Transcript 基于点目标跟踪的红外导引系统原理

导弹制导控制系统原理
第二章
基于点目标跟踪的红外导引
系统原理
第二章
基于点目标跟踪的红外导引系统原理
§2.1导弹自动导引系统的组成及工作原理
§2.2红外导引头基本原理
§2.3红外探测器极其制冷
§2.4光学调制与调制盘
§2.5误差信号处理电路图
§2.6红外目标跟踪系统
§2.7十字叉及L型系统
§2.1 导弹自动导引系统的组成
及工作原理
一、导弹自动导引的分类
自动导引方法精度比较高，因此
在空空导弹和地空导弹的控制中得到广泛
采用。
自动导引的导弹有三种方法。
自动导引的导弹的三种方法
1、跟踪法
2、平行接近法
3、比例导引法
跟踪法
平行接近法
比例导引法
导弹的过载大
过载小，实现困难
过载小，装置简单
导弹制导视频
二、自动导系统的组成
1、导引头
X-59
导
引
头
雷
达
导
引
头
2、 舵机
俄R-73空空导弹
前卫-3激光导引头
与舵机
3、导弹外形及工作原理
（1）导弹外行图
尾翼
导引头
舵机
发动机
（2）红外导引头工作原理
q
△q
u
测角系统
qt
跟踪系统
§2.2 红外导引头光学系统基本原理
一、导引头结构组成方块图
1、组成图
光学系统
方位探测系统
调制盘
探测器
导引头
跟踪系统
信号处理电路
2、导引头工作原理
导引头的各部分相互协调工作，其关系
如下图所示；
（1）结构组成
（2）工作原理
目标辐射
光学系统
调制盘
陀螺跟踪系统
探测器
电子线路
二、红外光学系统
红外光学系统是红外导引的一个重要组成部分。
红外导引通过光学系统来收集目标辐射的红外线。
红外光学系统是根据光的基本传播规律进行成象
的。
右图：采用红外光学系统的
天文望远镜
1、基本组成元件：
光学系统的基本组成元件是反射镜、棱镜、
及光栏。
尼科耳棱镜
2、红外成象技术的基本原理
3、光学系统的功能
（1）聚集光能以探测目标
（2）利用象点的位置反映目标偏离光轴的
大小和方位
y
M’
O1
M
x1
⊿q
⊿q
O’
O
y1
R
f
凸光
透学
镜系
统
等
效
的
4、光学系统几个主要的外形结构参数
（1）有效接收口径D
有效接收口径D决定了光学系统有效接
收面积的大小。
（2） 焦距
光学系统的焦距是决定系统成象位置及
大小的基本参量，焦距还影响系统视角的
大小。
（3）视角
视角的大小决定了系统所能观察到的有效空间
的大小。为了消除背景的干扰，系统的视角不能
太大。
（4）相对孔径、f／数
有效接收口径与焦距的比值称为光学系统的相
对孔径。
5、影响象质的因素
一个物点成象并不是一个几何点，而是一个
亮的扩散圆斑，通常称为弥散圆。弥散圆的大小
对信号有相当大的影响。
弥散圆
由于弥散圆的大小对信号有相当大的影响，
因此需要了解影响弥散圆大小的影响因素。
影响弥散圆大小的因素有两种，一是衍射，
二是象差。
衍左
射图
及：
其
强
度
分
布
（1）、衍射对象质的影响
衍射是由光的波动性而引起的。即使是位于光
轴上的几何点源，通过有光栏的光学系统后成的
象也不是一个几何点，而是一个明亮的中心圆斑，
中心圆斑一般称为艾利(Airy)圆。
艾利(Airy)圆
(2)、象差对象质的影响
象差是影响弥散圆大小的主要因素。象差可分
为色差和单色象差两类。色差是主于透镜的折射系
数随波长而变化引起的，单色象差指光学系统
对单色光产生的象差。
右图：
测量象差的原理图
§2.3 红外探测器及其制冷
红外探测器实际上是一种红外线辐射能
的转换器。它把辐射能转换成另一种便于测
量的能量形式，多数情况下转换成电能，因
为从近代的测量技术看，电量的测量最方便
最精确。
无线被动式
红外探测器
庭院灯型红外探测器
吸顶式智能
红外探测器
