Infracrvena tehnologija snimanja radi na principu infracrvenog zračenja. Bilo koji objekt s temperaturom iznad apsolutne nule zračit će infracrveno svjetlo. Ova tehnologija otkriva tu infracrvenu energiju i pretvara je u vidljivu sliku, omogućujući identifikaciju i praćenje cilja. Kao moderna visoko-tehnološka tehnologija, naširoko se koristi u naoružanju tijekom prošlog desetljeća, od kopnenih oklopnih vozila do boraca u zraku, od površinskih brodova do podvodnih podmornica. Njegov pasivni rad (bez aktivnog prijenosa signala, što rezultira visokom prikrivenošću), snažna zaštita od-smetnji (na koju ne utječu elektromagnetske smetnje), robusno prepoznavanje mete (mogućnost razlikovanja suptilnih temperaturnih razlika između mete i pozadine) i rad u-vremenskim uvjetima (bez utjecaja dana, noći, magle, snijega i drugih loših vremenskih uvjeta) učinili su ga nezamjenjivom komponentom modernog visoko-konvencionalno oružje. Ispunjava osnovne funkcionalne zahtjeve raznih vrsta opreme za vojsku, mornaricu i zrakoplovstvo, značajno poboljšavajući borbenu učinkovitost i sposobnost preživljavanja oružanih sustava.
Vojne primjene tehnologije infracrvene slike
Sustavi kopnenog naoružanja
Među kopnenim oružjem, vojna vozila kao što su tenkovi i oklopna vozila često su opremljena opremom za infracrveno snimanje, koja se prvenstveno koristi za noćne borbe, izviđanje u složenim okruženjima bojnog polja i kontrolu vatre. Aktivno blisko{1}}infracrveno snimanje oslanja se na vanjske izvore svjetlosti, što ga čini osjetljivim na otkrivanje neprijatelja. Niska{3}}osvjetljenost-učinkovitost noćnog vida je ograničena pri jakoj sunčevoj svjetlosti ili dimu. Međutim, tehnologija infracrvenog snimanja učinkovito prodire kroz dim i prašinu bilježeći temperaturnu razliku između cilja i okolnog okoliša. Može učinkovito identificirati ciljeve čak iu potpunom mraku.
U praktičnim primjenama, infracrveni slikovni uređaji mogu se integrirati s laserskim daljinomjerima, balističkim računalima i drugom opremom kako bi se formirao integrirani sustav upravljanja paljbom. Na primjer, infracrvena kamera postavljena-na tenk može snimiti-infracrvene slike neprijateljskih oklopnih vozila, utvrda i drugih ciljeva u stvarnom{2}}vremenu. Laserski daljinomjer istovremeno mjeri udaljenost cilja, a balističko računalo izračunava parametre paljbe na temelju kretanja vozila i vrste streljiva. U konačnici, infracrvena slika, udaljenost mete, nišan i balistički podaci integrirani su i prikazani na upravljačkoj ploči, pomažući posadi da brzo odredi metu i donese odluke o paljbi, značajno skraćujući vrijeme odgovora na paljbu i poboljšavajući točnost pogotka.
Protu{0}}osobno prijenosno protutenkovsko oružje
U protu{0}}protutenkovskim osobnim prijenosnim oružanim sustavima, tehnologija infracrvenog snimanja ključna je za poboljšanje individualnih borbenih sposobnosti, primarno se baveći potrebama dugog{1}}otkrivanja ciljeva, identifikacije ciljeva u složenim pozadinama i "autonomnog rada nakon lansiranja". Tradicionalno protutenkovsko-oružje oslanja se na optičko nišanjenje, na koje znatno utječe ambijentalno osvjetljenje i zahtijeva od strijelca da neprekidno cilja dok se ne pogodi meta, što može lako otkriti njihov položaj. Međutim, oprema opremljena tehnologijom infracrvenog snimanja koristi visokoosjetljive detektore za hvatanje infracrvenog zračenja iz vrućih područja kao što su motori tenkova i gusjenice, omogućujući preciznu lokaciju cilja čak i u okruženjima zaklonjena vegetacijom i složenim terenom.
