第 38卷 第 7期
激 光 与 红 外
LA S ER & I N F R AR E D
Vo l . 38, No . 7
J u l y, 2008
2008年 7月
·光电对抗 ·
文章编号 : 100125078 ( 2008 ) 07 20671205
曹 义 1 ，才鸿年 1 , 2 ，程海峰 1 ，郑文伟 1 ，张朝阳 1
( 1. 国防科技大学航天与材料工程学院重点实验室 ，湖南 长沙 410073; 2. 兵器装备集团公司 ，北京 100081 )
摘 要 ：在晴朗无风的白天及夜间考察了不同发射率伪装网装饰布 (热红外发射率从 0. 63 ～
0. 94 )与樟树树冠的辐射温差 ，并参照可见光变形迷彩设计理论分析了林地型伪装网中间 斑块的发射率取值范围。实验表明 ，传统林地型伪装网在热红外波段不能满足昼夜与林地背 景融合的要求 。林地型伪装网要满足强日照下热红外伪装的要求 ，中间斑块的发射率必须 小于 0. 63；要满足夜间热红外伪装的要求 ，中间斑块的发射率不小于 0. 83。综合采用发射 率可变涂料、降低太阳能吸收率 、增强网面对流换热等技术手段可改善林地型伪装网与背景的 昼夜兼容能力 。 关键词 ：伪装网 ；热红外 ；发射率 中图分类号 : T N 976; T B 34 文献标识码 : A
D e c i si o n of the Therma l I R Em i ssi v i ty of
W oodl a nd Cam o ufl age Net
C AO Yi 1
, C A I Hong 2n i an
1 , 2
, CH E N G H a i 2feng 1 , Z H E N G W en 2we i 1 , ZHAN G Chao 2yang 1
( 1. Sta t e Key L a b of A d vanced Ce r am ic F i be r s & C ompo s ite s , N a t iona l U n i ve r sity of D e fen s e Techno l og y,
Changsha 410073, Ch i na; 2. Ch i na S ou t h Indu s trie s Gr o u p Co r p. , B e i jing 100081, Ch i na )
A b s tra c t : T he app a r en t temp e r a t u r e d i ffe r ence be t ween camouflag e ne t c l o t h and camp h o r tree s we r e ca l cu l a t ed from
the the r m a l I R i m ag e s, wh ich we re sho t unde r c loud le ss an d w in d le ss wea the r . The camouflag e c l o th ha s d iff e r en t the r 2
m a l I R em issivity fr om 0. 63 to 0. 94. A na l ogizin g to the visib le d isto rt p a t te r n de sig n theo ry, the app r op ria te e m issi v ity of m id 2b rig h tne ss camouflag e c l o th is d iscu ssed . The trad iti o na l wood land camo uflag e ne t can no t g e t idea l effi c i e ncy in dayti m e and n ig h tti m e si m u ltaneou sly . The the r m a l I R em issivity of m id 2b r ig h tne ss camouflag e c lo th m u st be l e s s than 0. 63 to g e t effec tive camouflag e un de r sun sh ine . B u t it reque sts em i
ssivity la rg e r than 0. 83 to fu lfill the ca mou 2 flag e effic iency in n ig h tti m e . The camouflag e effic iency comp a tib ility in dayti m e and n ig h tti m e m ay be i m p r o v ed b y camouflag e c l o t h of a l te r ab l e em issivity, of l o w s o l a r ene r g y ab s o r p t ivity and of be t te r convec t ion hea t exchang e . Key word s : camouflag e ne t ; the r m a l infra r ed; em issivity
