自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)及在裝甲車輛的應(yīng)用效果分析

陳 秦

(中國兵器工業(yè) 第五九研究所，重慶 400039)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)及在裝甲車輛的應(yīng)用效果分析

陳 秦

(中國兵器工業(yè) 第五九研究所，重慶 400039)

自適應(yīng)偽裝技術(shù)是一種新型的智能偽裝技術(shù)，能迅速改變目標的溫度特性和顏色以響應(yīng)環(huán)境的變化，達到與背景的光電特征高度融合、匹配。分析了軍事發(fā)達國家自適應(yīng)偽裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和水平，并重點研究了一種新型的自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及在裝甲車輛上的偽裝應(yīng)用效果。

自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)；裝甲車輛；偽裝效果

傳統(tǒng)的靜態(tài)偽裝系統(tǒng)很難使目標在車輛所處環(huán)境不斷變化的情況下具有足夠低的對比度。環(huán)境會隨車輛的移動而發(fā)生改變，即使在車輛處于靜止的情況下，太陽輻射強度和天氣條件的變化也會導(dǎo)致環(huán)境發(fā)生改變，靜態(tài)偽裝系統(tǒng)在這些變化條件下不能很好地使目標具有低于對比度的最大允許響應(yīng)值，這一事實也就限制了靜態(tài)偽裝技術(shù)的有效性[1]。因此，未來的偽裝系統(tǒng)必須具有更廣的適應(yīng)性以積極應(yīng)對環(huán)境的變化。自適應(yīng)偽裝技術(shù)就是一種能迅速改變目標的溫度特性和顏色以響應(yīng)環(huán)境的變化，達到與背景的光電特征高度融合、匹配的技術(shù)[2]。

1 自適應(yīng)偽裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

面對高技術(shù)探測和精確制導(dǎo)武器的不斷發(fā)展[3-5]，地面裝備、人員、固定設(shè)施等的安全和生存受到嚴重的威脅，傳統(tǒng)的迷彩偽裝、植物偽裝、遮障偽裝、假目標等靜態(tài)偽裝技術(shù)已不能適應(yīng)環(huán)境變化，提高裝備、人員等的作戰(zhàn)力和生存率[4,6]。自適應(yīng)偽裝技術(shù)是一種多學(xué)科、交叉融合的使目標全天候、全過程、全時段與周圍的自然背景相融合的智能化偽裝技術(shù)，對裝備動、靜狀態(tài)都有較理想的偽裝效果。美、英、俄羅斯等軍事發(fā)達國家高度重視這項技術(shù)的研究，它已成為最新的偽裝模式和發(fā)展的必然趨勢。早在1996年美軍將“地面勇士”單兵系統(tǒng)與“第二代士兵系統(tǒng)”綜合,使動態(tài)偽裝技術(shù)逐漸形成,成為真正具備自然界變色龍隱身性能的新型偽裝技術(shù),能隨環(huán)境變化而隨時自動變色。目前，以美國為首的國家在溫控和可變發(fā)射率材料、變色光譜偽裝材料、變頻輕型雷達吸波材料等自適應(yīng)偽裝材料方面的研究取得了一定的進展[7]，如俄羅斯研制的具有與地面背景調(diào)色功能的電質(zhì)變色吸波薄膜。在自適應(yīng)偽裝器材方面發(fā)展較快的應(yīng)屬可見光偽裝器材技術(shù)，主要是熱致變色、電致變色和光致變色的偽裝服等[8]，如美國研制的電子模擬變色偽裝服、德國和加拿大研制的變色龍?zhí)箍吮砻娴谋∧?、美國豪科莫爾公司研制的第一代變色龍服裝MKII,由“intrigue”材料經(jīng)激光縫合而成,跟前一代“ghillie”相比,質(zhì)量更輕,穿脫迅速,能反射紅外線,對周圍環(huán)境適應(yīng)時間大大縮短[9]。

2 新型自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)

2.1 自適偽裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

陸地車輛的偽裝是一個特殊的挑戰(zhàn)。陸地車輛可能會遇到不同類型的傳感器的探測，這就要求偽裝系統(tǒng)在多種頻譜范圍內(nèi)具有偽裝效果。因此，需要限制車輛的一些容易被識別的移動特性，如車輪和發(fā)動機廢氣。此外，許多現(xiàn)代的軍事行動的預(yù)期耦合距離可以很短，因此車輛偽裝系統(tǒng)設(shè)定所需的探測范圍在不到1 km時越來越容易被發(fā)現(xiàn)其目標特征。對于偽裝系統(tǒng)，它們必須非常密切地與所處環(huán)境相匹配，并有效地對抗近距離現(xiàn)代成像器的探測，這意味著車輛與背景對比度需要降低到一個很低的水平。

