近年來(lái)，由于戰(zhàn)爭(zhēng)需求的牽引和技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，無(wú)人機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭尤為迅猛，并在幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中被廣泛應(yīng)用于執(zhí)行空中偵察、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估等任務(wù)。特別是隨著當(dāng)前恐怖襲擊事件數(shù)量的攀升，軍方迫切需要無(wú)人機(jī)具備在苛刻環(huán)境下對(duì)廣闊區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間晝夜高精度監(jiān)視的能力。但是，當(dāng)前無(wú)人機(jī)上通常裝備的光電傳感器覆蓋范圍窄、分辨率低。因此，美國(guó)以及一些歐洲國(guó)家開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)并積極裝備新的無(wú)人機(jī)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)，這種新的系統(tǒng)不僅具有更大的覆蓋范圍，而且還具有很高的分辨率，使其能夠在更大的作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)及時(shí)靈活地為戰(zhàn)役指揮決策和戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)提供情報(bào)支持。

國(guó)外機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用

無(wú)人機(jī)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)通常由以下3部分組成：高分辨率成像子系統(tǒng)、圖像/信號(hào)處理子系統(tǒng)（機(jī)載或地面）、通信/分發(fā)子系統(tǒng)。其中，高分辨率成像系統(tǒng)通常采用可見(jiàn)光和/或紅外傳感器。為了兼顧大視場(chǎng)和高分辨率，現(xiàn)有的機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)普遍采用的是多個(gè)傳感器組合的方式，結(jié)合圖像/處理子系統(tǒng)不僅可以提供時(shí)概略的全景圖像或視頻，而且還可以提供局部的詳細(xì)信息。這些圖像或視頻信息通過(guò)通信/分發(fā)子系統(tǒng)可以傳送給相應(yīng)的作戰(zhàn)單位和人員，為作戰(zhàn)提供支持。

從2007年前后開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防預(yù)研局（DARPA）以及空軍、陸軍開(kāi)始積極推動(dòng)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展。目前，最具有代表性的產(chǎn)品有以下3種：自動(dòng)實(shí)時(shí)地面全覆蓋成像監(jiān)視系統(tǒng)（ARGUSIS）、自動(dòng)實(shí)時(shí)地面全覆蓋紅外監(jiān)視系統(tǒng)（ARGUS-IR）、“女怪凝視”系統(tǒng)，這些產(chǎn)品均已在無(wú)人機(jī)、直升機(jī)上進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。美國(guó)軍方?jīng)]有透露前兩種系統(tǒng)的裝備情況，而后一種已經(jīng)實(shí)際裝備在“死神”無(wú)人機(jī)上。同時(shí)，DARPA還在積極開(kāi)發(fā)適合于機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)用的高分辨率攝像機(jī)。

ARGUS-IS

2007年，DARPA啟動(dòng)ARGUS-IS研制計(jì)劃，旨在為A160T“蜂鳥(niǎo)”（Humming bird）無(wú)人直升機(jī)提供持久監(jiān)視有效載荷，用于探測(cè)、定位、跟蹤和監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)上和城區(qū)中的目標(biāo)和事件。ARGUS-IS系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)組成：15幀/s的18億像素的晝用攝像機(jī)，每秒可提供270億像素的視頻圖像；機(jī)載處理器，每秒可運(yùn)行1012次；地面處理系統(tǒng)，用于記錄、顯示機(jī)載處理器傳送信息。高分辨率攝像機(jī)安裝在一個(gè)6軸穩(wěn)定的萬(wàn)向架上，配有4個(gè)伸縮式光學(xué)系統(tǒng)，每個(gè)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)92個(gè)500萬(wàn)像素的探測(cè)器（類似于手機(jī)用的攝像頭）?？偣?68光電探測(cè)器集成在一起的總像素?cái)?shù)達(dá)到了18.4億。整個(gè)系統(tǒng)的視場(chǎng)為60°（一般光電攝像機(jī)的窄視場(chǎng)只有幾度），其覆蓋范圍達(dá)到了9.6km×9.6km，分辨率約為0.30m。幀頻為12～15幀/s，數(shù)據(jù)傳輸率為424Gb/s。ARGUS-IS可以從5334m的高空探測(cè)出地面行人所用的手機(jī)型號(hào)。

ARGUS-IS最少擁有65個(gè)獨(dú)立視頻窗口，并且這些視頻窗口最終將用于實(shí)時(shí)移動(dòng)目標(biāo)指示，使用戶可以跟蹤傳感器整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)的車輛。2009年10月，項(xiàng)目的主承包商——BAE系統(tǒng)公司將ARGUS-IS安裝到美國(guó)陸軍“黑鷹”（Black Hawk）直升機(jī)上進(jìn)行首次飛行試驗(yàn)，成功驗(yàn)證了該系統(tǒng)的對(duì)車輛和士兵進(jìn)行多視頻窗口不間斷區(qū)域監(jiān)視和跟蹤的能力。2012年，ARGUS-IS集成到A160T“蜂鳥(niǎo)”無(wú)人直升機(jī)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)和演示。