一、红外探测器的分类
对于探测和跟踪目标的探测器，按照探
测过程的物理机理，可分为两类，即热探
测器和光子探测器，热探测器是利用红外
线的热效应而工作的。
1、热探测器
当红外线辐射到热探测器上后，探测器
材料的温度会上升，温度的变化会引起某
些物理特性相应发生改变，利用测量这些
物理特性的改变程度来确定红外辐射的强
弱，这样的探测器称为热探测器。
（1）热探测器的特点
热探测器要利用材料受到热辐射后温度
的上升来测量的，因而反应时间较长，时间
常数一般在毫秒级以上，这类探测器的另一
个特点是对全部波长的热辐射基本上都有相
同的响应。
右为电阻式热探测器
(2)热探测器工作原理
热探测器是利用
入射红外辐射引起
敏感元件的温度变
化，进而使其有关
的物理参数发生相
应变化，通过测量
有关物理参数的变
化可确定探测器所
吸收的红外辐射。
一热释电型热探测器工
作原理图
2、光子探测器
光子探测器是利用红外线中的光子流射
到探测器上后，和探测器材料中的束缚态电子作
用后，引起电子状态的变化，从而产生能逸出表
面的自由电子，以此来探测红外线。
四象限
光电探
测器
（1）光子探测器的特点
光子探测器的反应时间短，但要使物
体内部的电子改变运动动态，入射的光子
能量必须足够大。当光子能量小于某一值
时，就不能使束缚状态电子变成载流子或
能逸出材料表面的自由电子。
日本滨松
光子--光电管探测器
热探测器和光子探测器优缺点的比较
名称
优点
不需冷却，
全波段有平
热探测器
坦响应
灵敏度高，
光子探测器 反应时间短
缺点
灵敏度较低，
反应较慢
只适用于一
定的波长范
围 ，需冷
却
在导弹的红外制导系统中，由于要
求灵敏，反应快。一般采用光子探测器。
PL-9C
空
空
导
弹红
外
挂装在武装直升机
上的TY90导弹
二、光子探测器分类及工作原理
光子探测器是基于入射光子对探测器材料内
的电子作用而产生的光电子效应而工作的。光电
子效应有外光电效应和内光电效应两种。
光电探测器
外
光
电
光电导探测器
光子探测器
光生伏特探测器
光磁电探测器
内
光
电
1．光电探测器
当光照射到某些材料的表面上时，如果入
射光子的能量足够大，就能够使电子逸出材料
的表面，这种现象称为外光电效应。利用这种
效应制成的探测器，称之为光电探测器。
光电效应原理图
常用的光电探测器有光电二极管和光电
倍增管。光电倍增管常用于激光制导系统
中作为红外激光探测器。
光电二极管
光电倍增管
光电探测器的工作原理
光电探测器，存在一个长波限。长
波限的存在可以从光量子理论得到解释。
根据光量子理论，认为辐射能量是以粒
子形式存在的，这种粒子称为光子。其
公式为：
当入射光子与材料中的电子相遇碰撞
时，光子就消失而将其全部能量转给了
电子。若光子的能量大于探测器材料的
电子逸功率，电子就可逸出材料的表面 。
根据此原理爱因斯坦提出了光电发射公
式：
1
2
mv  hv   
2
hc


2、光电导探测器
当光照射到某些半导体材料上后，
光子与半导体内的电子作用后，会形
成载流子，载流子会使半导体的电导
率增加，这种现象称为光电导现象。
半导体材料
利用光电导现象制成的 探测器
叫光电导探测器。常见的 光电导器
件由硫化铅、硒化铅、锑化铟等材
料制成。这是红外技术中应用最广
泛的一类探测器。
在纯净半导体中，当价电子受到热或
光子的 激发而跳到导带后，在价带中就
留下了一个空穴，电子和空穴对材料导电
率都有提高作用。 这种在纯净半导体中
一个电子被激发而在导带和价带分别发生
电子的过程叫本征激发。
本征激发
为了使探测器能在较长的波段工作，需
要增大探测器的截止波长。一般在纯净半导
体中掺入少量其他杂质，根据掺入的杂质不
同，可以做成P型半导体和N型半导体.
