目前人们通常所说的隐身技术是指无源（被动）隐身技术，即通过对武器装备的外形、结构进行巧妙设计和采用吸波、透波材料等一系列措施，尽量减少其对电波、红外波、声波、可见光等能量的反射或辐射，从而降低其信号特征，实现隐身。这种无源（被动）特征信号减缩的方法通常被称为低可探测性技术，即通称的隐身技术。有源（主动）隐身技术是指利用有源手段使武器装备规避声、光、电、热等探测设备探测的一种技术。有源（主动）特征信号减缩的方法通常被称为低截获概率技术，其中，射频隐身技术是武器装备上的电子设备（系统）抵御射频无源探测、跟踪和识别的隐身技术，以减少射频无源探测系统的作用距离及跟踪制导精度，射频隐身技术是武器平台上的电子设备针对无源探测系统的隐身技术，属于武器平台有源或主动信号特征控制范畴。
目前，雷达、红外搜索跟踪系统及无源探测系统是对飞行器作用距离最远的三种探测系统。单独追求雷达隐身性能，不断地提高雷达隐身性能是不恰当的。当飞行器雷达隐身性能提高后，对方雷达对其探测距离降低了。但对方可用红外或无源探测系统来检测目标，目标可能首先暴露给对方的无源探测系统，而后暴露给机载红外与探测系统。隐身设计应遵循雷达隐身、红外隐身、射频隐身性能平衡设计的原则。
雷达隐身及红外隐身要求尽可能地减小目标的雷达及红外特征。但射频隐身则有很大的不同，不能无限制地减小目标的射频特征。因为隐身飞行器要依靠辐射的电磁波实现飞行保障、有源探测、多平台协同作战，电子设备辐射的电磁波能量小到一定值后，电子设备的功能和性能会下降或消失而失去作用。隐身飞行器的隐身能力无论有多强，其通信、导航、敌我识别、雷达及电子干扰等电子设备，总需要辐射一定的电磁信号。
关键词：无人机；红外影像技术；配电网；巡检技术；用电需求；电网建设 文献标识码：A
中图分类号：TM75 文章编号：1009-2374（2017）01-0047-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.01.023
无人机具有机动性强、可控性高、飞行速度快等特点，在无人机上搭载红外影像设备，能够在短时间内对区域性的配电网进行全方位的巡检，对于及时发现配电网中的安全隐患、确定电网故障问题都有极大的帮助作用。目前，无人机红外影像技术在配电网巡检应用中初步取得成效。文章首先指出了无人机红外影像巡检系统的结构组成，随后对飞行动态状态下的红外影像优化进行了简单分析，并在此基础上概述了该系统的软件设计，最后结合红外影像的信息采集和特点分析，对整个系统的运作流程进行了总结。
1 无人机红外影像巡检系统的组成
电力系统的输电线路大多分布于野外，给维修和管理工作的开展带来了极大的不便。借助于无人机搭载红外影像技术，可以代替传统的人工巡检，既提高了配电网的巡检效率，又减轻了维护人员的工作压力。由于配电网所处的环境复杂，加上分布面积较广，因此对无人机的作业性能提出了较高的要求，例如要保证较强的续航能力、成像分辨率高、人为操控性好等。为了满足上述多方面的需求，需要给无人机安装相应功能的系统结构。总体来看，无人机搭载红外影像巡检系统主要由以下功能模块组成。
1.1 多源数据采集系统
多源数据采集系统主要包括激光器、可见光检测仪、红外热像仪、GPS、惯性测量单元等模块构成。其中，无人机在巡检过程中，根据人为控制，利用可见光相机、红外热像仪等设备，采集相应区域或特定目标的空g信息。传感器将这些信息发送到无人机搭载的信息处理平台上，结合单片机完成数据的融合、处理和分析。最后将不同时间段采集到的信息，以GPS时间作为时间基准，综合POS数据、红外影像、紫外视频、流数据、点云数据等多个数据类型，完成空间基准的统一。
1.2 安全巡检及智能诊断
1.2.1 基于激光扫描的电力线路安全诊断。从大量无序的激光点云数据中提取电力线矢量数据，并将其用于线路安全距离的检测，是三维激光扫描用于电力巡检的关键技术。基于激光扫描技术的电力线路安全诊断，主要完成电力线激光点云的自动提取，生成精准的电力线矢量模型进行安全距离诊断，对超限地物进行安全预警。
1.2.2 基于可见光及红、紫外的线路安全诊断。受技术条件的影响，早期无人机的续航时间、搭载能力都相对有限，因此数据采集设备的功能也受到了一定程度的制约。近年来，随着相关方面技术的发展，无人机巡检作业的功能日趋多样化，满足了人们多方面的数据勘测需求。针对无人机巡检复杂背景这一特性，对采集到的红外、紫外、可见光数据的诊断方法展开了一系列的研究。对于红外热成像视频数据，提出了一种基于运动估计的帧间差分方法，消除背景热源对设备热点的干扰，实现在无人机复杂背景下的电力设备热点自动检测。对于紫外放电视频数据，提出了一种基于光斑聚类方法的高放电概率区域自动提取方法，实现设备异常放电点检测。
1.3 红外热像仪
红外热像仪是一种二维热图像成像装置。它能够接受波长在[0.5，800]μm的电磁辐射，并且借助于内部的电子元件，实现光-电转换，最后将电信号在显示器上显示出来。红外热像仪从出现至今已经有近200年的历史，现阶段市场上的红外热像仪种类也比较丰富，在选择具体的类型时要综合考虑红外热像仪的功能、适用范围、自身重量等因素。
1.3.1 红外热像仪的组成。虽然红外热像仪的种类较多，但是其主要的系统组成却并无明显差异。总体来说，红外热像仪的系统结构主要分为五大部分：
第一部分是红外光学系统。主要功能是提高灵敏面上的照度，增加仪器对外界光线的感知度，增强系统探测能力。理论上来说，红外光学系统应当满足以下三个条件：一是系统结构要尽量精简，这是由无人机搭载重量的有限性决定的；二是要能够适应复杂的气象变化和振动条件，这是由无人机巡检拍摄的环境决定的；三是要具备确定的视场角，保证光学性能的稳定，以便于无人机红外影像的画面清晰。