ARGUS-IR系統(tǒng)

2 010年9月，DA R PA開(kāi)始研究ARGUS-IR系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)一種能夠安裝在無(wú)人機(jī)上的紅外機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)，以滿足夜間進(jìn)行持續(xù)、大范圍、高分辨率監(jiān)視的需求。DARPA對(duì)ARGUS-IR系統(tǒng)的功能和定位與ARGUS-IS類似，用于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)及城區(qū)目標(biāo)和事件進(jìn)行大范圍的、實(shí)時(shí)的、高分辨率探測(cè)、定位、跟蹤和監(jiān)視，其幀速和分辨率足以探測(cè)和跟蹤夜晚城市中的行人。兩者之間最大的差異在于ARGUS-IR系統(tǒng)要能夠24h晝夜工作，且必須適合安裝到“捕食者”或其他更小的無(wú)人機(jī)上。

ARGUS-IR系統(tǒng)由寬視場(chǎng)紅外傳感器系統(tǒng)和傳感器處理系統(tǒng)組成。寬視場(chǎng)紅外傳感器系統(tǒng)工作在長(zhǎng)波紅外和中波紅外波段，其最低分辨率必須達(dá)到20萬(wàn)像素，在項(xiàng)目第三階段升級(jí)到60萬(wàn)像素；傳感器的重量必須低于181kg，功耗必須低于1kW。傳感器處理系統(tǒng)必須能夠處理來(lái)自于紅外焦平面陣列的2億像素，并且具有以下2種基本的工作模式：視頻開(kāi)窗和移動(dòng)目標(biāo)指示。系統(tǒng)可直接進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的處理，并能夠以最低5幀/s的速度為遙控操作員傳送命令和數(shù)據(jù)。操作員能夠控制最少65個(gè)獨(dú)立的、可控制的視頻流。ARGUS-IR項(xiàng)目為期32個(gè)月，共分為8個(gè)階段。系統(tǒng)的主承包商仍然是BAE系統(tǒng)公司，將負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造和測(cè)試ARGUS-IR機(jī)載處理器子系統(tǒng)（APS），并將其與高分辨率紅外傳感器子系統(tǒng)相集成。該項(xiàng)目首先要解決與各種無(wú)人機(jī)之間的兼容性問(wèn)題，同時(shí)還要考慮與原有ARGUS-IS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合問(wèn)題，從而更好地實(shí)現(xiàn)全天候廣域監(jiān)視。

“女怪凝視”機(jī)載持久廣域監(jiān)視系統(tǒng)

除DARPA外，美國(guó)空軍、陸軍和海軍路戰(zhàn)隊(duì)都對(duì)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)表現(xiàn)出了濃厚的興趣。2008年，美國(guó)空軍啟動(dòng)了名為“女怪凝視”機(jī)載持久廣域監(jiān)視系統(tǒng)（WAAS）研制計(jì)劃，并于2010年裝備MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)，作為現(xiàn)有MTS-B系統(tǒng)的補(bǔ)充，跟蹤后者視場(chǎng)外的目標(biāo)?！芭帜暋毕到y(tǒng)由內(nèi)華達(dá)山脈公司（Sierra Nevada）研制，能夠連續(xù)以凝視的方式對(duì)廣域（城市大?。┻M(jìn)行監(jiān)視。整個(gè)系統(tǒng)由傳感器轉(zhuǎn)塔、聯(lián)網(wǎng)的圖像/視頻分發(fā)系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（地面站）組成，重量為454kg。傳感器采集的整體或局部區(qū)域的圖像或視頻信息可以傳送給地面不同的用戶，如裝備手持式OSRVT或ROVER系統(tǒng)的地面部隊(duì)或地面站。系統(tǒng)還采用了基于云的內(nèi)容管理系統(tǒng)進(jìn)行地理數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)。

“女怪凝視”系統(tǒng)可以為前方戰(zhàn)術(shù)區(qū)域的情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）行動(dòng)進(jìn)行專門(mén)定制，能夠同時(shí)為承擔(dān)不同任務(wù)的用戶提供不同類型的視頻信息。這些信息的內(nèi)容可以分為3種：概略式的全景式信息；中等分辨率的局部區(qū)域信息；最高分辨率的更小區(qū)域的信息。這些不同類型的信息不僅可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的區(qū)域監(jiān)視，而且還可以滿足實(shí)時(shí)的戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)需求?；?0天的任務(wù)數(shù)據(jù)文檔還可以用于對(duì)行動(dòng)方式以及后期活動(dòng)進(jìn)行辨析和預(yù)測(cè)。