3．光生伏特探测器
在P型，N型半导体接触面处会形成一个阻
挡层。在阻挡层内存在内电场E，如果光照射
在结附近，由光子激发而形成光生载流子，
由于内电场的作用，光生载流子的电子就会
跑到N区，而空穴就跑到P区，这时在P-N结两
侧就会出现附加电位差，这一现象称为“光
生伏特”效应。
阻挡层内存在内电场E如图下所示
++++++++++
P
N
E
U
4．光磁电探测器
光磁电探测器由一薄片本征导体材料和一
块磁铁组成。当入射光子产生电子空穴对时，
它们被外加磁场分开形成电动势。
这类探测
器不需要致冷，可响应到7微米，时间常数也小。
但由于其灵敏度较前两种低，故目前应用较少。
二、探测器的主要特性参数
导引头所用的探测器大部分都是光电导
探测器和光生伏特探测器，由于它们都是光
子探测器，所以又都称为光敏元件。光敏元
件有一系列根据实际应用需要而制定的特性
参数。用这些参数可以区别一个光敏元件在
应用中的优劣。
1．电压灵敏度
电压灵敏度反映了光敏元件对入射辐
射能的转换能力。
2．驰豫时间
驰豫时间是表征光敏元件对光照反映 快
慢的物理量，是进行系统设计选用元件 时
必须考虑的重要参数。
正弦光照弛豫过程图
矩形脉冲光照弛豫过程图
4．噪声：
由以上的讨论，我们知道，光照射到光敏元
件上后，就会有一个有用的信号产生，但光敏元
件工作时除了有用信号之外，还有噪声存在。
5．噪声等效功率于探测度：
光敏元件存在着噪声，噪声限制了光敏
元件对微弱信号的探测能力。
三、红外探测器的致冷
1．致冷的必要性
目前性能较好的探测器均需要冷却，致
冷可以降低热激发产生的载流子，从而降
低探测器的噪声；致冷在一定程度上也可
减少禁带宽度，从而加大载止波长 。
2．致冷的方法
目前对红外探测器的致冷有多种方法，按照换
热方式，可大体分为:
(1)利用低温液体或气体进行对流换热而致冷探
测器。
(2)利用固体传导换热而致冷探测器的固体致冷
器。
(3)利用辐射散热而致冷的辐射致冷器。
(4)利用珀尔贴效应而致冷的半导体致冷器。
(5)其他。
§2.4
光学调制与调制盘
一、对辐射能进行调制的意义
来自目标的红外辐射能，一般是不能
直接利用的因此就需要对光能进行某种形
式的调制，这种调制的类型要适合信号处
理的有利型式。
调制盘结简图构
连续激光束需要斩光才
能变成脉冲激光束，高温物
体的红外辐射也需要调制成
脉冲光才便于测量。为此，
设计出了如图3所示的调制
盘，该调制盘的旋转速度为
2400转/分，同时具有激光
束斩光、红外辐射调制这两
种功能。
二、调制盘基本功用
1．使恒稳的光能转变成交变的光能
2．产生目标所在空间位置的信号编码
3．空间滤波——抑制背景的干扰
光的调制
三、调幅调制盘的工作原理及特性分析
调制盘按调制方式来分类，可以分为调幅、
调频和脉冲编码式调制盘。前两种与电学上
的调幅和调频是一致的，即它们分别用调制
信号幅度、频率的变化来反映目标的位置。
脉冲编码式调制盘是用一组组脉冲的频率和
