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窺探海面或地面上活動(dòng)的裝置
潛望鏡是指從海面下伸出海面或從低洼坑道伸出地面，用以窺探海面或地面上活動(dòng)的裝置。其構(gòu)造與普通地上望遠(yuǎn)鏡相同，唯另加兩個(gè)反射鏡使物光經(jīng)兩次反射而折向眼中。潛望鏡常用于潛水艇，坑道和坦克內(nèi)用以觀察敵情。
潛望鏡簡介
潛望鏡
作用
處于水下航行狀態(tài)的潛艇觀察海平面和空中情況的唯一手段便是借助潛望鏡。而多數(shù)潛艇均安裝有兩部潛望鏡――一部攻擊潛望鏡和一部觀察潛望鏡。前者用于發(fā)現(xiàn)和瞄準(zhǔn)水面目標(biāo)，而后者主要用于觀察?？涨闆r和導(dǎo)航觀測。潛艇在浮出水面前，艇長都必須指揮潛艇在潛望鏡深度先用潛望鏡對(duì)海平面作一次360度的觀察，以求盡早發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的敵情。只有在確認(rèn)沒有任何威脅的情況下潛艇才會(huì)浮出水面。
缺陷
潛望鏡的主要部件是一根長鋼管桅桿，可升至指揮塔外5米高的位置，兩端都安裝有棱鏡和透鏡并可將潛望鏡的視野放大至1X到6X。潛望鏡的使用有兩個(gè)很明顯的問題。最主要的就是震動(dòng)問題。當(dāng)潛望鏡完全升起時(shí)，細(xì)長的潛望鏡桅桿會(huì)影響潛艇的正常航行，造成橫向的不穩(wěn)定。當(dāng)潛艇航速超過6節(jié)時(shí)，潛望鏡桅桿會(huì)帶來巨大的震動(dòng)而造成完全無法使用的情況。后來潛艇上安裝了附加的桅桿支架，潛望鏡頂端的形狀也重新設(shè)計(jì)改進(jìn)以減少水波阻力。盡管未能完全消除震動(dòng)，但畢竟有了很大改善。另外一個(gè)重要問題是潛望鏡鏡片產(chǎn)生的霧氣。由于潛艇內(nèi)部空氣潮濕，潛望鏡的鏡片多會(huì)產(chǎn)生霧氣，所以潛望鏡在設(shè)計(jì)制造時(shí)就必須盡量做到防水和密封。而潛艇在遭受深彈攻擊時(shí)很容易使?jié)撏R的密封結(jié)構(gòu)受損，從而導(dǎo)致霧氣的產(chǎn)生。
觀察潛望鏡有一個(gè)可配合潛望鏡升降桿運(yùn)動(dòng)的座位和踏板，主要用于潛艇上浮之前的?？沼^察和航向確認(rèn)。而攻擊潛望鏡沒有，主要用于敵情觀察、目標(biāo)測距和攻擊方位角度計(jì)算。同時(shí)，觀察望遠(yuǎn)鏡在夜間觀測能力上也更勝一籌。
新興技術(shù)
但是，像AN/APS-116反潛搜索雷達(dá)是專為在高海情下探測暴露時(shí)間短促的潛望鏡類目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，因此，升起潛望鏡就意味著暴露目標(biāo)。
潛望鏡制作
準(zhǔn)備工作
做潛望鏡只需要兩面一樣大的小方鏡和一塊硬紙板。假如
你的小鏡子長十厘米，寬七厘米，這樣，你就應(yīng)該準(zhǔn)備一張寬4×7=28厘米的硬紙板。紙板的長度可以根據(jù)條件自己決定。紙板長一些，潛望鏡就可以做得高一些。
發(fā)明疑團(tuán)
潛望鏡是誰發(fā)明的，已經(jīng)無法查考了。世界上最早記載潛望鏡原理的古書，是公元前二世紀(jì)我國的《淮南萬畢術(shù)》。書中記載了這樣的一段話：“取大鏡高懸，置水盤于其下，則見四鄰矣?！?/span>
相似發(fā)明
古代，在我國一些深山古廟的屋檐下，常常傾斜地掛著一面青銅大鏡，如果在廟門以內(nèi)的地上放一盆水，對(duì)正鏡子，這就做成了一個(gè)最簡單的潛望鏡，在水中就會(huì)映出廟門外的羊腸小道及過往行人。
1.先說制作倒立的潛望鏡，倒立的潛望鏡的總體造型時(shí)一個(gè)怎么說呢?“匡”這個(gè)字，去掉里面的王字。就是這樣的。在上下兩個(gè)拐角處，放兩個(gè)成45度的鏡子。你可以畫出草圖看看，假設(shè)有一條光線射入到上面拐角的鏡子上部時(shí)，其反射光線會(huì)在下面的鏡子的下部反射，這樣就倒立了.