实战中的广泛应用 [ 2 - 4 ]
使地面武器装备面临巨大威
胁 ，具备热红外伪装性能已经成为对伪装网的基本
1 引 言
伪装网是一种基本的隐身伪装器材 ，具有功能
全、效费比高、通用性好等特点 ，被誉为伪装效果最 佳的隐身伪装器材 [ 1 ] ，世界各国都十分重视伪装网 的研制与应用。同时 ，热红外成像侦察 、制导技术在
作者简介 ：曹 义 ( 1978 - ) , 男 , 博士生 , 主要从事伪装技术研 究。E 2m a il: nud tcy@ sina . c om
收稿日期 : 2007 212 210；修订日期 : 2008 201 220
要求。
地面军事目标表面温度一般较高，且日照下伪装网面辐射温度高于植被，而低发射率涂层是降低辐射温度的有效手段，因此低发射率涂层的研制得到了重视[ 5 - 6 ] 。但低发射率涂层往往使目标辐射温度过低，给伪装带来不利影响，对于伪装网等要求昼夜和背景融合的无热源目标使用时更需谨慎[ 7 ] 。余大斌等[ 8 ]在铝板上制备了 4 种不同发射率涂层, 在南方草地背景下，实验得出发射率0. 936 的涂层在夜间伪装效率最高，平均发射率0. 804 的涂层白天的伪装效率最高，而发射率0. 644 的伪装涂层不论白天晚上伪装效率都很低。因此，伪装网涂层的发射率取值应加以深入研究。 从可见光伪装来说，伪装网一般采用三变形迷彩，中间可见光亮度与背景平均亮度接近，颜与优势背景吻合，亮、暗差别与中间保持鲜明的亮度对比，利于歪曲目标外形。
为达到与热红外伪装兼容的要求，伪装网的三迷彩斑块一般具有不同的热红外发射率，使伪装网面在热图中呈现不同的亮度级别，从而歪曲目标轮廓，在斑驳的背景中降低目标的显著性[ 9 ] 。
与可见光变形迷彩伪装的设计理论类比，热红外伪装网的理想热图迷彩应达到以下要求: 中间斑块的辐射温度与优势背景的辐射温度相近，亮、暗差别斑块可模拟背景中的高温与低温区域，且辐射温度与中间辐射温度具有较大的差值; 根据模拟自然背景的原则，还要求迷彩斑块与背景中相似颜斑块之间的辐射温度尽量接近。
林地型伪装网适用于植被占优势的背景，本文主要研究了林地型伪装网样品在不同时段与林地背景的辐射温差，讨论其热迷彩斑块的发射率取值问题，分析单纯依靠调节发射率对抗热红外侦察的不足，并给出提高伪装网热红外伪装性能的建议。
2 实验
2. 1 实验原材料及仪器林地型伪装网主要由底网
和绑扎在底网上的切
花装饰布组成，切花装饰布分深绿、中绿、土三种。共采用两张样网。
采用德国I nfraTec红外热像仪记录热图。热像仪工作波段7. 5 ～14μm ，分辨率320 ×240 像素，测温范围- 40～1200 ℃，温度分辨力0. 08 ℃@ 30 ℃。
采用美国A S D 公司 F i e l dSp e c HH 便携式光谱仪测量光谱反射率，工作波段350～1050 n m。
2. 2 实验过程
伪装网样品不同颜装饰布7. 5 ～14μm 波段
发射率采用热像仪测量，测试方法参照文献[ 10 ]、[ 11 ]。测试温度60 ℃。
伪装网样品的放置：样品置于大楼顶部，排除其他建筑物、树木阴影对样品日照的影响；样品绑在不锈钢架上，保持网面水平向上, 距楼顶水泥地面约50 cm。
林地背景的选择: 选择我国南方常见的樟树树冠作为林地背景，在楼顶俯视拍摄其热图。
测试时机选择：参照美军标M I L- PR F - 53134 对伪装网热红外测试的天气要求，分别于2007 年 1 月31日、7月30日记录样网的热图; 测试时天气满足晴到少云，无风或微风的条件。测试期间部分时段的天气情况如表1所示。
测试方法: 在一天的不同时段记录伪装网面与樟树林的热图，由于伪装网面与林地背景不能在同一幅热图中成像，为保证可比性，每个时段二者拍摄时间间隔不超过3m i n。由热像仪附带分析软件读出热图中伪装网迷彩斑块及树冠的辐射温度，研究二者的辐射温差。
表1 测试期间的天气情况
Tab. 1 wea t he r cond i ti o n wh i l e te s ti ng
3 结果与讨论
3. 1 伪装网装饰布的基本性能
三装饰布7. 5 ～14μm 的热红外波段发射率如表2 所示。
由于期间多次室外测试，样网A 的装饰布受到了污染, 7 月30 日测试时的热红外发射率高于 1 月31日。
类石墨烯伪装网装饰布的标准光谱反射曲线如图 1 所Ti m e
