，凡是温度高于绝对温度零度的任
何物体都会产生红外线，红外辐射是非相干性
的，并且具有很宽的光谱范围
第26卷第2期 舰船电子对抗 2003，26(2)：5～ 10
多频谱技术的发展和应用
王林桂
(船舶重工集团公司723所。扬州225001)
摘要 在现代战争中。光电／红外技术的应用和研究越来越广泛和深入。从而促进了以光电／红外技
术为基础的多频谱技术的迅速发展和广泛应用。首先介绍红外技术的产生和发展情况以及光谱和红外辐
射光谱区的划分原则。同时阐述光电／红外技术的发展和应用．并对光电仿真的分类和应用作简要介绍。重
点论述多频谱技术的概念及在电子战模拟中的作用，最后陈述多频谱技术的应用和发展前景，强调发展光
电／红外技术和加强多频谱技术应用和研究的重要性。
0 引 言
关键词 电子战 模拟器 多频谱技术
红外技术的发展和进步促进了红外遥感器
技术的发展，多通道红外光谱学的基本应用就是
利用红外遥感遥测技术来进行红外探测定位，我
们将这种技术称为多频谱技术，亦为多光谱技
术。应用多光谱技术的一种重要设备就是多光
谱扫描仪，它是由红外线扫描仪发展而来的一种
遥感探测器，它可以用多个光波段对不同的地形
地貌和目标进行扫描摄像、探测和定位。其工作
波段多，信息量大，所显示的图像易于判读和识
别，便于达到快速、高精度测量、对目标作非破坏
性远距离探测和对地形地貌进行定量和定性分
析研究等。
多频谱技术是军用光电／红外技术应用的重
大突破，而光学、光电子又是光电／红外技术的理
论基础。随着光电／红外技术的发展和进步，多
频谱技术的应用前景日趋广阔，有人预言，21世
纪是光电子的时代，那么，不难想象，21世纪也
是多频谱技术在战争的全过程得到广泛应用和
支持的时代。
1 红外技术的产生和发展
所有的物体都能产生红外辐射。红外辐射
收稿日期：2002一l2—25
是一种热辐射，凡是温度高于绝对温度零度的任
何物体都会产生红外线，红外辐射是非相干性
的，并且具有很宽的光谱范围。科学家们对红外
线很感兴趣，并进行了深入研究。电磁波光学波
中的红外部分，是英国学者赫胥尔于1800年在
研究太阳辐射光谱中的能量分布时发现的。红
外波段位于可见光与无线电波之间，其波长范围
从0．75 m～750 btm。红外辐射在科学和技术
中主要用于光谱学、信息传输和定位。特别是最
近20年来，红外技术获得了特别广泛的应用。
红外线在大气中传播时，由于大气的吸收和
散射作用，会明显地衰减。而在宇宙空间，由于
不存在任何吸收介质，所以红外线的传播只有极
微小的损失。红外线在大气中衰减较小的波段
叫红外大气透过窗。第1个大气透过窗的波长
范围大约为0．75(可见光波段的界限)～ 1．7
btm，称为近红外区。第2个大气透过窗的波长
范围大约为3～5 btm，称为中红外区。第3个
大气透过窗的波长范围大约为7～ 14 m，进入
远红外区的部分。
光谱就是红外线在大气中传播时，按其衰减
的强弱变化，将各个波段分离成不同波长的辐射
区。根据其波长来划分，红外辐射频谱分为近红
外区(NIR，波长为0．7 ～ 3 btm)、中红外区
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6 舰船电子对抗 第26卷
(MIR，波长3～6 m)、远红外区(FIR，波长为6
～
1 5／2m)和超远红外区(WFIR，波长为1 5～
1 000 m)4个波段。
在红外光谱区中，任何物体的光谱成分和辐
射强度取决于其自身的温度和发射率。探测红
外线的红外仪器可以使用各种不同类型的探测
器— — 热型的与光电型的，以及采用一些对红外
线敏感的特种光敏材料。红外仪器能将肉眼看