2.正立的潛望鏡的形狀是"Z"字形，把連接上面與下面的線 變成垂直的。或者說形狀是"工"形，把上面的橫線的右半邊去掉。下面的橫線的左半邊去掉。在兩個(gè)拐角處同樣設(shè)置兩個(gè)鏡子，這個(gè)成的像就是正立的了.
倒立的潛望鏡的兩個(gè)鏡子的夾角是90度，而正立的潛望鏡的兩個(gè)鏡子是相互平行的.
制作方法
買兩塊小鏡子。用硬紙片做兩個(gè)直角彎頭圓筒，直徑比小鏡子稍大。在紙筒的兩直角處各開一個(gè)45°的斜口，將兩面小鏡子鏡面相對(duì)插入斜口內(nèi)（如圖10．10－3所示），用紙條粘好，把兩個(gè)直角圓筒套在一起，即成一個(gè)簡單的潛望鏡。
握住底筒不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)上筒，從底筒可以看到遠(yuǎn)處景物。
工作原理
按現(xiàn)有的技術(shù)水平，潛艇綜合成像系統(tǒng)基本上由八大類成像系統(tǒng)構(gòu)成。下面就依照艇上和艇外成像系統(tǒng)的順序，分別描述八種成像系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀和特點(diǎn)。
潛望鏡成像系統(tǒng)
現(xiàn)代潛艇潛望鏡是在20世紀(jì)初發(fā)明的。1906年德國海軍建成第一艘潛艇時(shí)，已使用了相當(dāng)完善的光學(xué)潛望鏡，由物鏡、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和目鏡等組成。當(dāng)時(shí)潛望鏡的潛望力在5~7米，觀察距離很近、視場狹窄、圖像質(zhì)量也很差，而且夜間無法使用。傳統(tǒng)潛望鏡的主要功能包括觀察水面的艦船、對(duì)空觀察飛機(jī)、估算被攻擊目標(biāo)的距離、將其方位和距離提供給火控系統(tǒng)、在潛沒狀態(tài)下實(shí)施地標(biāo)導(dǎo)航或天文導(dǎo)航等。
現(xiàn)代的潛望鏡制造商應(yīng)用微光夜視、紅外熱成像、激光測距、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、隱身等光電技術(shù)的最新成果，開發(fā)出新一代光電潛望鏡。以2003年德國研制的最新一款SERO 400型潛望鏡為例。主要技術(shù)性能包括：俯仰范圍-15度～+60度，1.5倍、6倍和12倍三種放大倍率，高精度的瞄準(zhǔn)線雙軸穩(wěn)定，潛望鏡入瞳直徑>21毫米，潛望力約12米。它能配置多種攝像機(jī)和傳感器，如數(shù)碼攝像機(jī)、微光電視攝像機(jī)、彩色電視攝像機(jī)、熱像儀、人眼安全型激光測距儀等，供潛艇指揮員根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需要選用；還能把視頻信號(hào)實(shí)時(shí)提供給作戰(zhàn)系統(tǒng)監(jiān)視器，實(shí)現(xiàn)同步觀察。潛望鏡系統(tǒng)的串行接口可供不同的作戰(zhàn)系統(tǒng)控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)遙控操作。該潛望鏡系統(tǒng)在晝光和夜間條件下部有相當(dāng)好的觀察效果，能有效監(jiān)視海面和?？铡⑹占瘜?dǎo)航數(shù)據(jù)、搜索和識(shí)別各種海上目標(biāo)，觀察到的圖像可以錄像供回放。