Neka napredna oprema integrira infracrvene tragače slike, omogućujući mogućnosti "ispali-i-zaboravi": nakon što strijelac nacilja i opali oružje, infracrveni tragač slike autonomno prati infracrveni potpis mete, bez utjecaja na akcije strijelca. Može čak ponovno odabrati-ciljeve višeg prioriteta tijekom leta, omogućujući više-odabir ciljeva i odabir točaka ciljanja (na primjer, davanje prioriteta ranjivim područjima kao što je odjeljak motora tenka). Nadalje, uređaji za infracrveno snimanje mogu se kombinirati s afokalnim teleskopima, dvostrukim pojačivačima slike i drugim komponentama za dodatno proširenje dometa detekcije, zadovoljavajući potrebe pojedinačnih vojnika u protutenkovskoj borbi srednjeg- i dugog{7}}dometa.
Oružani sustavi zrakoplova
Zrakoplovno oružje obuhvaća dvije glavne kategorije: zrakoplove i projektile. Infracrveni sustavi snimanja obavljaju različite temeljne zadatke ovisno o vrsti opreme, pružajući temeljnu tehničku podršku za zračno izviđanje, precizne napade i sigurnu navigaciju. U primjenama u zrakoplovima, sustavi za infracrveno snimanje različito su konfigurirani ovisno o funkcionalnosti modela zrakoplova. Protu-patrolni zrakoplovi opremljeni su infracrvenim sustavima snimanja koji mogu otkriti ciljeve poput površinskih brodova i podmorničkih disalica noću (gdje postoji značajna temperaturna razlika u odnosu na morsku vodu). Također se mogu pohvaliti širokim rasponom pretraživanja, što omogućuje brzo pokrivanje golemih oceanskih područja. Borbeni avioni opremljeni su-infracrvenim sustavima (FLIR) za-navigaciju na niskim visinama (identificiranje prepreka na terenu) i napad na zemlju (fiksiranje vozila i utvrda). Neki se sustavi također mogu povezati s laserskim označivačima za navođenje laser-navođenih bombi, postižući strategiju "pronađi i uništi". Oprema-postavljena za infracrveno snimanje na helikopter prvenstveno se koristi za izviđanje-na niskim visinama, potragu i spašavanje osoblja i vatrenu potporu s tla. Konkretno, u urbanoj borbi, može prodrijeti kroz rupe u zgradama kako bi uhvatio infracrvene signale iz unutarnjih ciljeva, povećavajući operativnu fleksibilnost.
U području projektila, infracrveno slikovno navođenje ključni je razvojni smjer u tehnologiji preciznog navođenja. U usporedbi s tradicionalnim navođenjem infracrvenim izvorom-točaka (koje otkriva samo jednu točku infracrvenog zračenja na meti), navođenje infracrvenim slikama, dobivanjem infracrvene slike cilja, može točnije razlikovati metu od infracrvenih mamaca, značajno poboljšavajući svoje sposobnosti protiv-ometanja. Ova je tehnologija kompatibilna s različitim vrstama projektila, uključujući zrak-na-zrak, zemlja-na-zrak i zrak-na-zemlju. Projektili zrak--zrak mogu koristiti infracrvene tražilice za praćenje ispušnih plinova motora zrakoplova i područja visoke-temperature na trupu, omogućujući napade na-mali-domet te presretanje srednjeg{15}} i velikog-dometa. Projektili zemlja-z-zrak mogu identificirati-niskoleteće krstareće projektile i borbene zrakoplove, suprotstavljajući se prijetnjama prodora na ultra-niskim- visinama. Projektili zrak--zemlja mogu gađati mete kao što su kopnena oklopna vozila i fiksne utvrde, postižući precizne pogotke čak i u okruženjima-zamračenim dimom.
