적외선 이미징 기술은 적외선 복사 원리를 기반으로 작동합니다. 절대온도 0도 이상의 물체는 적외선을 방출합니다. 이 기술은 이 적외선 에너지를 감지해 가시 이미지로 변환해 표적 식별과 추적을 가능하게 한다. 현대 첨단-기술 기술로서 지난 10년 동안 지상 장갑차부터 공중 전투기, 수상함, 수중 잠수정에 이르기까지 무기류에 널리 사용되었습니다. 수동 작동(능동 신호 전송이 없어 은폐율이 높음), 강력한 -간섭 방지(전자기 간섭의 영향을 받지 않음), 강력한 표적 인식(표적과 배경 사이의 미묘한 온도 차이를 식별할 수 있음) 및-전천후 작동(주야, 안개, 눈 및 기타 악천후의 영향을 받지 않음)으로 인해 현대의 필수 구성 요소가 되었습니다. 첨단-기술 재래식 무기. 육군, 해군, 공군을 위한 다양한 유형의 장비의 핵심 기능 요구 사항을 충족하여 무기 시스템의 전투 효율성과 생존성을 크게 향상시킵니다.
적외선 이미징 기술의 군사적 응용
지상 무기 시스템
지상무기 중 탱크, 장갑차 등 군용 차량에는 주로 야간 전투, 복잡한 전장 환경에서의 정찰, 사격 통제 등에 사용되는 적외선 영상 장비가 탑재되는 경우가 많다. 능동형 근-적외선 이미징은 외부 광원에 의존하므로 적 감지에 취약합니다. 저-조도- 수준의 야간 투시 성능은 밝은 햇빛이나 연기가 있는 곳에서는 제한됩니다. 그러나 적외선 이미징 기술은 대상과 주변 환경 사이의 온도 차이를 포착하여 연기와 먼지를 효과적으로 투과합니다. 완전한 어둠 속에서도 표적을 효과적으로 식별할 수 있습니다.
실제 응용 분야에서 적외선 영상 장치는 레이저 거리 측정기, 탄도 컴퓨터 및 기타 장비와 통합되어 통합 사격 통제 시스템을 형성할 수 있습니다. 예를 들어, 탱크에 장착된-적외선 이미저는 적 장갑차, 요새 및 기타 목표물의 실시간-적외선 이미지를 캡처할 수 있습니다. 레이저 거리 측정기는 목표 거리를 동시에 측정하고 탄도 컴퓨터는 차량 움직임과 탄약 유형을 기반으로 발사 매개 변수를 계산합니다. 궁극적으로 적외선 이미지, 표적 거리, 십자선 및 탄도 데이터가 통합되어 제어판에 표시되므로 승무원이 표적을 신속하게 추적하고 발사 결정을 내릴 수 있어 사격 대응 시간이 크게 단축되고 타격 정확도가 향상됩니다.
대전차 개인 휴대용 무기-
대전차 개인 휴대용 무기 시스템에서 적외선 이미징 기술은 개인의 전투 능력을 향상시키는 핵심이며, 주로 장거리 표적 탐지, 복잡한 배경에서의 표적 식별 및 '발사 후 자율 작동'의 요구 사항을 해결합니다. 전통적인 대전차 무기는 광학 조준에 의존하는데, 이는 주변 조명의 영향을 크게 받고 사수가 목표물에 맞을 때까지 계속 조준해야 하므로 위치가 쉽게 드러날 수 있습니다. 그러나 적외선 이미징 기술이 탑재된 장비는 고감도 감지기를 사용하여 탱크 엔진 및 선로와 같은 뜨거운 영역에서 적외선을 캡처하므로 초목과 복잡한 지형으로 인해 가려진 환경에서도 정확한 목표 위치를 찾을 수 있습니다.
