安　東

光電跟蹤與火控系統(tǒng)是近年來(lái)日益受到各國(guó)海軍重視的一種艦載遠(yuǎn)距離監(jiān)視、目標(biāo)指示與火控裝置。一般來(lái)說(shuō)，艦用光電跟蹤儀由位于甲板上高處的光電指向頭和甲板下的顯控臺(tái)兩部分組成。裝在光電指向頭內(nèi)的電視，紅外和激光三個(gè)光電傳感器在顯控臺(tái)控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的搜索、捕獲，跟蹤和測(cè)距，并將目標(biāo)圖像信息和坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳回到顯控臺(tái)內(nèi)。顯控臺(tái)對(duì)目標(biāo)圖像信息處理后，通過(guò)屏幕顯示出圖像，同時(shí)根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)及有關(guān)信息，進(jìn)行彈道預(yù)算，最后通過(guò)隨動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)火炮轉(zhuǎn)動(dòng)方位，調(diào)節(jié)俯仰角，實(shí)施射擊。它具有跟蹤精度高、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短和多目標(biāo)交戰(zhàn)的能力，完全能滿足現(xiàn)代海戰(zhàn)中同高速反艦?zāi)繕?biāo)作戰(zhàn)的要求。

下面將結(jié)合歐美及以色列等國(guó)開發(fā)的新型光電跟蹤與火控系統(tǒng)介紹此類系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)，探討其涉及的關(guān)鍵技術(shù)和未來(lái)的發(fā)展方向。

各國(guó)的新型光電跟蹤與火控系統(tǒng)

法國(guó)Najir MM Piros光電跟蹤儀

Najir系列光電跟蹤儀是由前馬特拉公司(現(xiàn)在的EADS系統(tǒng)和防御電子公司)于20世紀(jì)80年代開發(fā)的，先后發(fā)展有Najir Mk1，MK2，Najir 2000等型號(hào)，裝備法國(guó)、巴基斯坦、新加坡、摩洛哥等國(guó)戰(zhàn)艦。該系列跟蹤儀的最新型號(hào)——Najir MM Piros于2003年問(wèn)世。它是一種裝在甲板上的輕型指揮儀，控制單元包括與作戰(zhàn)管理系統(tǒng)、武器和視頻分布網(wǎng)絡(luò)接口的系統(tǒng)處理器和視頻跟蹤器。由圓柱形套筒保護(hù)著的陀螺穩(wěn)定傳感頭內(nèi)裝有1臺(tái)波長(zhǎng)3.2-4.2微米、分辨率384×288的三代熱像儀，1臺(tái)黑白晝用765×581 CCD電視攝像機(jī)(彩色為可選項(xiàng))和一臺(tái)1.54微米人眼安全激光測(cè)距機(jī)。Najir MM Piros專為兩種不同口徑的艦炮提供火控功能，只要配備彈道計(jì)算能力和主作戰(zhàn)管理系統(tǒng)操縱的操作員控制能力，就能構(gòu)成綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分。

法國(guó)VlGY 20光電指揮儀

VIGY系列光電指揮儀是法國(guó)Sagem公司安全和防御分部(現(xiàn)在與SNECMA公司合并為SAFRAN公司)的產(chǎn)品。早期型號(hào)包括VIGY 10，VIGY 10 Mk II以及VIGY 105型，這些系統(tǒng)目前仍在服役，主要用于反艦導(dǎo)彈自防御項(xiàng)目。該系列指揮儀的最新型號(hào)為VIGY 20，它是一種模塊化系統(tǒng)，其兩軸穩(wěn)定傳感頭內(nèi)可安裝兩臺(tái)熱像儀，例如波長(zhǎng)3～5微米，分辨率384×256的第三代MATIS微掃描凝視陣列或IRIS 8-12微米碲鎘汞CCD探測(cè)器。傳感頭內(nèi)還可裝一臺(tái)黑白電視，微光電視和一臺(tái)彩色電視以及一臺(tái)具有高或低脈沖重復(fù)頻率(PRF)的1.54微米人眼安全激光測(cè)距機(jī)。VIGY 20指揮儀于1998年首先被挪威訂購(gòu)，用于它的Hauk級(jí)巡邏快艇和四艘Nordkapp級(jí)海岸警衛(wèi)艦，后來(lái)用于新型“南森”級(jí)“宙斯盾”護(hù)衛(wèi)艦。