Sustavi pomorskih brodova
Brodski infracrveni sustavi snimanja dizajnirani su posebno za površinsko ratovanje, rješavajući tri ključna zahtjeva: noćnu identifikaciju cilja, obranu od raketa na malim-visinama i izviđanje periskopom. Služe kao ključno pomoćno oruđe za brod-zračnu obranu, protu-raketne i protu-podmorničke operacije. Što se tiče sustava noćne identifikacije, nedostatak referentnih točaka na površini mora tradicionalnoj optičkoj opremi otežava razlikovanje udaljenih brodova od otoka i navigacijskih oznaka. Međutim, sustavi infracrvenog snimanja mogu brzo identificirati tipove ciljeva (npr. civilna plovila od vojnih plovila) korištenjem infracrvenog zračenja iz visoko{9}}temperaturnih područja kao što su brodski elektroenergetski sustav i dimnjaci. Na ove sustave ne utječu refleksije s površine i magla, čime se poboljšavaju mogućnosti noćne patrole i nadzora.
Što se tiče sustava za upravljanje paljbom, brodski infracrveni sustavi snimanja često tvore kompozitni sustav detekcije s radarskim i laserskim sustavima, prvenstveno usmjerenim na suzbijanje prijetnji od projektila na malim-visinama. Kada projektili lete na malim visinama, trenje zraka zagrijava bojnu glavu i ispušni plin motora, generirajući intenzivno infracrveno zračenje (valna duljina zračenja bojeve glave je tipično 8-14μm, dok je valna duljina ispušnog plina obično 3-5μm). Sustavi za infracrveno snimanje mogu specifično uhvatiti te karakteristike, automatski izvodeći traženje cilja, akviziciju i praćenje. Oni prenose azimut mete, elevaciju i druge podatke u zapovjedni centar broda u stvarnom vremenu, pomažući projektilima protuzračne obrane i bliskim-oružanim sustavima u prilagođavanju parametara presretanja. Oni mogu točno razlikovati mete projektila u odnosu na složene pozadine kao što su morska površina i otoci, čime rješavaju mrtve točke radara u detekciji na ultra malim visinama. Osim toga, tehnologija infracrvenog snimanja naširoko se koristi na brodskim optičkim jarbolima i periskopima. Oprema za infracrveno snimanje postavljena na optičke jarbole omogućuje tajno izviđanje površinskih i zračnih ciljeva bez izlaganja broda radarskim signalima. Infracrveni sustavi snimanja integrirani u periskope omogućuju podmornicama brzo dobivanje informacija o površinskim ciljevima dok produžuju svoje periskope pod vodom, smanjujući vrijeme izloženosti i poboljšavajući nevidljivost i sposobnost preživljavanja podmornice.
Trenutno stanje tehnologije infracrvenog snimanja
Tehnologija infracrvenog snimanja brzo se razvila od 1970-ih, prvenstveno potaknuta tehnološkim napretkom infracrvenih detektora. Termovizijski proizvodi evoluirali su od jednostavnih početnih sustava detekcije do proizvoda treće-generacije visoke rezolucije i visoke osjetljivosti. Svaka generacija je postigla napredak u strukturi detektora, performansama i integraciji sustava.
Prva-generacija toplinskih slikovnih sustava: od 1970-ih do ranih 1990-ih, oni su prvenstveno radili u dugo- i srednje-valnom infracrvenom pojasu i koristili su više-elementne detektore s linearnim nizom (kao što su živin kadmij teluridni detektori). Ovaj sustav zahtijeva hladnjak (kako bi se održala niska radna temperatura detektora i povećala osjetljivost) i optomehanički skener (koji koristi mehanički pokret za skeniranje i snimanje ciljanog područja). Iako je njegova rezolucija slike relativno niska (manje linija slike), njegov standardizirani i modularni dizajn omogućuje prilagodbu različitim platformama oružja, kao što su tenkovi, oklopna vozila i zrakoplovi, ispunjavajući osnovne zahtjeve ranih vojnih primjena. Tijekom tog razdoblja, Sjedinjene Američke Države, Ujedinjeno Kraljevstvo, Francuska i druge zemlje razvile su proizvode prve-generacije, a Kina je također postigla tehnološka otkrića tijekom ove faze, postavljajući temelje za kasniji razvoj.