일부 첨단 장비에는 적외선 이미징 시커가 통합되어 있어 "발사-및-망각" 기능이 가능합니다. 사수가 무기를 조준하고 발사한 후 적외선 이미징 시커는 사수의 행동에 영향을 받지 않고 자동으로 표적의 적외선 신호를 추적합니다. 비행 중에 우선순위가 더 높은 표적을 재선택할 수도 있으므로-다중 표적 선택 및 조준점 선택이 가능합니다(예: 탱크 엔진실과 같은 취약한 영역에 우선순위 지정). 또한 적외선 영상 장치는 무초점 망원경, 이중 영상 증폭 장치 및 기타 구성 요소와 결합하여 감지 범위를 더욱 확장하여 중{6}} 및 장거리-대전차 전투에서 개별 군인의 요구를 충족할 수 있습니다.
항공기 무기 시스템
항공기 무기는 항공기와 미사일이라는 두 가지 주요 범주로 구성됩니다. 적외선 영상 시스템은 장비 유형에 따라 서로 다른 핵심 작업을 수행하며 항공 정찰, 정밀 타격 및 보안 항법에 대한 핵심 기술 지원을 제공합니다. 항공기 응용 분야에서 적외선 이미징 시스템은 항공기 모델의 기능에 따라 다르게 구성됩니다. 대-잠수함 순찰 항공기에는 야간(해수와 온도 차이가 큰 곳)에 수상 선박 및 잠수함 스노클과 같은 표적을 탐지할 수 있는 적외선 영상 시스템이 장착되어 있습니다. 또한 검색 범위가 넓어 광활한 해양 지역을 빠르게 탐색할 수 있습니다. 전투기에는 저고도 야간 항법(지형 장애물 식별)과 지상 공격(차량 및 요새에 대한 고정)을 위한 전방-FLIR(전향 적외선 시스템)이 장착되어 있습니다. 일부 시스템은 레이저 유도 폭탄을 유도하기 위해 레이저 지시자와 연결되어 "찾기 및 파괴" 전략을 달성할 수도 있습니다. 헬리콥터- 탑재 적외선 영상 장비는 주로 저고도 정찰, 인원 수색 및 구조, 지상 화재 지원에 사용됩니다. 특히 시가지 전투에서는 건물 틈을 뚫고 실내 표적의 적외선 신호를 포착해 작전 유연성을 높일 수 있다.
미사일 분야에서는 적외선 영상유도가 정밀유도 기술의 핵심 발전 방향이다. 기존의 적외선 점{1}}소스 유도(표적의 단일 적외선 방사 지점만 감지)와 비교하여 적외선 영상 유도는 표적의 적외선 이미지를 획득하여 표적과 적외선 미끼를 더 정확하게 구분할 수 있어 간섭 방지 기능이 크게 향상됩니다.- 이 기술은 공{4}}대공-, 지대공-대공-, 공대{8}}지{9}}를 포함한 다양한 미사일 유형과 호환됩니다. 공{11}}대공 미사일은 적외선 이미징 시커를 사용하여 항공기 엔진 배기 가스와 동체의 고온 영역을 추적하여 근거리-교전과 중거리- 및 장거리{16}}요격이 가능합니다. 지대공-대공 미사일은 저공-비행 순항 미사일과 전투기를 식별하여 초저{21}}고도- 침투 위협에 대응할 수 있습니다. 공{24}}대지-미사일은 지상 장갑차 및 고정 요새와 같은 목표물을 조준하여 연기로 뒤덮인 환경에서도 정확한 타격을 가할 수 있습니다.-
해군 함정 시스템
선박용 적외선 이미징 시스템은 야간 표적 식별, 저-고도 미사일 방어, 잠망경 정찰이라는 세 가지 핵심 요구 사항을 충족하는 수상 전투용으로 특별히 설계되었습니다. 이는 선박 기반 대공 방어, 대{3}}미사일 및 대{4}}잠수함 작전을 위한 중요한 보조 도구 역할을 합니다. 야간 식별 시스템의 경우 해수면에 기준점이 부족하여 기존 광학 장비로 먼 선박과 섬 및 항해 표시를 구별하기가 어렵습니다. 그러나 적외선 이미징 시스템은 선박의 전력 시스템 및 굴뚝과 같은 고온 영역에서 나오는 적외선 방사를 사용하여 대상 유형(예: 군함의 민간 선박)을 신속하게 식별할 수 있습니다. 이 시스템은 표면 반사와 안개의 영향을 받지 않아 야간 순찰 및 감시 기능이 향상됩니다.
