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窺探海面或地面上活動的裝置
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的裝置。其構造與普通地上望遠鏡相同，唯另加兩個反射鏡使物光經(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)和瞄準水面目標，而后者主要用于觀察海空情況和導航觀測。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。只有在確認沒有任何威脅的情況下潛艇才會浮出水面。
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很明顯的問題。最主要的就是震動問題。當潛望鏡完全升起時，細長的潛望鏡桅桿會影響潛艇的正常航行，造成橫向的不穩(wěn)定。當潛艇航速超過6節(jié)時，潛望鏡桅桿會帶來巨大的震動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計改進以減少水波阻力。盡管未能完全消除震動，但畢竟有了很大改善。另外一個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，潛望鏡的鏡片多會產(chǎn)生霧氣，所以潛望鏡在設計制造時就必須盡量做到防水和密封。而潛艇在遭受深彈攻擊時很容易使?jié)撏R的密封結構受損，從而導致霧氣的產(chǎn)生。
觀察潛望鏡有一個可配合潛望鏡升降桿運動的座位和踏板，主要用于潛艇上浮之前的海空觀察和航向確認。而攻擊潛望鏡沒有，主要用于敵情觀察、目標測距和攻擊方位角度計算。同時，觀察望遠鏡在夜間觀測能力上也更勝一籌。
新興技術
但是，像AN/APS-116反潛搜索雷達是專為在高海情下探測暴露時間短促的潛望鏡類目標而設計的，因此，升起潛望鏡就意味著暴露目標。
潛望鏡制作
準備工作
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，你就應該準備一張寬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
相似發(fā)明
1.先說制作倒立的潛望鏡，倒立的潛望鏡的總體造型時一個怎么說呢?“匡”這個字，去掉里面的王字。就是這樣的。在上下兩個拐角處，放兩個成45度的鏡子。你可以畫出草圖看看，假設有一條光線射入到上面拐角的鏡子上部時，其反射光線會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。在兩個拐角處同樣設置兩個鏡子，這個成的像就是正立的了.
倒立的潛望鏡的兩個鏡子的夾角是90度，而正立的潛望鏡的兩個鏡子是相互平行的.
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45°的斜口，將兩面小鏡子鏡面相對插入斜口內(nèi)（如圖10．10－3所示），用紙條粘好，把兩個直角圓筒套在一起，即成一個簡單的潛望鏡。
握住底筒不動，轉(zhuǎn)動上筒，從底筒可以看到遠處景物。
工作原理
按現(xiàn)有的技術水平，潛艇綜合成像系統(tǒng)基本上由八大類成像系統(tǒng)構成。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)的技術現(xiàn)狀和特點。
潛望鏡成像系統(tǒng)
現(xiàn)代潛艇潛望鏡是在20世紀初發(fā)明的。1906年德國海軍建成第一艘潛艇時，已使用了相當完善的光學潛望鏡，由物鏡、轉(zhuǎn)像系統(tǒng)和目鏡等組成。當時潛望鏡的潛望力在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、對空觀察飛機、估算被攻擊目標的距離、將其方位和距離提供給火控系統(tǒng)、在潛沒狀態(tài)下實施地標導航或天文導航等。
現(xiàn)代的潛望鏡制造商應用微光夜視、紅外熱成像、激光測距、計算機、自動控制、隱身等光電技術的最新成果，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和傳感器，如數(shù)碼攝像機、微光電視攝像機、彩色電視攝像機、熱像儀、人眼安全型激光測距儀等，供潛艇指揮員根據(jù)實戰(zhàn)需要選用；還能把視頻信號實時提供給作戰(zhàn)系統(tǒng)監(jiān)視器，實現(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)控制臺實現(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好的觀察效果，能有效監(jiān)視海面和海空、收集導航數(shù)據(jù)、搜索和識別各種海上目標，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注。它是全景潛望鏡技術在現(xiàn)代技術條件下的重新應用，技術的前景還在驗證中。此外，國外對潛望鏡的模塊化設計相當重視而且已廣泛采用。無需改動潛望鏡的基本結構和功能，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)代光電潛望鏡技術已經(jīng)相當成熟，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，鏡管直徑越大對潛艇耐壓性的影響就越大；其二，潛望鏡目鏡頭的轉(zhuǎn)動直徑一般為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，無法實現(xiàn)多人同時觀察，不利于作戰(zhàn)信息資源的共享。盡管存在上進缺陷，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審。80年代，非穿透光電桅桿的開發(fā)計劃正式啟動。如今，光電桅桿已從概念、原理樣機發(fā)展成為工程型號。美、英、法三國海軍在新型核動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。選標志著潛艇光電桅桿技術已經(jīng)達到相當成熟和可靠的水平。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)操控臺三部分組成。美國“弗吉尼亞”級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，還能提供電子情報收集、監(jiān)視和目標打擊等功能。