德國(guó)MSP 500光電多傳感器平臺(tái)

德國(guó)萊茵金屬防御電子公司的MSP 500光電多傳感器平臺(tái)目前已被德國(guó)海軍選用于其8艘F122和4艘F123護(hù)衛(wèi)艦的升級(jí)項(xiàng)目。這個(gè)系統(tǒng)最早由STN阿特拉斯電子公司和卡爾·蔡斯光電公司于1994年研制。在1995年和1997年對(duì)預(yù)生產(chǎn)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)后，德國(guó)海軍訂購(gòu)了該系統(tǒng)用于艦艇的改裝。在美國(guó)海軍2002年的試驗(yàn)中，MSP 500被安裝在洛。馬公司的“Sea Slice”高速快艇上支持“千年”艦炮系統(tǒng)的演示。MSP 500是輕型雙軸穩(wěn)定光電系統(tǒng)，可陸基(海岸監(jiān)視)和機(jī)載(直升機(jī))應(yīng)用，也可作為海上火控系統(tǒng)的一部分用于艦載。穩(wěn)定系統(tǒng)是具有粗，精控制的數(shù)字式系統(tǒng)。所采用的傳感器有熱像儀、晝用攝像機(jī)和激光測(cè)距機(jī)。既可以作為獨(dú)立的設(shè)備，也可以與其他設(shè)備集成。MSP 500傳感器套件包括1臺(tái)卡爾·蔡斯光電公司的二代Ophelia96×4熱像儀，1臺(tái)785×582像素的晝用CCD攝像機(jī)和1臺(tái)1.54微米人眼安全激光測(cè)距機(jī)。其中熱像儀采用工作在7.5～10.5微米波段的碲鎘汞探測(cè)器，為雙視場(chǎng)，在全CCIR格式下分辨率為576×756像素。

荷蘭“了望臺(tái)”(Mirador)系統(tǒng)

“了望臺(tái)”系統(tǒng)由1臺(tái)低剖面多傳感器指揮儀，1臺(tái)控制武器的處理機(jī)柜和1套控制臺(tái)組成。指揮儀的碳纖維外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)裝有晝夜監(jiān)視用的彩色電視和微光電視、固定焦距跟蹤黑白電視，雙視場(chǎng)“信天翁”3-5微米碲鎘汞焦平面陣列熱像儀(8～12微米熱像儀為可選項(xiàng))和1，54微米人眼安全激光測(cè)距機(jī)。據(jù)泰利斯荷蘭公司聲稱，了望臺(tái)可以跟蹤25千米以遠(yuǎn)的大面積目標(biāo)或戰(zhàn)斗機(jī)大小的飛機(jī)。它可以同時(shí)顯示兩臺(tái)攝像機(jī)的視頻，在一臺(tái)攝像機(jī)采用高倍率實(shí)施目標(biāo)分辨或火控功能的同時(shí)，另一臺(tái)利用廣角觀察方式了解戰(zhàn)況。

意大利“梅杜薩Mk4”光電火控系統(tǒng)

“梅度薩Mk4”由意大利Selex SI公司研制，該系統(tǒng)采用一種新型球形指揮儀，通常配備1臺(tái)CCD電視、1臺(tái)雙光學(xué)視場(chǎng)的3-5微米銻化銦焦平面陣列熱像儀和1臺(tái)1.54微米人眼安全激光測(cè)距機(jī)。用戶可以根據(jù)任務(wù)需求改變傳感器的配置。Mk4L用于監(jiān)視和跟蹤任務(wù)，Mk4N具有監(jiān)視和水面艦炮防空攔阻射擊能力，最后的型號(hào)是Mk4B，能提供監(jiān)視以及完全的水面和防空能力。該系統(tǒng)利用帶黑白監(jiān)視器，鍵盤和操縱桿的控制臺(tái)操縱。監(jiān)視器顯示電視，光電圖像，給出包含方位和高低，距離和速度、時(shí)間和地理位置的目標(biāo)數(shù)據(jù)。它可以作為獨(dú)立系統(tǒng)使用或集成到火控系統(tǒng)中，遙控中小口徑艦炮。

