热红外伪装的原理解析

红外线是波长在0.76～1000μm范围内的一种电磁波，有0.76～3μm近红外、3～6μm中红外、6～15μm远红外及15～1000μm极远红外之分。

一切温度高于绝对零度的物体都会源源不断地发射红外线，且温度越高，红外辐射能量越大，波长越短。红外线具有显著的热效应，使对红外线敏感的物体升温。人们利用这一原理研制了红外热像仪、红外制导探测器等高技术军事探测设备。

红外线和可见光的差异在于以下四方面。

（1）人的眼睛对红外线不敏感，必须用对红外线敏感的探测器才能接收到。

（2）红外线的光子能量比可见光小，如10μm波长的红外光子能量大约是可见光子能量的1/20。

（3）红外线的热效应比可见光强得多，尤其是长波红外，所以，人们也称作热红外。

（4）红外线更容易被物质吸收，且长波红外更容易透过薄雾。

由于空气中存在CO2、O2、H2O等极性分子，处于极远红外区域的红外线会被空气吸收，能在大气窗口几乎无耗损通过的红外线集中在0.76～ 1.5μm、3～5μm、8～14μm及50～1000μm超远红外这四个波段；此外，在16～24μm存在一个半透明窗口，因此，目前，所有红外系统所使用的波段大都限于上述窗口之中，尤其是3～5μm及8～14μm这两个波段。比如，红外制导用的探测器工作波段在3～5μm，热成像系统的工作波段则扩展到8～14μm。目前，常说的热红外隐身技术是指对目标3～5μm及8～14μm红外波段特征信号进行淹没、减缩和控制，以降低中远红外侦察装备对目标的探测和识别能力。

目前，红外热像仪被广泛应用于目标的探测，其探测的是方法目标和背景红外辐射特性差异红外热图像以识别目标，图像的对比度C由二者红外辐射出射度的差别决定：

式中：C为目标和背景的红外图像对比度；E0和EB分别为目标和背景的红外辐射出射度。(www.xing528.com)

根据斯蒂芬—玻尔兹曼定律可知，物体在全波长范围内的红外辐射出射度E为：

式中：E为物体发射的红外辐射出射度[W/（m2·μm）]；ε为物体的红外发射率；σ为斯蒂芬—玻尔兹曼常数（W·s/K）；T为物体的绝对温度（K）；C1为普朗克第一辐射常数（W·μm4/m2）；C2为普朗克第二辐射常数（μm·K）；λ为辐射波长（μm）；T1为黑体温度（K）。

可见，物体辐射红外能量主要取决于物体的温度，还取决于物体的红外发射率。温度相同的物体，红外发射率不同，在红外探测器上显示的图像不同。对于灰体（大多数工程材料均可视为灰体），红外发射率不随波长和温度变化；但是对于非灰体，红外发射率是温度和波长的函数。

因此，理论上而言，目标的热红外伪装隐身技术可以从以下几个方面加以考虑。

（1）光谱转换技术（改变红外辐射波段）。采用在3～5µm和8～14µm波段发射率低，在其他波段发射率高的涂料或其他材料，使目标的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段外，即使目标的红外辐射避开大气窗口而在大气层中被吸收和散射掉；具有共轭结构的有机聚合物热红外性能的研究与利用是目前光谱转换类材料研究和利用的基础。

（2）改变目标的红外辐射特性（降低目标的红外比辐射率或模拟背景的红外辐射特征）。改变目标的红外辐射分布状态，使目标与背景的红外辐射分布状态协调，从而使目标的红外图像成为整个背景红外辐射图像的一部分，这种技术适合于常温目标，通常采用热红外辐射伪装网；或采用不同红外反射率的涂料结合图案设计，实现红外图形迷彩，使得目标的红外图像出现分割特点。

（3）热抑制技术（降低目标与背景的热对比度）。如降低目标温度等，包括采用相变材料、隔热、散热和降热等措施。

无论何种热红外隐身技术，使目标的红外辐射特征和背景接近是热红外隐身的根本途径。在上述三种技术中，控制红外发射率和控制温度是目前最常用的两大类技术，而光谱转换技术还有待发展。