光電桅桿與傳統(tǒng)的穿透式潛望鏡相比有諸多優(yōu)點：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攝取，然后傳輸?shù)酵?nèi)，顯示在操控臺監(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。
但由于技術復雜、價格昂貴等原因，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”級導彈核潛艇裝備有一根“磚雨”光電桅桿。只有美國“弗吉尼亞”級攻擊核潛艇使用了兩根光電桅桿。雖然英國“機敏”級和法國“勝利”級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。
通氣管攝像機監(jiān)視系統(tǒng)
潛艇通氣管技術是德國在二次世界大戰(zhàn)時發(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。當時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。近幾年對潛艇通氣管上加裝觀察通訊裝置更為關注。在德國IKL公司2004年9月申請的美國專利“潛艇的通氣管裝置”中，詳細敘述了如何在通氣管上配置潛望鏡、雷達及通訊天線，主要涉及電子成像技術和雷達預警技術。通氣管攝像機監(jiān)視系統(tǒng)把潛艇光電桅桿技術應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，又能保持警戒觀察、通訊和雷達預警，提高了潛艇的隱蔽性。從技術層面看，如果已經(jīng)掌握了光電桅桿技術，那么在通氣管上實現(xiàn)它的技術難度不會很大。該技術已引起了潛艇界人士的重視。
圍殼及殼體部分的攝像機電視系統(tǒng)
這是電視攝像機系統(tǒng)在潛艇上的特殊應用。主要用于對己艇的外部環(huán)境和各種發(fā)射狀況進行檢查和監(jiān)視，也可為潛艇在冰層下活動提供光學導航。電視攝像機系統(tǒng)在潛艇殼體上的應用至少有30年的歷史，具體應用多見于英國，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系統(tǒng)，是專為潛艇在冰層或水下活動的需要而研制的。它可以提供安全的水下導航，是潛艇上浮時的重要輔助裝置。一般就導航系統(tǒng)而言。在潛艇圍殼上應配置兩臺水下電視攝像機，一臺置于向上觀察的位置，另一臺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機動時獲得最好質(zhì)量的圖像。英國酉姆拉德公司的OE-0285型攝像機已裝備英國的潛艇。它是一種增強的硅靶攝像機，它能在有云的星光條件下依靠微弱光線觀察各種目標。當潛艇在北冰洋地區(qū)活動時，OE-0285攝像機是潛艇通過冰層上浮時的重要輔助設備。
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系統(tǒng)。雖然稱之為“虛擬”潛望鏡，但與計算機技術領域的“虛擬現(xiàn)實”截然不同，也不同于圍殼上的攝像機系統(tǒng)。虛擬潛望鏡就是一種完全從水下潛沒的潛艇平臺上透過水面進行觀察的光學傳感器，包括潛艇水下攝像機、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)”，是潛艇水下活動的不安全區(qū)。在這個尷尬的區(qū)域內(nèi)，潛艇因為所處位置“太深”而看不見上方是否有正在航行的艦船，又因為距離航行艦船下方“太淺”而不能安全地通過。但是，這個過渡區(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)安全活動的最理想深度區(qū)域。如果潛艇喪失了這個過渡區(qū)，其活動能力就會大打折扣。如果潛艇采用虛擬潛望鏡技術觀察周圍情況，就能在這個過渡區(qū)內(nèi)安全地活動了。
虛擬潛望鏡的光學原理與普通潛望鏡不同。普通潛望鏡是在海上某個位置接收光線；虛擬潛望鏡則是利用水下的一個或幾個向上觀察的攝像機，接收來自空間并穿透海面的光線。虛擬潛望鏡項目運用對微弱折射光重構的成像技術，開發(fā)一個能探測水面目標的水下攝像機系統(tǒng)(包括軟件系統(tǒng))。虛擬潛望鏡不只是一項特殊的成像技術，而且完全適合于潛艇特種作戰(zhàn)部隊的應用。該技術正處于實驗階段。
光電浮標系統(tǒng)
美國早在80年代初已申請了光電浮標技術的專利。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的設計與研究。該公司與美國防先期研究計劃局簽訂了100萬美元的研究合同，設計并制造從潛艇發(fā)射的攝像機浮標系統(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，在水面上獲取目標圖像數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換成光纖信號傳送到潛艇上。獲取的信息用圖像增強算法軟件進行處理。潛艇用光電浮標可以進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，光電浮標可設計成一次性的。還有人建議研制多傳感器光電浮標系統(tǒng)
潛艇無人機的開發(fā)解決了潛望鏡和光電桅桿潛望高度低、不能遠距離觀察的問題。潛艇可以在潛沒狀態(tài)下獲得無人機從空中攝取的圖像，從而提高了隱蔽性。與潛艇有關的無人機技術研究始于80年代中期，當時的無人機是從魚雷管發(fā)射的，已能從潛艇桅桿內(nèi)向外發(fā)射無人機。例如，美國科爾摩根公司研制成功的無人機發(fā)射裝置裝在潛艇桅桿內(nèi)，一次可裝4架無人機。美國海軍已經(jīng)把無人機技術應用在“弗吉尼亞”級和“俄亥俄”級攻擊核潛艇上。無人機可以通過軍用衛(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，并與水下運載器等多種系統(tǒng)構成綜合的信息網(wǎng)絡。
潛望鏡
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