在最近播出的北約一位高官

訪問阿富汗的電視新聞中，這位官員看望“第一線”的英國士兵，問他們特別需要什么。士兵立刻回答：“長官，需要更多的夜視鏡”。

現(xiàn)在，夜間作戰(zhàn)已經(jīng)成為家常便飯，首要的需求是給盡可能多的士兵裝備夜視裝置。因此，夜視鏡對于各種地面部隊(duì)進(jìn)行地面戰(zhàn)斗都是必需的。

夜視鏡不再奢華

經(jīng)過多年的發(fā)展，夜視鏡對于基層士兵已經(jīng)不再是奢華品，每個(gè)士兵都需要配發(fā)。那么，今天地面作戰(zhàn)的士兵用夜視鏡干什么？答案是“在黑暗中能夠觀察”。

夜視鏡的核心是像增強(qiáng)管，它收集和會聚環(huán)境光并使它們成像。裝有第二代像增強(qiáng)管的AN/PVS-7夜視鏡可以在有星光且多云的夜晚看到170～180m距離上車輛大小的目標(biāo)，目前，裝備美軍的AN/PVS-7夜視鏡數(shù)量已經(jīng)超過15萬具。

可以肯定地說，美國陸軍是世界上夜視鏡的主要用戶，ITT公司（在弗吉尼亞州）及利頓電子光學(xué)系統(tǒng)公司（2001年已經(jīng)被伊里諾斯州的諾斯羅普·格魯曼電子光學(xué)系統(tǒng)公司兼并）是美國兩大生產(chǎn)像增強(qiáng)產(chǎn)品的商家。在美國，研制夜視裝置（包括武器瞄準(zhǔn)鏡、手持觀察裝置和夜視鏡）的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)是美國陸軍研究、發(fā)展與工程司令部（RDECOM）通信與電子研究、發(fā)展與工程中心（CERDEC）的夜視與電子探測器處（NVESD），其基地設(shè)在弗吉尼亞州的貝爾沃堡。

作為這種產(chǎn)品的領(lǐng)頭用戶，美國陸軍的NVESD認(rèn)為自己是夜視裝置（包括像增強(qiáng)和熱成像系統(tǒng)）技術(shù)定級的權(quán)威。因此，在這里所謂的第幾代像增強(qiáng)管中的“代”代表制造水平而不是觀察性能。

1980年代中期，隨著第3代管的出現(xiàn)，美國陸軍開始了一系列“公共汽車（Omni）”計(jì)劃，采購像增強(qiáng)管和應(yīng)用像增強(qiáng)管的探測器，從而涌動了大批量生產(chǎn)像增強(qiáng)裝置的熱潮，在所用材料和制造技術(shù)方面也取得了很大的進(jìn)展。今天制造的第3代管比原先的性能成倍提高，而價(jià)格大幅下降。在1980年代中期，AN/PVS-7夜視鏡的觀察距離約為50m（對站立的人形目標(biāo)），價(jià)格大約6000美元，而1998年購買的相同產(chǎn)品，觀察距離達(dá)到160m，價(jià)格不到3000美元。

進(jìn)一步強(qiáng)化像管性能

像管中采用離子障膜（曾經(jīng)是從第2代躍升到第3代的技術(shù)進(jìn)步之一），可以使像管的可靠性提高5倍，但是會降低信噪比。盡管對無膜管能否滿足10000小時(shí)工作壽命（第3代裝置的標(biāo)準(zhǔn)）疑慮重重，但I(xiàn)TT公司和利頓公司均從1997年開始研究第3代無膜管。研制第3代無膜管的工作進(jìn)行了近10年，仍沒有達(dá)到希望的可靠性指標(biāo)。但是軍隊(duì)和一些科研團(tuán)體堅(jiān)信，取消離子障膜可以進(jìn)一步發(fā)揮砷化鎵光電陰極的潛在長處，是夜視技術(shù)發(fā)展的下一個(gè)符合邏輯的進(jìn)展。據(jù)驗(yàn)證，無膜管能夠?qū)⒁挂曠R的性能提高20％，遺憾的是，同樣的試驗(yàn)也顯示，由于沒有離子障膜保護(hù)，像管的性能會很快降低。

1998年2月，美國陸軍公布了Omni Ⅴ采購計(jì)劃，利頓公司提出研制和交付第4代無膜管，這一令人吃驚的方案獲得成功。1998年6月，利頓公司獲得Omni Ⅴ合同的60％，而ITT公司只獲得40％。

研制壽命較長的無膜管的確是一種挑戰(zhàn)，需要尋找辦法減少像管工作期間產(chǎn)生的有害離子，研制能夠抵抗離子破壞的光電陰極。利頓公司的方法是采用高性能的玻璃制造微通道板，以減少被表面吸收的游離氣體（“毒素”）的排放，并在制造過程中對所有零部件進(jìn)行超干凈清洗。此外，光電陰極的膜層也由氧化銫改為有較強(qiáng)抗毒素能力的銫氟氧化物，采用光電陰極門控，進(jìn)一步減少毒素排放。采用這種方法，無膜像管還可以降低光暈和像散。