相位来反映目标的方位。
由于调幅式调制盘的信号处理系统较简
单、可靠，其性能可以满足导引系统的要
求，因此在一些小型空空弹和地空弹上都
采用了调幅式调制盘。
§2.5
误差信号处理电路框图
红外探测器输出的电信号包含了目标的
位置信息，通常称之为误差信号。此误差信
号极其微弱，且为调制信号，因此必须经过
误差信号处理电路进行放大、解调等处理以
后，方可形成控制陀螺跟踪目标的进动电流
及输给自动驾驶仪的控制信号以操纵导弹飞
行。
红外传感器工作原理
红外线光电传感器
一、误差值号处理电路的功用
1．对目标误差信号进行电压放大和电流放大；
2．对误差信号作解调变换；
3．使导引头跟踪系统的工作不受导弹与目标间
距离变 化的影响；
4. 导引头捕获目标时，给射手或载机飞行员提
供音响信号；
5. 使导弹在未发射前陀螺转子轴与弹轴相重合。
二、误差信号处理电路工作原理
某型地——空导弹红外导引头，调制盘
为调幅式调制盘，其图案如图2—31所示，
调制盘
随陀螺转子以100转/秒的转速转
动，因此调幅信号载波频率为：
f=12fT=1200Hz
式中为调制盘转动频率fT，即为调制
信号包络频率。
§2.6 红外目标跟踪系统
一、跟踪系统的功用
跟踪系统用来对运动目标进行跟踪。
当目标运动时，便出现了目标相对于系统测
量基准的偏离量，系统测量元件测量出目标
的 相对偏离量，并输出相应的误差信号送入
跟踪机构，跟踪机构便驱动系统的测量元件
向目标方 向运动，消除其相对偏离量，使测
量基准对准目标，从而实现对目标的跟踪。
红外跟踪系统可以对点源目标和扩展源目
标进行跟踪。红外跟踪系统与测角机构组合在
一起，便组成红外方位仪。红外跟踪系统在导
弹的制导系统中应用越来越广泛。
红外跟踪系统在导弹的制导系统中应用
越来越广泛。红外制导最早应用于空空导弹，
近三十年来在技术上不断改进.
目前已出现了以美国的AIM－９L,法国的
R550等为代表的典型格斗导弹,红外地空导弹，
如苏联的萨姆-7、美国的针刺型.
美国的AIM-9
萨姆-7
红外跟踪还可用于预警探测装置中，如
七十年代后开始出现的预警卫星。预警装置
中的红外跟踪系统，可对入侵的飞机和弹道
导弹进行捕获和跟踪，对其他测量系统和测
距系统实施引导，从而测量飞行目标的相对
位置和飞行轨迹。
美国导弹预警卫星
以美国幼畜型为代表的空地导弹采用了红
外成象制导，它可在一定恶劣气候下昼夜使
用。
“幼畜”(Maverick)AGM65空地导弹
二、跟踪系统的组成及工作原理
1．跟踪系统的组成
红外跟踪系统包括方位探测系统和跟踪
机构两大部分。方位探测系统由光学系统、
调制盘、探测器和信号处理电路四部分组成.
方位探测系统
跟踪机构
2、跟踪系统工作原理
当目标位于光轴上时，方位探测系统无误
差信号输出。由于目标的运动，使目标偏离光
轴，系统便输出与失调角相对应的方位误差信
号。该误差信号送入跟踪机构，跟踪机构便驱
动位标器向着减小失调角的方向运动.
