薛 丹

（洪都航空工業(yè)集團(tuán),南昌 330024）

0 引 言

由于航空偵察具有時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高、偵察范圍廣、機(jī)動(dòng)靈活、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，既可克服地面?zhèn)刹焓艿厍蚯屎偷匦握系K物對(duì)視線的限制和較強(qiáng)的危險(xiǎn)性，又可彌補(bǔ)衛(wèi)星偵察的細(xì)節(jié)和時(shí)效不足，所以目前它仍是獲取戰(zhàn)術(shù)情報(bào)的基本、有效的手段。

航空偵察以光電傳感器為主，如各種膠片相機(jī)、實(shí)時(shí)傳輸相機(jī)、可見(jiàn)光與紅外相機(jī)、激光器等。這些機(jī)載集成的傳感器被裝在可以自由運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)里，就構(gòu)成了機(jī)載光電偵察平臺(tái)。在飛行器的頭部或下部，我們常常可以看到一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的凸出物體，它就是飛行器觀察周圍情況、獲取圖像的“眼睛”——機(jī)載光電偵察平臺(tái)。

通過(guò)機(jī)載光電偵察平臺(tái)可以執(zhí)行多種軍事任務(wù)，主要包括照相偵察、撒傳單、信號(hào)情報(bào)收集、撒布雷達(dá)干擾箔條、防空火力誘餌、防空陣地位置標(biāo)識(shí)、直升機(jī)航路偵察、為武器系統(tǒng)提供目標(biāo)定位和目標(biāo)指示、目標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)視和目標(biāo)毀傷評(píng)估的實(shí)時(shí)情報(bào)等。近年來(lái),在商用救助、災(zāi)情防救、邊防稽私等方面也有其重要作用。在此僅對(duì)光電偵察平臺(tái)的相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展進(jìn)行討論。

1 光電偵察平臺(tái)的發(fā)展概況

航空偵察起源于18世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)用氣球進(jìn)行目視偵察。19世紀(jì)50年代開(kāi)始出現(xiàn)了航空照相，當(dāng)時(shí)人們?cè)噲D用風(fēng)箏、氣球（1858年）將照相機(jī)帶到空中對(duì)地面拍攝，繪制地形圖，這也成為機(jī)載平臺(tái)最早的雛形。1911年底至1912年初，意大利首先用飛機(jī)進(jìn)行了目視和照相偵察。1915年末開(kāi)始有專用的航空攝影機(jī)用于航空偵察。在一戰(zhàn)中期，戰(zhàn)爭(zhēng)情況發(fā)生了很大變化，作戰(zhàn)縱深增大了，軍隊(duì)的技術(shù)裝備有了很大改進(jìn)，雙方對(duì)重要的軍事目標(biāo)也都采用了偽裝措施。這時(shí)，地面?zhèn)刹旌涂罩心恳晜刹煲巡荒軡M足需要，于是空中照相偵察被提到了重要的地位，飛機(jī)逐漸成為航空偵察的主要工具。在第二次世界大戰(zhàn)中，主要交戰(zhàn)國(guó)以飛機(jī)照相偵察為主，航空相機(jī)成為機(jī)載平臺(tái)的一種。第二次世界大戰(zhàn)以后，航空相機(jī)這種機(jī)載平臺(tái)雖然有它非常重要的軍事價(jià)值，但是由于其不能實(shí)時(shí)判讀，不能滿足戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性的要求，人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)新型的機(jī)載光電偵察平臺(tái)，其目的是可以實(shí)時(shí)地提供戰(zhàn)場(chǎng)情況給指揮員，從而根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況做出新的判斷。

隨著遙感等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是微電子學(xué)的發(fā)展，無(wú)人偵察機(jī)的研制呈現(xiàn)出新高潮，并成為世界各國(guó)軍備競(jìng)賽的新熱點(diǎn)，其中的主要偵察設(shè)備光電偵察平臺(tái)的研制也日益受到重視。光電偵察平臺(tái)是近十年來(lái)發(fā)展極為迅速的一種新型實(shí)時(shí)圖像偵察設(shè)備，已經(jīng)由單一的光學(xué)照相向多光譜照相、紅外成像、微波成像和可見(jiàn)光成像等多方面延伸。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用類型的光電偵察平臺(tái)[1]：

