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苏35"眼睛"比歼11B小为何能锁定F22 道理跟拍照一样
www.wforum.com | 2019-02-10 19:34:16  世界军事网 | 0条评论 | 查看/发表评论

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苏-35S的OLS-35光电窗口(左)的反射镜极小

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  有源相控阵雷达等先进传感器普及后,红外传感器这种“光电雷达”的存在感一定程度上被刷了下去。而去年,一名在叙利亚服役过的俄罗斯军人不断放出了苏-35使用OLS-35红外跟踪系统锁定F-22、B-52以及F-15等美军战机的图片。苏-35锁定美军军机的这些照片,一定程度上“激活”了外界对红外设备的“认知”。北国防务(微信ID:sinorusdef)这几天就来说说红外传感器的一些知识,今天我们特约撰稿人杨政卫先借苏-35所用OLS-35的“小眼睛”谈谈红外传感器的基本原理。

  苏-35所用的OLS-35并非俄罗斯最先进的此类产品,但相比苏-27等使用的上一代产品已经好不少,全套系统的重量少了131千克,足足2个成年人的重量。

  大家如果有注意观察的话,会发现OLS-35的反射镜以及从反射镜所看到的底下透镜组的口径都比以前小。现在OLS-35反射镜的宽度只有球型窗口口径的约一半,而早期苏-27/歼-11A所用OLS-27的反射镜几乎占满整个球型窗口。解放军国产歼-11B用的国产光电头同样如此,明显比苏-35的大。

  这是为什么呢?这其实和照相机的原理接近,两者都属于被动光成像。

  从光学系统设计的角度来看,可以知道OLS-35采用较小的光圈。在感光度足够的情况下,这可以换取较好的成像质量。

  反射镜的大小并不影响成像,他影响的是捕获的总光量。大一点的反射镜可以把多一点光反射到透镜组内,小一点的镜子就反射少一点。所以大的反射镜配大透镜,小反射镜配小透镜,交叉搭配就没意义。我们从OLS系统的反射镜通常都可以看到几乎完整的下方透镜形状,而且透镜彷佛刚好就是镜子的内切圆,就是因为透镜口径与镜子大小匹配的缘故。

  在照相机里,光圈大,进光量多,影像会亮一点,或是在一样的感光度下,曝光时间可以少一点,以捕获动态影像。然而影像质量通常比较差,这一方面是因为大光圈时,只有特定距离处的影像可以精准的成像,距离差越多的影像就会越模糊,另一方面是大光圈时杂光也多。所以在摄影时,除非是故意想要取得模糊影像或是景深效果,否则会尽可能缩小光圈。例如拍远方风景时,就会希望画面到处都清楚,就会用小光圈来拍。红外摄影也是,甚至在红外摄影中,噪声会与光圈口径平方成正比。

  从OLS-35的需求看,他是以空中搜索为最主要要求,因此会需要强调动态摄影能力,所以视野不能太小,曝光时间(信号累积时间)不能太长。

  在给定的信号累积时间下,要拍摄一样的亮度(一样强的信号),可以是增加感光度(增加ISO)并缩小光圈,或是减少感光度并增大光圈。增加感光度与增大光圈都是增加影像亮度的方法,也都会破坏影像质量。但增加ISO的缺陷可以用信号处理或电子组件的进步来补偿,相对简单,例如本世纪初的数字相机开到ISO1600就会看到粗噪点了,现在的就算开到ISO6400正常人也很难找到噪点。

  而大光圈对影像的破坏就主要是物理现象,很难改善(所以大光圈高成像质量镜头总是很贵)。再加上,缩小光圈本身又有助于抑制噪声与提高成像质量,所以在组件许可的情况下,OLS-35自然会走缩小光圈加大感光度的路线。另一方面,红外光学组件的价格与口径成非线性成长,有数据指出是三次方成长,所以小光圈设计可以让系统更小更轻更便宜。

  既然这样,那为什么以前的OLS-27要“犯傻”搞大光圈?这里必须知道两者时代差距将近30年,用的组件差距太大。很可能是以前的感光组件的灵敏度比较差,所以需要大一点的进光量。这推测是有迹可循的。

  传统的红外传感器通常是用到组件接收红外线后电子特性的改变来感测,这会需要一定的反应时间来抓到信号,也通常有“惯性”,也就是需要时间“消除记忆”才可以用于下一次探测,这样的组件敏感度比较差(相当于ISO小),就会需要大一点的信号量(大光圈)。而像OLS-35这种新一代的红外探测器用的是量子原理,他只接收特定波长的光,而且反应更快,也就是ISO比较大,所以可以缩小光圈。

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