美國海軍開發(fā)的全景潛望鏡也值得關(guān)注。它是全景潛望鏡技術(shù)在現(xiàn)代技術(shù)條件下的重新應(yīng)用，技術(shù)的前景還在驗(yàn)證中。此外，國外對(duì)潛望鏡的模塊化設(shè)計(jì)相當(dāng)重視而且已廣泛采用。無需改動(dòng)潛望鏡的基本結(jié)構(gòu)和功能，就可以方便地根據(jù)需要替換陳舊的傳感器，提升潛望鏡的性能。
現(xiàn)代光電潛望鏡技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，不可能再有很大提高。傳統(tǒng)的穿透式潛望鏡的固有弊端已十分明顯：最主要的缺陷是潛望鏡必須穿透潛艇殼體，鏡管直徑越大對(duì)潛艇耐壓性的影響就越大；其二，潛望鏡目鏡頭的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑一般為0. 6米，在原本有限的艇內(nèi)占據(jù)較太空間，對(duì)潛艇指揮艙的布置十分不利，其三，潛望鏡只適合一人操作觀察，無法實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)觀察，不利于作戰(zhàn)信息資源的共享。盡管存在上進(jìn)缺陷，但光電潛望鏡在現(xiàn)在和將來依然是各國海軍潛艇最普遍使用的成像觀察裝置。
光電桅桿系統(tǒng)
1976年，美國科爾摩根公司正式提出最初的光電桅桿原理供海軍評(píng)審。80年代，非穿透光電桅桿的開發(fā)計(jì)劃正式啟動(dòng)。如今，光電桅桿已從概念、原理樣機(jī)發(fā)展成為工程型號(hào)。美、英、法三國海軍在新型核動(dòng)力潛艇上淘汰了傳統(tǒng)的穿透武潛望鏡，都將配備光電桅桿。選標(biāo)志著潛艇光電桅桿技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟和可靠的水平。光電桅桿和常規(guī)潛望鏡的最大差別在于，光電桅桿是“非穿透桅桿”。它由光電桅桿觀察頭、非穿透桅桿和艇內(nèi)操控臺(tái)三部分組成。美國“弗吉尼亞”級(jí)潛艇上的光電桅桿系統(tǒng)是AN/BVS-1成像系統(tǒng)，它除了現(xiàn)有潛望鏡系統(tǒng)的功能外，還能提供電子情報(bào)收集、監(jiān)視和目標(biāo)打擊等功能。
光電桅桿與傳統(tǒng)的穿透式潛望鏡相比有諸多優(yōu)點(diǎn)：如光電桅桿不穿透耐壓艇殼，直接布置在指揮艙的合適位置，不但提高了潛艇耐壓強(qiáng)度，也方便了指揮艙的布置；光電桅桿的觀察頭部裝有多種光電探測傳感器、電子戰(zhàn)和通訊天線等裝置；艇外情況可通過電視和紅外攝像機(jī)攝取，然后傳輸?shù)酵?nèi)，顯示在操控臺(tái)監(jiān)視器及大屏幕上。光電桅桿正在逐步取代穿透式潛望鏡，成為潛艇作戰(zhàn)信息系統(tǒng)的重要組成部分。
但由于技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等原因，只有少數(shù)潛艇使用了一根光電桅桿，例如俄羅斯“德爾塔Ⅲ”和“德爾塔Ⅳ”級(jí)導(dǎo)彈核潛艇裝備有一根“磚雨”光電桅桿。只有美國“弗吉尼亞”級(jí)攻擊核潛艇使用了兩根光電桅桿。雖然英國“機(jī)敏”級(jí)和法國“勝利”級(jí)攻擊核潛艇也裝備有兩根光電桅桿，但它們尚未下水，服役仍需時(shí)日。較為普遍的是用一根光電桅桿和一根潛望鏡配合使用，如美、英、德、法、俄、日、埃及等國的部分潛艇。
通氣管攝像機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)