Druga-generacija toplinskih slikovnih sustava: Počevši od 1990-ih, tehnologija niza u žarišnoj ravnini postala je ključno otkriće, zamjenjujući tradicionalne linearne detektore i optomehaničke strukture skeniranja, značajno poboljšavajući učinkovitost i rezoluciju slike. Ova je tehnologija dostupna u dvije konfiguracije: 4N polje za skeniranje (koje postiže široko-slikanje kroz skeniranje s ograničenim brojem piksela) i N×M zureće polje (gdje pikseli izravno prekrivaju vidno polje, eliminirajući potrebu za mehaničkim skeniranjem i rezultirajući bržim slikanjem). Materijali detektora prvenstveno su ohlađeni živin kadmij telurid (HgCdTe) i indijev antimonid (InSb), a tehnologija je zrela u srednje- i kratko-valnom infracrvenom (MWIR) rasponu. U usporedbi s prvom generacijom, sustav druge-generacije ima veću rezoluciju, manju veličinu, manju potrošnju energije i poboljšane mogućnosti prepoznavanja ciljeva. Postupno je postao glavna značajka u naoružanju u svim granama vojske i naširoko se koristi na platformama kao što su borbeni zrakoplovi, projektili i brodovi.
Treća-generacija sustava termalnih slika: Od početka 21. stoljeća tehnologija infracrvene slike ušla je u treću generaciju. Ovaj sustav ima žarišnoravninski niz velike-velike površine (LAFA) kao svoju temeljnu značajku. Iako se i dalje prvenstveno temelji na hlađenim detektorima, postigao je sveobuhvatne nadogradnje performansi. Ova generacija sustava koristi LFAFA detektor sa značajno povećanim brojem piksela, što omogućuje infracrvene slike veće{6}}razlučivosti. Optimiziranje materijala i strukture detektora značajno poboljšava kvantnu učinkovitost (omjer infracrvenih fotona pretvorenih u električne signale), proširuje raspon radne temperature (neki detektori mogu raditi između 120 i 180 K, smanjujući složenost rashladnog sustava), smanjuje temperaturnu razliku ekvivalentnu buci (NETD) na 1 do 5 mK (omogućujući detekciju manjih temperaturnih razlika) i značajno poboljšava ujednačenost detekcije (minimizirajući varijacije izvedbe između piksela). Nadalje, sustav treće{13}}generacije podržava više{14}}detekciju valnih duljina (radi istovremeno u kratko-valnom, srednje-valnom i dugo-valnom infracrvenom pojasu) i višenamjensku obradu signala (kao što je kompresija dinamičkog raspona, nelinearna korekcija i praćenje pokretnih ciljeva). To mu omogućuje integraciju više informacija o meti, dodatno poboljšavajući prepoznavanje mete i sposobnosti protiv-ometanja u složenim okruženjima.
Buduća perspektiva tehnologije infracrvene slike
Budući razvoj tehnologije infracrvenog snimanja usredotočit će se na četiri temeljna cilja: "poboljšanje performansi, smanjenje veličine, proširenje funkcionalnosti i smanjenje troškova." Ovo će se usredotočiti na napredak u tehnologiji detektora i inovacije u integraciji sustava, posebno predstavljajući četiri glavna razvojna smjera:
Žarišna ravnina i veliki nizovi: Uređaji sa žarišnom ravninom mogu izravno pretvoriti infracrveno zračenje u električne signale, eliminirajući potrebu za tradicionalnim mehanizmima optičkog skeniranja, pojednostavljujući dizajn sustava i smanjujući veličinu i potrošnju energije. Ovo će postati glavni tehnološki put u budućnosti. U isto vrijeme, kako bi zadovoljili potrebe izviđanja širokog-područja i identifikacije visoke-razlučivosti, detektori će se razvijati prema većim nizovima i dužim linijama. Povećanjem broja piksela (npr. s 1024 × 1024 piksela na 2048 × 2048 piksela ili čak više), poboljšat će se razlučivost slike i pokrivenost vidnog polja, omogućujući im prilagodbu složenijim borbenim scenarijima (kao što je izviđanje širokog-područja bojnog polja i istovremeno praćenje više-ciljeva).
