详解各种军用光学仪器(推荐收藏)

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详解各种军用光学仪器(推荐收藏)

2023-08-14 14:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

军用望远镜的光学系统各有不同。军用望远镜大多有分划板,夜间使用的其分划板还带灯光照明。

军用望远镜的出瞳距离比较大,以便观测者佩带防毒面具。为防止射击时撞击头部,有的瞄准镜出瞳距离大到七八十毫米,还要备有软硬适度的眼罩和护额。

从光学性能和结构性能上来说,军用望远镜比较优良,可靠性较高,因为它的设计更加审慎,用材质优、工艺考究,例如像质好、杂散光少,放大倍率与入瞳大小匹配以达到最佳分辨率。

由于质量要求高,军用望远镜在出厂前都要经过环境试验,一般包括振动试验、高温(十55℃)试验、低温(一45℃)试验、淋雨或浸水试验、气密试验。经过这些试验,产品性能仍能保证在规定范围内的才能出厂。

有的产品镜体内还自带干燥器,出厂前抽出空气再灌入干燥空气或氮气,有效地防止日后内部镜片长霉生雾。普通民用望远镜一般不做环境试验,或仅做部分试验。这一点是人们从市场上难以了解到的,仅从产品外貌上也看不出来。

镜身组:镜身组为望远镜的主体,分左、右镜身,通过连接轴连接在一起,其作用是支承上、下直角棱镜,连接物镜组和目镜组。

物镜组:物镜组由透镜、物镜筒等组成。物镜组与镜身用螺纹连接在一起,其作用是接收远处物体(或目标)的光线成像在焦平上。

目镜组:目镜组由透镜、目镜框、视度手轮等组成。目镜组与镜身用螺纹压圈连接在一起,其作用是把物镜所成的像放大后供人眼观察,转动视度手轮可调节目镜的视度,以满足不同视度人眼的使用要求,其范围是±4屈光度。

连接轴:连接轴是望远镜左、右镜身的连接件,同时也是实现目距在58-74mm范围内的调节的枢纽,也是双目合像的核心。

护盖和背带:物镜护盖和目镜护盖是为了保护物镜和目镜透镜而设计的。望远镜在不使用时应将护盖盖上,以保护镜片不受损伤。背带连接在望远镜左右镜身上,使用时可将背带挂在使用者颈上,以防失手而损坏望远镜。

早期的军用望远镜都是伽利略结构的,此种望远镜虽然结构简单,透光率高,但倍数和观测视场都很小。

在19世纪末20世纪初在军用望远镜已用普罗棱镜结构成功解决了倍数和视场的问题,从一战开始到二战结束这个时期的军用望远镜以方便携带的6×24、6×30、8×30为主,这与当时步兵主要是徒步作战有很大关系,海军和装甲部队则主要装备7×50、10×50这些观测稳定性好但尺寸和重量较大的望远镜。

这一时期的军用望远镜都采用金属作为镜体材料,早期多使用黄铜,后期则更多的使用铝合金,由于当时人们认为没有必要在军用望远镜上使用昂贵的镀膜加工工艺,所以这一时期的望远镜多没有镀膜。

在冷战和后冷战时代,军用望远镜的使用环境发生了巨大的变化,望远镜的设计思想也有了较大的改变。

首先是机械化的实现,使用者经常要在颠簸车的上使用望远镜,这就对望远镜的观测稳定性有了更高的要求,于是7×40、7×50规格的望远镜成为了主流。

其次是核生化战争的阴影让人们设计望远镜时不得不考虑配带防毒面具时的使用,于是可以翻折(升降)的目镜罩越来越多的出现在军用望远镜中,这种设计也迅速的被民用望远镜采用,以方便戴眼镜的用户。

而镀膜技术、稳像技术、镜体包胶、非金属材料、激光防护等新技术的广泛使用也大大提升了军用望远镜的性能。进入信息时代后,各类先进侦测设备在一定程度上弱化了望远镜的作用,军用望远镜也没有出现质的飞跃和变化,但在可以预知的未来,作为一种近距离观测仪器,军用望远镜仍会继续发挥着重要作用。