사격 통제 시스템의 측면에서 선박용 적외선 이미징 시스템은 주로 저고도 미사일 위협에 대응하는 데 초점을 맞춘 레이더 및 레이저 시스템으로 구성된 복합 탐지 시스템을 형성하는 경우가 많습니다.{0}} 미사일이 낮은 고도로 비행할 때 공기 마찰은 탄두와 엔진 배기 기둥을 가열하여 강렬한 적외선 복사를 생성합니다(탄두의 복사 파장은 일반적으로 8-14μm인 반면 배기 기둥의 파장은 일반적으로 3-5μm입니다). 적외선 이미징 시스템은 이러한 특성을 구체적으로 포착하여 자동으로 표적 검색, 획득 및 추적을 수행할 수 있습니다. 이들은 목표 방위각, 고도 및 기타 데이터를 실시간으로 함선 지휘 본부에 전송하여 요격 매개변수 조정 시 대공 미사일과 근접 무기 시스템을 지원합니다.- 해수면, 섬 등 복잡한 배경에서 미사일 표적을 정확하게 구별해 초저고도 탐지 시 레이더 사각지대를 해소할 수 있다. 또한 적외선 이미징 기술은 선박의 광학 마스트 및 잠망경에 널리 사용됩니다. 광학 마스트에 장착된 적외선 영상 장비를 사용하면 선박을 레이더 신호에 노출시키지 않고도 표면 및 공중 표적을 은밀하게 정찰할 수 있습니다. 잠망경에 통합된 적외선 이미징 시스템을 사용하면 잠수함은 잠망경을 수중으로 확장하여 노출 시간을 줄이고 잠수함의 스텔스 및 생존 가능성을 향상시키면서 표면 표적에 대한 정보를 신속하게 얻을 수 있습니다.
적외선 영상 기술 현황
적외선 이미징 기술은 주로 적외선 감지기의 기술 발전에 힘입어 1970년대 이후 빠르게 발전했습니다. 열화상 제품은 단순한 초기 감지 시스템에서 고해상도와 고감도를 갖춘 3세대 제품으로 발전했습니다. 각 세대는 검출기 구조, 성능 및 시스템 통합 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다.
1세대-열화상 시스템: 1970년대부터 1990년대 초반까지 이 시스템은 주로 장파- 및 중{4}}파 적외선 대역에서 작동했으며 다-요소 선형 배열 감지기(예: 수은 카드뮴 텔루르화물 감지기)를 사용했습니다. 이 시스템에는 냉각기(검출기의 낮은 작동 온도를 유지하고 감도를 높이기 위해)와 광기계식 스캐너(기계적 동작을 사용하여 대상 영역을 스캔하고 이미지화하는 것)가 필요합니다. 이미징 해상도는 상대적으로 낮지만(이미지 라인 수가 적음) 표준화된 모듈식 설계를 통해 탱크, 장갑차, 항공기 등 다양한 무기 플랫폼에 적용할 수 있어 초기 군사 응용 분야의 기본 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이 기간 동안 미국, 영국, 프랑스 및 기타 국가에서는 1세대 제품을 개발했으며, 중국도 이 단계에서 기술 혁신을 달성하여 후속 개발의 기반을 마련했습니다.