有一種新型的自適偽裝系統(tǒng)，它由熱屏蔽罩、加熱板、電致變色像素3種材料構(gòu)成，以熱屏蔽罩覆蓋整個車輛及用不同的貼片(加熱板和電致變色器件)來形成整套自適應(yīng)偽裝組件。這種自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)適用于干旱地區(qū)作戰(zhàn)環(huán)境下的裝甲車輛偽裝，用于改善車輛在干旱地區(qū)的特征。

2.1.1 熱屏蔽罩

熱屏蔽罩內(nèi)層是一種編織而成的三維網(wǎng)格材料。這種材料可以使車輛表面和外基層之間的空氣流通，利用空氣對流使車輛產(chǎn)生的熱量擴散出去達到冷卻車輛的目的。編織網(wǎng)眼上覆蓋有鋁層，它能阻擋朝向車輛的紅外輻射能量，并將能量保留在外基層上。外層所選擇的則是能與干燥的沙漠環(huán)境相兼容的材料：淺褐色著色層聚氯乙烯；該層還能夠模仿沙漠沙砂的熱行為。熱屏蔽罩能耐腐蝕，在惡劣的操作環(huán)境條件下具有相當長使用壽命。該熱屏蔽罩能使材料盡可能保持低的熱慣性，且表面具有最佳的太陽能吸收率，減少乘員的應(yīng)激熱和車輛熱特征。圖1是安裝了熱屏蔽罩的豹式坦克。

2.1.2 加熱板

熱屏蔽罩雖然能有效減少車輛的熱特性，但是在紅外光譜帶，熱屏蔽罩因其較低的熱輻射特性而顯示出比砂礫更低的溫度。白天，砂礫存儲熱量而變得比熱屏蔽罩的溫度高。而在晴朗的夜晚條件下，熱屏蔽罩則體現(xiàn)了寒冷的夜空背景，并顯示出一個比砂礫更低的熱特征。

為了解決這個問題，調(diào)節(jié)車輛的熱特征，在熱屏蔽罩的不同地點安裝上薄板狀的加熱貼片。貼片包括一個粘貼在熱屏蔽材料內(nèi)部且不含散熱孔的加熱結(jié)構(gòu)；所使用的加熱器是由金屬合金細導(dǎo)線鋪設(shè)而成；熱擴散結(jié)構(gòu)則將熱量傳遞到表面。圖2是增設(shè)了加熱貼片的車輛紅外圖。

圖1 安裝熱屏蔽罩的豹式坦克

圖2 增設(shè)了加熱貼片的車輛

2.1.3 電致變色像素

車輛在運動的過程中，背景會發(fā)生較復(fù)雜的變化，而傳統(tǒng)的迷彩只適合于特定的、簡單的情況之下使用。目前軍事發(fā)達國家就借鑒如變色龍、蜥蜴等動物的獨特的改變自己皮膚顏色來融入周圍的環(huán)境的方法來實現(xiàn)車輛的視覺偽裝。

該智能偽裝系統(tǒng)就是通過電化學(xué)裝置中材料的氧化或還原導(dǎo)致像素的顏色發(fā)生改變實現(xiàn)偽裝。它主要基于一種電致變色器件，這種電致變色器件是通過在透明導(dǎo)電涂層玻璃上噴涂共聚物涂層或以高分子凝膠為電解質(zhì)的PET陽極導(dǎo)電涂層，并用混合塑料/紡織品封裝以形成尺寸為 25 cm×25 cm的器件。由于該系統(tǒng)是針對干旱地區(qū)的車輛使用，所以主要是黃、綠電致變色像素上，以融入有或沒有植被的沙漠中。

2.2 裝備應(yīng)用偽裝效果

2.2.1 測試環(huán)境及分析軟件

觀測背景是一片規(guī)律分布著暗綠色矮小灌木的深褐色沙場，環(huán)境溫度總體涼爽，土壤稍濕潤，在熱紅外呈現(xiàn)出一個呈降溫狀態(tài)的背景。對配上自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)的和涂上可拆卸的沙漠迷彩涂料的兩輛輕型裝甲車輛的偽裝效果進行了分析。

使用可視化軟件和CAMAELEON放射性分析軟件對捕獲的視覺圖像和紅外波段圖像進行分析。這些軟件能夠通過圖像的特征范圍來估算目標對照背景下的“可探測距離”，這個可探測距離是在該檢測概率為50%的范圍內(nèi)做出的估計值。