第二部分是光机扫描器。主要作用是对目标单位进行连续性、完整性的拍摄，并根据红外热像仪与拍摄目标之间的距离变化，及时调整瞬时视场，使红外图像能够聚集在探测器上，确保拍摄画面的稳定性和连贯性。
第三部分是红外探测器。它是红外热像仪的主要组成结构，主要负责对各个部分所收集到的影像信息进行扫描和处理，并协助完成视场内图像的扫描和取样。将光线波长信息转化为电信号，并存储在集成数据库中。
第四部分是制冷机。考虑到红外探测设备在工作期间，会产生较大的热噪声，影响红外影像的清晰度。因此需要在红外成像仪上配备制冷机，用来延长工作波段，屏蔽噪声。
第五部分是图像输出装置。主要功能是提供可视化的图像信息，为技术人员各方面工作的开展提供必要的参考依据。
1.3.2 红外热像仪的工作原理。无人机搭载红外影像设备进行配电网巡检时，红外光学系统首先将巡检目标所反射的红外辐射收集起来，随后通过光谱滤波转换，将辐射信号转化为光信号，并投射到探测器的光敏面上。此时，光机扫面器通过电视光栅形式将光信号转换为电信号。这部分电信号经过识别后，红外探测器再进行处理，并在显示器上同步显示出热图像。
2 飞行动态状态下红外影像优化
自然界中不断产生红外辐射，这主要是由于物体内部分子在发生热运动，其表面的温度明显高于0℃，利用红外采集设备可以针对目标能量与温度的关系展开能量分析，利用温度值来表示捕捉到的能量，利用光机系统可以得到基于内量矢量的影像分布信息，最终形成基于目标的红外图像。
在当前电网经常应用的设备中，很多设备故障都会由运行中温度异常情况来表现，从客观上来说利用这种方法可以直接反映出设备的故障状态，这些设备发生故障的过程中也会产生大量的热量损耗。
在电力设备出现故障之前，其关键部位往往会出现温度上的变化，因此应该对电力设备表面的故障信息进行及时检测，在此基础上对故障类型进行确认。同时还要结合红外信息对故障进行分析，利用设备红外特征的变化收集设备故障信息。通常情况下不同设备的表面温度是不同的，但是多数都会呈现出均匀的热分布，而存在故障的设备则会出现集中升温的现象，同时设备红外辐射也会呈现出不均匀的现象，这种情况下利用红外成像仪可以将其辐射变化转变成有矢量像素的热感图像，然后对这种热图描述的热特征进行分析，就可以对设备缺陷类型进行合理判断。
3 红外影像的采集与分析
不同类型的红外热像仪，其适用领域、测温范围、成像性能等方面都会存在差异，本文以德国InfraTec公司生产的Mac-3000型红外热像仪为例，对该仪器的红外影像信息采集和特点分析进行整体概述。
3.1 红外影像的信息采集
Mac-3000型红外热像仪的光学镜片是由两组半导体薄片交替组成的凸透镜结构，并且透镜表面带有突变，形成势阱和势垒。在红外热像仪工作时，视场内的目标景物会将图像信息映射到FPA（焦平面阵列）上，FPA上密布大量的探测元，并且这些探测元与图像信息存在一一对应关系。与此同时，红外探测器感知目标景物的热辐射信息，并经过系统内部转化，将热辐射信息最终转化为电信号。FPA识别电信号后，将这些信号进行分解，并在探测元上进行一维排列。这些经过处理后的电信号，就会在显示器上生成热图像，即红外图像。
3.2 红外影像的特点分析
红外影像能够直观地反映出巡检对象不可见的红外线辐射的空间分布，并且通过分析巡检对象的温度变化和波长发射率，从而直观的看出配电网是否存在故障隐患。总体来说，利用无人机搭载红外影像设备，所形成的红外影像具有以下特点：首先，大气、云烟都可以吸收可见光和近红外线，因此如果在配电网巡检中使用普通摄像仪，所呈现出的图像不够清晰。而红外热像仪则能够无视大气、云烟的影响，清晰的观察巡检目标，保证了图像的清晰度；其次，配电网中电气设备、线路对外热辐射能量的大小，与自身的温度有关。利用红外热像仪，能够对待测目标进行无接触的温度测量。这也是红外影像技术在无人机巡检中得以应用的关键所在。
4 结语
配电网的安全和稳定运行对于保证企业生产和人们生活的正常开展有着至关重要的作用，加强配电网的巡检工作，及时发现配电网可能存在的隐患，能够有效避免事故的发生。无人机红外影像技术能够快速、高效、精确地对特定目标进行拍摄，从而给电网管理人员提供了丰富、详实的电网资料，为后期维修和养护工作的开展提供了支持。因此，必须要结合实际工作需要，不断进行技术优化，以确保无人机红外影像技术在配电网巡检中发挥更大的作用。
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【关键词】 红外探测技术 红外制导 发展
红外物理与技术的不断发展，使得红外探测成功渗透到军事、安生生产工程、生活等方方面面。例如，作战时由于导弹和战斗机平台的雷达探测面积骤减，唯有红外探测系统可以精确捕捉到这些高速运转的空中探测目标；矿山施工时，利用高温度分辨红外热成像仪实时监测岩体，以便及时发现裂缝危石、检测供电设备安全运行，避免煤矿自燃；在开挖岩石隧道是可以利用红外探测探测水源，根据红外辐射能量差异来判断是否有不良地质等。下面本文将展开分析红外探测技术的原理、基本理论及种类，并重点探讨几种代表性红外探测技术，最后总结该技术的未来发展趋势。
1 红外探测技术的原理和红外探测器种类
1.1 红外探测技术的原理和基本理论
探测目标与所在背景的红外存在辐射差异，并且这一差异形成的图像会反应目标的详细信息，红外探测技术依据这一原理而完成探测或追踪任务。因为任何一个物体，只要本身温度高于零度，就会散发出红外辐射，但是不同部位温度不同，辐射率便不同，所以这些不同的辐射特征经过大气传播被红外辐射器接受后再光电转换就可成为人眼可见的图像。这就是红外探测技术的成像原理。
红外探测技术所涉及的理论包括光度学、辐射度学。光度学不是简单意义上的物理学描述法，它以人对进入眼睛的辐射所产生的视觉为基础，仅限于研究可见光。辐射度学建立在辐射能的基础上，限制很少，适用于整个的电磁波普。
1.2 红外探测器的种类
