四 自力更生研製紅外系統

自力更生研製紅外系統

   一九七七年紅外技術大會戰結束後，我一直有個夢想，在森林保護研究所建立一個初具規模的電子實驗室，建立自己紅外技術團隊，研製雙光譜紅外裝置，真正符合林火探測和大火（透過濃煙）成象的紅外裝置。

   在一九七七和一九七八的二年間，我們為新儀器的研發作了先期的調研工作。在為數不多的紅外林火成象和探火裝置的文獻中，有一篇美國的政府最後報告引起我們的注意，其中使用地面背景信號（8-12微米)減去火信號（3-5微米），從而提高小火信號對背景噪聲的信噪比，即A + G*B，這個概念引入，作為新的裝置的一大亮點。

   一九七九年與林業部簽訂合同，經費為十二萬元的人民幣，時限為三年，最後產品是雙光譜紅外探火成象儀，比上海技術物理研究所巳經鑑定的雙光譜紅外探火儀，多了一個創新是增加一個最終顯示林火啚象的實時一次成象的裝置，以及提高探測小火的A + G*B的改進。

   我是課題組長，程邦瑜負責總體設計，金曉鍾，廉明啟、張英傑、張鐵生負責電子線路，張宏和茅榮根負責機㭜設計和加工。後來金曉鈡在1982年榮升成為森林保護研究所主管科技業務的付所長，離開了紅外室。

   電子線路從設計製作以及最後的調試由自主完成，機械系統部分由上海技術物理所提供全套啚紙，經我們拷貝、理介、複製，後送長春228光學機械廠加工。肯尼迪光學糹統也由上海技術物理所提供啚紙，由上海光學機械研究所加工磨製的；雙光譜的光電器件，即銻化銦（3-5微米）和鍗鎘汞（8-12微米）元件也是由上海技術物理所提供的，這個器件是關鍵元器件，在當時國內還沒有其他單位可以生產的。

   各分系統即光電元器件，光學系統，機械系統，電子系統，以及總體調試用輔助設備都研製或加工及調試。由於光學統由上海技術物理所提供，由上海光機所加工，兩個研究所都是中國科學院頂尖的研究所，設計和加工誤差絕對有保證，機械系統設計是成熟的，而且用該套啚紙在同類紅外裝置上應用良好，該啚紙在長春228廠加工質量也是保證的。電子系統各分系統經過我室的幾位努力，在與整機對接之前，電子系統各分部基本上達到了指標，但是各分部的對接上，還是化了不少時間去調試。光學系統和機械系統的對接比較順利，成象的聚焦即焦點大小符合要求。

工人張英傑的工作所想到的

   光學系統對地面紅外能量掃描，掃描線上的紅外能量，由傳感器作紅外光電變換，放大後加到示波管上，変成可見光信號。張英傑所承擔的就是研製一套電子線路，使加在示波管上的電子信號，變成分辯率極細的，掃描兩邊帶TAN幾何糾正的示波管，提高的分辨力，光點要在x毫米以下。這一套電子線路從來沒有做過，但張英傑做到了並且完全達到了指標。

   電子部分的研製，張英傑表現很是突出。他是位工人，在現實環境下，如果他技術起點就是所謂工人起點，如果他達到的成績與大學畢業的一樣高，他就已経勝人一籌。如果他讀過大學，可能達到高度要比同類大學生高很多。

   我們這個紅外相機研究組解散後，我改変了研究方向，他分配到了工廠，之後我又到了加拿大定居，再也沒有機會合作搞電子技術的研發，很是遺憾。2015年後，程邦瑜幫我們恢復了微信聯係。據說他的還和過去一樣在科普性雜誌上發表一些文章，而且從過去的無線技術方面，與時俱進地轉向互聯網方面的文章。

   我在想張英傑是在中國，當一個人無論是何種原因沒有接受高等教育，不論多有才能，就被永久地固化在較低的社會地位；如果在加拿大，祇要你努力而又有一定的才能，你的聰明才智就會所碰到各種受教育機會得以提升，你的社會地位就上升，既不用後門也不用某人的特別提攜。