不见的红外线变为可见光。大多数的红外仪器
都采用了与其结构和工作原理相适应的光电机
构。因此电子装置和光学装置是红外仪器的重
要组成部分，起着主要的作用。电子装置用来处
理经探测器转换的，来自被测目标辐射通量的信
号。光学装置用于汇聚所接收的红外辐射，并使
之落在探测器上。光电机构对辐射目标进行基
本的信息处理，使入射的辐射能量转换成电信
号。而且光学系统在红外辐射波长较短时所具
有的角分辨率，不仅可以根据目标的热辐射来进
行目标定向，而且其精度也是电子仪器所达不到
的。这就为研究和应用红外辐射能量提供了十
分有利的条件。
红外辐射具有人眼不能觉察、抗干扰、隐蔽
和在薄雾中及夜间进行被动探测等一系列特点，
而且它在宽光谱范围内，探测耗度和分辨率高，
体积小，探测距离远。二次世界大战以后，由于
高性能的新型红外探测器相继问世，使红外技术
在军事上获得了广泛的应用和发展。最主要的
红外探测器是光谱仪。红外光谱仪由辐射源，单
色仪和具有记录功能的光学装置所组成。
2 军用光电／红外技术的应用
军用光电／红外技术是以光学、光电子为理
论基础，以激光、红外、光纤、光电传感、信息处理
和微电子等新技术为主体，以精密机械、光学、光
电材料、通用电子和计算机技术为重要组成内容
的最新科技领域。由于采用光电技术，其观察能
力强，探测精度高，传输速度快，识别和分辨本领
强，在军事对抗中应用广泛，隐蔽和生存能力好
且能昼夜全天候使用，可以说现代光电／红外技
术在军事上应用的广泛程度标志着一个国家军
事技术的发展水平，光电／红外技术广泛地用于
各种军事目标的跟踪、制导、报警、夜视、通信、导
航、气象遥测、大地测绘等军事应用领域。
美国的空对空“响尾蛇”导弹最先应用了红
外制导技术进行被动式自动寻的制导，它依靠目
标辐射出的红外线来工作，导弹发射后利用目标
本身的红外辐射进行自动瞄准和跟踪，直至最后
命中。红外制导因其精度高，抗干扰性强，设备
简单，可靠性好，至今仍然是各国广泛采用的制
导方式。在海湾战争中，各种激光制导武器，如
美国研制的“海尔法”(HELLFIRE)、幼畜
(MAVERICK)和法国研制的AS30L型等激光
制导导弹等。激光目标指示器，如美国AN／
TVQ一2型地面激光目标指示器、AN／AVQ 一
19型机载激光目标指示器和MULE组合式通
用目标指示器等。激光测距仪，如美国的AN／
AVQ一25型激光测距仪等设备，在战争中发挥
了巨大的作用。
红外报警是在红外报警卫星的基础上发展
起来的红外技术，它利用红外技术探测对方导弹
的发射，利用红外探测器接收对方的红外辐射，
自动探测目标，实时地向己方提供目标方位、高
度信息和目标的红外辐射强度及目标外形图，以
实现早期报警，从而为防御和反击赢得了足够的
时间。美国从5O年代开始研制红外告警系统，
目前已发展到第3代。
现有的红外报警系统大多采用多元阵列扫
描红外探测器，如英国索恩(THORN EMI)电
子公司为皇家海军研制的ARISE观波段红外搜
索跟踪扫描器，采用光导探测器和光电探测器，
工作在3～5 m 和8～ 14 m 任一波段或两个
波段，扫描形式由程序控制，既可作为360。全景
系统工作，又可作为矩形成像系统工作。
目前欧美国家红外制导和红外侦察报警系
统采用的3～5 m 和8～14 m 红外探测器正
向高级多元列阵凝视探测器方向发展。美国海
军研究实验室研制的“蝇眼”(Fly’s Eye)红外报
警系统，就是一个凝视型威胁报警系统。蝇眼采
用一组大视场锑化铟焦平面列阵子传感器实现
半球覆盖，采用两色光谱空时杂波抑制方法，探
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第2期 王林桂：多频谱技术的发展和应用 7