Janua r y 31 , 2007 Ju ly 30 , 2007
A ir
tem p e ra tu r e
/ ℃
W ea the r
B eauf o rt
w ind
sca le
A ir
temp e ra tu r e
/ ℃
W ea t he r
B eauf o rt
w ind
sca le
8: 00 8. 4 c loud le ss 1 30. 6
p a rtly
c l oudy
2 11: 00 13. 1 c loud le ss 2 35. 0
p a rtly
c l oudy
2 14: 00 19. 6 c loud le ss 1 37. 5
p a rtly
c l oudy
2
673
激光与红外No. 72008 曹义等林地型伪装网热红外发射率取值分析
示，三的可见光亮度系数分别为8. 5 , 14. 5 , 25. 4。
表2 装饰布的热红外发射率
Tab. 2 the r m a l I R em issi vity of camoufl age c l o t h
樟树树冠的辐射温差如图3 所示。
loca l ti m e
图 3 伪装网A迷彩斑块与樟树树冠的辐射温差
F ig. 3 a pp a ren t te mp e r a tu r e d if fe r ence be t w een the
ca mouf lage ne t A and the c r own of ca mp ho r tree
1月31 日07: 30 ～19: 30 间测试了9 个时间点
的辐射温差。在中午的日照下，伪装网迷彩斑块的
辐射温度都高于樟树树冠，在11: 00 ～14: 00 间深绿
与土斑块的辐射温度高于树冠 6 ℃以上, 最大温
差超过10 ℃，发射率仅为0. 67 的中绿斑块在此时
段辐射温度也比树冠高2. 5 ℃以上。在早晨或晚上
所有斑块的辐射温度都低于树冠，发射率0. 94 的土
斑块在19: 30的辐射温度也比树冠低 1. 44 ℃。
图3中强日照下发射率较低的深绿斑块辐射温
度高于土斑块，是由于深绿的太阳能吸收率大于
土斑块，从而使其真实温度大于土斑块导致的。
图3说明伪装网只在极少的时间段内满足理想
热迷彩的要求，图中仅15: 35时深绿斑块辐射温度与
林地接近，且土斑块大于林地，中绿斑块小于林地。
2007 年7月30 日测试结果如图4、图5 所示。
在夏季强烈的阳光下，白天样网迷彩斑块的辐射温
度都高于树冠，发射率仅为0. 63的中绿斑块大部分
时段辐射温度都比树冠高6. 5 ℃以上。夜间所有迷
彩斑块的辐射温度都低于树冠，发射率最高的土
斑块( 0. 94 )也比树冠低 1. 1 ℃以上。
日照时植被辐射温度大大低于伪装网的主要原
热失重
因可总结为[ 12 ] : ①植物叶片不断蒸发水分带走大量
的热; ②植物进行光合作用，把一部分能量转化为化
学能; ③植物叶片一般具有较高的近红外反射率，使
近红外波段的太阳能吸收率较低。而夜间植被辐射
温度高于伪装网的主要原因是: ①植物叶片具有较
高的发射率，通常超过0. 92[ 13 - 14 ] ; ②植物夜间的呼
吸作用消耗氧气及淀粉等物质，使叶面保持较高的
温度。
wave length / nm
图 1 迷彩装饰布的光谱反射曲线
F ig. 1 sp ec tr a l r eflectivity of ca mouflage c l o th
3. 2 伪装网不同发射率装饰布的伪装性能
图2给出了测试中所得伪装网与背景的两张热
动力环境监控
图。其中图2 ( a)中X01 , X02 , X03分别为样网A 的
土、深绿、中绿斑块, X04 , X05 , X06 分别为样网B
的土、深绿、中绿斑块；图2 ( b)中X01 区域为樟树
林树冠。在区域选定后，热图分析软件可直接给出
该区域的平均辐射温度。
图 2 样网与樟树林热图
F ig. 2 ther m a l I R i m age s of ne t sa mp le s and ca mp ho r tr ee s
2007 年1月31日不同时段样网A 迷彩斑块与
D ate
N e t sa mp le A N e t sa mp le B
K hak i
D a r k
gr een
M idd l e
gr een
Khak i
D a r k
gr een
M idd le
gr een
Janua r y 31 0. 94 0. 83 0. 67 - - -
Ju ly 30 0. 94 0. 84 0. 72 0. 94 0. 67 0. 63
响 ，从而可忽略伪装网与樟树树冠的位置差别而进 行辐射温度的比较。
loca l ti m e
图 6 混凝土楼顶与樟树树冠的辐射温差
F ig . 6 a pp a ren t te mp e r a tu r e d if fe r ence be t w een the