q
qm
qt
位标器
基准线
三、对跟踪系统的基本要求
对跟踪系统的主要要求有以下四点：
1．跟踪角速度及角加速度
跟踪角速度及角加速度是指跟踪机构能
够输出的最大角速度及角加速度。它表明
了系统 的跟踪能力。
2．跟踪范围
跟踪范围是指在跟踪过程中，位标器光
轴相对跟踪系统纵轴的最大可能偏转范围。
它由 系统使用要求提出，由系统本身结构
进行限制。一般可达+30°，有些竟达
+65°左右。
3．跟踪精度
系统的跟踪精度即指系统稳定跟踪目
标时，系统光轴与目标视线之间的角度误
差。
4．对系统误差特性的要求
红外自动跟踪系统同其他自动跟踪系统一样，
是一个闭环负反馈控制系统。为使整个系统稳定，
动态性能好及稳态误差小，同时为了满足前述跟
踪角速度及精度要求，则对方位探测系统的输出
误差特性曲线应有一定要求。这些要求是 对盲
区、线性区、捕获区的要求．
调制盘特性曲线
四、调制盘跟踪装置结构
调制盘跟踪装置的测量元件为采用
调制盘的方位探测系统。由跟踪机构驱
动位标器跟踪 目标。下面介绍几种结构
型式。
1．电机跟踪
这种型式的跟踪装置用电动机或力矩电机
作跟踪机构。光学系统、调制盘、探测器、
次镜旋轨电机一起组成镜筒组合件。
2．陀螺跟踪
采用三自由度陀螺作为跟踪机构，光学
系统装于陀螺转子上，光轴与转子轴重合。
转子高速旋转，通过转子的进动运动跟踪
目标。
陀螺
转子可绕自身轴
转动，又可与内框架
一起绕水平轴转过一
个角度，也可以与外
框架一起绕垂直轴转
过一个角度，这样转
子就有三个自由度，
可向空间任意方向运
动。
二、陀螺跟踪系统工作原理
陀螺跟踪原理即为它的进动原理，关键是进动力
矩是如何产生的，以及进动力矩的大小和方向是怎样
确定的。根据陀螺仪的结构，现就下面几个问题讨论
其工作原理。
陀螺仪结构
1．进动电流的形式
2．在进行电流作用下，陀螺转子的受力分
析
反馈式速率陀螺仪工作原理示意图
5．陀螺转子在电磁力矩作用下的运动
分析
陀螺仪原理图
3．求转子转动一个周期内转子受到的平均
电磁力矩
4．在平均力矩作用下转子的运动
陀螺的进动
§２.7 十字叉及L型系统
十字叉及L型系统，是指探测器排列成十字
叉型或L型的方位探测系统。而十字叉系统与L
型系统工作原理基本相同。因此以下着重叙述
十字叉系统的基本工作原理，对L型系统只指
出其与十字叉系统的不同特点。
十字叉跟踪目标图
一、结构组成情况
十字叉系统由光学系统，探测器及信号
处理电路三大部分组成。光学系统可为反射
式、折射式或折反式，其工作方式为圆锥扫
描式，在象平面上产生象点扫描圆。象平面
上放置十字型探测器阵列，目标象点以圆的
轨迹扫过十字形探测器列阵。
二、目标位置信号的形式
当目标位于光轴上时，扫描圆中心与
十字叉探测器阵列中心重合，各通道信号脉
冲等间隔。当目标不在光轴上，产生的信号
脉冲不等间隔出现。随着目标偏离光轴的大
小和方向不同，信号脉冲出现的时间先后及
脉冲间隔都不相同。显然十字叉探测系统的
位置信号为脉冲位置调制信号，简称脉位调
制信号。
三、基准信号形式
主镜
次镜
次反射镜转动电
机驱动次镜旋转的同
时，带动基准信号发
生器转动，基准信号
发生器为两个
旋转
变压器，分别产生相
位相差的两个基准电
压。
基准信号产生器
探测器
驱动电机
四、影响测角精度的因素
1．光学系统的影响
光学系统的分辨率，即弥散圆的大小，直
接影响信号脉冲的宽度和形状，它将直接影
响采样输出波形相对于基准信号的位置，因
而也就影响最后输出的直流误差电压的大小。
为保证一定的测角精度，通常取元件的宽度
为光学系统弥散圆直径的1～3倍。
弥散圆
2．扫描电机稳定性的影响
次镜旋转电机转速的稳定性以及它本身
的晃动，都影响测角误差。因此对电机的转
速稳定性有一定要求，对轴向串动、径向跳
动误差都有一定的限制。
1. 多面体棱；
2. 定子；
3. 轴；
4. 轴承。
轴承对称安装行扫描电机示意图
3．红外探测器制做误差的影响
红外探测器阵列每一臂窄边(即长边)互
相不平行或每一窄边呈锯齿状，以及同一
通道两探测器不在一条直线上或两通道探
测器互相不垂直等，也都直接影响测量精
度。
4．基准信号的影响
基准信号本身波形失真，两通道基准信
号相位差偏离的误差也影响测角精度。
五、L型系统的特点
L型方位探测系统，是指探测器阵列
排列成L型，L型系统的目标信号形式、基
准信号形式以及方位误差信号提取的原理
都与十字叉系统 相同，区别仅在于，光点
转动一周一个通道内只产生一个脉位调制
脉冲，因此对基准信号一个周期内只采样
一次。
哈特曼（Hartman）光栏
哈特曼
（Hartmann,Johannes
Franz） 德国天文学家。
1904年，他研究了猎户座δ