测导弹羽烟辐射。系统对4～5 m 光谱区的辐
射特别灵敏，其优点是无活动部件，能同时处理
时间、光谱和空间信息，虚警率低，能远距离探测
敌方导弹，可很好地进行早期威胁发射报警，蝇
眼可能是目前最先进的导弹报警系统。目前正
在P一3飞机上进行飞行实验，收集红外背景景
物信息。
红外诱饵是一种成熟而有效的红外欺骗干
扰方法，成本低，结构简单，可与箔条诱饵弹共用
同一发射架，可在地面、飞机上和舰艇上发射。
当红外告警器发现敌方来袭飞机或导弹时，立即
发射红外诱饵弹。红外诱饵弹在舰艇上完成导
弹来袭方向爆炸后产生了3～5 m和8～ 14 m
的大于舰船辐射的红外辐射，欺骗导弹的红外导
引头，使之脱离目标舰艇，跟踪诱饵云。而且红
外诱饵的可见辐射亮度还可破坏导弹上用可见
光光学系统工作的自动跟踪装置。因此，红外诱
饵弹必须具有目标的红外特征信息，必须逼真，
必须被导弹导引头确认为是真实的目标，才能诱
惑具有红外特征识别能力的来袭导弹。
3 多频谱技术概述
多频谱技术亦称为多光谱技术，它是根据多
通道红外光谱学的原理，利用红外遥感进行红外
探测和定位的重要技术。多频谱技术是红外遥
感技术的重要应用。它能同时用多个不同的光
波波段来观察目标，从而获得高分辨率的图像。
多频谱技术是利用多光谱扫描仪来进行扫
描和探测的。多光谱扫描仪是红外遥感技术中
的一种重要设备，它是由红外行扫描仪发展而来
的一种遥感探测器。它可以用多个光波波段(4
～
5个)对目标或地形地貌进行扫描摄像，每个
波段可产生分辨率为3 240×3 240像素的数字
图像，能覆盖地球表面185 km× 185 km 的面
积。其工作波段已由红外扩展到紫外和可见光。
由于波段多、信息量大，所以它显示的图像易于
判读和识别，很容易达到快速、高精度测量、对目
标作非破坏性远距离探测和对地形地貌进行定
量和定性分析研究等目的。因此，随着远红外技
术的发展和进步，新的高精度的探测仪器和各种
传感器的应用，多频谱技术的应用也越来越广
泛。
4 电子战模拟中的多频谱技术
多频谱技术的应用进一步改进了光电／红外
数据处理能力，能进行更可靠的实时威胁探测，
并能综合利用其他探测器和传感器的数据(如远
红外传感器的数据)，更好地对抗多频谱威胁。
因此，多频谱技术在电子战模拟中起着重要作
用。目前光电／红外(EO／IR)威胁正在快速增
长，尤其是IR地空导弹迅速发展。从技术上来
看，光电／红外技术在完成可靠性实时目标检测
和识别方面仍然落后于其它的传感器系统，EO／
IR图像处理技术也较为落后。因此目前还不能
够模拟具有足够保真度的动态红外场景来支持
先进图像处理算法和软件的开发。
此外，目前IR 图像处理软件是基于所记录
数据的使用、预计算数据的数据文件和现场实验
来开发的。现场数据的质量受到测量系统的频
谱、采样和灵敏度的限制，数据质量远远落后于
当前IR传感技术所提供的质量，更不用说在开
发中的下一代传感器的能力了，因此多频谱技术
在未来将受到主要支持。
1994年，美国企业界论证了一个实时、动
态、高保真IR试验激励。多频谱技术的优点是
能更好地对抗多频谱威胁，进一步改进光电／远
红外数据处理能力，进行可靠的实时威胁探测和
识别，并综合利用其他传感器的数据。多频谱技
术的引入是IR传感器生产制造的一个里程碑，
并激发了IR 传感器设备在军事和商业方面的
应用。资料表明，使用实时动态激励支持的6个
月的研制试验等同于使用当前的IR 传感器技
术进行600个月的研制试验。因此实验室中的
多频谱激励试验装备支持多传感器融合能力的
开发，也有利于推动多频谱技术精确模拟RF和
