【特邀专栏】DARPA成功故事之红外夜视技术

本文由skysword编译自DARPA2015年新版发展战略《服务于国家安全的突破性技术》，详情请点击查阅：

关于DARPA成功故事系列，请查阅：

一、需求和机遇

自古以来，黑夜严重束缚了战争双方的作战进程，从而激发了一系列有用但不完美的解决方案—从低技术的照明弹到复杂的图像增强眼镜用来放大黑暗环境中的微弱光。在第二次世界大战期间和后期，夜视技术得到了长足的发展。在海湾战争中，美国陆军夜视技术实验室（NVL）在图像增强器件方面的卓越工作，为美军执行ISR任务以及夜晚条件下空中和地面目标的瞄准提供了强有力的支持。近些年来，尽管夜视技术已经广泛扩散到民用领域，并被作战对手掌握，美军仍持续不断地资助夜视技术的研发，从而获取竞争优势，“最好的掌控夜晚”。

二、DARPA的解决方案

当其它研究机构主要集中研究放大少许可见光（例如星光）的图像增强器件时，DARPA另辟蹊径，主要研究红外成像技术，通过探测红外光谱内或者附近的热辐射特征信号，从而实现夜晚无光条件下的可视化。高度热敏感的成像器件能够探测白天或者夜晚条件下对手的伪装，不仅能够探测装甲车辆是否存在，而且还可以通过发动机的余热探测来判断车辆刚才有无行进。

从上世纪80年代开始以及持续到90年代，DARPA重点投资了低温冷却、高性能红外成像器件，利用低温冷却的传感器来抑制背景电磁噪声以及提高探测微弱信号的灵敏度。需要指出的是，DARPA在90年代开始实施的灵巧制造项目（Flexible Manufacturing）为镝镉汞（HgCdTe）红外成像器件的应用铺平了道路，其现在是低温冷却、焦平面阵列器件中用的最广泛的复合材料。

同时，DARPA在非冷却的红外成像技术方面也取得了重要进步，主要采用微型热辐射传感器来探测潜在目标的红外辐射信号。虽然非冷却系统的探测灵敏度不如冷却系统，但是体积和成本上具有重大优势。DARPA的低成本热成像仪以及制造项目（LCTI-M）就是瞄准这些优势，验证低成本制造技术的创新，使非冷却微小型探测阵列在体积、重量、功耗以及成本方面取得了重大进展。在其它相关进步中，DARPA与陆军夜视技术实验室、各军兵种在非冷却热成像技术方面的合作，诞生了微型热辐射计，现在在美军已广泛应用。

最近，DARPA投资了一个以前未关注的波段，即短波红外波段，利用有无星光或月光条件下的“霞光”（skyglow），已被证明能够增强夜视能力，从而保持美军对于作战对手的战术优势。

红外热像仪观测的敌方坦克和士兵

三、产生的影响

DARPA与各军兵种在红外夜视技术方面的协同研究，使美军在夜晚占据了战场主动，例如，夜间辅助驾驶仪、热武器瞄准具以及坦克瞄准具等。此外，DARPA支持的研究工作促进了像素尺寸的减小，从而带来了器件尺寸、重量、功耗和成本的降低。先前昂贵复杂的、只能在大型作战平台（例如飞机、坦克和舰船等）上安装的红外成像系统，目前也可以安装在士兵头部或者轻武器上，以及其它陆军和海军陆战队的相关系统上。需要指出的是，DARPA发展的红外夜视技术应用在手持设备或轻武器上，是在陆军PEO士兵热武器瞄准器和增强夜视镜项目的支持下完成的。

美军在科索沃马其顿边境线上采用红外热像仪观测对手

四、成果转移

美国国防部夜视与电子传感器局是夜视技术研究的组织和协调单位，DARPA通过与其的紧密协作，已经将或正在将夜视技术相关的项目转移到各军兵种研究管理机构，例如，陆军研究实验室、陆军空间和导弹防御司令部、空军研究实验室、空军特种作战司令部、海军研究实验室、海军陆战队武器系统司令部等。应用的领域包括为狙击手侦查和瞄准提供目标热成像，舰船上用的侦查功能，辅助直升机在沙暴环境下可靠降落等。最近发展的短波红外技术也已经被三军采用，并应用到空中、地面和海上作战平台上一系列的多传感器成像中。

DARPA发展的非冷却热成像技术已经广泛渗透到商用领域，包括安全和执法、药品和消防、休闲体育、驾驶增强视觉、能源监测、能源热绝缘评估等。

五、下步展望

低成本夜视技术的广泛扩散正在消减美军的竞争优势，并促使美军不断去技术创新。例如，现在一个重要的需求是在夜晚能比现在看得更清楚，甚至在无光条件下，以及要求更轻和更便宜的设备。美军同时要去克服沙暴等阻挡视线的恶劣环境带来的挑战，要能够在士兵之间实时分享夜视信息。此外，还有一个需求就是将不同红外波段的夜视设备集成到一个设备上，这样就减轻了士兵携带多个设备的负担。

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