對Omni Ⅴ無膜管的另一個(gè)要求是增加門控供電，以解決像散效應(yīng)問題，這種像散是由于光太亮或者現(xiàn)場有照明引起的。門控供電高速地開啟和關(guān)閉光電陰極，在光照過強(qiáng)時(shí)減小輸出電流。自動門控有助于減輕像散效應(yīng)，可以將夜視鏡的使用時(shí)間擴(kuò)展到黎明和黃昏。利頓公司現(xiàn)在可以在像管中實(shí)現(xiàn)無膜、自動門控和減小光暈，可以全部采用這些技術(shù)，也可以按照一定的技術(shù)組合制造像管。

重要里程碑

在離子障膜技術(shù)方面，ITT公司開發(fā)了另一條途徑。他們發(fā)現(xiàn)，大大減小離子障膜的厚度，而不取消離子障膜，可以達(dá)到規(guī)定的性能和壽終可靠性要求。減小離子障膜的厚度也能保護(hù)砷化鎵光電陰極所有重要的結(jié)構(gòu)。據(jù)ITT公司稱，新管的離子障膜的厚度大約為40～50埃，是人的頭發(fā)粗細(xì)的萬分之一。人的頭發(fā)直徑約為75萬埃（1埃等于1cm的億分之一）。這種強(qiáng)化了的像管的綽號為“頂峰”，因?yàn)镮TT公司認(rèn)為，它代表技術(shù)成就的頂點(diǎn)，但仍然是第3代管。

ITT公司的工程師用“頂峰”管研制出了耐用的裝置，其增益和信噪比的可靠性標(biāo)準(zhǔn)超過了“厚膜”管。通過減小光電陰極和微通道板之間的間隙，實(shí)現(xiàn)了OmniⅤ的另一項(xiàng)要求，即減小光暈效應(yīng)?！绊敺濉惫艿男阅苋鎯?yōu)于現(xiàn)用的第3代管。據(jù)ITT公司介紹，其光電響應(yīng)提高22％，信噪比改善約24％，而光暈直徑由1.25mm減小到0.90mm。更為重要的是，“頂峰”管可以使視覺敏銳度提高20％。

這些技術(shù)進(jìn)步的取得使美國陸軍同意用ITT公司的“頂峰”管取代還未經(jīng)驗(yàn)證的第4代無膜管，作為OmniⅤ的部件提供給制造商。ITT公司的論據(jù)之一是第4代無膜管全壽命成本比“頂峰”管高7倍。該公司稱，選擇“頂峰”管代替無膜管，可以節(jié)約使用成本2900萬美元，節(jié)約維護(hù)成本2100萬美元?！绊敺濉惫芸磥硎歉玫姆桨?。結(jié)果，美國陸軍增加了ITT的OmniⅤ合同份額，從40％增加到50％，后來又提高到100％。第一批采用“頂峰”管的系統(tǒng)于2001年2月交付美國陸軍，用戶稱贊采用該技術(shù)的夜視鏡是“進(jìn)入裝備序列的性能最好的夜視鏡”。

軍方采用薄膜“頂峰”管而不采用有缺陷的無膜管是一個(gè)重要的里程碑。

2001年10月，NVESD的首席科學(xué)家約翰·波拉德博士宣布，作為識別下一代像管技術(shù)的術(shù)語“第4代”已經(jīng)被取消。美國陸軍現(xiàn)在正式用“薄膜”這一術(shù)語來命名ITT公司的“頂峰”，以確認(rèn)這一技術(shù)進(jìn)步。

采購在繼續(xù)，爭論也在繼續(xù)。2002年5月，“頂峰”管及其制造商得到肯定。當(dāng)時(shí)簽訂了大約價(jià)值4.5億美元夜視裝置的Omni Ⅵ 合同，ITT公司獲得了該合同（采用薄膜管）中的全部航空夜視裝置和60％地面夜視裝置部分，其中包括選購部分，這是允許的最大百分比了。美國陸軍于2005年9月又推出了Omni Ⅶ 采購計(jì)劃，ITT公司和利頓（諾斯羅普·格魯曼）公司每家可能獲得高達(dá)370486具AN/PVS-14單目夜視裝置和34300具AN/PVS-7夜視鏡及相關(guān)備份像管的合同。

按照該合同，Omni Ⅶ 夜視裝置于2006年1月開始交貨。ITT公司已經(jīng)得到的初步合同價(jià)值超過1.6億美元。

像融合

在世紀(jì)之交，美國陸軍認(rèn)識到其士兵缺乏夜視能力。按照2000年10月所作出的步兵夜視未來需求概要，吉姆·斯通上校確認(rèn)，今后希望強(qiáng)化的內(nèi)容有：多頻譜像融合、彩色成像、減輕質(zhì)量、縮小尺寸、降低能量消耗、提高分辨率、增大觀察距離、提高方便單兵機(jī)動的能力、提高可靠性。