IR覆盖的电子战靶场的发展。
5 红外仿真器的结构和类型
如图l所示，红外仿真器是在电子战模拟中
采用多频谱技术的最重要的红外成像仿真系统。
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8 舰船电子对抗 第26卷
红外仿真器通常由计算机系统、投影仪通道、仿 器组成。
真器控制电路、转动支架、光束控制组件和传感
图l IR仿真器组成
计算机系统通过编制的程序和图像处理系
统产生动态图形，投影仪通道可以根据需要增
加，图1中使用了2个投影仪通道提供辐射源的
动态成像。控制电路对红外源辐射进行调制，达
到红外成像快速产生／消失的效果。转动支架可
以对成像的方位和高低角度进行控制。支架的
长度决定了角度运动范围和成像在方位上的分
离情况。光束控制组件在计算机的控制下，采用
简单的可变光柱改变成像的大小，采用红外辐射
阵列改变更为复杂的成像的形状、大小和运动状
态。光束控制组件决定了被试设备在视场中的
位置，传感器则应用AN／AAR一44传感器。
红外仿真器可分为2种类型：光学机械式仿
真器；计算机生成图像仿真系统。
光学机械式仿真器的基本原理是利用光学
视角等效原理，模拟目标随距离的变化，模拟目
标二维尺寸的变化。
通用的实现方法是在光学系统的聚焦平面
处放置一个视场光栏，目标的形状决定了光栏的
形状，例如矩形、三角形或长方形等。采用氩弧
灯或黑体均匀照明视场光栏，经投影物镜变成平
行光束，再经1个周视镜完成目标的空间运动，
提供给红外导引头。美国空军电子战评估系统
南、北实验室和海军模拟实验室的光电／红外仿
真试验设备都属于这种类型的仿真系统。
光学机械式仿真器的优点是技术上较成熟，
研制、生产和使用相对较简单，实用性强，有一定
的逼真度。
光学机械式仿真器的缺点是图形固定不变，
不能真实地再现导引头看到的动态图形，寻找目
标特征点仿真更为困难，灰度等级较差，长波红
外仿真困难。
计算机生成图像仿真、特别是红外成像仿真
系统是目前的发展趋势。计算机生成图像仿真
是利用计算机程序和计算机图像处理技术生成
动态图形的仿真技术，一个完整的红外成像仿真
系统应当包括计算机系统、运动仿真器(3轴或5
轴伺服转台)、气压调节及低温控制室、红外景象
产生器和红外景象投影仪。
该系统可以在景象投影和景象信号注入两
种状态下进行试验。在景象投影试验条件下，通
过红外投影仪把计算机景象产生器生成的代表
红外景象的视频信号，转换成相应谱段的高逼真
度的红外动态图像。在景象信号注入状态下工
作时，可以把景象产生器生成的视频信号直线注
入到被试验导引头的图像处理器和信号处理器
中去，构成回路，而不用红外景象投影仪。当然，
只有在不具备进行景象投影试验条件，或者景象
非常复杂的情况下才采用信号注入的方式。在
红外成像仿真系统的各个分系统中，红外景象投
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第2期 王林桂：多频谱技术的发展和应用 9
影仪是最关键、也是难度最大的部分。红外投影
仪的主要实现方案有3种：
(1)电阻阵方案。美国空军KHILS仿真系
统的改进型采用了基于电阻阵列的宽谱红外图
像投影仪，并将5 1 2×5 1 2像元的阵列升级到
l 024×l 024像元的阵列。
(2)二极管激光器方案。美国陆军ASC红
外成像仿真试验系统采用基于二极管激光器的
红外景象投影技术。该投影仪现已升级到544
×544的分辨率。
(3)基于光纤的热转换器方案。美国海军
空战中心武器分部采用了一种基于光纤的红外
景象投影仪，它利用氦氖激光器首先生成可见光
图像，然后利用光纤阵传输图像，在光纤的另一