红外探测器是一种典型的光敏器件，可以转换不可见的红外辐射，使之成为可测量的信号。探测器是红外整机系统的重要核心部件，用来探测、识别、和分析所接受的红外信息。按探测器工作机理区分，可分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是研究红外辐射在未出现和出现后所引起的温度差异，敏感元件对这一温差做出准确反应。它的优点是响应波段宽，室温下可正常工作，使用方便。某些半导体材料在红外辐射的照射下，会产生光子效应，光子探测器就是在这一原理的基础上产生的，所用材料的电学性质发生相应变化。通过分析电学性质的变化，可以确定红外辐射的强弱。按照工作原理，可以分为外光电和内光电探测器两种。
2 几种红外探测技术的应用与发展趋势
2.1 几种红外探测技术的应用
红外探测技术独特的优点：红外辐射看不见。保密性好；环境适应性好；采用被动接受系统，抗干扰性强；设备体积小、重量轻、功耗低；可以揭示伪装的目标；分辨率比微波好，因此被广泛应用于红外夜观、红外侦查、红外制导等方面。
（1）红外侦查、监视：红外侦察监视主要包括空间、空中、地面的红外侦查与监视，按工作方式来分可划分为主动装置和被动装置。IDRS（红外探测装置）的应用范围非常广：负有监视任务的监视卫星，负有警戒任务的警戒装置，负有救援任务的救援直升机等，舰艇配备的监视系统等等，都需要安装红外探测装置。
（2）红外制导：利用目标自身的红外辐射来引导导弹自动接近目标，提高命中率。红外制导普遍采用的工作方式是空空、空地、地空、反坦克导弹等。红外焦平面陈列制导技术因其高识别诱饵能力而有非常高的命中率。红外成像制导在红外探测器探测功能的基础上，探测目标的红外辐射，所成图像质量高，弥补了电视制导受限制的夜间和低能见度下无法工作的缺陷，已成为红外制导的一个重要发展方向。
（3）红外隐形：红外隐形主要是抑制、削弱目标的辐射能量，从而使敌人无法预测到。只要物体表面温度高于绝对零度（-273度），总是存在将能量向外释放的热辐射性质，因此，红外辐射已固定为追踪军事目标的特性。但是，大气中的某些成分对红外辐射具有吸收减弱作用，大气悬浮颗粒也会削弱红外辐射的强度。隐身飞行器就是利用了红外隐身技术，但是其温度仍比背景温度高，仍有可能被探测到。
（4）红外对抗：为保护大型飞机和直升机免遭红外制导导弹的威胁，红外对抗系统得到迅猛发展。基于激光的多波段对抗系统用来躲避热寻导弹的威胁，保护直升机和攻击机；定向红外对抗系统保护作战平台免受热寻导弹威胁。
（5）探测和预报：探测和预报的这一应用主要是用于辐射通量测定、目标温度测量、目标方位测定以及光谱分析等。红外探测技术在开挖隧道岩溶探测和预报中的应用广泛，传统雷达探测方法工时长、探测距离短、准确率不高。红外探测技术可大规模应用在地质灾害的预测上，在开挖隧道岩石时，围岩会形成红外辐射场，红外辐射场聚集了能量、动量、方向等信息，岩石会把她内部的地质信息以红外辐射的形式传递出来，这样可加强开挖工程的安全系数。
2.2 发展趋势的预测（发展分析）
随着红外技术的高速发展，红外仪器在使用方面有更高需求：由于探测目标、最小可探测辐照度、噪声等，要求高探测灵敏度；高定位跟踪精度；抗干扰能力向智能化能力发展。上述需要的变化，促使红外仪器在工作机制、结构设计、信号处理方法等方面进行必要改进。探测器从单元发展到多元线阵以至面阵、单元面积趋小；从信号调制机制转换到扫描机制；从单一视场转换到可变视场，从简单信息量到多信息量获取与处理，这些都将成为未来发展的必然趋势。
3 结语
红外探测技术由短波红外发展到长波红外，由单波段向多波段发展，以及红外探测数据的融合和复合探测技术的发展，红外探测技术的应用前景将非常乐观，随着红外物理技术的不断创新，红外探测的灵敏度、定位追踪准确度、抗干扰性能等都会显著提升，未来将会展开一片红外探测发展的广阔天地。
参考文献：
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关键词 激光模拟射击器材；射击精度；技术难点
中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0166-01
20世纪80年代以来，激光模拟射击器材在多种领域被广泛使用。随着这些器材的广泛使用，对其射击精度的要求越来越高。提高射击精度是已经成为激光模拟射击器材发展最重要的部分。
1 激光模拟射击器材的工作原理和组成部分
激光模拟射击技术的原理是用激光束替代传统的实弹进行射击训练。基于激光模拟射击技术的激光模拟射击训练器材的主要组成部分是模拟射击训练系统，它的工作原理是利用激光束来替代实弹来进行射击，其组成部分通常为激光发射器、激光信号检测器、电子信号处理器和电子显示输出器。
1）激光模拟射击技术的原理。在瞄准完毕后扣动扳机时，击发装置触发激光发射器，使得激光光束平行地传输到目标物。目标物上安装着激光信号检测器，一旦击中目标，则激光束将和激光信号检测器产生连接效果，触发信号检测器上的设置。激光束的能量成为信号检测器产生电子信号的触发点，电子信号传递给信号处理器，经过计算机的计算和模拟，将带有不同信息的电子信号处理成编码以表示射击训练的结果，或者以靶子图案形式显示出来，最终结果可以在显示屏上传达给受训者。
2）激光模拟射击训练系统的结构组成。激光模拟射击训练系统中最重要的两个结构组成部分是激光发射器和激光信号检测器。
激光发射器通常安装在模拟枪械上，组成部分基本上包含空包弹、震动触发模块和激光发射模块。扣动扳机激发空包弹，枪产生后坐力引起震动，触发震动触发模块，信号传输给激光发射模块，判断发出激光束。为了使激光束的运动轨迹能如实弹一样运动，需要将激光发射器平行地安装在模拟枪的枪管上。若是需要模拟炮弹发射或者导弹发射，就将激光发射器平行安装在其最前端。