Integracija: Iskorištavanjem napretka u tehnologiji izrade poluvodičkih materijala, detektori infracrvenih slika će se razviti prema visoko integriranom pristupu. S jedne strane, integracijom detektora, sklopa za očitavanje i jedinica za obradu signala u jedan čip, smanjit će se međusobne veze između komponenti, poboljšavajući stabilnost sustava i brzinu odziva. S druge strane, fokusiranjem na razvoj materijala od legura HgCdTe (koji nude mogućnosti širokopojasne detekcije) i materijala kvantne jažice/superrešetke (koji omogućuju podesive trake detekcije kroz strukturni dizajn), detektori će biti dodatno integrirani sa žarišnom ravninom i multifunkcionalnošću, postižući integrirani sustav "detekcije-obrade-prijenosa". To će dodatno smanjiti veličinu sustava i omogućiti kompatibilnost s malim platformama poput mikro-oružja (kao što su mikro-projektili i dronovi). Minijaturizacija: Razvoj malih borbenih platformi kao što su individualna oprema i mikro-UAV-ovi postavlja veće zahtjeve za veličinu i težinu infracrvenih sustava za snimanje. Buduća otkrića u ključnim tehnologijama, kao što je dual{10}}optički dizajn (jedan sustav može istovremeno detektirati dva infracrvena pojasa, smanjujući broj optičkih komponenti), mikro{11}}tehnologija hlađenja (razvoj manjih hladnjaka-slage snage) i čipovi za obradu signala niske-energetike, smanjit će veličinu i težinu sustava dok održavanje performansi detekcije. To će omogućiti širu primjenu tehnologije infracrvenog snimanja na opremi kao što su uređaji za individualno noćno gledanje, mikro-izviđačke bespilotne letjelice i male rakete, poboljšavajući borbene sposobnosti lokalnih borbenih jedinica.
Višebojnost: tradicionalno infracrveno snimanje je uglavnom jedno-pojasno, hvatajući ograničene ciljne informacije. Budući razvoj ići će prema višebojnosti (multi-band imaging). Proširenjem spektralnog raspona detekcije (npr. pokrivanjem kratkovalnog, srednjevalnog, dugovalnog i ultra-dugorvalnog infracrvenog) ili pročišćavanjem podjele pojasa (dijeljenjem jednog pojasa na više pod-pojasa), karakteristike zračenja mete u različitim infracrvenim pojasima mogu se uhvatiti, tvoreći toplinsku sliku u "boji". Višebojno oslikavanje pruža bogatije informacije o meti (kao što je razlikovanje raspodjele temperature u različitim dijelovima mete i identificiranje kamufliranih meta), poboljšavajući točnost prepoznavanja mete i mogućnosti protiv-ometanja u složenim pozadinama (na primjer, učinkovito razlikovanje meta od infracrvenih mamaca). Nadalje, višebojnost će se kombinirati s nehlađenom tehnologijom (eliminirajući potrebu za hladnjakom, dodatno smanjujući veličinu i potrošnju energije), inteligentnim algoritmima (kao što je AI-potpomognuto prepoznavanje cilja i automatska procjena prijetnje) i visoko{12}}integracijom gustoće, pokrećući razvoj infracrvenih sustava za slikanje prema multifunkcionalnosti, niskoj potrošnji energije i visokoj inteligenciji.
Iz tržišne perspektive, potražnja za infracrvenim slikovnim sustavima i senzorima u vojnom sektoru nastavit će rasti. Ovaj rast potaknut je i raspoređivanjem novog oružja i opreme (kao što su šesta-generacija borbenih zrakoplova, bespilotnih borbenih platformi i hipersoničnih projektila) i nadogradnjom i naknadnim opremanjem postojeće opreme (kao što je naknadno opremanje starijih tenkova i borbenih zrakoplova s naprednim infracrvenim sustavima snimanja). U isto vrijeme, udio komercijalnih gotovih proizvoda (kao što su civilne infracrvene kamere i oprema za industrijsku inspekciju) koji se koriste u vojsci postupno će se povećavati (kroz vojnu standardizaciju i smanjenje troškova). Očekuje se da će se nehlađeni sustavi žarišne ravnine, zbog svoje male veličine, niske potrošnje energije i relativno niske cijene, razvijati bržim tempom, postajući glavni izbor za pojedinačnu opremu i male platforme, te promičući široku popularizaciju i primjenu tehnologije infracrvenog snimanja u vojsci.