端通过微型薄膜黑体腔将每根光纤的可见光能
量分别转换成红外辐射。
6 多频谱模拟技术的应用
随着光电／红外技术在武器鉴定和试验方面
的广泛应用，尤其是先进的多频谱模拟技术的应
用，使得光电／6外模拟技术水平不断提高。近
年来，由于数字信息技术的迅速发展，一些高新
技术的模拟设备不断涌现。
美国空军电子战评估系统(AFEWES)是美
军最著名的电子战仿真设施。该设施安装在美
国的德克萨斯州的福特沃恩，由索德华兹空军基
地的美国空军飞行试验中心(AFFFTC)第442
试验部队进行管理。该系统是一个混合模拟器
系统，可以有效地鉴定装机前电子战系统的性能
和有效性 该系统不仅用于美国空军的机载电
子战装备在进行作战试验之前的试验鉴定，而且
也用于海军和陆军以及盟国电子战装备的试验
鉴定。
空军电子战评估系统可以提供3O多种高度
逼真的射频和红外终端威胁系统以及射频／导弹
告警和红外／光电／紫外(IR／EO／UV)环境仿真
器。终端威胁系统包括地对空、机载拦截、空对
空以及防空火炮武器系统。AFEWES的所有仿
真作战都是在实时、实际的频率／波长环境中进
行的，可以进行闭环仿真。此外，该系统还可以
利用分布式交互模拟(DIS)和高级体系结构
(HLA)协议进行国内和国际联网’，以扩展试验
与评估及训练的范围，增强仿真的真实性。
美空军电子战评估系统的光电／红外仿真设
施主要包括2个独立的红外实验室，即南实验室
和北实验室，这2个实验室不仅提供了红外地对
空和空对空导弹的闭环仿真，进行红外对抗的评
估，而且还可支持2种不同类型的试验用户。北
实验室始建于1965年，采用可折叠光路，一直承
担着红外对抗效果的任务。南实验室1992年投
入使用，它采用了先进的红外技术，增添了多项
试验与鉴定能力，不仅可以完成红外对抗评估，
还可以试验被动导弹告警系统。
这2个实验室都可以与AFEWES射频仿
真相联，实现多频谱仿真试验能力 1998年，为
了利用AFEWES对洛克希德·马丁战术飞机
系统公司研制的具有多频谱导弹告警能力的装
备进行鉴定试验，美国空军飞行试验中心对
AFEWES进行改进，增加了1个被称为“圆顶模
拟器”的半实物模拟器，与南北2个实验室相联，
来确定威胁的到达角和反应时间。1999年
AFEWES成功地对洛克希德·马丁公司的联合
攻击战斗机(JSF)进行了红外特征与对抗概念
的半实物仿真试验，以确定红外特征及相应的对
抗措施对飞机生存能力的影响。
美空军半实物仿真系统的光电仿真试验设
备主要支持新型复杂的红外成像动能杀伤拦截
器系统试验。这是美国战略防卫计划局(SDIO)
于l986年在埃格林空军基地投资开发的专用的
半实物仿真试验设备 光电仿真试验设备主要
包括：
(1)双色宽波段红外景象投影系统(WISP2
一
Color)。它是l993年由Honeywell公司开发
的双色高温100 Hz 5l2×5l2像元的电阻阵投
影系统。可采用以下工作模式：利用预先存储的
图像单独工作；利用视频磁带单独工作；利用存
储在RAM 中的景象闭环工作；利用计算机生成
图像闭环仿真。
(2)宽波段红外景象／可调激光投影系统
(WISP／SI P)。它使用6个中红外(3．8 m)独
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lO 舰船电子对抗 第26卷
立控制的激光二极管。在试验时，宽波段红外景
象投影仪进行目标投影，可调激光投影系统进行
对抗投影。可以进行再入飞行器、发动机尾喷
口、助推器喷出的热碎片以及曳光弹对抗仿真，
从而解决多个高强度点源目标的投影问题。
(3)宽波段红外景象投影仪低温冷舱组合