英國(guó)Radamec系統(tǒng)公司2500型指揮儀

2001年，英國(guó)Radamec防御系統(tǒng)公司(現(xiàn)在屬于Ultra電子公司)和AMS公司(現(xiàn)為Selex SI公司)被選中，為英國(guó)皇家海軍的45型“無(wú)畏”級(jí)驅(qū)逐艦提供艦炮光電火控系統(tǒng)(EOGCS)。該系統(tǒng)裝在甲板上的光電指揮儀(EOD)位于指揮塔上方的兩側(cè)，是以Radamec系統(tǒng)公司的2500型為基礎(chǔ)研制的。

2500型指揮儀擁有多個(gè)隱身小平面外形設(shè)計(jì)和先進(jìn)的處理器，用于在防空、艦對(duì)艦和海岸打擊等任務(wù)模式下指揮中小口徑的艦炮作戰(zhàn)。它可以控制DS30BREMSIG 30毫米加農(nóng)炮和Mk 8 Mod 1型105毫米口徑主艦炮。EOGCS的傳感器包括3-5微米碲鎘汞640×480高分辨率焦平面陣列熱像儀，具有10倍光學(xué)變焦和4倍數(shù)字變焦的Radamec 206-004型彩色電視和Ranger 600人眼安全激光測(cè)距機(jī)。

據(jù)Ultra公司稱，2500型指揮儀可以同時(shí)跟蹤5個(gè)目標(biāo)，并對(duì)其中之一進(jìn)行打擊。據(jù)稱對(duì)高性能作戰(zhàn)飛機(jī)的探測(cè)距離在10-30千米。該系統(tǒng)可以通過(guò)任一作戰(zhàn)系統(tǒng)多功能控制臺(tái)(MFC)或該公司的專用控制臺(tái)進(jìn)行控制。除了應(yīng)用于英國(guó)外，2500型指揮儀還服役于澳大利亞皇家海軍的“阿德萊德”級(jí)護(hù)衛(wèi)艦，文萊皇家海軍的“文萊”級(jí)近岸巡邏艇和Waspada級(jí)快

速攻擊艇以及兩艘銷往羅馬尼亞的前RN22型護(hù)衛(wèi)艦。

美國(guó)Mk 46光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(OSS)

Mk 46光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(OSS)由美國(guó)Kollmorgen公司研制，其最新型號(hào)Mk 46Mod 1已經(jīng)被集成到Mk 34艦炮的火控系統(tǒng)中，用于攻擊水面目標(biāo)。該系統(tǒng)于2001年3月配備美國(guó)的“阿利·伯克”FlightIIA級(jí)驅(qū)逐艦“溫斯頓·丘吉爾”號(hào)，此后為美國(guó)海軍共配備了60多套Mk46系統(tǒng)，除“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦外，該系統(tǒng)還裝備“圣安東尼奧”兩棲攻擊艦，以及作為深水項(xiàng)目的一部分，裝備新型國(guó)家安全快艇WMSL750。此外該系統(tǒng)還作為對(duì)外軍售裝備，銷往日本。

Mk46光電監(jiān)視和艦炮控制系統(tǒng)采用一個(gè)兩軸陀螺穩(wěn)定傳感器平臺(tái)。Mod O傳感器組件包括1臺(tái)CCD電視攝像機(jī)和1臺(tái)Kollmo rgen8-12微米微型前視紅外熱像儀。Modl傳感器組件則增加了一臺(tái)人眼安全激光測(cè)距機(jī)，而Mod0型所使用的CCD電視攝像和微型前視紅外系統(tǒng)已經(jīng)分別被高分辨率彩色電視攝像機(jī)和L-3辛辛那提電子公司的“黑夜征服者ll”型3-5微米640×512焦平面陣列熱像儀所替代。在甲板下，為操作員裝備了AN／UYQ70標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)。其它改進(jìn)包括升級(jí)型方位馬達(dá)、新型自動(dòng)跟蹤器和增添自動(dòng)操作模式。Mk46 Mod 1有四種模式搜索／監(jiān)視，導(dǎo)航、武器隨動(dòng)和指揮儀隨動(dòng)。它將方位、俯仰和距離數(shù)據(jù)饋送到Mk 34炮擊控制系統(tǒng)，用以攻擊水面和空中目標(biāo)。

以色列TOPLITE光電系統(tǒng)