激光信号检测器一般是光电探测器。多个光电探测器以阵列点排列的形式构成靶面形状，当激光束射击到目标物上，光电探测器将收集到信号，从而转换为模拟弹着点的坐标。为了提高检测的精确度，光电探测器一般是点探和面探有机结合，从而多层次得组成信号检测系统。光电探测器接收激光信号的位置可以用来作为射击成绩的判断依据，不同的信号位置在光电处理器中有不同的代码，从而得出不同射击成绩的结论。
2 提高激光模拟射击精度的技术难点
我国在进行激光模拟射击技术的研究和探索过程中，模拟结果的精确度不够高，对射击的数据处理也效果不佳。其技术难点主要存在于以下几个方面。
1）射击到靶面的激光光斑半径较大，与实弹的射击效果有出入。
2）检测器的数量多寡导致模拟结果精度和模拟系统的成本相互影响，无法达到双赢（探测器数量在单位面积里设置较少，导致设计精度不高；探测器数量昂贵，若设置较多则价格昂贵，无法推广）。
3）在对射击成绩进行计算和转换时，结果比较模糊，通常是否命中可以显示，然而具体的环数和着弹点的方位却很难确定，后期处理和分析数据也比较繁琐。
4）采用传统光敏二极管等元件，容易受环境光强度变化影响且容易破损。
3 提高射击精度的三条解决思路
为了解决以上的技术难点，结合现在的科技技术，有以下三个解决问题的思路。
1）用光斑半径阈值控制的方法可以从一个方面解决光斑过大的问题。激光光斑能量分布具有中心聚能的特性，以光斑中心为原点，光斑能量随半径增大而迅速减少，能量衰减极快。利用这个特性，建议结合不同的探测器的最低响应阈值，在靶面附加滤光薄膜。光斑中心及附近极小半径的部分具有该光束中的绝大部分能量，在靶面附加滤光薄膜后，仅有该部分的高能光束可以得以通过。此外其他部分外圈的光束能量急剧衰减，无法具有穿透滤光薄膜的能力。穿透滤光薄膜的光斑半径非常小，它将到达光电探测器并在其显示出滤减后的光斑。由于半径被控制在一个相当小的范围内，其触发的探测器个数自然较少，传输的信号精度大大提高，能较高精度地反应战士的射击水平。
2）过去主要有两种方法来确认光束射击后的模拟弹着点：一是在射击完成后，对靶面形成的图像进行整体考虑，以整体击中或反应的点图为标准进行逐点分析，能达到相当高的数据采集精度。但是这种方式存在着无法忽视的弱点，这样的处理方式需要对所有的图像点进行测算和转换，过程复杂，所花费的时间相当长，不能让士兵即时得到训练结果。二是在靶面上进行单点信号采集，使用地址编码器和译码器来确定弹着点坐标值。若靶面的光电探测器数量较少，单点信号采集的传输及编码结构简单便捷，能及时得到训练结果，但由于点位过少，处理的数据精度不够高；若安装大量光电探测器，虽然也能及时得到训练结果，但相对应的编码器和译码器也大量增加，系统和线路的复杂程度大大提高，这对数据的精确性有较大的
影响。
改善靶面坐标采集系统，能将数据采集精度的提高和数据的精确性有机地结合起来。经过国内外专业人士的研究，将光电探测器点探与面探相结合形成信号多路检测系统，将其以阵列式排列在靶面上，能达到上述要求。
3）用半导体激光器替代传统的红宝石激光器，能有效解决激光发射器价格高昂的问题。半导体激光器具有输出功率低的特点，不需要设计庞大笨重的电源设备，最重要的是半导体激光器的价格远比传统红宝石激光器的价格低廉，可以使模拟器材的价格保持在合理的范围内。
以上三个设想目前已经有不少部门对其进行了论证和设计，都取得了一定的进展。利用滤光薄膜控制入射光斑半径，采用半导体激光器替代传统红宝石激光发生器，利用多路阵列探测器来替代传统单一的检测手段和设备，多种手段相结合实现新一代激光模拟射击技术。虽然目前还在论证，没有进入实物生产阶段，但相信在不久的将来，能得到精确射击效果的激光模拟射击训练器材模拟器将会被研制出来并得到推广。
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【关键词】 激光测距 单光子 多脉冲 相关检测
激光测距具有方向性好、测距精度高、抗干扰能力强等优点，它能迅速、准确地获得目标的距离数据，对提高防空、海上作战，中近程精确打击及攻击武器的命中精度方面起关键作用。然而，由于大气环境的制约和国内激光测距技术发展水平的限制，对非合作目标的作用距离一般为数百米至数十千米。因此，虽然激光测距技术具有很多优点，但在国内机载雷达装备中仍处于辅助地位。这主要受限于目前作用距离较短，无法较好的满足作战使用要求。而随着新一代防空、防天、反导武器系统和作战体系的发展，作战对象由对地攻击战斗机和近程导弹扩展到对远程奔袭作战飞机、巡航导弹、远程弹道导弹和空间轨道目标。作为远程目标预警探测、监视、跟踪、识别传感器系统重要组成部分的激光测距机，其探测距离也需延伸至数百公里，这无疑对激光测距机提出了严峻的挑战。
因此，通过分析影响激光测距距离的因素来研究可有效提高激光测程的方法十分必要。
1 国内外现状
1961年美国就成功的研制了世界上最早的红宝石激光测距系统，1969年美国又首次将激光测距系统应用于坦克火控系统。自上世纪80年代以来，激光测距的发展趋势为：①人眼安全；②小型化、标准化和固体组件化；③与其它光电仪器集成化；④研制远程激光测距机[1]，其中，提高测距距离是重要趋势之一。美国在90年代开始大力研究由红外搜索/跟踪（IRST）和激光雷达组成的主动/被动相结台的光电预警探测传感器系统。其“眼镜蛇球”（Cobra Ball）预警机（RC-135C）加装了测距能力达400km以上的YAG激光测距机，并于1998年服役。由美国林肯实验室和海军空战中心为其战区导弹防御系统研制的“门警”系统（Gatekeeper）也采用了IRST加激光测距系统的体制，其激光测距机采用Nd：YAG激光泵浦的KTP光参量振荡器（OPO）作辐射源，工作波长1.57μm，脉冲能量600mJ，脉宽10ns，探测器为InGaAs APD，作用距离100～1000km。