1）單載荷光電偵察平臺(tái)

機(jī)載單載荷光電偵察平臺(tái)，由于受到體積、重量、成本和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)需要等方面的限制，只能裝載一種傳感器，如C C D電視、前視紅外等。這類光電偵察平臺(tái)的特點(diǎn)是小型化，主要用于無(wú)人機(jī)。隨著無(wú)人機(jī)用于實(shí)戰(zhàn)，單載荷光電偵察平臺(tái)得到了快速的發(fā)展。無(wú)人機(jī)具有體積小、雷達(dá)反射截面小、造價(jià)低和不必考慮人員安全等特點(diǎn)，非常適合于戰(zhàn)場(chǎng)偵察。目前，雖然單載荷光電偵察平臺(tái)的用途受到限制，但仍然有著不可低估的作用。隨著新型材料的出現(xiàn)及技術(shù)的不斷進(jìn)步，單載荷光電偵察平臺(tái)已經(jīng)發(fā)展到超小型、載荷快速插拔、快速互換，不僅能傳回視頻圖像，還能完成跟蹤的功能，達(dá)到輕便、易維修、更容易投入戰(zhàn)場(chǎng)使用的目的。

2）雙載荷光電偵察平臺(tái)

單載荷光電偵察平臺(tái)因?yàn)橹荒茉诎滋旎蛘咭归g工作，不能實(shí)現(xiàn)全天候的使用要求，從而出現(xiàn)了雙載荷光電偵察平臺(tái)。它既可以在白天工作，也可以夜間使用，不用更換任務(wù)載荷，極大地提高了使用效率。目前，機(jī)載雙載荷光電偵察平臺(tái)通常有2種結(jié)構(gòu)形式：兩框架兩軸結(jié)構(gòu)和四框架四軸結(jié)構(gòu)。后者由于能夠有效隔離風(fēng)阻對(duì)任務(wù)載荷的影響，所以穩(wěn)定精度要比前者高很多，更利于偵察與跟蹤。THALES公司的EOTS-31雙載荷光電偵察平臺(tái)采用了四框架兩軸的結(jié)構(gòu)形式，任務(wù)載荷為CCD電視和前視紅外。雙載荷光電偵察平臺(tái)因其體積和重量相對(duì)較小，能夠晝夜工作，目前已在中輕型無(wú)人機(jī)及直升機(jī)上得到廣泛使用。

3）多傳感器光電偵察平臺(tái)

在過(guò)去20年中，技術(shù)和工業(yè)上的飛速進(jìn)步催生出一系列體積小、重量輕、功耗低的高性能集成機(jī)載傳感器，使機(jī)載光電偵察平臺(tái)獲得飛速發(fā)展。先進(jìn)的探測(cè)器材料、大型焦平面陣列、傳動(dòng)裝置、組裝工藝、讀出技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)壓縮、聯(lián)網(wǎng)、信息安全等相關(guān)技術(shù)日新月異，再加上生產(chǎn)能力的提高，使得機(jī)載光電偵察平臺(tái)多載荷集成成為現(xiàn)實(shí)，可以在同一平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光、前視紅外、激光指示、激光測(cè)距等多種功能。

美國(guó)、以色列、加拿大、南非、法國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、意大利等國(guó)都己研制出多種型號(hào)產(chǎn)品裝備部隊(duì)。如以色列的ESP-600C型無(wú)人機(jī)載光電偵察平臺(tái)，采用三框架兩軸穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式，方位轉(zhuǎn)動(dòng)范圍無(wú)限(360°x n)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)范圍+10°～ -110°，最大角速度50°/S，最大角加速度 60°/S2，視軸穩(wěn)定精度為15μrad。又如以色列的MOSP型無(wú)人機(jī)載光電偵察平臺(tái)，采用四框架兩軸穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式，方位轉(zhuǎn)動(dòng)范圍無(wú)限(360°x n)，俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)范圍+15°～ -110°，最大角速度30°/S，視軸穩(wěn)定精度為25μrad。上述兩種光電偵察平臺(tái)分別代表了各自框架結(jié)構(gòu)形式的無(wú)人機(jī)載光電偵察平臺(tái)的國(guó)際先進(jìn)水平。表1和表2分別為國(guó)外和國(guó)內(nèi)幾種型號(hào)航空光電偵察平臺(tái)的主要性能。