军镜用于观察战场、研究地形地物和侦察目标,还可用右目镜中的密位分划进行简易测量。望远镜的放大倍率一般分三等:中倍率(6-10倍)、大倍率(10-20倍)和变倍率(德式20-40倍,国产25-40倍)。

军用望远镜过去以6倍、8倍居多,现在7倍的军用望远镜颇为流行(理由为人的目视距离约7km)。除美国、德国之外,俄罗斯、中国相继研制了7倍军用望远镜并装备部队。

望远镜并非放大倍率越大越好,如果倍率超过10倍,通常应安装在三脚架上使用,如果仅用胳膊支撑使用,手的颤抖对观察的影响就很严重,观察效果就会变差。另外在评价选用望远镜时,还应考虑几何光力的大小。

一般地,小光力望远镜(出瞳直径为2-3mm),适于良好照明条件下使用;中光力(出瞳直径为3-4mm)适于一般照明条件下使用,如我军62式8倍观察红外望远镜(出瞳直径为3.7mm);高光力(出瞳直径为4-6mm)不仅适合白天使用,而且适合于黎明及黄昏低照度条件下使用,如我军新式的Y/GG95-7型望远镜(出瞳直径为5.71mm)。中倍率(6-10倍)望远镜要达到军级视觉效果还应要考虑通光率,7倍配物镜尺寸40mm,8倍配物镜尺寸50mm,以及10倍配物镜尺寸60mm,能够达到很好的稳定性以及最佳成像舒适感。

炮队镜

炮队镜用于观察和测角的潜望式双目光学仪器。旧称剪形镜。

炮兵主要用它观察战场、搜索目标、侦察地形,观察射击效果和测定炸点偏差量,也可用于测定炮阵地、观察所的坐标。

炮队镜由两个单目镜筒组成的双筒潜望镜、方向测角机构、高低测角机构和三脚架组成 。双筒潜望镜的放大倍率8×~16× ,视场4.5°~7°。

两个镜筒可以绕铰链轴转动,在0°~180°范围内任意张开 ,以便在隐蔽条件下工作时增强体视感或增加潜望高度。方向测角范围为全圆周。高低测角范围一般为-300~+1000密位 ,测角精度一般均为1密位。三角架用于支撑和固定镜体其他部件。

19世纪末出现了炮队镜。第一次世界大战以来,炮队镜得到广泛使用,成为炮兵的一种重要观测器材。

炮队镜配置两个左右分布的有潜望高的望远镜。两镜合拢后可获得最大潜望镜高度,可以测量目标的距离、高度、方位。

分开后即增大两个入射瞳孔的距离,可以进行测距,提高仪器的体视放大率。它也能俯仰和水平转动,测量方位角。炮队镜和方向盘一起用来布置阵地的炮位,是牵引火炮炮兵中常见的设备。

潜望镜

潜望镜是指从海面下伸出海面或从低洼坑道伸出地面,用以窥探海面或地面上活动的装置。

其构造与普通地上望远镜相同,唯另加两个反射镜使物光经两次反射而折向眼中。潜望镜常用于潜水艇,坑道和坦克内用以观察敌情。

处于水下航行状态的潜艇观察海平面和空中情况的唯一手段便是借助潜望镜。而多数潜艇均安装有两部潜望镜――一部攻击潜望镜和一部观察潜望镜。

前者用于发现和瞄准水面目标,而后者主要用于观察海空情况和导航观测。

潜艇在浮出水面前,艇长都必须指挥潜艇在潜望镜深度先用潜望镜对海平面作一次360度的观察,以求尽早发现可能出现的敌情。只有在确认没有任何威胁的情况下潜艇才会浮出水面。

按现有的技术水平,潜艇综合成像系统基本上由八大类成像系统构成。下面就依照艇上和艇外成像系统的顺序,分别描述八种成像系统的技术现状和特点。

潜望镜成像系统

现代潜艇潜望镜是在20世纪初发明的。1906年德国海军建成第一艘潜艇时,已使用了相当完善的光学潜望镜,由物镜、转像系统和目镜等组成。

当时潜望镜的潜望力在5~7米,观察距离很近、视场狭窄、图像质量也很差,而且夜间无法使用。传统潜望镜的主要功能包括观察水面的舰船、对空观察飞机、估算被攻击目标的距离、将其方位和距离提供给火控系统、在潜没状态下实施地标导航或天文导航等。