国内在激光测距技术上起步较晚，兵器209所、航天8358所等研究院所也已成功研制出应用于各种装备平台的激光测距机，但在工程可靠性和远程测距方面与国外装备仍有不小差距。
2 影响测程的主要因素分析
对远距离小目标激光脉冲回波接收功率方程为：
从测距方程可以看出，影响激光测距能力的主要因素有激光器性能（脉冲能量、脉宽等）、束散角、接收口径、系统发射接收光学效率及回波信号处理能力等。
3 提高测程可采用的方法
从影响测距能力的因素来看，可提高测距距离的方法有：
（1）提高激光光源脉冲功率。随着半导体泵浦固体激光器的日益成熟，由于其具有总效率高、寿命长、能量损耗较低、热负载较少、频率和输出功率稳定性高等优点，已逐步取代了传统的氙灯泵浦激光器，相同的尺寸和功耗下，脉冲输出功率有了一定提高。虽然半导体泵浦固体激光器的转换效率可达20%以上（传统灯泵激光转换效率约5%左右），但受机载使用时空间尺寸及重量的限制，追求高能量高重频激光输出时，仍要面临散热问题，通过提高脉冲功率对测距提升作用有限。
（2）加大接收光学系统口径。加大光学系统接收口径无疑可以增加激光回波接收率，从而提高作用距离，但测距机的体积、重量也会随之增加，而这往往会受到设备装机条件的限制，所以只能根据实际应用平台条件适当增大接收口径，不能对测程提升带来质的飞跃。
（3）提高探测器灵敏度。通常测距系统采用工作于线性模式的雪崩光电二极管（APD）作为接收探测器。Si-APD和InGsAs-APD响应度一般为0.5～0.7（μA・μW-1），APD暗噪声水平随温度升高而增加[3]，因此采用制冷型APD可有效降低探测器暗噪声，从而提高测距距离，但APD的最小可探测功率一般为nW量级，一般无法达到上百甚至数百公里测距距离的灵敏度要求。
近年来盖革模式的单光子探测器发展迅速，因其具有单个光子级的探测灵敏度，是未来远程激光测距机传感器应用的重要方向。在盖革模式下的雪崩光电二极管（SPAD）的工作电压稍高于击穿电压，这时反向电压的增大会导致反向电流的急剧增大。只有在盖革模式下，雪崩因子M才能大到足以捕捉单个光子，这样的灵敏度是线性探测器所难以达到的，因此可以获得比线性测距系统更远的作用距离。但目前单光子激光测距技术仍处于研制阶段，发展还不是很成熟。它对激光器的重频、线宽等提出了更高的要求，同时由于其超高的灵敏度，在激光发射时光学器件上产生的散射光、闪烁效应等，即使是很少量的光，其强度就足以使探测器致盲甚至损坏[2]，所以光学系统的杂散光处理以及实际使用中的温度控制、偏置电压的控制等工程化问题还有待进一步发展和解决。
总之，通过使用制冷型APD器件或盖革模式的单光子器件，提高接收探测器的灵敏度，是未来测距传感器应用的趋势，也是提升测距距离的有效措施之一。
（4）压缩激光脉冲束散角。作用距离R反比于（θt ）1/2，因此采用激光扩束光路压缩束散角的措施效果突出，但束散角越小，对系统跟踪瞄准精度的要求随之增加，因此受限于光电系统跟瞄精度。
（5）激光发射接收光学效率。一般机载测距机采用红外、激光共孔径设计，激光发射接收光学效率受限于系统设计参数及目前光学元件的镀膜水平，效率一般在0.5～0.7，改善的余地不大。
（6）回波信号处理提高信噪比，进而降低最小可检测信噪比。上述前五种方式受限于实际应用中体积、重量要求、激光器研制水平、探测器性能及受系统跟瞄精度和准测率的约束。
一般激光测距机使用极窄的激光脉冲，发射脉冲宽度仅为几ns，经大气传输展宽后的回波脉冲的宽度也只有二、三十ns，而且激光回波信号很弱，容易淹没在强噪声中，因此， 激光回波信号的检测成了一个关键的问题。
传统阈值比较法检测激光回波信号， 它将激光回波信号与阈值相比较，如果回波信号的幅值大于阈值，那么该信号为目标，否则为噪声。这种测距方法只能工作在大信噪比的条件下，一般信噪比在10以上，影响激光测距机的作用距离和测量精度。而通过信号叠加和波形匹配数字滤波，以及多帧目标信号相关检测等回波信号处理方式，从信噪比上提高信号提取能力，潜力大，可大幅度提高测距能力。
多脉冲累加能明显提高信噪比，这种信号积累算法是应用于雷达信号检测和处理的经典算法，在微波雷达领域该技术已经成熟，并得到广泛应用。随着高重频半导体泵浦固体激光器和高速A/D采样、DSP等数字信号处理技术的发展，多脉冲技术已成功应用于远程激光测距机中。如前文中提到的“门警”系统中，最早应用了多脉冲激光测距技术，采用每组3个脉冲，脉冲间隔8 ms。
多脉冲测距技术实现的基础是激光器的发射方式，不同于常规单脉冲激光测距，它每次发射一串脉冲间隔为几百μs的脉冲，并通过对接收的脉冲串激光回波信号进行相关处理后得到目标距离[4]。
目标激光回波的时间相关性主要取决于相邻脉冲的间隔，相邻脉冲信号的时间相关性从相邻两个激光脉冲回波信号相对发射信号（主波）的时间差t来确定：
t=2v×tp/c
式中，v为目标相对测量点的视线距离变化速度；tp为相邻两激光脉冲时间间隔；c为光速。对行速度为2Ma的目标来说：tp取300μs，则由上式得出t=1.36ns，远小于激光信号宽度（一般10ns以上），可有效地实现对回波信号的相关处理，如对数字采样信号进行迭加和根据多次回波迭加后的波形特征进行波形匹配滤波，可以将信噪比提高数倍。
1）信号迭加。把脉冲回波信号按照周期进行同步迭加，利用信号的相关性和噪声的不相关特性，抑制噪声，提高信噪比。
迭加后的信噪比为：，式中，为单脉冲激光测距的信噪比，n为累积次数，由此可见，经过n次累积后的信噪比为单个脉冲回波信噪比的倍。
2）波形匹配数字滤波。将信号迭加处理后，进一步采用波形匹配滤波，将与标准波形差异大的噪声滤掉。
式中，Bk（iτ0）为自相关函数，σ为噪声均方根噪声值。