從表1可以看出,平臺(tái)的有效載荷一般都有可見(jiàn)和紅外探測(cè)器,以保證全天時(shí)工作。配上電視跟蹤器和激光測(cè)距儀,又可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和定位的功能。平臺(tái)的框架形式二框架二軸穩(wěn)定、三框架三軸穩(wěn)定、四框架兩軸穩(wěn)定等,依據(jù)穩(wěn)定精度、搜索范圍的要求而定。為了保證良好的飛機(jī)氣動(dòng)特性,造型多為球柱,外形美觀、質(zhì)量輕、功能全、結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、通用性強(qiáng)、穩(wěn)定精度高。

國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)載光電偵察平臺(tái)的研制起步較晚，90年代初開(kāi)始研制無(wú)人機(jī)載電視偵察平臺(tái)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)航空光電偵察平臺(tái)也有較大發(fā)展,無(wú)論在平臺(tái)質(zhì)量,還是有效載荷、穩(wěn)定精度方面都取得較大進(jìn)步。國(guó)內(nèi)航空光電偵察平臺(tái)的研制情況如表2所示。

從表1和表2可以看出,國(guó)內(nèi)在航空光電偵察平臺(tái)研制方面與國(guó)外相比還有較大差距,尤其在體積和質(zhì)量方面,其原因主要在于框架形式、材料以及其材料,以及光學(xué)結(jié)構(gòu)的小型化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平存在較大差距。

表1 國(guó)外航空光電偵察平臺(tái)的參數(shù)

表2 國(guó)內(nèi)航空光電偵察平臺(tái)的參數(shù)

2 光電偵察平臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)，偵察監(jiān)視仍然是無(wú)人機(jī)的主要任務(wù)，因此光電偵察平臺(tái)仍將在無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)應(yīng)用中扮演重要角色。隨著許多關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破，各種設(shè)計(jì)成本合理、通用性強(qiáng)、模塊化、小型化的光電偵察監(jiān)視載荷將成為發(fā)展的主流[2]。

1)隨著航空偵察朝著空間的立體化、情報(bào)信息的實(shí)時(shí)化、手段的多樣化、偵察與打擊一體化，提高裝備生存能力方向發(fā)展，要求光電偵察平臺(tái)技術(shù)先進(jìn)、手段多樣、空間廣延、時(shí)間連續(xù)、信息傳遞快速。因此機(jī)載光電偵察平臺(tái)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜化和多樣化，而四框架兩軸平臺(tái)因?yàn)槠浔姸嗟膬?yōu)點(diǎn)，必然會(huì)越來(lái)越受到青睞，有著廣闊的發(fā)展空間。

2)機(jī)載光電偵察平臺(tái)系統(tǒng)數(shù)字化。機(jī)載光電偵察平臺(tái)系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，才能加強(qiáng)系統(tǒng)的功能和有效性。數(shù)字化偵察圖像具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):

（1）圖像增強(qiáng)。通過(guò)數(shù)字化對(duì)比度處理，使圖像清晰度更好。

（2）辨認(rèn)和抽取感興趣的區(qū)域?？蓪?chǎng)景以多種視角和尺寸顯示出來(lái)，數(shù)字工具能夠測(cè)算感興趣的目標(biāo)。

（3）采用數(shù)據(jù)壓縮和錯(cuò)誤校正編碼，便于圖像分析。目前CCD相機(jī)、紅外熱成像和激光測(cè)距機(jī)等技術(shù)已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

3）穩(wěn)像技術(shù)向著更精確、更靈活、體積小以及價(jià)格低、能耗小、易于操作的方向發(fā)展。

4）任務(wù)載荷的“即插即用”技術(shù)。無(wú)人機(jī)技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜，其價(jià)格也正在攀升，用戶也要求無(wú)人機(jī)提供多種任務(wù)能力，因此模塊式任務(wù)載荷的概念正在得到越來(lái)越多的關(guān)注，它可以使無(wú)人機(jī)上的單個(gè)或多個(gè)傳感器根據(jù)每項(xiàng)任務(wù)或一系列任務(wù)的需要進(jìn)行改變。