2세대-세대 열화상 시스템: 1990년대부터 초점면 배열 기술이 획기적인 발전을 이루면서 기존 선형 감지기와 광기계적 스캐닝 구조를 대체하고 이미징 효율성과 해상도를 크게 향상시켰습니다. 이 기술은 4N 스캐닝 어레이(제한된 수의 픽셀을 사용한 스캐닝을 통해 넓은-필드 이미징 달성)와 N×M 스타링 어레이(픽셀이 시야를 직접 덮으므로 기계적 스캐닝이 필요하지 않고 더 빠른 이미징이 가능함)의 두 가지 구성으로 제공됩니다. 검출기 재료는 주로 냉각된 수은 카드뮴 텔루라이드(HgCdTe)와 안티몬화 인듐(InSb)이며, 이 기술은 중{6}} 및 단파 적외선(MWIR) 범위에서 성숙합니다. 1세대에 비해 2-세대 시스템은 더 높은 해상도, 더 작은 크기, 더 낮은 전력 소비 및 향상된 표적 인식 기능을 자랑합니다. 점차적으로 군대의 모든 분야에 걸쳐 무기의 주류 기능이 되었으며 전투기, 미사일, 선박과 같은 플랫폼에서 널리 사용됩니다.
3세대-세대 열화상 시스템: 21세기 초부터 적외선 이미징 기술은 3세대에 접어들었습니다. 이 시스템은 핵심 기능으로 LAFA(대형{3}}영역 초점면 배열)를 갖추고 있습니다. 여전히 주로 냉각식 감지기에 기반을 두고 있으면서도 포괄적인 성능 업그레이드를 달성했습니다. 이 세대의 시스템은 픽셀 수가 크게 늘어난 LFAFA 감지기를 활용하여 더 높은 해상도의-적외선 이미지를 구현합니다. 검출기 재료 및 구조를 최적화하면 양자 효율(전기 신호로 변환되는 적외선 광자의 비율)이 크게 향상되고, 작동 온도 범위가 넓어지며(일부 검출기는 120~180K에서 작동하여 냉각 시스템의 복잡성이 감소함), NETD(잡음 등가 온도차)가 1~5mK로 감소하고(더 작은 온도 차이 감지 가능), 검출 균일성이 크게 향상됩니다(성능 최소화). 픽셀 간의 변형). 또한 3세대-세대 시스템은 다중-파장 감지(단-파, 중-파 및 장{17}}파 적외선 대역에서 동시에 작동) 및 다기능 신호 처리(예: 동적 범위 압축, 비선형 보정, 이동 표적 추적)를 지원합니다. 이를 통해 더 많은 표적 정보를 통합하여 복잡한 환경에서 표적 인식 및 간섭 방지 기능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
적외선 이미징 기술의 미래 전망
향후 적외선 이미징 기술 개발은 '성능 향상, 크기 축소, 기능 확장, 비용 절감'이라는 4가지 핵심 목표에 중점을 둘 것입니다. 이는 검출기 기술의 혁신과 시스템 통합의 혁신에 초점을 맞추고 특히 네 가지 주요 개발 방향을 제시합니다.
초점면 및 대형 어레이: 초점면 장치는 적외선 방사를 전기 신호로 직접 변환할 수 있으므로 기존 광학 스캐닝 메커니즘이 필요하지 않고 시스템 설계가 단순화되며 크기와 전력 소비가 줄어듭니다. 이는 미래의 주류 기술 경로가 될 것입니다. 동시에 광{2}}지역 정찰 및 고해상도{3}} 식별 요구 사항을 충족하기 위해 감지기는 더 큰 어레이와 더 긴 라인으로 발전할 것입니다. 픽셀 수를 늘려(예: 1024×1024 픽셀에서 2048×2048 픽셀 이상) 이미지 해상도와 시야 범위가 향상되어 더 복잡한 전투 시나리오(예: 광역 전장 정찰 및 동시 다중{12}}표적 추적)에 적응할 수 있습니다.