以色列RafaeI武器研制局基于其Litening機(jī)載導(dǎo)航和目標(biāo)瞄準(zhǔn)吊艙開發(fā)了Toplite穩(wěn)定的多傳感器光電目標(biāo)瞄準(zhǔn)和觀察負(fù)載，可海軍和機(jī)載應(yīng)用。它采用四軸萬(wàn)向架安裝座，可按用戶的需要配置多種傳感器。這些傳感器包括1臺(tái)三視場(chǎng)的三代3-5微米焦平面陣列(可以是320×240或640×480格式)熱像儀，1臺(tái)8-12微米焦平面陣列熱像儀、1臺(tái)黑白或彩色CCDTV、1臺(tái)人眼安全激光測(cè)距機(jī)、1臺(tái)激光指示器或雙波段激光標(biāo)示器。Toplite還可以與Rafael公司和美國(guó)通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司聯(lián)合生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制“臺(tái)風(fēng)”艦炮(口徑20～30毫米)座集成。這兩種系統(tǒng)都銷售到包括澳大利亞皇家海軍(裝備新型“阿米德?tīng)枴奔?jí)巡邏艇)和美國(guó)海軍在內(nèi)的許多用戶。

關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)發(fā)展方向

隨著光電技術(shù)的發(fā)展和軍事戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的需求，光電跟蹤和火控系統(tǒng)還會(huì)不斷發(fā)展，就目前發(fā)展的情況，光電跟蹤與火控系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將表現(xiàn)在如下幾方面：

3-5微米熱像儀的使用

縱觀上述各國(guó)的先進(jìn)光電跟蹤儀，可以發(fā)現(xiàn)大部分系統(tǒng)采用3～5微米熱像儀。目前認(rèn)為，在炎熱和潮濕環(huán)境下，3～5微米紅外熱像儀比8～12微米熱像儀更適用。曾有試驗(yàn)證明，3～5微米紅外熱像儀在炎熱和潮濕環(huán)境下可提供更高的分辨率和更遠(yuǎn)的探測(cè)距離。

焦平面陣列熱像儀的使用增多

上世紀(jì)90年代以來(lái)，一些光電跟蹤儀開始使用第二代紅外焦平面陣列熱像儀。與第一代紅外熱像儀相比，紅外焦平面陣列熱像儀具有更高的探測(cè)和分辨力，采用了小型致冷器，顯著提高系統(tǒng)的探測(cè)距離并減少體積和重量。

非致冷熱像儀初步應(yīng)用

非致冷紅外熱像儀由于不用致冷器，可大大減少光電跟蹤儀的重量、體積，并降低其成本，因而極具應(yīng)用潛力。但由于性能等方面的原因，過(guò)去主要應(yīng)用在近距離的陸軍輕武器上，隨著性能的進(jìn)一步提高，非致冷紅外熱像儀在未來(lái)有可能廣泛應(yīng)用于艦載光電系統(tǒng)。

目視安全激光測(cè)距儀的推廣使用

過(guò)去，海軍光電系統(tǒng)都采用工作波長(zhǎng)為1.06微米的摻釹釔鋁石榴石激光測(cè)距儀。但是，該頻率的激光會(huì)對(duì)人眼造成嚴(yán)重傷害，因此軍方一直呼吁使用目視安全激光測(cè)距儀。上世紀(jì)90年代以來(lái)，歐美一些國(guó)家已研制成功符合艦船應(yīng)用要求的目視安全型激光測(cè)距儀，已部分投入使用。2000年后服役的艦船光電跟蹤儀和光電桅桿均要求裝備目視安全激光測(cè)距儀。目前，目視安全激光測(cè)距儀已在艦船光電系統(tǒng)中推廣使用，并成為艦船光電系統(tǒng)中的典型傳感器之一。

傳感器圖像融合技術(shù)

圖像融合作為一種新技術(shù)將越來(lái)越多地用于海軍光電系統(tǒng)中。圖像融合是對(duì)來(lái)自各傳感器的圖像信息進(jìn)行綜合處理，融合后得到的信息量將多于單獨(dú)處理各個(gè)傳感器圖像所提供的信息量。在艦船光電系統(tǒng)中將考慮幾種圖像融合方式：中波紅外和長(zhǎng)波紅外的融合可抑制太陽(yáng)光強(qiáng)度便于提取真實(shí)目標(biāo)信號(hào)；可見(jiàn)光與長(zhǎng)波紅外的融合可有助于吸收兩個(gè)圖像的最好部分；可見(jiàn)光與中波紅外的融合可在炎熱潮濕地帶提高探測(cè)距離。