热释电FPA。热释电探测器的研究早在60年代和70年代就颇为盛行,有过多种材料,较新型的有钛酸锶钡(BST)陶瓷和钛酸钪铅(PST)等。美国TI公司推出的328×240钛酸锶钡(BST)FPA已形成产品,NETD优于0.1K,有多种应用。计划中还有640×480的FPA,发展趋势是将铁电材料薄膜淀积于硅片上,制成单片式热释电焦平面,有很高的潜在性能,可望实现1000×1000阵列的优质成像。
(2)微测辐射热计(Microbolometer)。它是在IC-CMOS硅片上以淀积技术,用Si3N4支撑有高电阻温度系数和高电阻率的热敏电阻材料Vox或α-Si,做成微桥结构器件(单片式FPA)。接收热辐射引起温度变化而改变阻值,直流耦合无须斩波器,仅需一半导体制冷器保持其稳定的工作温度。90年代初,由Honeywell公司首先开发,研制成工作在8μm~14μm的320×240 UFPA,并以此制成实用的热像系统,NETD已达到0.1K以下,可望在近期达到0.02K。此类FPA90年代发展神速,成为热点。与热释电UFPA比较,微测辐射热计采用硅集成工艺,制造成本低廉;有好的线性响应和高的动态范围;像元间好的绝缘而有低的串音和图像模糊;低的1/f噪声;以及高的帧速和潜在高灵敏度(理论NETD可达0.01K)。其偏置功率受耗散功率限制和大的噪声带宽不足以与热释电相比。
再结合载机和目标空间运动的几何关系方程组,联立可迭代求解目标的距离和速度初值,然后根据公式(6)可对目标的后续采样点进行递推求解,这为满足实时解算打下了基础。还可用滤波算法来进行平滑和外推处理,提高精度。
通过红外探测器测量目标在两个波段、两个采样时刻上的辐射通量,就可以解算出目标距离和径向速度。
2.3 红外探测发展前景
为了满足红外信息获取技术发展需求,美国等发达国家在频谱波段上积极探索。无缝隙探测”.在微波/毫米波、可见光/中波红外/长波红外等波段探测方面取得了很大迸展.
2.3.1 红外焦平面阵列技术
首先在美国、法国等发达国家,基于窄禁带半导体蹄福汞材料的单波段红外焦平面器件技术已经成熟,以288×4元长波和256×256元中波为代表的焦平面器件已基本取代了多元光导线列通用组件.256×256元蹄福汞焦平面探测器已实现工程应用.并已经向更大规模的凝视型面谇焦平面探测器、双色探测器发展.长波器件已达到256×256元的规模,中、短波器件达到了512×512元甚至2048×2048元的规模,长线阵的扫描型焦平面因其在空问对地观测方面需求而受到高度重视,针对不同应用目标,1500远红外中长波、3000远红外短波、4000远红外长波以及6000远红外中、短波长线列焦平面器件纷纷问世。
红外焦平面器件技术,不但要发展基于材料温度特性的硅Bolometer和铁电材料热释电或热容性红外焦平面器件,还要着力发展基于微光机电技术的热机械应变式红外焦平面器件。同时通过新型材料的探索,将优异的器件结构和材料特性有效地组合构成性能更为优越的焦平面器件,形成了当前发展的重要方向之
一.例如,法国的大型红外焦平面阵列(TRFPA)和双波段红外焦平面阵列技术以及小像素非晶硅非制冷探测器技术研究已经取得了一定的进展.
2.3.2 红外电子物理
红外光电子物理发展的一个焦点就是红外焦平面相关的物理问题。如以蹄福汞材料为主要研究对象的窄禁带半导体物理已获得很好的发展,直接支撑了以蹄福汞为代表的红外焦平面技术}而基于半导体微结构、纳米结构能带工程的了带物理也正在快速发展,有力地推进了以量子阱红外探测器及其它量子器件为代表的新一类焦平面技术,以光电物理为基础的新型红外探测应用材料与物理研究也在近年变得十分活跃。红外光电子物理已成为主要研究在红外波段能量范围内电磁辐射与物质相互作用,研究红外辐射和探测的原理与机制,探索新的材料和器件,为红外光电子技术提供科学基础以及直接应用的热门学科.
到目前为止,红外预警探测系统集红外探测器技术、制冷技术和光电技术、信号处理技术、自动控制技术于一体,以无源方式工作,自身隐蔽性好抗干扰能力强探测目标范围广,已逐渐成为对来袭威胁目标预警的主要手段之
一.
2.3.3 双波段探测
单一波段红外探测系统会由于目标伪装,环境干扰等因素导致其探测能力和准确度下降,面双波段探测器件(3—5
和8—12
)不但可以提高系统对假目标的鉴别能力,还可以降低系统的阑值电平,提高系统的探测距离等,所以双波段探测具有较好地发展前景。例如,法国。斯皮拉尔”舰用红外警戒系统和荷兰的IRSCAN等都采用的是双波段探测.
2.3.4 复合探测
由于红外焦平面阵列技术已由单像元单色发展到双色,并向三色、四色的方向发展,预计年前将获得超光谱应用的能力.目前双色凝视焦平面阵列的野外测试已在进行.同时采用光谱滤波器线阵多色焦平面可实现覆盖可见光到长波红外的探测,其光谱段已可多达数十个到数百个。美国波音飞机公司电子系统和导弹防御部在这方面的研究已取得了很大的进展,波音/罗克威尔的遥感器用HgCdT-e多光谱红外焦平面PACE一1已达1024×1024元,Hawaii一2采用2048×2048元阵列已研制出来,其像元尺寸小达18×18。
采用雷达、红外、紫外、激光等技术的综合型复合光电探测器系统,并不断拓展其响应频谱范围,降低虚警率和提高多传感器数据融合能力,才能满足未来战场的需要.例如,美国空军研制的复合告警器,可同时探测红外、可见光、紫外及射频威胁.