航空光电侦察技术发展研究

【专家观点】航空光电侦察技术发展研究

引言

在未来的高技术局部战争条件下，制信息权已经成为赢得战争的首要条件。制信息权主要包括获取我方和敌方的有效信息，以及保证我方信息不被敌方获取。航空侦察一直是信息获取的主要方式，它能克服地面侦察设备受地形障碍物和地球曲率的限制，是各国军事侦察的重要手段。航空光电侦察具有隐蔽性强、直观性好、分辨率高等优点，能够实现全天时、大范围的战场监视、目标捕获、武器制导和告警对抗，已经成为战场夺取信息优势的重要手段。

1航空光电系统的分类

根据航空光电侦察的作战任务需求，将机载光电系统主要分为凝视观瞄、情报侦察监视、红外搜索与跟踪以及告警与对抗四大类。

1.1凝视观瞄

凝视观瞄光电系统能够实现战役级战场侦察、目标识别、定位、武器制导以及毁伤效果评估，通常安装于电视摄像机、红外热像仪、激光测照器、激光光斑跟踪器等多种光电传感器，具有实时性强、作用距离远、瞄准精度高等特点。按其搭载不同飞机平台特点，可分为配装于常规飞机的TUR-RET型凝视观瞄吊舱、配装于战斗机的POD型凝视观瞄吊舱以及配装于隐身飞机的内埋式保形低RCS光电搜索瞄准系统。典型的产品有Raytheon公司研制的MTS-B多光谱瞄准系统，Lockheed Martin公司研制的Sniper XR吊舱和EOTS光电瞄准系统，如图1所示。

MTS-B多光谱瞄准系统采用多谱段传感器集成技术，极小视场采用多波段共孔径光学设计形式，电视、热像中大视场进行独立模块设计，选用1280×1024锑化铟中波红外探测器和640×512短波红外探测器，集成光斑跟踪器、激光标示器，稳定方面则采用平台与反射镜复合的二级稳定，主要装备于美国空军MQ-9“捕食者”B无人攻击机和美国海军MQ-4C“人鱼海神”无 人机。

1.2情报侦察监视

情报侦察监视光电系统能够实时覆盖大范围地/海面侦察区域，以足够的分辨力执行目标鉴别并进行战场态势评估，具有距离远、侦察范围广、图像分辨率高等特点。典型的产品有Goodrich公司研制的DB-110长焦倾斜相机和Raytheon公司研制的ERU光电系统，如图2所示。

ERU装备在美国RQ-4全 球鹰无 人机上，是1种具有广域搜索侦察与目标精 准定位能力的长焦距双波段高精度机载光电载荷。其采用全反射式双波段（中波红外和近红外）共孔径光学系统，安装在两轴稳定框架的内环中，通过高精度两轴稳定平台和快速反射镜（fast steering mirror,FSM）复合控制技术，在横滚、俯仰轴上按照规律运动，以实现无缝地理扫描，以步进凝视拍摄和图像实时拼接方式，形成幅宽10 km以上的侦察态势图，每昼夜监视范围可达180000 km2。

1.3红外搜索与跟踪

红外搜索与跟踪光电系统用于对中远距离空中目标的搜索和预警，主要强调对弱小目标的探测能力和低虚警率，典型产品有欧洲台风战机装备FLIR/IRST搜索跟踪系统和俄罗斯Su系列战斗机装备的OLS-35光雷达，如图3所示。

OLS-35光雷达将扫描型红外传感器、电视摄像机、激光测距机、目标指示器集成式稳定，信息综合显示输出。其功能是对目标进行quan方位的搜索、探测、捕获、识别和跟踪测距，将角度坐标和距离数据输出给光电瞄准和导航系统，为中程空空dao 弹和集成火炮系统的异步射击提供目标指示。

1.4告警与对抗

告警与对抗光电系统能够对来袭dao 弹进行探测、威胁判断、威胁告警和对抗，具有作用距离远、探测概率高、虚警率低、调转速度快等特点[12]，典型产品有Northrop Grummma公司研制的Nemesis对抗系统和英国Selex Galileo公司研制的Eclipse对抗系统，如图4所示。Eclipse对抗系统采用两轴定天镜方案，将激光和热像进行共光路设计，快速调转速度超过1 200°/s，加速度为4 000°/s2。

2航空光电侦察技术的发展

“看得远、图像稳、大范围感知”是航空光电侦察的核心要求，推动着航空光电系统在光学实现、稳定平台演进、瞄准线稳定和态势感知等方面的关键技术不断进步。

2.1光学实现

如何在有限的包络空间和重量的约束下实现更广的使用范围和更远的作用距离，是机载光电系统永恒的追求主题。传统的光电系统由结构相互独立的光电传感器模块组成，各模块之间交联关系明确、互换性强、后期维护成本低，典型产品有FLIR公司研制的BRITE Star系列光电系统，如图5所示。

更广的使用范围和更远的作用距离要求更多类型光电传感器、更长焦距、更大光学孔径，互相独立的光电传感器模块均需要独立的光学系统、结构部件和电子单元，这导致光电系统的体积和重量急剧增大、适装性变差。因此，在光学实现上采用多波段共光路方式，通过不同的光路设计、分光方式满足不同波段的成像质量和透过率需求。典型产品有Raytheon公司研制的MTS-B多光谱瞄准系统，如图6所示。

