，引导学生在课堂上进行思考和讨论。也可以让学生以分组的形式，课后利用网络资源，尤其是图书馆的电子数据库资源对研究性课题进行研究。一方面可激发学生的学习热情，加强对所学知识的理解和进行综合运用的能力，提高学习效果；另一方面，可让学生获得研究的经历，为学生以后的工作和进一步深造奠定基础。③适当安排实验教学。“电磁场与电磁波”课程在大部分院校中主要进行理论教学，使学生感觉枯燥无味。为激发学生学习热情和兴趣，可适当安排实验教学。在没有实验设备的情况下，也可以利用Matlab等软件进行仿真实验。Matlab拥有大量的二维、三维图形函数以及丰富的图形表现功能。利用Matlab可绘制电偶极子和同轴电缆线电场线、等势线等。也可以进行均匀平面电磁波、球面电磁波在自由空间传播过程仿真，矩形波导的场量分布仿真等。通过仿真实验，能够帮助学生理解抽象的物理内容，激发学生对本课程的兴趣，同时也能够加深学生对基础知识的理解，锻炼学生观察和分析问题的能力，从而培养他们的初步科研能力。④现代教学方法和传统教学方法相结合。在“电磁场与电磁波”课程的教学中需要综合利用多媒体和传统的板书教学手段。充分利用多媒体的强大图形、动画功能，可把抽象的内含的物理过程充分演示出来，有效地帮助学生透彻理解物理本质并有效掌握所学内容。另外，由于“电磁场与电磁波”课程具有较多的公式与定理，不仅要知道公式与定理本身的内容，更应知道公式的来龙去脉。而且，在公式的反复推导过程中，可达到复习的效果，牢固掌握以前所学的知识。公式的推导过程如果还利用多媒体，很容易使学生感觉枯燥无味、产生疲劳，而板书则可使推导过程达到最佳效果。
3.考核方式。适当增加笔试以外的成绩。可以课堂设置一些基本问题，让学生课后思考与复习，然后通过抽查的方式以督促学生学习。也可以针对不同的学生设置不同的问题。对学生不定时进行随堂小测试，以消除因作业存在抄袭带来成绩评定的偏差。另外还可以适当布置Matlab仿真小实验，现场考察学生的Matlab仿真。通过增加笔试以外的成绩评定，这样可较真实地考察出学生对基础知识、基本理论的掌握情况以及解决实际问题的能力，也可提高学生的积极性，杜绝个别学生想通过抄袭蒙混过关的现象。
为提高光电信息类专业的“电磁场与电磁波”课程的教学质量，不仅要求教师在教学中不断探索新的教学方法以激发和培养学生的学习兴趣，而且要求教师本身还要不断地提高自己的业务水平，特别是科研水平。只有这样，才能不断提高教学质量，培养适合社会需要的新型人才。
参考文献：
[1]关建飞，倪新建，徐宁.光电信息类本科专业《电磁场理论》教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（14）：206-207.
[2]张平娟，丁西明.“电磁场与电磁波”课程教学内容优化与教学方法分析[J].中国电力教育，2012，（30）：48.