现代的潜望镜制造商应用微光夜视、红外热成像、激光测距、计算机、自动控制、隐身等光电技术的最新成果,开发出新一代光电潜望镜。

以2003年德国研制的最新一款SERO 400型潜望镜为例。主要技术性能包括:俯仰范围-15度~+60度,1.5倍、6倍和12倍三种放大倍率,高精度的瞄准线双轴稳定,潜望镜入瞳直径>21毫米,潜望力约12米。

它能配置多种摄像机和传感器,如数码摄像机、微光电视摄像机、彩色电视摄像机、热像仪、人眼安全型激光测距仪等,供潜艇指挥员根据实战需要选用;还能把视频信号实时提供给作战系统监视器,实现同步观察。潜望镜系统的串行接口可供不同的作战系统控制台实现遥控操作。

美国海军开发的全景潜望镜也值得关注。它是全景潜望镜技术在现代技术条件下的重新应用,技术的前景还在验证中。此外,国外对潜望镜的模块化设计相当重视而且已广泛采用。

无需改动潜望镜的基本结构和功能,就可以方便地根据需要替换陈旧的传感器,提升潜望镜的性能。

现代光电潜望镜技术已经相当成熟,不可能再有很大提高。

传统的穿透式潜望镜的固有弊端已十分明显:最主要的缺陷是潜望镜必须穿透潜艇壳体,镜管直径越大对潜艇耐压性的影响就越大;其二,潜望镜目镜头的转动直径一般为0. 6米,在原本有限的艇内占据较太空间,对潜艇指挥舱的布置十分不利,其三,潜望镜只适合一人操作观察,无法实现多人同时观察,不利于作战信息资源的共享。尽管存在上进缺陷,但光电潜望镜在现在和将来依然是各国海军潜艇最普遍使用的成像观察装置。

光电桅杆系统

1976年,美国科尔摩根公司正式提出最初的光电桅杆原理供海军评审。80年代,非穿透光电桅杆的开发计划正式启动。

如今,光电桅杆已从概念、原理样机发展成为工程型号。美、英、法三国海军在新型核动力潜艇上淘汰了传统的穿透武潜望镜,都将配备光电桅杆。选标志着潜艇光电桅杆技术已经达到相当成熟和可靠的水平。

光电桅杆和常规潜望镜的最大差别在于,光电桅杆是“非穿透桅杆”。它由光电桅杆观察头、非穿透桅杆和艇内操控台三部分组成。美国“弗吉尼亚”级潜艇上的光电桅杆系统是AN/BVS-1成像系统,它除了现有潜望镜系统的功能外,还能提供电子情报收集、监视和目标打击等功能。

光电桅杆与传统的穿透式潜望镜相比有诸多优点:如光电桅杆不穿透耐压艇壳,直接布置在指挥舱的合适位置,不但提高了潜艇耐压强度,也方便了指挥舱的布置;光电桅杆的观察头部装有多种光电探测传感器、电子战和通讯天线等装置;艇外情况可通过电视和红外摄像机摄取,然后传输到艇内,显示在操控台监视器及大屏幕上。

光电桅杆正在逐步取代穿透式潜望镜,成为潜艇作战信息系统的重要组成部分。

但由于技术复杂、价格昂贵等原因,只有少数潜艇使用了一根光电桅杆,例如俄罗斯“德尔塔Ⅲ”和“德尔塔Ⅳ”级导弹核潜艇装备有一根“砖雨”光电桅杆。只有美国“弗吉尼亚”级攻击核潜艇使用了两根光电桅杆。

虽然英国“机敏”级和法国“胜利”级攻击核潜艇也装备有两根光电桅杆,但它们尚未下水,服役仍需时日。较为普遍的是用一根光电桅杆和一根潜望镜配合使用,如美、英、德、法、俄、日、埃及等国的部分潜艇。

通气管摄像机监视系统

潜艇通气管技术是德国在二次世界大战时发明的。60年代开始研究在通气管状态下如何使用潜望观察装置,使通气管能够一管多用。当时的首选方案是在通气管上加装潜望镜,如德国蔡司公司NavS潜望镜就可以加装在潜艇通气管上。近几年对潜艇通气管上加装观察通讯装置更为关注。