3航空光电装备的发展

3.1基于SWaP的远距高分辨力目标辨识

随着任务需求的发展，航空光电系统不仅要求体积小、重量轻、成本低、功耗小，而且要求多光电传感器集成、远距高分辨力目标辨识。航空光电系统的设计由基于结构的模块化向基于功能的模块化转变，通过采用微机电、新材料技术、共用光学系统、伺服控制、图像处理、任务管理一体化综合，实现基于SWaP的远距高分辨力目标辨识。以色列Elbit公司研制的SPECTRO-XR光电系统，如图7所示，在50 kg的重量限制下、φ380 mm的球形包络内，集成9种光电传感器，共光路部件焦距为2 200 mm，达到百公里级高分辨力目标辨识。

3.2多任务协同

信息化、网络化是现代战争的重要特点，各种武器平台之间一体化协同作战是一种重要的作战模式，航空光电系统扮演着重要角色，主要包含多平台多任务协同和单一载荷多任务综合。从早期利用激光光斑跟踪进行空地协同攻击，到蜂群无 人机机群作战，都是多平台多任务协同的典型代表。高性能作战飞机虽然综合性能高，但存在成本高、数量受限、战损代价大的不足；无 人机蜂群成本低、整体抗损伤的冗余度大，可大范围、大面积覆盖，态势感知能力强成为新兴的作战模式，如图8所示。低成本可消耗和基于分布式感知信息融合处理形成集群侦察感知体系，获得了更大的感知范围、更丰富的目标信息和更高的定位精度，成为蜂群光电系统的重要发展方向。

针对不同作战任务需求，载机需要配装多种类型光电系统，这增大了飞行员操控难度和后勤压力。随着新技术的应用，机载光电系统多任务综合成为重要发展趋势，主要体现在凝视观瞄、情报侦察监视、红外搜索与跟踪等功能一体化方面。F-35综合光电载荷由两部分组成：光电瞄准系统（EOTS）和分布孔径光电传感器系统（EODAS），如图9所示。

EOTS集成了前视红外、红外搜索与跟踪和激光指示瞄准等功能，相当于将传统的光雷达、前视红外吊舱和瞄准吊舱的功能融为一体，提供高分辨率成像、红外搜索与跟踪、激光测距指示和激光点跟踪功能，具有对高空远程目标探测、搜索、识别、跟踪、威胁告警、定位、瞄准，以及引导制导武器精 确打击等能力。

EODAS采用多传感器分布设计和数据融合技术，综合红外搜索与跟踪、dao 弹告警、红外成像跟踪系统、前视红外夜间导航等，实现全 方位远程空中目标搜索跟踪、态势感知、威胁告警、地面海面目标探测、辅助导航等功能。通过后台数据的融合为飞行员提供一个球形视野，具有全景态势感知和目标搜索探测能力。

3.3基于开放式系统架构的机载光电装备敏捷制造

军 用装备专用性强、接口复杂、研制周期长、成本高。以FACE Consortium为例，将典型的军 用飞机和民用飞机的研制复杂性进行比较，美军军 用飞机的研发成本和周期远远高于民用飞机，导致下一代的开发代价巨大，甚至无法承受。采用基于开放式系统架构（open systems architecture,OSA）的敏捷制造，是解决这一问题的重要手段。2021年10月12日，美国传感器开放式系统架构联盟公布首套军 用传感器技术标准。

开放式系统架构能充分实现接口、服务和格式开放，并能在zui小更改条件下在广泛的系统间运用适当的工程组件架构，其特点是定义良好、使用广泛、非专有接口协议；采用由业界认可的标准开发；定义系统接口的各方面；对扩展或升级有明确规定。

机载光电装备作战任务使命相对固定，但由于配装的机型种类多、要求不同，导致各接口关系复杂、通用性不足。基于开放式系统架构的机载光电装备敏捷制造，依据任务需求将机载光电系统主要功能模块化，对通讯模块、视频模块、光电传感器模块、态势感知模块等通用功能模块采用通用接口协议，明确扩展功能，实现光电设备“即插即用”，可大幅降低研发成本、缩短研制时间，提高新技术应用迭代频率。加拿大Wescam公司研制的MX-25系列光电系统，如图10所示，采用开放式架构模块设计，具备6种以上构型配置，具有多种数字视频接口和通讯控制接口，可根据不同需求实现与GIS地理信息系统、雷达、探照灯、微波数据链、机载GPS\INS信息交互。

4结束语

在微电子、人工智能、云计算等新一代信息技术发展的推动下，战争形态从传统以“火力、机动力”为核心的平台中心战演进为以“智力、算力”为核心的认知中心战。不断升级的光学实现和稳定形式，以及更高的稳定性能推动着航空光电侦察向着远距离、大范围、高分辨率不断迈进。光电多任务综合、态势智能感知和敏捷制造促进了体系化协同作战能力形成，这将是航空光电侦察技术未来的重 点发展方向。