[科普中国]-机载光电瞄准系统

概况

目前，世界各先进的火控系统几乎都配有光电装置，从地炮和高炮的光电坐标仪、坦克的夜视瞄准具、海军用的光电反导系统到空军的光电制导平台和吊舱，它们都是现代战争的宠儿。在航空火控系统中，在现代空战中，航空光电探测已成为满足“先敌开火，首发命中”的新型战机战技要求和提高新型战机战斗性能的有效手段。短短40年的发展，光电瞄准系统从雷达系统的辅助系统发展为与之具有同等重要的地位，甚至有取而代之的趋势。1

光电探测系统应用现状光电探测系统目前的主要作用是对空目标探测、跟踪，对地目标搜索、跟踪，战场态势感知、导弹来袭告警、辅助导航与起飞着陆等。典型的应用有用于对空作战的红外搜索跟踪系统(IRSTS)和用于对地作战的瞄准吊舱(SP)。

光电探测系统也称为光雷达(OR)，一般由光学系统、激光测距器、红外探测仪和控制部件组成，可用于搜索、发现、截获和自动跟踪空中目标，并且在自动跟踪时进行激光测距，它一般都是机内安装，是一种被动式目标探测设备，因而可用于无线电静默突防，在近距格斗时可配合头盔瞄准具精确测定目标参数。光雷达中性能比较优越的有俄罗斯的ТⅡ热定向器和ОЛС光学雷达，美国的AN/AWG-9。由于光雷达突出的抗干扰能力和隐蔽性，下一代先进的战斗机如美国的F-22飞机、俄罗斯的СУ-35都将装备这种系统。

瞄准吊舱集光机电高新技术于一体，将探测装置(电视或/和前视红外系统)、计算装置(图像处理机、吊舱控制计算机)、稳定跟踪装置(陀螺平台和随动系统)、测距和指示装置(激光测距、目标指示器)和环境控制系统等高密集的组合在一起，采用标准的机械和电气接口，适合不同型号的飞机使用。瞄准吊舱除了具有红外搜索跟踪系统的某些作用之外，最突出的作用便是控制对地精确制导武器(诸如激光制导炸弹)的投放，以及用于夜间侦察和光电对抗。瞄准吊舱中性能优越的有美国的LANTIRN和AN/ASS-38，英国的TLALD,以色列的LITENING等。

光电探测技术的另一突出应用便是夜间导航系统。这种系统的开发始于美国的B-52H/G安装的光电观察系统(EVS)，它使飞机适合于夜间低空突防。A-7E攻击机上的AN/AAR-42和F-111F战斗机上的AN/AVQ-26便是这种应用的典范。AH-64武装直升机的TADS/PNVS转塔开始同时采用两个红外传感器，兼顾夜间导航和火控，LANTRIN在固定翼飞机上的应用也采用了这种方案。

我国的光电火控系统的研究相对比较滞后，但是近年来随着对红外、激光、电视等基础技术的研究和各种光电制导武器的引进，光电火控系统的某些技术渐趋成熟，比如舰载光电火控系统H/ZGJ-!A，H/ZGJ-!A均已装备部队。相信我国自主研发的航空光电火控系统将在侦察、制导、遥感、预警、通信、训练模拟和光电对抗等领域取得长足的进步和发展。1

机载光电瞄准系统的发展趋势机载光电瞄准系统总的发展趋势是：结构合并，数据融合。具体到各个分立系统便是：多波长、多波段工作，多目标处理能力。1

系统整合的方向是分布孔径红外系统光电瞄准系统近期的发展趋势是将红外、激光、电视等各分立系统综合到一个系统中，共享通光口径和信息资源。这便是实现光电探测的全方位、全动态过程的分布孔径红外系统(Distributed Apertured Infrared System-DAIRS)。

分布孔径红外系统采用一组精心布置在飞机上的传感器阵列实现全方位、全空间敏感，并采用信号处理方法实现地面、空中目标探测、跟踪、瞄准，威胁告警，战场杀伤效果评定，夜间与恶劣气候条件下的辅助导航、着陆等多种功能，从而能够用一个单一的系统完成目前要多个单独的专用红外传感器系统完成的功能。分布孔径红外系统所采用的红外传感器使用了二维大面阵红外焦平面阵列，直接固定在飞机结构上，可以输出多个波段的高帧频图像，取消了现有的前视红外瞄准系统、红外搜索跟踪系统等所采用的高成本的稳定瞄准系统，重量、体积、功耗和成本大大降低，具有高可靠性、高生存性、高可支持性的特征，完全符合新型航空火控系统的要求。

近年来美国诺斯罗普·格鲁门等公司正在全力发展这种采用全新信息处理设计理念的分布孔径红外系统，已经取得了一定进展。但目前红外探测器在分辨率等上还无法满足对地攻击所要求的性能，因此，仍然保留了一个单独的瞄准用前视红外系统与分布孔径红外系统并列。该系统与激光等其他光电传感器综合，以实现目前各类机载瞄准吊舱的功能。1

多传感器探测系统以及全面的数据融合分布孔径红外系统的开发，毕竟是牵涉到飞机设计理念的变革，在现有飞机上的信息融合采用多传感器系统可能会更加实际些。

双色甚至三色红外成像器件大规模的应用，军用激光波长的迅速增多、波段的变宽，多个波段同时工作已成为可能，也为进一步的图像融合、自动目标探测与识别、自动攻击与防卫提供了技术基础。同时，由于光学窗口的构形、光窗材料与加工工艺的进步，光电探测系统在隐身飞机上的实现将取得突破进展。这些新的发展将促使新型航空火控系统采用多传感器探测系统,即传统的雷达系统、惯导装置、全球定位系统和多个光电探测装置的综合系统，以实现火控系统具有超视距、多目标攻击能力，及时获得全面和准确的战场信息。

为了利用多传感器系统的协合效应，需要采用数据融合技术。多传感器系统的信息虽然有冗余性，但各个传感器的信息可能具有不同的特征：可能是实时信息，也可能是非实时信息；可能是快变的，也可能是缓变的；可能是模糊的，也可能是确切的；可能是互补的，也可能是矛盾的等。全面的数据融合可以充分利用各种信息资源，将来自不同传感器和各种信息源的数据和信息进行交联、相关和组合进行多级别、多方面、多层次的处理，扩大信息的时空覆盖范围、增加置信度、减少模糊性、改善探测性能、提高空间分辨力、提高系统可靠性、增加维数、增大电磁谱的侦察范围，同时发挥隐蔽、高精度、高分辨力和快速的特性，改善系统的可靠性,减轻飞行员工作负荷，提高本机的作战能力。

全面实现数据融合不仅仅是具有优良的管理软件的火控计算机的任务，它同时要求各种传感器能够响应火控系统的探测需求，这些需求往往是为了消除一些信息的不确定度。这样，大多数光电传感器的被动式探测工作方式需要改进，以便响应火控系统的探测需求。1