在德国IKL公司2004年9月申请的美国专利“潜艇的通气管装置”中,详细叙述了如何在通气管上配置潜望镜、雷达及通讯天线,主要涉及电子成像技术和雷达预警技术。

通气管摄像机监视系统把潜艇光电桅杆技术应用到了通气管装置上,使潜艇在通气管状态下工作的同时,又能保持警戒观察、通讯和雷达预警,提高了潜艇的隐蔽性。从技术层面看,如果已经掌握了光电桅杆技术,那么在通气管上实现它的技术难度不会很大。该技术已引起了潜艇界人士的重视。

围壳及壳体部分的摄像机电视系统

这是电视摄像机系统在潜艇上的特殊应用。主要用于对己艇的外部环境和各种发射状况进行检查和监视,也可为潜艇在冰层下活动提供光学导航。

电视摄像机系统在潜艇壳体上的应用至少有30年的历史,具体应用多见于英国,俄罗斯及北欧等国海军潜艇。英国潜艇围壳上配置的水下电视摄像机系统,是专为潜艇在冰层或水下活动的需要而研制的。

它可以提供安全的水下导航,是潜艇上浮时的重要辅助装置。一般就导航系统而言。在潜艇围壳上应配置两台水下电视摄像机,一台置于向上观察的位置,另一台置于前视位置并与水平方向成40度角。

这种布置方式十分有利于潜艇在上浮或前进机动时获得最好质量的图像。

英国酉姆拉德公司的OE-0285型摄像机已装备英国的潜艇。它是一种增强的硅靶摄像机,它能在有云的星光条件下依靠微弱光线观察各种目标。当潜艇在北冰洋地区活动时,OE-0285摄像机是潜艇通过冰层上浮时的重要辅助设备。

虚拟潜望镜系统

这是美国海军正在研究的潜艇水下摄像机系统。虽然称之为“虚拟”潜望镜,但与计算机技术领域的“虚拟现实”截然不同,也不同于围壳上的摄像机系统。

虚拟潜望镜就是一种完全从水下潜没的潜艇平台上透过水面进行观察的光学传感器,包括潜艇水下摄像机、处理器和图像显示器。所谓“虚拟”,是指图像显示器能把摄像机看到的海面上部半球形视场内的不完整图像重现为一幅完整的图像。

虚拟潜望镜与潜艇传感器系统构成一体,可减少潜艇指挥员使用常规潜望镜的次数,提高潜艇的隐身性。

虚拟潜望镜技术还可以在最大程度上减少潜艇与水面舰船碰撞的概率。潜艇上浮到潜望深度前,必须确认上浮区内没有行驶的船舶。从潜望深度到水下约150英尺(46米)的“过渡区”,是潜艇水下活动的不安全区。

在这个尴尬的区域内,潜艇因为所处位置“太深”而看不见上方是否有正在航行的舰船,又因为距离航行舰船下方“太浅”而不能安全地通过。

但是,这个过渡区可能包含了最佳水声搜索深度,也是最好的规避深度,是潜艇在浅水区安全活动的最理想深度区域。如果潜艇丧失了这个过渡区,其活动能力就会大打折扣。如果潜艇采用虚拟潜望镜技术观察周围情况,就能在这个过渡区内安全地活动了。

虚拟潜望镜的光学原理与普通潜望镜不同。普通潜望镜是在海上某个位置接收光线;虚拟潜望镜则是利用水下的一个或几个向上观察的摄像机,接收来自空间并穿透海面的光线。

虚拟潜望镜项目运用对微弱折射光重构的成像技术,开发一个能探测水面目标的水下摄像机系统(包括软件系统)。虚拟潜望镜不只是一项特殊的成像技术,而且完全适合于潜艇特种作战部队的应用。该技术正处于实验阶段。

光电浮标系统

美国早在80年代初已申请了光电浮标技术的专利。90年代,美国马萨诸塞州波卡塞特的船舶成像系统公司开始了潜艇用光电浮标的设计与研究。该公司与美国防先期研究计划局签订了100万美元的研究合同,设计并制造从潜艇发射的摄像机浮标系统(BCD)。BCD使用CCD传感器,并通过光纤和电缆与潜艇保持连接。