对于多脉冲测距系统，由于原始噪声脉宽比多个回波信号迭加后的脉宽小得多，而采样频率周期与电路响应时间相近，因此，上式第二项相对第一项小得多，可以忽略，所以滤波后的噪声均方值可以认为等于。
3）多帧目标信号相关检测。在对单帧（一个脉冲串目标信号为一帧）脉冲串信号进行相关处理的基础上，进一步采用多帧目标信号相关处理来剔除假目标，降低检测阈值和提高检测概率。多帧目标信号相关检测，是将当前检测出的目标信号的特征参数与目标链中存储的潜在目标的特征参数进行比较的过程。若当前预选目标与目标链中的某一潜在目标特征参数之差小于允许门限，则认为两者是匹配的，属于同一目标。
通常以最小可探测功率来衡量激光测距机的探测能力，使用上述理论分析，多脉冲测距相比单脉冲测距，最小可探测功率可增加1个数量级以上，因此可在不增加系统体积重量等前提下，显著提升测距距离。而高速AD和DSP器件发展，也为多脉冲测距技术的实际应用提供了硬件实现基础。
图1为多脉冲激光测距系统原理图，采用数字信号处理器（DSP）+现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的结构，处理能力强大，可满足多脉冲激光测距的实时要求。
4 结语
本文针对影响测距能力的主要因素进行了分析，对各种提高测程的方法进行了探讨，重点对从提高回波信号处理能力方面提升测程的方法进行了梳理。随着电子技术不断发展和工艺生产技术提升，远程激光测距技术将越来越成熟。在未来现代化战争或局部战争中，远程激光测距技术在精确制导、光电预警、综合火控、目标探测跟踪等方面将发挥越来越重要的作用。
参考文献：
[1]许中园，孙胜利，陆卫.基于单光子技术的激光测距系统几个问题的讨论.激光与红外，2008（38）：531-534.
[2]于彦梅.激光测距机及发展趋势.情报指挥控制系统与仿真技术，2002（8）：19-21.
关键词 电力设备；检修；红外诊断；应用
中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）113-0191-02
0 引言
红外诊断技术是在上世纪60年代进入电力设备检修领域的，由于其远距离、快速、直观、不断电等特点，可以在运行中对设备的早期缺陷作出可靠预测，便于工作人员及时采取措施进行预防，保证了电力系统的安全可靠运行，在电力设备检修领域推广十分迅速。我国的电力行业在1990年前后引入了红外热像仪，并开展红外诊断技术的理论研究与探讨。近年来，红外诊断技术作为一种无损检测手段在电力设备状态检修中得到了广泛的应用，在国家电网 《 输变电设备状态检修试验规程 》 中红外诊断被列为所有设备的例行试验项目。
1 红外诊断技术的原理与特点
1.1 原理概述
红外线和人们熟知的可见光都属于电磁波，只不过可见光的波长为0.38μm~0.78μm，属于人眼可以感受的范围，但是红外线的频谱范围为0.78μm~1000μm，人眼无法感受的。人们已经研究表明，自然界内一切高于绝对零度（-273℃）的物体都在自发的、不间断的向外辐射红外线，并且辐射出的能量随着温度的升高而增强。而红外诊断技术则基于这种自然界最广泛存在的辐射进行研究。以红外热像仪为例，其红外探测器会将物体辐射信号转变为电信号，电信号的强热与物体所释放的能量成正比，因而热像仪的输出信号可以很好的模拟出被测物体表明的温度空间分布情况。
1.2 红外诊断技术的特点
1）没有电磁干扰，无需接触和停运设备，可以有效的对电气设备进行大范围的检测，如悬空的高压线、大型变电站、运行中的发电机等；
2）检测效率高，检测结果直观、准确，可以检测出各类设备外部的接触性过热故障，而且能够有效的设备内部绝缘、线路回路缺陷等故障；
3）检测手段成熟，降低了劳动成本；
4）检测数据存储方便，有利于对已有故障进行有效分析，为后期的维护和建设提供可靠的依据，提高设备运行效益。
2 红外诊断技术在电力设备中的应用
2.1 红外诊断技术的常用产品
1）红外测温仪
红外测温仪主要由光学系统、信号处理系统、显示系统以及光电探测器等部分构成。首先光学系统会将其可视范围内的被测物所辐射的红外能量进行汇聚，然后光电探测器会将该能量转换为相应的电信号，该信号会被进一步的处理而最终转变为显示屏幕上的温度值。红外测温仪主要应用在电力设备外部热故障诊断，如接头的接触不良、器件表面的绝缘性能下降等。
2）红外热像仪
红外热像仪主要由光电探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，显示系统等部分构成。光机扫描系统将被测物的红外辐射能量分布情况传输给探测器，进而探测器对该红外辐射能转换为电信号，电信号经过进一步的处理和转换变为显示屏上的红外热像图。这种热像图最主要的特点就是能真实的反映出物体表面的热分布场，能量辐射高的部分图像就明亮，反之就会相对暗些。
红外热成像仪可以有效对电力设备内外的热故障进行有效判断，将其对设备温度的感应形成相应的热分布图，以图像的明暗来反映设备内部器件温度的高低，进而对导电回路连接情况、电压分布情况、内部绝缘情况进行有效分析。
2.2 红外诊断技术在电力设备中的运用
虽然我国的电力行业在红外诊断技术方面起步较晚，但是在发电、输电、变电各方面的应用都取得了很好的效果。在发电检修方面，红外热成像仪可以用来检测锅炉和汽机的绝热情况，对发电机定子铁芯的绝缘以及一些接触点的焊接质量。在变电方面可以对大型变电站进行定期巡检，如可以对变压器的各部件的热成像情况进行比较和分析，及时有效的发现主变套管及外壳漏磁等问题，便于维护人员及时的消除事故。输电方面，红外诊断技术可以对线路的接头处进行可靠的诊断，迅速准确的发现接线点的接触不良、绝缘损坏或污秽以及材质工艺不良引起的局部发热或整体发热情况。
下面对一些典型电力设备的红外检测效果进行简单介绍：
1）电力变压器在端部出现局部高温现象。这种情况套管内部件接触不良引起的；
