四 自力更生研制红外系统

自力更生研制红外系统

   一九七七年红外技术大会战结束后，我一直有个梦想，在森林保护研究所建立一个初具规模的电子实验室，建立自己红外技术团队，研制双光谱红外装置，真正符合林火探测和大火（透过浓烟）成象的红外装置。

   在一九七七和一九七八的二年间，我们为新仪器的研发作了先期的调研工作。在为数不多的红外林火成象和探火装置的文献中，有一篇美国的政府最后报告引起我们的注意，其中使用地面背景信号（8-12微米)减去火信号（3-5微米），从而提高小火信号对背景噪声的信噪比，即A + G*B，这个概念引入，作为新的装置的一大亮点。

   一九七九年与林业部签订合同，经费为十二万元的人民币，时限为三年，最后产品是双光谱红外探火成象仪，比上海技术物理研究所巳经鉴定的双光谱红外探火仪，多了一个创新是增加一个最终显示林火啚象的实时一次成象的装置，以及提高探测小火的A + G*B的改进。

   我是课题组长，程邦瑜负责总体设计，金晓钟，廉明启、张英杰、张铁生负责电子线路，张宏和茅荣根负责机㭜设计和加工。后来金晓鈡在1982年荣升成为森林保护研究所主管科技业务的付所长，离开了红外室。

   电子线路从设计制作以及最后的调试由自主完成，机械系统部分由上海技术物理所提供全套啚纸，经我们拷贝、理介、复制，后送长春228光学机械厂加工。肯尼迪光学纟统也由上海技术物理所提供啚纸，由上海光学机械研究所加工磨制的；双光谱的光电器件，即锑化铟（3-5微米）和鍗镉汞（8-12微米）元件也是由上海技术物理所提供的，这个器件是关键元器件，在当时国内还没有其他单位可以生产的。

   各分系统即光电元器件，光学系统，机械系统，电子系统，以及总体调试用辅助设备都研制或加工及调试。由于光学统由上海技术物理所提供，由上海光机所加工，两个研究所都是中国科学院顶尖的研究所，设计和加工误差绝对有保证，机械系统设计是成熟的，而且用该套啚纸在同类红外装置上应用良好，该啚纸在长春228厂加工质量也是保证的。电子系统各分系统经过我室的几位努力，在与整机对接之前，电子系统各分部基本上达到了指标，但是各分部的对接上，还是化了不少时间去调试。光学系统和机械系统的对接比较顺利，成象的聚焦即焦点大小符合要求。

工人张英杰的工作所想到的

   光学系统对地面红外能量扫描，扫描线上的红外能量，由传感器作红外光电变換，放大后加到示波管上，変成可见光信号。张英杰所承担的就是研制一套电子线路，使加在示波管上的电子信号，变成分辩率极细的，扫描两边带TAN几何纠正的示波管，提高的分辨力，光点要在x毫米以下。这一套电子线路从来没有做过，但张英杰做到了並且完全达到了指标。

   电子部分的研制，张英杰表现很是突出。他是位工人，在现实环境下，如果他技术起点就是所谓工人起点，如果他达到的成绩与大学毕业的一样高，他就已経胜人一筹。如果他读过大学，可能达到高度要比同类大学生高很多。

   我们这个红外相机研究组解散后，我改変了研究方向，他分配到了工厂，之后我又到了加拿大定居，再也没有机会合作搞电子技术的研发，很是遗憾。2015年后，程邦瑜帮我们恢复了微信联係。据说他的还和过去一样在科普性杂誌上发表一些文章，而且从过去的无线技术方面，与时俱进地转向互联网方面的文章。

   我在想张英杰是在中国，当一个人无论是何种原因没有接受高等教育，不论多有才能，就被永久地固化在较低的社会地位；如果在加拿大，祇要你努力而又有一定的才能，你的聪明才智就会所碰到各种受教育机会得以提升，你的社会地位就上升，既不用后门也不用某人的特别提携。

在悪烈环境下进行系统对接

   然后进行光机电整机对接，我们是在一处走廊出口的门廊内进行，这在上海技术物理所等光机精密的研究单位是无法想象，可以在恶劣环境下进行光机电调试的。当时用一块1 X 0.5米镜面转动来提供模拟飞行一维移动，与红外扫描装置提供的横向扫描，共同构成了二维啚象，扫描到的背景和目标是20米外的一辆解放牌载重卡车。红外啚象在黑白胶卷上呈现引擎发热的白色，冷的呈黒色，即依温度不同呈灰阶分布。初步拉出啚像说明整体设计和实施是可行的，第一阶段研制初步成功，我们红外室很是高兴。

   但是总体调试发现二个问题：一.由于扫描转速不匀，啚象纵向出现拉伸和压缩，实际输的啚象就会同地面地形比例失调；二.由于电子系统输出直流电平随地面背景强度而变，这样的信号对于显示大火场影响并不大，甚至显示大火背景的灰阶，由于自动的调节一直处于较好的水平，啚象就被调得较为“好看”的状态，但是要实现小火探测的A+G*B原理来讲，则是完全失效。

   对于第二个问题经过很长时间努力，用直流箝位得以解决，箝位的电平是由扫描二端的类似的“黑体”提供，两路信号，A为3-5微米，B为8-12微米，基础的直流电平保持一致，使A+G*B得以实施的基础。第一个问题甚至拖得更久，先是加大扫描棱镜负荷来减缓扫描速度不稳定性，有改善但不能根本解决。后根据上海技术物理所的类似装置，用编码盘旋转时产生的的数码，反馈这个数码的変化，从而稳定扫描转速。方案虽好，但红外扫描器的合同完成期已拖延了很长时间，终究没有採用该方案而告终。