CCD传感器由潜艇控制其稳定和监视方向,在水面上获取目标图像数据,再转换成光纤信号传送到潜艇上。获取的信息用图像增强算法软件进行处理。潜艇用光电浮标可以进行隐身处理以提高隐蔽性,如伪装成冰块或海上漂浮物。如果能降低成本,光电浮标可设计成一次性的。还有人建议研制多传感器光电浮标系统

无人机系统

潜艇无人机的开发解决了潜望镜和光电桅杆潜望高度低、不能远距离观察的问题。潜艇可以在潜没状态下获得无人机从空中摄取的图像,从而提高了隐蔽性。与潜艇有关的无人机技术研究始于80年代中期,当时的无人机是从鱼雷管发射的,已能从潜艇桅杆内向外发射无人机。

例如,美国科尔摩根公司研制成功的无人机发射装置装在潜艇桅杆内,一次可装4架无人机。美国海军已经把无人机技术应用在“弗吉尼亚”级和“俄亥俄”级攻击核潜艇上。无人机可以通过军用卫星把探测到的信息传输给发射潜艇,或转发到其他潜艇、水面舰船以及陆上的作战指挥中心,并与水下运载器等多种系统构成综合的信息网络。

瞄准镜

瞄准镜,或称光学瞄准装置(optical sight),其起源已经很难考证。据说至少在16世纪的欧洲,就已经有人尝试过在枪托上固定眼镜镜片。

有文字记载,在19世纪以前,火器上已经有了望远镜式的瞄准装置,可用于在弱光条件下的瞄准。瞄准镜可以分为全息瞄准镜、内红绿点瞄准镜、激光瞄准镜。

到了19世纪40年代,一些美国枪械技工就开始制造带光学瞄准装置的枪械。1848年纽约州的摩根·詹姆斯设计了一种与枪管同样长度的管形瞄准装置,该装置的后半部安装了玻璃透镜,并有2条用于瞄准的十字线。

后来,类似的瞄准装置在美国内战中得到应用。但真正具 有实用价值的瞄准镜,则诞生在1904年,由德国的卡尔蔡司研制,并在第一次世界大战中使用。在第二次世界大战中,瞄准镜开始发展成熟。

瞄准镜主要分为以下三大类:

望远式瞄准镜(Telescopic sight)、准直式瞄准镜(Collimating optical sight)、反射式瞄准镜(Reflex sight)。其中以望远式瞄准镜和反射式瞄准镜最为流行。

上述两类瞄准镜主要在白天使用,因此又被统称为白光瞄准镜(day scope/sight),另外还有供夜间瞄准用的夜视瞄准镜(night scope/sight),是在上述两类瞄准镜上加上夜视装置,而按夜视装置的种类,又可分为微光瞄准镜、红外瞄准镜(又可细分为主动红外和热成像两类)。

光学经纬仪

光学经纬仪是水平度盘和竖直度盘均用光学玻璃制成的经纬仪。是用于测量学(surveying)中测量地平和垂直角度的一种仪器。

它包括一架望远镜,目镜上的十字线用于对准目标。望远镜可沿水平轴和垂直轴转动。这些轴穿过两个圆形标尺。

它有一个水平尺,当支在可调整的三角架上时,处于水平状态,能指示显示结果。

光学经纬仪的主要功能是测量纵、横轴线(中心线)、垂直度以及水平角度和竖直角度的控制测量等。

光学经纬仪主要应用于机电工程建(构)筑物建立平面控制网的测量以及厂房(车间)柱安装铅垂度的控制测量,用于测量纵向、横向中心线,建立安装测量控制网并在安装全过程进行测量控制。

按物理特性划分,经纬仪经历了机械型、光学机械型和集光、机、电及微电子技术于一体的智能型三个发展阶段,各阶段的标志性产品分别为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪,目前主要使用的是光学经纬仪和电子经纬仪。光学经纬仪利用集合光学的放大、反射、折射等原理进行度盘读数;电子经纬仪利用的物理光学、电子学和光电转换等原理显示度盘读数,电子经纬仪是现代高科技高度集成的产品。

以上就是为大家介绍的几种常用的军用光学仪器,各位粉丝可以在后面留言聊聊自己还知道哪些军用光学仪器哦!

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