2）断路器的一些金属部位的瓷套出现稳定异常。这种情况可能是断路器内的触头接触不良导致的；
3）电力设备的避雷器型号较多，但它们在运行时都有轻微发热的器件。其热像特征的共同点是热场的分布性对均匀，有时会出现中间温度略高、两端稳定稍低的情形，但总体温差不大。当其温度场出现稳定分布不均匀，温差大的异常情况，则可判断该设备存在缺陷，其温度不均匀度直接反应了缺陷的严重情况。
2.3 红外诊断技术的分析方法
1）表面温度判断法
参照DL/T664-1999《带电设备红外诊断技术应用导则》等有关技术条款，当设备表面的温度值超出了规范中的标准值，那么可以根据设备的运行情况、环境情况、温度超标程度以及已有数据等判断设备是否存在问题。局限性在于主观性强，误判的可能性大；
2）相对温差判断法
这种方法主要针对电流致热型设备，当导流部分出现温度异常后，可以取两个监测点，利用[(T1－T2)÷(T1－T0)]×100%算出相对温差值，然后参照相关的规范进行判断。其中T0为环境参照体的温度，T1为发热点的温度，T2为正常点的温度；
3）同类比较法
主要是针对同一电气回路中的相同设备，但某一设备出现温升后，与其同回路的设备进行比较；
4）热谱图分析法
此类方法主要用于电压致热型设备，根据同类设备的正常和异常情况下的热谱仪来对设备的运行情况进行判断；
5）档案分类法
档案分析法需要建立大量设备的资料，进而分析同一设备在不同时期的数据变化趋势，从而诊断设备是否正常。
3 结论
红外诊断技术在电力设备上的应用已经取得了很大的进步，弥补了一些不易或无法发现的设备缺陷，并建立了一些设备的在线监测功能，促进了电气设备检修由定期检修向状态检修过渡。同时，我们应该注重对科技升级和检测人员的培训，深入掌握电气设备的运行、仪器的原理以及各种影响因素，推进红外诊断技术在电力设备诊断中的规范化应用。
参考文献
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关键词：监控系统通信技术发展方向
中图分类号：TN91文献标识码： A
煤炭是我国的主要能源，近年来，我国煤矿安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均大幅下降。由于赋存条件差、灾害严重、地方小煤矿多等原因外造成我国煤矿安全生产压力大。随着煤矿机械化、自动化、信息化程度的提高，大大改善了煤矿生产作业环境和煤矿抵御自然灾害的能力。煤矿安全监控系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，在煤矿瓦斯防治、灾害预警和事故调查中发挥着重要作用。但我国煤矿在监控系统与通信技术方面存在很多不足，与发达国家之间还存在很大的差距。
1、煤矿监控与通信技术的现状
1.1全矿井通信技术与系统
研究发现了一些矿井无线传输规律及特性，分析总结了矿井移动通信的特殊性和需求。针对矿井无线传输衰减大、发射功率受限、设备体积小、抗干扰能力强、抗故障能力强、防护性能好、电气防爆、电源电压波动适应能力强等特点，提出多基站矿井移动通信系统网络结构，提出矿井移动通信与应急通信系统性能要求和方法。矿井移动通信系统在煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援中发挥着重要作用。
1.2煤矿井下人员位置监测技术、标准与系统
针对GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道、矿井无线传输衰减大、电气防爆等特点，提出了煤矿井下人员位置监测系统主要技术要求和测试方法：
(1)识别卡与分站之间的无线传输距离不小于10m 。
(2)识别卡位移速度不得小于5m/s。
(3)识别卡并发数量不得小于80个。
(4)系统漏读率不得大于10。
(5)识别卡数量应不小于8000个等。
提出了煤矿井下人员位置监测系统装备要求：各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出入口、盲巷等限制区域应设置分站。基于RFID的煤矿井下人员位置监测系统，宜设置2台以上分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。巷道分支处应设置分站，巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产，防止人员进入危险区域，事故应急救援，及时发现未按时升井人员，领导下井带班管理，特种作业人员管理，井下作业人员考勤，持证上岗管理等方面发挥着重要作用 。
1.3煤炭产量远程监测技术、标准与系统
根据遏制煤矿超能力生产等需求，提出了煤炭产量监测信息远程传输通信协议、每小时产量文件数据格式、系统工作异常文件数据格式、初始化参数文件数据格式；提出了监测与显示要求、超产监测与显示、时产量监测与显示、系统工作状态监测与异常显示；提出了基于有功功率监测、基于图像监测和计量装置工作状态监测的防作弊方法。煤炭产量远程监测系统是加强了煤炭产量监测与管理、遏制煤矿超能力生产的重要工具之一。
1.4无人值守远程监控技术与系统
为减少煤矿井下作业人员，避免或减少重、特大事故发生，研制成功煤矿供电监控系统、排水监控系统、胶带运输监控系统、轨道运输监控系统、胶轮车运输监控系统等，实现了煤矿井下机电硐室、压风机房、水泵房、带式输送机等无人值守远程监控。
2、煤矿监控与通信技术的未来研究方向
2.1 煤矿一体化通信技术与系统
为满足煤矿生产调度与应急通信的需求，需要研究煤矿一体化通信技术与系统。研究有线与无线一体化通信技术，生产调度与应急通信一体化技术，语音、视频及短信多媒体通信技术。研制具有如下功能的煤矿一体化通信系统：