星的光谱，哈特曼得出了这样的
结论：存在着以尘埃或气体形式
出现的星际物质，其中包含着钙；
在恒星与地球之间的遥远距离上，
这种气体和尘埃吸收的光多得足
以产生可探测的暗光谱线。这是
存在着星际物质的第一个征兆。
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红外光学系统
1.26米红外望远镜。
R-C光学系统，口径为1.26
米，焦比f/30。利用副镜摆动技
术可以从很强的天空背景光中探
测出微弱的红外天体辐射，于
1986年在北京天文台投入观测。
1989年获中科院科技进步一
等奖,1991年获国家科技进步二
等奖。
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棱镜
棱镜是透明材料（如玻璃、水晶等）做成的多面体。在光学仪器
中应用很广。棱镜按其性质和用途可分为若干种。
例如，在光谱仪器中把复合光分解为光谱的“色散棱镜”，较常
用的是等边三棱镜；在潜望镜、双目望远镜等仪器中改变光的进行方
向，从而调整其成像位置的称“全反射棱镜”，一般都采用直角棱镜。
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象差（aberration）
象差指透镜或反射镜所呈的像与原物面貌并非
完全相同的现象。造成球面象差的原因是由于一
点光源发散的光线被分聚在不同的点上的缘故。
色彩象差的原因是透镜的折光指数随光波的长短
而变化，从而引起象的边缘呈现色彩。
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弥散圆 Circle of Confusion
Circle of Confusion
又译为弥散圈、弥散环、散光圈, 模糊
圈; 散射圆盘
物点成像时，由于像差，其成像光
束不能会聚于一点，在像平面上形成一
个扩散的圆形投影，成为弥散圆。
如果此圆形足够小，肉眼依然可被视
为点的合焦成像。这个可以被接受的最
大直径被称为容许弥散圆直径。
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Airy (1801-1892)
Airy was Lucasian
professor at
Cambridge and
Astronomer Royal. He
made many major
contributions to
mathematics and
astronomy
BACK
外光电效应效应
金属或半导体
受光照时，如果入射
的光子能量hν足够大，
它和物质中的电子相
互作用，使电子从材
料表面逸出的现象。
它是真空光电器件光
电阴极的物理基础。
光电效应
在光的照射下，
使物体中的电子脱出
的现象叫做光电效应
(Photoelectric
effect)。
下页外光电效应的两个定律
外光电效应的两个基本定律
1．光电发射第一定律——斯托列托夫定律：
当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时，
饱和光电流（即单位时间内发射的光电子数目）与入射
光强度成正比：
Ik=SkF0
Ik：光电流
Sk：光强
F0：该阴极对入射光线的灵敏度
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2．光电发射第二定律——爱因斯坦定律
光电子的最大动能与入射光的频率成正比，
而与入射光强度无关：
Emax=(1/2)mυ2max=hν- hν0=hν- A
Emax：光电子的最大初动能。
h：普朗克常数。
ν0：产生光电发射的极限频率，频率阈值。
A：金属电子的逸出功 入射光子的能量
至少要等于逸出功时，才能发生光电发射。
返回
阿尔伯特·爱因斯坦
Albert Einstein
1879年3月14日出生于德国乌尔姆－1955年4月
18日逝世于美国普林斯顿，著名理论物理学家，相
对论的创立者，1921年诺贝尔物理学奖获得者。
1905年，爱因斯坦在科学史上创造了一个史
无前例奇迹。这一年他写了六篇论文，在三个领域
做出了四个有划时代意义的贡献，他发表了关于光
爱因斯坦
量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相
对论这四篇重要论文。
返回
光生伏特效应
当用适当波长的光照射
光电半导体薄片上时，由于
内建电场的作用（不外加电
场），半导体内部产生电动
势（光生电压）；如将p-n结
短路，则会出现电流（光生
电流）。这种内建电场引起
的光电效应，称为光生伏特
效应。
PN结光生伏特
效应原理图