在悪烈環境下進行系統對接

   然後進行光機電整機對接，我們是在一處走廊出口的門廊內進行，這在上海技術物理所等光機精密的研究單位是無法想象，可以在惡劣環境下進行光機電調試的。當時用一塊1 X 0.5米鏡面轉動來提供模擬飛行一維移動，與紅外掃描裝置提供的橫向掃描，共同構成了二維啚象，掃描到的背景和目標是20米外的一輛解放牌載重卡車。紅外啚象在黑白膠捲上呈現引擎發熱的白色，冷的呈黒色，即依溫度不同呈灰階分布。初步拉出啚像說明整體設計和實施是可行的，第一階段研製初步成功，我們紅外室很是高興。

   但是總體調試發現二個問題：一.由於掃描轉速不勻，啚象縱向出現拉伸和壓縮，實際輸的啚象就會同地面地形比例失調；二.由於電子系統輸出直流電平隨地面背景強度而變，這樣的信號對於顯示大火場影響並不大，甚至顯示大火背景的灰階，由於自動的調節一直處於較好的水平，啚象就被調得較為“好看”的狀態，但是要實現小火探測的A+G*B原理來講，則是完全失效。

   對於第二個問題經過很長時間努力，用直流箝位得以解決，箝位的電平是由掃描二端的類似的“黑體”提供，兩路信號，A為3-5微米，B為8-12微米，基礎的直流電平保持一致，使A+G*B得以實施的基礎。第一個問題甚至拖得更久，先是加大掃描稜鏡負荷來減緩掃描速度不穩定性，有改善但不能根本解決。後根據上海技術物理所的類似裝置，用編碼盤旋轉時產生的的數碼，反饋這個數碼的変化，從而穩定掃描轉速。方案雖好，但紅外掃描器的合同完成期已拖延了很長時間，終究沒有採用該方案而告終。

   實際上合同中要求顯示火場的一次成像系統，是合同不能全部完成的關鍵所在。當時國際上Polaroid公司有一次成象相機及專用相紙的商品生產出售，即立時成像相機（Instant Camera），俗稱“柏立得”是一種拍攝後相片能夠即時成像的照相機，在按下快門後在幾分鐘內完成顯影定影，便能夠自動從機身內吐出照片。因為其快速顯影的優勢，在膠捲時代有着眾多的使用者。但是還沒有出現過連續出片的一次成像系統，作為商品見於市場，更何談八十年代的中國。當時我們和林業部簽訂合同時並不知道連續出片的一次成像系統是無法實現的，我決沒有忽悠林業部的意思，最後的結果卻是由於一次成象的裝置沒有完成，使整個項目失敗告終。

一次成象的雙光譜紅外掃描裝置以失敗告終

   我這段時間心情特別不好，一回到家裡時常暴跳如雷，弄得韻倩覺得過不下去要同我離婚。在單位有人看到我倒霉而幸災樂禍。在紅外研究室因為課題曠日持久的拖延，開始失去耐心，紛紛準備離開參加新的課題。黑龍江省林業科學院，我們森保所的上級領導，幾次三番下令停止課題，終於停止了課題。

   近四十年過去了，我一直把此重大的失敗引以為個人在事業上最大的失敗，幾乎從未停止過回憶檢討，雖然很少有人再提起此事，當時的我已經承擔項目失敗後的個人後果，也許主管部門的領導再也不相信我的任何承諾和擔當，再得到新的課題機會還有多少？