2.2.2 效果

在距參考車輛與自適應(yīng)偽裝車輛0.5 km處以規(guī)律分布相似的植被為背景的條件下進行觀察，熱譜圖發(fā)現(xiàn)，在上午時加熱板的激化(加熱板加熱)使偽裝車輛的檢測范圍降低了10%，在夜晚偽裝車輛在加熱板激活的情況下做很小的改進就能使檢測范圍大幅度降低。

在午后和大約中午兩個時間點，分別從約0.5 km處和150 m處觀察自適應(yīng)偽裝車輛，通過可見光譜發(fā)現(xiàn)，檢測范圍的百分減少量都是負的，這意味著在這兩個實驗中觀察到的自適應(yīng)偽裝車輛探測距離比參考車輛更遠。這是自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)基部熱屏蔽織物的顏色所導(dǎo)致的結(jié)果，這種顏色是比實驗環(huán)境中通過電致變色器件觀察到的砂礫顏色更淺的褐色色調(diào)。而深褐色的參考車輛與砂礫顏色更為匹配。從觀察中還發(fā)現(xiàn)當電致變色器變?yōu)榫G色時，偽裝車輛的性能得到小幅度提高，當器件為綠色時，偽裝車輛的檢測距離變短。

3 結(jié)束語

通過該自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)在沙漠環(huán)境條件下的一個輕型裝甲車輛上的應(yīng)用分析可以看出，通過熱屏蔽罩、加熱板和電致變色器件3種構(gòu)件的配套使用，能建立一個可模糊裝甲車輛的輪廓，并減小車輛特征與其背景之間的差異，降低目標在視覺和紅外光譜中的醒目性。雖然目前自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)的研究和應(yīng)用尚有很多技術(shù)難題需要攻克，但該技術(shù)的發(fā)展對解決裝備全天候、多背景偽裝，提高其戰(zhàn)場生存力具有重要的作用。

[1] Hall D L,Wheaton V C.EW survivability technologies for armoured vehicles:signature management[C]//Land Warfare Conference.Australia,Gold Coast,2005:425-432.

[2] 馮云松,范彬,李亮.動態(tài)紅外迷彩偽裝的機理與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2013，41(2)：51-55.

[3] 高凱,李明博.導(dǎo)彈陸基機動發(fā)射系統(tǒng)偽裝技術(shù)研究[J].飛航導(dǎo)彈，2013(3)：42-46.

[4] 張亮,盧新才,謝勝武.外軍偽裝的創(chuàng)新發(fā)展[J].國防，2006(10)：67-70.

[5] 趙培聰.2010年隱身與反隱身技術(shù)發(fā)展情況[J].現(xiàn)代雷達，2011，33(4)：9-12.

[6] 劉力,仵浩,張成濤.武器裝備隱身與反隱身技術(shù)發(fā)展[J].飛航導(dǎo)彈，2014(4):80-82.

[7] 顏云輝,王展,董德威.軍事偽裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].中國機械工程，2012，23(17):2136-2141.

[8] 李佩青,田英,曹嘉峰,等.自適應(yīng)紅外隱身技術(shù)研究進展[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013(10):5-8.

[9] 劉增燦,鄧愛明,周學(xué)梅,等.目標偵測與偽裝技術(shù)[J].四川兵工學(xué)報，2011，32(4)：30-34.

[10]房凌暉，鄭翔玉，蔡宏圖，等.坦克裝甲車輛防護技術(shù)發(fā)展研究 [J].四川兵工學(xué)報，2014(3):23-26.

(責(zé)任編輯 周江川)

Adaptive Camouflage System and Effect Analysis of Application in Armored Vehicle

CHEN Qin

(No.59 Institute of China Ordnance Industries, Chongqing 400039, China)

Adaptive camouflage techniques is a new type of intelligent camouflage technology, and can quickly change the temperature characteristic and color of targets in response to changes in the environment to achieve the photoelectric feature level fusion with the background. The paper analyzed the development present situation and level of adaptive camouflage technology of developed countries and focused on the structure of a new type of adaptive camouflage system and the application effect of camouflage on armored vehicle.

adaptive camouflage system; armored vehicle; effect of camouflage

2015-02-10

陳秦(1974—)，女，高級工程師，主要從事科技情報研究。

10.11809/scbgxb2015.08.003

陳秦.自適應(yīng)偽裝系統(tǒng)及在裝甲車輛的應(yīng)用效果分析[J].四川兵工學(xué)報，2015(8):9-11.

format:CHEN Qin.Adaptive Camouflage System and Effect Analysis of Application in Armored Vehicle[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):9-11.

TN953；TJ811

A

1006-0707(2015)08-0009-03