方興未艾的光譜“處女地”：現(xiàn)代軍用紫外探測(cè)技術(shù)

　　紫外是指在電磁頻譜中10～400nm波長(zhǎng)范圍的一段，其波長(zhǎng)在電磁頻譜中位于可見(jiàn)光譜紫光區(qū)的外側(cè)，是在1802年由德國(guó)物理學(xué)家里特發(fā)現(xiàn)。由于只有波長(zhǎng)大于200nm的紫外輻射才能在空氣中傳播，所以通常討論的紫外輻射效應(yīng)及其應(yīng)用均在200～400nm范圍內(nèi)（大氣層中的“紫外窗口”）。

　　軍用紫外探測(cè)技術(shù)是利用近地大氣中的“日盲區(qū)”（波長(zhǎng)小于300nm的紫外輻射由于同溫層臭氧吸收，基本上達(dá)不到地球近地表面，造成太陽(yáng)光中的紫外輻射在近地表面形成盲區(qū)）和大氣層中的“紫外窗口”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)空軍就開(kāi)始了利用紫外波段探測(cè)洲際導(dǎo)彈發(fā)射的研究工作（導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的尾焰會(huì)產(chǎn)生紫外光子）。理論上，只要能夠?qū)��?dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的羽煙紫外輻射進(jìn)行精確測(cè)量，就能夠有效發(fā)現(xiàn)是否有導(dǎo)彈發(fā)射。但是，由于科研人員發(fā)現(xiàn)難于確定這些紫外輻射信號(hào)強(qiáng)度是否強(qiáng)于自然輻射，再加上紫外輻射特有的“非熱態(tài)”，導(dǎo)致無(wú)法建立相關(guān)的信號(hào)模型和算法理論，紫外探測(cè)難以付諸實(shí)施，研究工作只能轉(zhuǎn)向易于建立信號(hào)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)羽煙紅外特征探測(cè)。

　　一直到20世紀(jì)80年代，在美國(guó)的“導(dǎo)彈防御計(jì)劃”下，研究人員再次考慮利用紫外輻射來(lái)探測(cè)導(dǎo)彈發(fā)射的可行性。也是在這一時(shí)段，相關(guān)的基礎(chǔ)研究也取得了進(jìn)展，特別是利用地球觀測(cè)衛(wèi)星獲取了自然背景輻射的精確數(shù)據(jù)，高靈敏度的紫外陰極、電荷耦合器件（CCD）和高增益微通道板的研究也獲得了突破，這使得軍用紫外探測(cè)技術(shù)成為了可能。

　　因此，進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后，軍用紫外探測(cè)技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)階段，被譽(yù)為21世紀(jì)最具影響力的軍用技術(shù)之一的紫外告警技術(shù)異軍突起，并且已經(jīng)逐步成為一種標(biāo)準(zhǔn)配置而越來(lái)越多的出現(xiàn)在各類高價(jià)值武器平臺(tái)（也包括部分大型民用客機(jī)）上。

　　目前，軍用紫外探測(cè)技術(shù)主要在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈告警、天基紫外預(yù)警和紫外超高譜偵察等幾個(gè)方面展開(kāi)：戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈告警，航空兵在空中格斗、低空突防、近距支援、對(duì)地攻擊和起飛著陸等階段，很容易受到紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈和便攜式防空導(dǎo)彈的攻擊，由于缺乏有效的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈逼近告警，75%的戰(zhàn)損都是因?yàn)轱w行員在沒(méi)有發(fā)覺(jué)處于導(dǎo)彈威脅之中而被擊落的。

　　作為對(duì)抗紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈中最為關(guān)鍵的導(dǎo)彈逼近告警（MAWS）就需要能夠在大范圍空域內(nèi)能夠連續(xù)地快速告警，并且虛警率極低。而紫外探測(cè)技術(shù)就能勝任這樣的應(yīng)用，通過(guò)被動(dòng)接收導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的紫外輻射，就可以對(duì)導(dǎo)彈的發(fā)射或者逼近進(jìn)行實(shí)時(shí)告警以及精確定向，及時(shí)提醒飛行員采取機(jī)動(dòng)規(guī)避和對(duì)抗措施。此外，由于紫外告警設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需要制冷、不需要掃描、重量輕、體積小和勤務(wù)性能好，所以現(xiàn)在不但可以裝在各種戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)、武裝直升機(jī)和大型民航客機(jī)上，地面部隊(duì)的主戰(zhàn)坦克和步兵戰(zhàn)車也都開(kāi)始配備。

　　天基紫外預(yù)警，彈道導(dǎo)彈對(duì)國(guó)家安全的威脅是嚴(yán)重的，因此需要對(duì)其采取積極的防御手段，特別是對(duì)其進(jìn)行有效的早期預(yù)警。天基紫外預(yù)警就是利用搭載在地球同步軌道預(yù)警衛(wèi)星上的紫外探測(cè)系統(tǒng)，在彈道導(dǎo)彈的助推段就及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)羽煙的紫外輻射，對(duì)敵方來(lái)襲彈道導(dǎo)彈進(jìn)行可靠的早期預(yù)警和跟蹤。美國(guó)的導(dǎo)彈防御研究人員也表示，相比傳統(tǒng)的天基紅外探測(cè)，星載紫外探測(cè)器不需要制冷、體積也更小、耗電量低、成本更低，更適合在條件受限的太空環(huán)境下應(yīng)用。

　　紫外超廣譜偵察，是一種基于方位和光譜的三維信息探測(cè)技術(shù)，可在紫外波段內(nèi)以高光譜分辨率（小于10nm）對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視探測(cè)，獲取目標(biāo)的細(xì)微特征，獲得常規(guī)偵察手段難以得到的目標(biāo)信息，是現(xiàn)代光電偵察技術(shù)經(jīng)歷了單波長(zhǎng)、多波段之后的一個(gè)新飛躍。

　　目前，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室基于聲光可調(diào)諧濾波器設(shè)計(jì)的AOTF超光譜成像偵察儀已經(jīng)可以覆蓋了紫外波段，并且在反偽裝偵察、生物戰(zhàn)劑告警（生物戰(zhàn)劑的主要生物色基—芳香烴氨基酸能夠強(qiáng)烈吸收紫外輻射，產(chǎn)生很明顯的熒光譜）等方面展示出了巨大優(yōu)勢(shì)。