(1)具有生产调度、报警联动、应急扩音通信、紧急呼叫、避险与逃生声光提示、位置监测等功能。
(2)具有语音、视频、短信等通信功能。
(3)具有移动和固定通信功能。
2.2无人工作面遥控技术
采掘工作面是煤矿事故多发地点。因此，要通过煤矿监控、通信与机械化，减少煤矿采掘工作面作业人员。目前采煤工作面能够做到工作面有人巡视条件下的回采巷道遥控和记忆割煤，但不能自动识别煤岩，不能实现工作面无人控制。因此，需要研究煤岩分界识别技术和仪器，研究液压支架、采煤机、刮板输送机精确定位技术，进一步提高监控的可靠性，实现无人工作面地面遥控。
2.3煤矿井下人员精确定位技术
煤矿事故应急救援急需煤矿井下人员定位系统，以便及时发现被困人员位置，争取救援时问。GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道。目前，煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID、漏泄电缆等技术，实现了煤矿井下人员位置监测，在遏制超定员生产工作中发挥着重要作用。但这些系统不能实现人员精确定位，难以满足灾后救援的需求。因此，需要针对煤矿井下巷道特点，研究煤矿井下人员定位网络结构和定位算法等，研制具有精确定位功能的煤矿井下人员定位技术与系统，实现煤矿井下人员精确定位。
2.4煤矿重大灾害预警技术
煤矿重大灾害预警是保障煤矿安全生产的重要措施。现有煤矿安全监控系统具有瓦斯等实时监测、报警与断电功能，部分系统具有瓦斯、火灾、冲击地压等重大灾害预警功能，但预警准确率较低，难以满足煤矿安全生产需要。因此，迫切需要提高煤矿重大灾害预警准确率，研究基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等灾害预警技术
2.5煤矿井下生命探测技术
煤矿井下发生灾变后，生命探测技术和装置是加快搜救进度，减少人员死亡的有效手段之一。由于煤矿井下电气防爆，无线传输衰减大等特殊性，地面一些成熟技术难以直接在煤矿井下应用。这需要根据煤矿井下灾后环境特殊性，研究用于煤矿井下的生命探测与定位技术。研究能够穿透煤岩冒落物的矿用防爆超宽带生命探测雷达、矿用防爆超低频生命探测仪、矿用防爆便携式人员位置检测仪、矿用防爆光学生命探测仪、矿用防爆声学生命探测仪等。
2.6 本质安全光纤通信技术
以太网、光纤通信技术在煤矿井下应用，解决了监控数据、工业电视等宽带远距离传输问题。但激光引爆瓦斯的极限功率和能量的研究较少。需要研究光信号引爆瓦斯的极限功率和能量，以及复用方式等影响。
2.7传感器无盲区布置
1、无线电监测技术在无线电业务应用方面存在问题。随着无线电业务的范围越来越广，还有的基础技术设施不能够完全满足工作的需要。仪器设备和监测系统，由于长期闲置在客观上也影响了使用的效率。没有认识到监测工作的重要，监测站机构不健全，给无线电监测技术带来了难题，无线电监测技术无法覆盖这么大的范围。2、无线电监测环境的恶化。我国基层以下的无线电监测集中在日常监测中。查找干扰采用的方式多为移动监测站与移动设备逼近以最终确定目标。这种工作方式随着公众移动通信的高速发展也发生了一系列的变化，但是频段使用向高端延伸，大区制群体数量下降，小区制广播方式的宽带无线接入多，模拟通信方式落后。第三代移动通信尚未商用，有关专家已开始探讨第四代移动通信。国家监测已成为国际监测的组成部分。传统的无线电监测方式都遇到了新的挑战。无线电监测工作必须跟随无线电技术发展，进行全方位的前瞻性规划，从而实现可持续发展。3、大多数无线电企业将无线电监测技术划分为科技问题，管理和行政是社会问题，使企业的无线电监测技术水平都受到制约。在无线电企业中，企业的管理模式受到监测数据的制约，不能形成合理的动态，让无线电企业无法提高无线电监测技术。4、监测网问题、无线电监测网采取多家供应商生产、安装会导致联网监测困难重重。需要提高执行力度，改造不符合标准协议的早期设备，以保证监测联网的质量。增强无线电监测的机动能力和快速反应能力。无线电监测网中的移动站要有足够的空间，需要一些轻便的、小型的监测车与之配套，这就是二级移动监测站。在遇有突发干扰时，移动站快速出击，延续固定监测站的功能。根据无线电监测的基本任务，测向定位具备了相应测向能力以后，地域划分范围不同，采用的监测网建设原则也不应相同。应重视小型室外站的网格化布局，克服落后理念给这种新的布局理念提供了客观基础。
二、无线电监测技术
1、将无线电技术与无线电监测技术有机结合。认知无线电技术是一种突破传统频率的技术，将认知无线电技术融入到无线电监测技术中去，可以减缓无线频率资源紧张的状况。把认知无线电技术融入到无线电监测技术，把整个射频环境建立在度量的基础上，不断促进无线电监测站的进一步发展。2、将无线电监测向网格化监测发展。光纤网络监测技术.光纤网络技术能及时准确地监测全网各光缆段可能发生的光缆断裂位置，能及时分析传输误码率高的原因，可以降低和压缩故障历时，变被动式维护为主动式维护。实现对光纤线路进行自动监测，是保障通信网络正常运行的迫切需要。具有传输频带宽、信号损耗低，线径细、重量轻的特点，能选择最有效及最节省成本的方式来传递光信号。根据监测对象的不同，一般将监测系统分为对光缆金属护套对地绝缘电阻的测试和对光纤后向散射系数的测试;光缆护套对地绝缘监测系统是通过远程测量直埋光缆金属外护层，来实现对光缆监测的目的。它利用远程供电系统进行数据的收集测量，并进行数据处理，将处理结果超过设定的门限值时，发出告警信号。同时还可进行周期或定点测试。通过通信单元实现与监测中心的数据通信。由监测中心可发送指令对监测站进行控制，分析处理并提供故障及测试记录报告，使维护操作人员可以很直观地看到故障地点，在最短的时间内赶到故障现场处理，推进网络化无线电监测技术的发展。
三、科技技术创新
