摘要：红外隐身技术已发展成为隐身技术的重要组成部分。然而机动目标在运动过程中的热红外隐身、及有源固定目标的热红外隐身，仍然是亟待解决的难题。本文从红外隐身的原理入手，分析了纳米周期结构材料和热管抑制技术本身的技术特点和它们在红外伪装领域应用的效果等，为红外伪装提供了新技术途径。

　　关键词：红外隐身;有源目标;热管;纳米周期结构

　　1、引言

　　红外成像侦察与制导打击技术对目标的生存构成了严重威胁。红外探测器分辨率高，抗干扰性强，隐蔽性好，能全天候工作;在夜间和较恶劣的环境下能识别人为和自然背景中的目标及多目标，在8~14mm波段内探测温度为0.01~0.02℃，探测距离为可见光的3~6倍。红外制导是利用目标与背景的辐射或反射差别来发现、瞄准、跟踪目标的，以目标的典型高温部分(如飞机发动机喷口、舰艇、坦克的发动机等)的红外辐射作为制导信息源，通过红外接收系统把辐射源转换为反映目标空间位置信息的电信号，导引导弹击中目标。

　　常规的红外伪装装备如红外伪装涂料、伪装网等通过不同的发射率，使红外热像仪所观察的目标呈现出条块分割的图像，这种图像可以和一定的背景融合在一起，而不被热像仪所识别，而实现红外迷彩伪装，这种可以比较好地解决静态目标的红外伪装。对有源目标来说，涂覆低发射率的涂料和使用隔热材料可以起到抑制热源红外辐射的作用。但是由于目标在工作状态下，热源散发大量的热量，而低发射率的涂料通常在全波段范围内发射率都较低，容易造成热源处热量的积累。隔热材料的使用同样会产生这个问题，可能会因为热源在工作过程中，由于热量不能有效地散发出去，而导致热量积累超过了装备工作的温区，影响装备的正常工作。

　　本文在分析红外隐身原理的基础上，结合当前民用领域的新材料和热抑制技术的研究成果，分析了纳米周期结构材料和热管热抑制技术在红外伪装领域的应用的可行性，为红外伪装提供了新技术和新途径。

　　2、红外辐射抑制理论分析

根据普朗克定律，黑体的光谱辐射出射度与物体表面的绝对温度T和波长有如下关系： (1)

式中：，称为第一辐射常数，;，称为第二辐射常数，;h是普朗克常数，;k是波尔兹曼常数，;c是光速，。

　　对(1)式在8~14mm波段范围进行积分，得到图1。

　　图1 8~14mm内，黑体辐射能量随温度的变化

　　Figure 1 within 8~14mm, the blackbody radiation energy as the change of temperature

　　由图1可见，温度的升高使得红外辐射能量迅速的升高。

　　对(1)式在0~¥范围内积分，得到斯蒂芬—玻尔兹曼定律：

(2)

式中：W为物体的辐射发射量，为玻尔兹曼常数，为物体的发射率，为物体的绝对温度。

　　表1给出了计算得到的8-14mm范围内的辐射能量和0~¥范围内的辐射能量及它们的比值。

　　表1 黑体在不同温度下的辐射功率

　　Table 1 the radiation power of blackbody at different temperatures 温度(℃) 50 60 70 80 90 100 8-14mm辐射能量(W/m2) 77.135 87.79 99.225 111.437 124.419 138.163 0~¥辐射能量(W/m2) 618.30 698.46 786.17 881.90 986.11 1099.3 百分比(%) 12.48% 12.57% 12.62% 12.64% 12.62% 12.57% 由此可以看出，黑体在8~14mm波段范围内的辐射能量只占全波段的12.6%左右。而在8~14mm波段工作的红外探测器就是通过目标和背景在这波段范围内辐射特征的区别识别目标的。

　　从以上讨论可以看出，目标的辐射主要是由发射率和温度决定的。因此红外伪装的设计理念主要是通过控制目标的发射率和温度，最终实现与环境背景的融合。

　　3、红外抑制的新方法

　　3.1纳米周期结构红外辐射抑制

　　纳米周期结构材料是一种新型光子晶体材料，能调控光子的传输特性，可通过纳米尺度的结构调控，实现其8~14mm波段范围内低发射率的红外辐射抑制特征，而在8~14mm以外的其他红外波段具有高度透过的特性。由表1知黑体在8~14mm波段范围内的辐射功率只占全波段的约13%左右，因此采用纳米周期结构材料来实施红外隐身，一方面能够有效的降低在红外探测器的探测波段(8~14mm)范围内的辐射功率，另一方面又能确保热量从8~14mm以外的波段辐射出去，避免热量的积累。

　　纳米周期结构材料由于周期势场的作用，在半导体材料中电子会形成能带结构，带与带之间可能存在能隙。将具有不同折射系数的介质在空间按周期排列，当空间周期与光波长相当时，由于布拉格散射，该体系将会在一定频率范围内产生光子禁带，如果光子的能量落入光子禁带光谱范围内，就不能在介质中传播。纳米周期结构辐射抑制就是通过纳米栅格结构或多层纳米复合结构材料调整材料固有的辐射特性，实现相干发射现象，改变材料在特定波段和特定方向上的发射率(或反射率)，使人们可以根据应用的需要来调整体系参数，人为地控制材料的辐射特性。通过纳米结构对材料辐射特性的改变，使材料的发射率在特定波段出现较低值，或者抑制材料在较宽波段内的发射。因此按照红外隐身的需要，可以降低材料在8~14mm波段范围内的发射率，而在其他波段范围内不影响其辐射特性。以下利用传输矩阵法计算发射光谱，分析了纳米周期结构材料对大气窗口波段辐射的抑制作用。

在基底表面镀上光子晶体pc1，pc1采用A|(L1H1)S1||(L2H2)S2|B的结构，其中，A表示空气，B表示基底;膜系1禁带中心波长，膜系2禁带中心波长为;s1与s2表示光子晶体的周期数，s1=s2=5;高低折射率介质分别采用Si及KCL;基底为理想表面，其发射率为1，吸收率为1，反射率始终为0。考虑介质折射率随波长变化的情况，及其消光系数对组合表面及自发辐射的影响，图2表示的是非理想介质组成光子晶体时，组合表面的光谱半球向发射率随波长变化的关系。

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