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光电倍增管
photomultiplier
基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。
它利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得远高于光
电管的灵敏度，能测量微弱的光信号。光电倍增管包括阴
极室和由若干打拿极组成的二次发射倍增系统两部分（见
图）。
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红外探测器
当红外线辐射到热探测器
上后，探测器材料的温度会上
升，温度的变化会引起某些物
理特性相应发生改变，利用测
量这些物理特性的改变程度来
方向性幕帘红外探头
确定红外辐射的强弱，这样的
探测器称为热探测器。
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红外光的制冷
目前性能较好的探测
器均需要冷却，致冷可
以降低热激发产生的载
流子，从而降低探测器
的噪声；致冷在一定程
度上也可减少禁带宽度，
从而加大载止波长
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红外光源冷
却室
光量子理论
爱因斯坦在解释光电效应时提出
了光量子理论。高能物理证实：当电
子与正电子（positivc electron）
相遇时，电子对将会湮没而转化为二
个光子。相反，能量超过1.02兆电子
伏特的光子在原子核场的作用下，可
以转化为一个电子和一个正电子
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光电导现象
光照变化引起半导
体材料电导变化的现象
称光电导效应。当光照
射到半导体材料时,材
料吸收光子的能量,使
非传导态电子变为传导
态电子,引起载流子浓
度增大,因而导致材料
电导率增大。
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半导体材料
半
导
体
材
料
半
导
体
灯
返回
半
导
体
致
冷
片
导弹预警卫星
导弹预警卫星是一种较特殊的成像卫星，通过对导
弹发射主动段羽焰的红外辐射等探测成像，将红外辐
射图像信号变换为数字化电信号传输，经处理识别后
提供敌方导弹袭击的预警信号。预警卫星和平时期可
用于监视导弹试验、航天发射活动，战争时期则专门
监视和跟踪敌方弹道导弹发射，从而实现在导弹主动
段早期预警的目的，可以使预警时间增加到半个小时
左右。
美国国家导弹防御系统-红外线预警卫星
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量子光学
quantum optics
以辐射的量子理论研究光的产生、
传输、检测及光与物质相互作用
的学科。到了19世纪，特别在光
的电磁理论建立后，在解释光的
反射、折射、干涉、衍射和偏振
等与光的传播有关的现象时，光
的波动理论取得了完全的成功
（见波动光学）。
普朗克
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947)
德意志帝国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，
1918年诺贝尔物理学奖金的获得者。
普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，这是物理学
史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下
的局面。
1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观
念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。
辐射探测器
radiation detector
用以对核辐射和粒子的微观现象进行观察和研究的传感器件、
装置或材料。
辐射探测器的工作原理基于粒子与物质的相互作用。当粒子
通过某种物质时，这种物质就吸收其一部或全部能量而产生电离
或激发作用。如果粒子是带电的，其电磁场与物质中原子的轨道
电子直接相互作用。如果是γ射线或 X射线，则先经过一些中间
过程，产生光电效应、康普顿效应或电子对，把能量部分或全部
传给物质的轨道电子,再产生电离或激发。对于不带电的中性粒
子,例如中子，则是通过核反应产生带电粒子，然后造成电离或
激发。