現(xiàn)用的各種夜視鏡的缺點(diǎn)有：有強(qiáng)光源時(shí)性能差、單兵機(jī)動方便性不夠、在視線不好的戰(zhàn)場上性能差、在惡劣天氣成像能力降低。

熱成像和像增強(qiáng)兩種技術(shù)都有長處和局限性。隨著像增強(qiáng)技術(shù)在全球使用，美國陸軍擔(dān)心其在這一方面不能保持領(lǐng)先地位。于是，將來自像增強(qiáng)器和熱成像裝置的圖像融合在一起的技術(shù)研究從美國發(fā)起。

據(jù)報(bào)道，有3種級別的像融合：光學(xué)重疊融合，用光學(xué)的方法將多個(gè)光學(xué)場景合并；模擬融合，將RS-170格式的視頻信號模擬混合；數(shù)字圖像融合，逐個(gè)像素進(jìn)行像融合，進(jìn)行建立在算法基礎(chǔ)上的智能景象強(qiáng)化，可擴(kuò)展成全數(shù)字融合。

2003年8月，士兵計(jì)劃執(zhí)行辦公室（負(fù)責(zé)研制、生產(chǎn)、部署和維護(hù)美國士兵穿著、攜帶和使用的所有物品）在本寧堡對ITT公司和諾斯羅普·格魯曼電子光學(xué)系統(tǒng)公司提供的方案進(jìn)行了評審。

ITT公司與雷神公司合作開發(fā)夜視像融合的技術(shù)，他們的增強(qiáng)型夜視鏡（ENVG）樣品是第一級融合裝置，用光學(xué)的方法將像增強(qiáng)（提供清晰的目標(biāo)識別能力）圖像和下一代熱成像（提供改進(jìn)的目標(biāo)探測能力）圖像疊加在一起，其機(jī)動性和態(tài)勢感知能力都得到提高。

合方案樣品。據(jù)該公司負(fù)責(zé)技術(shù)的官員說，這是一種全視場數(shù)字融合裝置，帶可升級的軟件，采用16mm HD 12互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）像管和非致冷長波紅外8～12微米VOX（氧化釩）探測器。該裝置長185mm，質(zhì)量1.76kg，使用1280×1024像素顯示器，由8節(jié)CR123電池供電（可工作4.5小時(shí)）。

該樣品在本寧堡用諾斯羅普·格魯曼電子光學(xué)系統(tǒng)公司的軟硬件進(jìn)行了試驗(yàn)，連續(xù)4周沒有出現(xiàn)災(zāi)難性故障。該樣品被認(rèn)為是“有希望的但也是早產(chǎn)的”。其自身主要有以下缺陷：它被認(rèn)為很難使用（菜單太復(fù)雜）；尺寸、能量消耗和質(zhì)量需要減?。惶綔y器和顯示器存在視差，會引起使用者眼睛疲勞和頭痛，會增加完成任務(wù)的時(shí)間；探測器未經(jīng)優(yōu)化，探測距離不夠（大約只有重疊系統(tǒng)的50％）。

因此，毫不奇怪，2004年7月，ITT公司得到了關(guān)于探測器融合和電子像增強(qiáng)的兩份合同，并且還從美國陸軍士兵計(jì)劃執(zhí)行辦公室得到75具增強(qiáng)型夜視鏡系統(tǒng)合同（現(xiàn)被命名為AN/PSQ-20，叫作光學(xué)的ENVG）供士兵作進(jìn)一步的試驗(yàn)。（待續(xù)）

美國陸軍佩戴標(biāo)準(zhǔn)AN/PVS-7夜視鏡夜間操作的場景

這些景像顯示，用信噪比高的像增強(qiáng)管（左）和信噪比低的像增強(qiáng)管（右），得到的圖像清晰度不同

AN/PVS-7D夜視鏡

美國士兵佩戴AN/PSQ-20增強(qiáng)型夜視鏡

諾斯羅普·格魯曼電子光學(xué)系統(tǒng)公司提供的像融合技術(shù)實(shí)例，左圖是從像增強(qiáng)器得到的圖像，右圖是熱成像圖像，中間是采用融合技術(shù)得到的的圖像，但該公司的像融合裝置很難達(dá)到實(shí)用

為AN/PVS-7D夜視鏡安裝電池

圖片顯示的是紅外的和像增強(qiáng)的圖像逐個(gè)像素融合的結(jié)果，這是諾斯羅普·格魯曼電子光學(xué)系統(tǒng)公司開發(fā)的技術(shù)

ITT公司的AN/PSQ-20增強(qiáng)型夜視鏡可望在2007年第4季度首批裝備美國陸軍的作戰(zhàn)部隊(duì)