潛艇通氣管技術(shù)是德國在二次世界大戰(zhàn)時(shí)發(fā)明的。60年代開始研究在通氣管狀態(tài)下如何使用潛望觀察裝置，使通氣管能夠一管多用。當(dāng)時(shí)的首選方案是在通氣管上加裝潛望鏡，如德國蔡司公司NavS潛望鏡就可以加裝在潛艇通氣管上。近幾年對(duì)潛艇通氣管上加裝觀察通訊裝置更為關(guān)注。在德國IKL公司2004年9月申請(qǐng)的美國專利“潛艇的通氣管裝置”中，詳細(xì)敘述了如何在通氣管上配置潛望鏡、雷達(dá)及通訊天線，主要涉及電子成像技術(shù)和雷達(dá)預(yù)警技術(shù)。通氣管攝像機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)把潛艇光電桅桿技術(shù)應(yīng)用到了通氣管裝置上，使?jié)撏г谕夤軤顟B(tài)下工作的同時(shí)，又能保持警戒觀察、通訊和雷達(dá)預(yù)警，提高了潛艇的隱蔽性。從技術(shù)層面看，如果已經(jīng)掌握了光電桅桿技術(shù)，那么在通氣管上實(shí)現(xiàn)它的技術(shù)難度不會(huì)很大。該技術(shù)已引起了潛艇界人士的重視。
圍殼及殼體部分的攝像機(jī)電視系統(tǒng)
這是電視攝像機(jī)系統(tǒng)在潛艇上的特殊應(yīng)用。主要用于對(duì)己艇的外部環(huán)境和各種發(fā)射狀況進(jìn)行檢查和監(jiān)視，也可為潛艇在冰層下活動(dòng)提供光學(xué)導(dǎo)航。電視攝像機(jī)系統(tǒng)在潛艇殼體上的應(yīng)用至少有30年的歷史，具體應(yīng)用多見于英國，俄羅斯及北歐等國海軍潛艇。英國潛艇圍殼上配置的水下電視攝像機(jī)系統(tǒng)，是專為潛艇在冰層或水下活動(dòng)的需要而研制的。它可以提供安全的水下導(dǎo)航，是潛艇上浮時(shí)的重要輔助裝置。一般就導(dǎo)航系統(tǒng)而言。在潛艇圍殼上應(yīng)配置兩臺(tái)水下電視攝像機(jī)，一臺(tái)置于向上觀察的位置，另一臺(tái)置于前視位置并與水平方向成40度角。這種布置方式十分有利于潛艇在上浮或前進(jìn)機(jī)動(dòng)時(shí)獲得最好質(zhì)量的圖像。英國酉姆拉德公司的OE-0285型攝像機(jī)已裝備英國的潛艇。它是一種增強(qiáng)的硅靶攝像機(jī)，它能在有云的星光條件下依靠微弱光線觀察各種目標(biāo)。當(dāng)潛艇在北冰洋地區(qū)活動(dòng)時(shí)，OE-0285攝像機(jī)是潛艇通過冰層上浮時(shí)的重要輔助設(shè)備。
虛擬潛望鏡系統(tǒng)
這是美國海軍正在研究的潛艇水下攝像機(jī)系統(tǒng)。雖然稱之為“虛擬”潛望鏡，但與計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的“虛擬現(xiàn)實(shí)”截然不同，也不同于圍殼上的攝像機(jī)系統(tǒng)。虛擬潛望鏡就是一種完全從水下潛沒的潛艇平臺(tái)上透過水面進(jìn)行觀察的光學(xué)傳感器，包括潛艇水下攝像機(jī)、處理器和圖像顯示器。所謂“虛擬”，是指圖像顯示器能把攝像機(jī)看到的海面上部半球形視場內(nèi)的不完整圖像重現(xiàn)為一幅完整的圖像。虛擬潛望鏡與潛艇傳感器系統(tǒng)構(gòu)成一體，可減少潛艇指揮員使用常規(guī)潛望鏡的次數(shù)，提高潛艇的隱身性。