   但是客觀分析課題失敗原因如下：1.在當時的技術條件下，由一個小小的非技術開發型的硏究所，進行技術攻關，研製成功需世界級的公司才能完成的器件，連續出啚的一次成象設備，顯然是不可能的。我承擔這個任務，並不是我要故意忽悠領導，而是由於自己無知而過於自信，以致失敗。2.當時國際上各生產廠商已出品各類器件和裝置，作為商品很容易買到，再由各類器件組裝備成更複雜的裝置，如各類紅外掃描儀，而我們的研製團隊則從自製電路板，從電阻電容晶體管焊接起，組裝成模塊，效率低更容易出錯。3.我們森林保護研所不是承擔光學和精密機械的研究單位，沒有精密機械加工能力，更沒有光學系統加工調試能力，就憑三五個搞電子技術的工程師和技術員，一二人搞機械啚紙複製加工的，沒有完善的科技後勤保障，大部分對外聯繫都靠課題的頭頭親自出馬效率低，不能保征把主要精力放在解決關鍵的技術問題上。以上幾點造成了課題的註定失敗。

   我們在經費的管控上十分嚴格，但是在提高成員更新技術方面是捨得花錢，在合同執行期間，靠課題經費出資，一人完成大學本科的函授教育，差不多全體搞電子技術的人員，都有一年以上的各種學習班聽課提高訓練。大家又通過課題的磨練，業務能力得到很好的提高。這就是花掉十二萬課題經費得到的另一個意外的收穫。    

未完成的雙光譜紅外探火成象儀

林業部引進能在空中傳輸圖象的紅外裝置

   紅外美夢似乎還沒甦醒，林業部沒有通過技術方面的論證，以及防火部門是否用得了複雜的紅外技術裝置，就引進了一套紅外設備情況下，直到請我們到大興安嶺林區加格達奇市，才知道全部裝置已運抵現場，美方二名技術人員就將到達。

   所引進的設備包括紅外探測器-750熱紅外攝像機，和機載微波發射機及微波發射天線，發射機與紅外探測器相連接，把紅外探測器所得的紅外啚象，通過微波發射機發射到地面，由防火中心的電視接收火的啚象，這套先進的裝置共耗資二十九萬美元，按當時低估的美元匯率，美元対人民幣匯率為一比二計，化了近六十萬元人民幣的外匯。

   聽起來是完美的系統，實際上既不造合顯示大火又不能探測小火。低飛時滿足測小火的靈敏度，但每一次巡航面積太小，經濟絕對是不合算，提高航高，探小火的靈敏度又下低到小火探不到的程度。對於大火成象，由AGA750總視㘯本身就小，綜然提高航高仍然不夠對一般大火的成象。到產品驗收時，我的和林業部負責引進的一位官員，與二位美國的技術人員共同登上貝爾-206直升飛機，地面上點兩處火，一處模似小火，另一處模似所謂大火（實際上還是小火祗是為了通過驗收才降低要求)，於是驗收成功。驗收期間，各地防火部門大小頭頭都來參加，宴會席開六桌長達三天三夜，前三桌主賓席真還吃到熊掌。驗收後，這套紅外裝置就成了寶貝，珍藏在加格達奇航空護林總站的倉庫里，從此再也見不到天日。十年後某天，林業部下令要求森林保護研究所派懂紅外技術專家去接管這一套寶貝，早巳報廢了。林業部頭頭沒有一人出來承擔責任。

引進的AGA-750熱紅外攝像機、機載微波發射機及微波發射天線

我改變了我的林火研究方向

   這是後頭的故事，在此前從一九八三年起，我徹底改變了研究方向，從“硬”的（發展儀器設備）到“軟”的（林火基本研究），從一個團隊一起工作，改為以我個人而非集體從事科研活動。我的第一個項目是“引進加拿大林火天氣指標系統”，並編寫了計算機程序，搞了一期推廣學習班。從此開始，我跟加拿大林火結上了緣，而在我七十歲退體時的最後一個林火研究項目竟然還是和紅外線有關：《Infrared characterization of fine-scale variability in behavior of boreal forest fires(北方森林火情小尺度變化的紅外特性)》發表在《Canadian Journal of Forest Research》35(9) February 2011.D.J. McRae and Ji-zhong Jin etc.上。