   实际上合同中要求显示火场的一次成像系统，是合同不能全部完成的关键所在。当时国际上Polaroid公司有一次成象相机及专用相纸的商品生产出售，即立时成像相机（Instant Camera），俗称“柏立得”是一种拍摄后相片能够即时成像的照相机，在按下快门后在几分钟内完成显影定影，便能够自动从机身内吐出照片。因为其快速显影的优势，在胶卷时代有着众多的使用者。但是还没有出现过连续出片的一次成像系统，作为商品见于市场，更何谈八十年代的中国。当时我们和林业部签订合同时并不知道连续出片的一次成像系统是无法实现的，我决没有忽悠林业部的意思，最后的结果却是由于一次成象的装置没有完成，使整个项目失败告终。

一次成象的双光谱红外扫描装置以失败告终

   我这段时间心情特别不好，一回到家里时常暴跳如雷，弄得韵倩觉得过不下去要同我离婚。在单位有人看到我倒霉而幸灾乐祸。在红外研究室因为课题旷日持久的拖延，开始失去耐心，纷纷准备离开参加新的课题。黑龙江省林业科学院，我们森保所的上级领导，几次三番下令停止课题，终于停止了课题。

   近四十年过去了，我一直把此重大的失败引以为个人在事业上最大的失败，几乎从未停止过回忆检讨，虽然很少有人再提起此事，当时的我已经承担项目失败后的个人后果，也许主管部门的领导再也不相信我的任何承诺和担当，再得到新的课题机会还有多少？

   但是客观分析课题失败原因如下：1.在当时的技术条件下，由一个小小的非技术开发型的硏究所，进行技术攻关，研制成功需世界级的公司才能完成的器件，连续出啚的一次成象设备，显然是不可能的。我承担这个任务，并不是我要故意忽悠领导，而是由于自己无知而过于自信，以致失败。2.当时国际上各生产厂商已出品各类器件和装置，作为商品很容易买到，再由各类器件组装备成更复杂的装置，如各类红外扫描仪，而我们的研制团队则从自制电路板，从电阻电容晶体管焊接起，组装成模块，效率低更容易出错。3.我们森林保护研所不是承担光学和精密机械的研究单位，没有精密机械加工能力，更没有光学系统加工调试能力，就凭三五个搞电子技术的工程师和技术员，一二人搞机械啚纸复制加工的，没有完善的科技后勤保障，大部分对外联系都靠课题的头头亲自出马效率低，不能保征把主要精力放在解决关键的技术问题上。以上几点造成了课题的注定失败。

   我们在经费的管控上十分严格，但是在提高成员更新技术方面是捨得花钱，在合同执行期间，靠课题经费出资，一人完成大学本科的函授教育，差不多全体搞电子技术的人员，都有一年以上的各种学习班听课提高训练。大家又通过课题的磨练，业务能力得到很好的提高。这就是花掉十二万课题经费得到的另一个意外的收获。    

未完成的双光谱红外探火成象仪

林业部引进能在空中传输图象的红外装置

   红外美梦似乎还没苏醒，林业部没有通过技术方面的论证，以及防火部门是否用得了复杂的红外技术装置，就引进了一套红外设备情况下，直到请我们到大兴安岭林区加格达奇市，才知道全部装置已运抵现场，美方二名技术人员就将到达。

   所引进的设备包括红外探测器-750热红外摄像机，和机载微波发射机及微波发射天线，发射机与红外探测器相连接，把红外探测器所得的红外啚象，通过微波发射机发射到地面，由防火中心的电视接收火的啚象，这套先进的装置共耗资二十九万美元，按当时低估的美元汇率，美元対人民币汇率为一比二计，化了近六十万元人民币的外汇。

   听起来是完美的系统，实际上既不造合显示大火又不能探测小火。低飞时满足测小火的灵敏度，但每一次巡航面积太小，经济绝对是不合算，提高航高，探小火的灵敏度又下低到小火探不到的程度。对于大火成象，由AGA750总视㘯本身就小，综然提高航高仍然不够对一般大火的成象。到产品验收时，我的和林业部负责引进的一位官员，与二位美国的技术人员共同登上贝尔-206直升飞机，地面上点两处火，一处模似小火，另一处模似所谓大火（实际上还是小火祗是为了通过验收才降低要求)，于是验收成功。验收期间，各地防火部门大小头头都来参加，宴会席开六桌长达三天三夜，前三桌主宾席真还吃到熊掌。验收后，这套红外装置就成了宝贝，珍藏在加格达奇航空护林总站的仓库里，从此再也见不到天日。十年后某天，林业部下令要求森林保护研究所派懂红外技术专家去接管这一套宝贝，早巳报废了。林业部头头没有一人出来承担责任。

引进的AGA-750热红外摄像机、机载微波发射机及微波发射天线

我改变了我的林火研究方向

   这是后头的故事，在此前从一九八三年起，我彻底改变了研究方向，从“硬”的（发展仪器设备）到“软”的（林火基本研究），从一个团队一起工作，改为以我个人而非集体从事科研活动。我的第一个项目是“引进加拿大林火天气指标系统”，并编写了计算机程序，搞了一期推广学习班。从此开始，我跟加拿大林火结上了缘，而在我七十岁退体时的最后一个林火研究项目竟然还是和红外线有关：《Infrared characterization of fine-scale variability in behavior of boreal forest fires(北方森林火情小尺度变化的红外特性)》发表在《Canadian Journal of Forest Research》35(9) February 2011.D.J. McRae and Ji-zhong Jin etc.上。