虛擬潛望鏡技術(shù)還可以在最大程度上減少潛艇與水面艦船碰撞的概率。潛艇上浮到潛望深度前，必須確認(rèn)上浮區(qū)內(nèi)沒有行駛的船舶。從潛望深度到水下約150英尺(46米)的“過渡區(qū)”，是潛艇水下活動(dòng)的不安全區(qū)。在這個(gè)尷尬的區(qū)域內(nèi)，潛艇因?yàn)樗幬恢谩疤睢倍床灰娚戏绞欠裼姓诤叫械呐灤?，又因?yàn)榫嚯x航行艦船下方“太淺”而不能安全地通過。但是，這個(gè)過渡區(qū)可能包含了最佳水聲搜索深度，也是最好的規(guī)避深度，是潛艇在淺水區(qū)安全活動(dòng)的最理想深度區(qū)域。如果潛艇喪失了這個(gè)過渡區(qū)，其活動(dòng)能力就會(huì)大打折扣。如果潛艇采用虛擬潛望鏡技術(shù)觀察周圍情況，就能在這個(gè)過渡區(qū)內(nèi)安全地活動(dòng)了。
虛擬潛望鏡的光學(xué)原理與普通潛望鏡不同。普通潛望鏡是在海上某個(gè)位置接收光線；虛擬潛望鏡則是利用水下的一個(gè)或幾個(gè)向上觀察的攝像機(jī)，接收來自空間并穿透海面的光線。虛擬潛望鏡項(xiàng)目運(yùn)用對(duì)微弱折射光重構(gòu)的成像技術(shù)，開發(fā)一個(gè)能探測水面目標(biāo)的水下攝像機(jī)系統(tǒng)(包括軟件系統(tǒng))。虛擬潛望鏡不只是一項(xiàng)特殊的成像技術(shù)，而且完全適合于潛艇特種作戰(zhàn)部隊(duì)的應(yīng)用。該技術(shù)正處于實(shí)驗(yàn)階段。
光電浮標(biāo)系統(tǒng)
美國早在80年代初已申請(qǐng)了光電浮標(biāo)技術(shù)的專利。90年代，美國馬薩諸塞州波卡塞特的船舶成像系統(tǒng)公司開始了潛艇用光電浮標(biāo)的設(shè)計(jì)與研究。該公司與美國防先期研究計(jì)劃局簽訂了100萬美元的研究合同，設(shè)計(jì)并制造從潛艇發(fā)射的攝像機(jī)浮標(biāo)系統(tǒng)(BCD)。BCD使用CCD傳感器，并通過光纖和電纜與潛艇保持連接。CCD傳感器由潛艇控制其穩(wěn)定和監(jiān)視方向，在水面上獲取目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換成光纖信號(hào)傳送到潛艇上。獲取的信息用圖像增強(qiáng)算法軟件進(jìn)行處理。潛艇用光電浮標(biāo)可以進(jìn)行隱身處理以提高隱蔽性，如偽裝成冰塊或海上漂浮物。如果能降低成本，光電浮標(biāo)可設(shè)計(jì)成一次性的。還有人建議研制多傳感器光電浮標(biāo)系統(tǒng)
潛艇無人機(jī)的開發(fā)解決了潛望鏡和光電桅桿潛望高度低、不能遠(yuǎn)距離觀察的問題。潛艇可以在潛沒狀態(tài)下獲得無人機(jī)從空中攝取的圖像，從而提高了隱蔽性。與潛艇有關(guān)的無人機(jī)技術(shù)研究始于80年代中期，當(dāng)時(shí)的無人機(jī)是從魚雷管發(fā)射的，已能從潛艇桅桿內(nèi)向外發(fā)射無人機(jī)。例如，美國科爾摩根公司研制成功的無人機(jī)發(fā)射裝置裝在潛艇桅桿內(nèi)，一次可裝4架無人機(jī)。美國海軍已經(jīng)把無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用在“弗吉尼亞”級(jí)和“俄亥俄”級(jí)攻擊核潛艇上。無人機(jī)可以通過軍用衛(wèi)星把探測到的信息傳輸給發(fā)射潛艇，或轉(zhuǎn)發(fā)到其他潛艇、水面艦船以及陸上的作戰(zhàn)指揮中心，并與水下運(yùn)載器等多種系統(tǒng)構(gòu)成綜合的信息網(wǎng)絡(luò)。
潛望鏡
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作者