통합: 반도체 재료 제조 기술의 발전을 활용하여 적외선 영상 감지기는 고도로 통합된 접근 방식으로 발전할 것입니다. 한편으로는 감지기, 판독 회로, 신호 처리 장치를 단일 칩에 통합함으로써 구성 요소 간의 상호 연결이 줄어들고 시스템 안정성과 응답 속도가 향상됩니다. 한편, HgCdTe 합금 소재(광대역 감지 기능 제공) 및 양자 우물/초격자 소재(구조 설계를 통해 감지 대역 조정 가능) 개발에 집중함으로써 감지기는 초점면 및 다기능성과 더욱 통합되어 통합된 '감지{2}}처리-전송' 시스템을 달성할 것입니다. 이를 통해 시스템 크기가 더욱 줄어들고 초소형-무기(예: 초소형-미사일 및 드론)와 같은 소형 플랫폼과의 호환성이 가능해집니다. 소형화: 개별 장비 및 초소형{8}}UAV와 같은 소형 전투 플랫폼의 개발로 인해 적외선 영상 시스템의 크기와 무게에 대한 요구가 높아지고 있습니다. 이중{10}}밴드 광학 설계(단일 시스템이 두 개의 적외선 대역을 동시에 감지하여 광학 구성 요소 수를 줄임), 마이크로{11}}냉각 기술(더 작고 저전력 냉각기 개발), 저전력 신호 처리 칩과 같은 핵심 기술의 미래 혁신은 시스템 크기와 무게를 줄이는 동시에 시스템 크기와 무게를 줄일 것입니다. 탐지 성능을 유지합니다. 이를 통해 적외선 영상 기술이 개인 야간 투시 장치, 초소형 정찰 UAV, 소형 미사일 등의 장비에 더욱 광범위하게 적용되어 풀뿌리 전투 부대의 전투 능력이 향상될 것입니다.
다색화: 기존 적외선 이미징은 대부분 단일{0}}대역으로 제한된 대상 정보를 캡처합니다. 향후 개발은 다색화(다중-밴드 이미징) 방향으로 진행될 것입니다. 감지 스펙트럼 범위를 넓히거나(예: 단파, 중파, 장파 및 초-장파 적외선 포함) 대역 분할을 개선하여(단일 대역을 여러 하위-대역으로 분할) 다양한 적외선 대역에서 대상의 방사 특성을 캡처하여 "컬러" 열 이미지를 형성할 수 있습니다. 다색 이미징은 더 풍부한 표적 정보(예: 표적의 여러 부분에 걸친 온도 분포 구별 및 위장된 표적 식별)를 제공하여 복잡한 배경에서 표적 인식 정확도 및 -간섭 방지 기능을 향상시킵니다(예: 적외선 미끼와 표적을 효과적으로 구별). 또한 다색화는 비냉각식 기술(냉각기 필요성 제거, 크기 및 전력 소비 감소), 지능형 알고리즘(예: AI 지원 대상 인식 및 자동 위협 평가 등), 고밀도 통합과 결합되어 다기능, 저전력 소비 및 높은 지능을 향한 적외선 이미징 시스템 개발을 촉진합니다.
시장 관점에서 볼 때 군사 부문의 적외선 이미징 시스템 및 센서에 대한 수요는 계속 증가할 것입니다. 이러한 성장은 새로운 무기와 장비(예: 6-세대 전투기, 무인 전투 플랫폼 및 극초음속 미사일)의 배치와 기존 장비의 업그레이드 및 개조(예: 고급 적외선 이미징 시스템으로 구형 탱크 및 전투기 개조)에 의해 주도됩니다. 동시에 군에서 사용되는 상용 완제품(예: 민간용 적외선 카메라, 산업용 검사 장비)의 비율은 (군 표준화 및 비용 절감을 통해) 점차 증가할 것입니다. 비냉각식 초점면 시스템은 작은 크기, 낮은 전력 소비 및 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 더 빠른 속도로 개발되어 개별 장비 및 소형 플랫폼의 주류 선택이 되고 군대에서 적외선 이미징 기술의 광범위한 대중화 및 적용을 촉진할 것으로 예상됩니다.