(WISP／KVACC)低温舱包括3个舱室，主舱室
中装准直仪，辐射源舱安装可进行双波段操作的
2个电阻阵，传感器舱包括1个可安装被试设备
的l5。×l8。的光学转台。
(4)宽波段红外景象投影仪5轴飞行模拟
系统，于2000 年安装，年底加入双波段的
WISP／MSSP阵列和可变焦准直仪。
(5)宽波段红~'1-／多光谱景象投影系统，第l
台512X 512像元的光谱景象投影仪于1999年
底安装在埃克林空军基地，用来完成红外／射频
仿真试验，使红外工作频率提高到200 Hz。
陆军导弹司令部先进仿真中心(ASC)的半
实物仿真系统的光电仿真试验设施安装在亚拉
巴马州红石兵工厂的先进仿真中心，由美国陆军
航空和导弹司令部(AMCOM)所属的导弹研究
发展管理中心(MRDEC)进行日常维护和管理。
先进仿真中心红外半实物仿真设施的基本组成
包括组合投影仪、动态景象产生器、综合靶场数
据库(威胁环境)、实时接口系统、实时仿真计算
机、飞行运动仿真器、数据采集／显示、分布式仿
真等l4个半实物仿真设施。它们可划分为3个
主要的领域：成像红外系统仿真、射频系统仿真
和多光谱系统仿真。近4O年来，先进仿真中心
在红外和射频范围内提供了高度逼真的导弹系
统仿真试验能力，它可完成工程级仿真和作战级
仿真，重点是工程级仿真。
海军半实物仿真导弹实验室的光电仿真试
验设施主要用于海军空对空导弹的研制和作战
试验中的半实物仿真。导弹仿真实验室隶属于
加州中国湖的海军空战中心武器部。该实验室
包括以下设施：3个在屏蔽暗室内的射频仿真实
验室、2个红外仿真设施以及1个红外及射频双
．
模仿真实验室，另外还有1个红外成像仿真实验
室。进行红外试验的关键设备是红外目标设计
系统叶片组合Ⅱ，它利用3～5 tLm 和8～12 tLm
的红外准直镜加多个目标源来模拟在导引头中
所呈现的真实热目标。目标、热背景和多至3个
曳光弹都可以进行独立的控制以产生不同辐射、
轨道速度和加速度，在准直的出射光束中进行合
成。
7 多频谱技术的应用前景
光电／红外技术的发展很快，其应用范围越
来越广，促进了多频谱技术的应用和发展。有人
甚至预言，2l世纪将是光电子时代。事实上，现
代光电技术在军事上的应用程度，标志着一个国
家军事技术的发展水平。
当然作为以光电／红外技术为基础的多频谱
技术，广泛地应用于电子战模拟作战和试验的各
个领域，为光电／红外技术在现代战争中的应用
提供了有力的支持，成为目前研究和发展的重
点。现代光电技术正朝着自动化、系列化、标准
化、通用化、智能化方向发展，以求达到高精度、
高机动性、高适应性要求。因而世界各国普遍开
展了微光、红外、激光、电视、光纤等光电技术在
侦察、预警、跟踪、导航及火控系统中的综合研
究，同时也有力地推动了多频谱技术在电子战模
拟器中的广泛应用。
我国的光电／红外技术发展起步晚、水平低、
性能差，为了加强国防现代化建设，应当进一步
加强光电技术的发展和研究，而多频谱技术则是
研究的重点内容，从现代战争的事实中我们看到
今后的高科技战争已改变了过去的战略战术，成
为以光电技术为核心的高科技战争，因此，我们
应当提高对光电技术的认识，重视光电技术的发
展，注重光电对抗的研究。
参考文献
l 李世样．光电对抗技术．长沙：国防科技大学出版社．
2000
2 Streetly M．Jane’S Radar and Electronic W arfare
Systems(2001 — 2002)．USA：Jane S Information
Group Inc．2002
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