conc re te r oof and the c r own of ca mp ho r tr ee
3. 3 林地型伪装网发射率取值的困境及解决方案
目前普遍认为目标与背景的辐射温差控制在
4 K 以内即可以实现红外隐身 [ 1
5 ]
，根据这一原则 ，结 合第 3. 2节中的实验数据 ，可以得出如下结论 : ①为 了满足日照下热红外伪装的要求 ，林地型伪装网中 间斑块的发射率必须小于 0. 63; ②为了满足夜间 热红外伪装的要求 ，林地型伪装网中间斑块的发 射率不小于 0. 83。完全相反的取值要求使得伪装 网研制陷入困境。
另一方面 ，要满足迷彩斑块与背景中相似颜
斑块辐射温度相近的要求也面临困难 。绿涂层发 射率足够小时能满足日照下与植被辐射温度相近的
要求 ，但导致其夜间辐射温度大大低于植被。
轻型化是伪装网的发展方向 ，目前伪装网面密
强卫的父亲图 4、图 5 的结果也说明伪装网装饰布在日照 下与夜间都不能形成理想的热迷彩 。 两张伪装网
中发射率同为 0. 94 的土斑块具
有基本相同的可见光 /近红外光谱发射率 , 但在图 4、图 5中二者的辐射温度却相差甚远 ，主要原因是
二者对流换热能力存在差异。由于切花站立状态 、 网下隔热毯眼睑孔数量等差别使样网 A 与空气间 的对流换热强于样网 B 。强日照下样网 A 的土装
饰布易于散热 ，温度低于样网 B ；而在夜间水平放置
的伪装网向天空辐射散热而迅速降温 ，此时样网 A
可吸收更多的空气热量 ，温度高于样网 B 。
实验还应考虑伪装网放置点的微环境与樟树林 的区别。混凝土与植被的发射率接近 ，比较了水泥
楼顶与樟树树冠的辐射温度差别 ，如图 6 所示 。在
7 月 30 日夜间楼顶温度高于树冠 ，但是发射率高达
0. 94 的土斑块辐射温度仍低于树冠 ; 在 1 月 31
日 11: 00 ，楼顶温度低于树冠 , 但发射率 0. 67 的中 绿斑块辐射温度仍高于树冠近 4 ℃。这说明空旷楼 顶良好的空气流动减弱了楼顶对伪装网温度的影
2
度一般小于 300 g /m ，热容非常小 ，所以其辐射温度
受装饰布太阳能吸收率和对流散热能力影响非
常大。
根据以上分析 ，解决林地型伪装网热红外伪装
昼夜兼容的可能方案有 :
[ 16 ]
( 1 )研制发射率可变涂料。A n d r ea s L e upo l z 等采用钨掺杂的 VO 2 制备了热红外发射率具有负
温度系数的伪装系统 ，随着温度的升高 , VO 2 发生相
变
，由半导体向导体转变而发射率降低 ，相变温度约
55～70 ℃。W O 3 也是一种候选材料
，具有电致变发
射率特性 [ 17 - 18 ]
。 ( 2 )降低涂层的太阳能吸收率 , 从而允许日照 下较大的发射率值。林地背景可见光亮度较低 ，决
675
激 光 与 红 外 No . 7
2008
曹 义等 林地型伪装网热红外发射率取值分析 定了林地型伪装网在可见光波段具有较高的太阳能 吸收率 ，但绿涂层在近红外波段允许高的反射率 ,
美军标准 [ 19 - 20 ]
对绿伪装涂料波长大于 780 nm 的
光谱反射率未设定上限 ，提高绿涂层的近红外反 射率可减小涂层的太阳能吸收率 。
( 3 )提高伪装网装饰布的对流散热能力。李晓
霞 [ 21 ]
等介绍了一种簇饰物红外伪装体系 ，将低发射
率的丝带物以簇状形式附着常规伪装网上 ，通过簇 饰物在伪装目标周围产生气流而有效地散热 ，达到 降温和抑制目标红外信号的目的 。
( 4 )采用相变材料 。相变材料在伪装网温度升
高时可模拟植物叶片蒸发水分的效果降温 ，但相变 材料一方面与伪装网轻量化的要求冲突 ，另一方面 在强日照下作用时间有限 ，所以在伪装网中的应用 受到了限制 。 4 结 论
通过比较林地型伪装网样品与樟树林树冠不同 时段的辐射温差 ，得到如下结论 :
1 )传统林地型伪装网在热红外波段不能满足
昼夜与林地背景融合的要求。林地型伪装网要满足
热红外伪装要求 ，日照条件下中间斑块的发射率
Tom a s H a l lbe r g, Tiina N iin i m €
k i 2H e ikk i l €, Eva H e db o r g 2
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必须小于 0. 83。
0. 63; 夜间中间斑块的发射率不小于 2 )轻型伪装网装饰布的辐射温度受其太阳能 吸收率与对流散热能力影响非常大 ，甚至可以超过
发射率的影响。
3 )综合采用发射率可变涂料、降低太阳能吸收 率、增强网面对流换热等技术手段有望改善伪装网 热红外波段与背景的昼夜兼容能力 。 参考文献 :
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