5）發(fā)展多光譜和超光譜成像技術(shù)。普通的光電成像器件在探測(cè)目標(biāo)時(shí)，主要依靠圖像對(duì)比度和空間分辨率來(lái)區(qū)別目標(biāo)與背景。而光譜成像傳感器以目標(biāo)與背景的固有光譜為基礎(chǔ)，在不同的波段上辨別各種目標(biāo)，提高系統(tǒng)的反偽裝、反隱蔽和反欺詐能力。光譜分辨率為0.01的超光譜成像系統(tǒng)可在幾百個(gè)頻帶上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行超高分辨率或超精細(xì)觀察，最佳用途是對(duì)照自然背景發(fā)現(xiàn)人工制造的目標(biāo)。這種觀察設(shè)備工作的波段為0.4～1.5μm，能區(qū)分綠色帆布或坦克上的偽裝涂料顏色。光譜分辨率為0.001的極光譜系統(tǒng)能在上千個(gè)頻帶上觀察和記錄目標(biāo)，其光譜測(cè)量范圍為中紅外至遠(yuǎn)紅外，主要用于分析類似氣體的物質(zhì)，特別適合用來(lái)探測(cè)分析煙縷的成分或空氣中是否存在神經(jīng)性毒劑等。

美軍《2005～2310無(wú)人飛行器系統(tǒng)路線圖》中明確提出將100譜帶的超光譜成像傳感器作為2010～2015年無(wú)人機(jī)具備的能力，而2020～2030年將使用1 000譜帶的超光譜成像設(shè)備[3]。這兩種成像傳感器已在飛機(jī)和衛(wèi)星上使用，現(xiàn)正在“全球鷹”和“捕食者”無(wú)人機(jī)上進(jìn)行裝備試驗(yàn)。美國(guó)的民用和商用領(lǐng)域已經(jīng)對(duì)多光譜/超光譜成像的研究建立了 “現(xiàn)象庫(kù)”，這將大大簡(jiǎn)化這類傳感器應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的難度。

6）研發(fā)微型無(wú)人機(jī)光電傳感器技術(shù)。微型無(wú)人機(jī)可由士兵攜帶，能完成常規(guī)偵察手段難以實(shí)現(xiàn)的近距離低空偵查監(jiān)視以及對(duì)隱蔽處和有障礙的細(xì)節(jié)目標(biāo)的探測(cè)，具有其它偵察設(shè)備無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。美軍已將開(kāi)發(fā)微型無(wú)人機(jī)光電傳感器技術(shù)列為微型無(wú)人機(jī)發(fā)展的重要戰(zhàn)略內(nèi)容。Raytheon公司已經(jīng)開(kāi)始研制第四代前視紅外技術(shù)（靈巧焦平面陣列技術(shù)），計(jì)劃將其用于微型無(wú)人機(jī)。它采用碲鎘汞傳感器和先進(jìn)的信號(hào)處理融合技術(shù)，可以覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光波段和近、中、遠(yuǎn)紅外波段，體積小，質(zhì)量輕，探測(cè)能力強(qiáng)，可能會(huì)成為近距、低成本的成像偵察設(shè)備的首選[1]。

3 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)人機(jī)光電系統(tǒng)在實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中取得的成功使得它成為現(xiàn)代部隊(duì)裝備中最具有前途的技術(shù)之一。為了支持高精度的偵察、瞄準(zhǔn)和打擊任務(wù)，無(wú)人機(jī)上將集成大量的光電系統(tǒng)。由于市場(chǎng)的牽引，國(guó)外近年在光電偵察平臺(tái)技術(shù)發(fā)展很快,向著平臺(tái)質(zhì)量更輕、傳感器更多更小、穩(wěn)定精度更高的方向發(fā)展。

[1]楊英.無(wú)人機(jī)的偵查、監(jiān)視用有效載荷現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向[J].飛航導(dǎo)彈，2007.

[2]賀作豪.無(wú)人機(jī)任務(wù)載荷發(fā)展趨勢(shì)（上）（下）[J].無(wú)人機(jī)，2003.

[3]邵福才.美軍無(wú)人機(jī)發(fā)展情況綜述 [J].外軍信息戰(zhàn)，2006.