2014年5月，負(fù)責(zé)提供傳感器轉(zhuǎn)塔的埃克斯利斯公司（Exelis，隸屬于ITT公司）獲得合同，為“女怪凝視”項(xiàng)目再提供5個(gè)紅外傳感器。此前，該公司已經(jīng)為“女怪凝視”項(xiàng)目提供了6套光電/紅外系統(tǒng)以及6套只有紅外的系統(tǒng)。光電/紅外系統(tǒng)工作時(shí)間累計(jì)已經(jīng)超過(guò)10000h。“女怪凝視”系統(tǒng)此前已經(jīng)完成了一次升級(jí)，新的傳感器轉(zhuǎn)塔集成了5個(gè)晝用黑白光電攝像機(jī)和4個(gè)熱像儀，覆蓋范圍為4km×4km，新的紅外系統(tǒng)將把覆蓋范圍提高到8km×8km。傳感器能夠以12次/s的頻率從多個(gè)視角采集同一區(qū)域的圖像，并將其組合成一幅完整的圖像，并將其傳送給地面站。與以前型號(hào)相比，新的傳感器不僅將覆蓋范圍提高了4倍，而且分辨率也更高，能夠?yàn)樽鲬?zhàn)人員提供更多細(xì)節(jié)的數(shù)據(jù)，從而有助于更快地做出關(guān)鍵決策。一直以來(lái)，美國(guó)空軍都在尋求擴(kuò)大這種廣域監(jiān)視系統(tǒng)的覆蓋范圍，并曾經(jīng)考慮在其中集成ARGUS-IS系統(tǒng)，從而把覆蓋范圍擴(kuò)大到10km×10km。

美國(guó)陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)

美國(guó)陸軍也在積極開(kāi)發(fā)和引進(jìn)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)的跟蹤和識(shí)別能力。陸軍已經(jīng)裝備了名為“恒鷹”的機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)，同時(shí)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)裝備了“恒鷹”的升級(jí)版——“天使之火”系統(tǒng)。2010年，美國(guó)陸軍圍繞傳感器融合技術(shù)、廣域搜索傳感器（WAS）技術(shù)和一項(xiàng)名為T(mén)riclops的多傳感器技術(shù)進(jìn)行了新型無(wú)人機(jī)傳感器融合技術(shù)的原理驗(yàn)證。這種技術(shù)有望通過(guò)戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略傳感器的融合減少無(wú)人機(jī)的使用數(shù)量，降低使用成本。所有傳感器有效載荷將補(bǔ)充和提高陸軍的全面空中ISR概念，并將持續(xù)發(fā)展應(yīng)對(duì)敵軍不斷變化的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)。

高分辨率光電有效載荷的發(fā)展

作為機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的核心，高分辨率光電有效載荷的發(fā)展也受到軍方和工業(yè)界的重視。2012年2月，美國(guó)計(jì)劃啟動(dòng)圖像重構(gòu)及利用先進(jìn)寬視場(chǎng)架構(gòu)（Advanced Wide Field of View Architectures for Image Reconstruction and Exploitation， AWARE）項(xiàng)目，旨在利用新的方法開(kāi)發(fā)能夠克服當(dāng)前攝像機(jī)尺寸、視場(chǎng)、像素和波長(zhǎng)限制的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高分辨率、大視場(chǎng)、多波段、寬波段多功能攝像機(jī)技術(shù)，從而在更遠(yuǎn)的距離對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別和辨別，提升惡劣條件下的環(huán)境感知能力。該項(xiàng)目的一項(xiàng)重要工作是由杜克大學(xué)開(kāi)發(fā)一種十億像素級(jí)晝用攝像機(jī)。最后開(kāi)發(fā)出的AWARE 10系統(tǒng)的角分辨率為25mrad，在視場(chǎng)角100°的場(chǎng)景下分辨率超出人眼分辨能力10倍。AWARE 10演示了以光學(xué)極限分辨率成像的可行性，為了獲取場(chǎng)景的完整信息，需要攝像機(jī)的工作幀頻超過(guò)10000幀/s，色彩種類超過(guò)100，對(duì)焦范圍數(shù)量超過(guò)10。研究人員可通過(guò)物理層壓縮方法實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行模擬編碼可降低讀出圖像所需的帶寬。目前，研究人員還在研究壓縮時(shí)間和焦距采樣的途徑，從而降低所需帶寬。這種壓縮方法的壓縮因子為100～1000，配以并行讀出電路和壓縮模-數(shù)轉(zhuǎn)化電路，有望實(shí)現(xiàn)信息處理能力達(dá)每秒鐘十億像素極限速度的攝像機(jī)。研究人員在美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室成功試驗(yàn)了14億和9.6億像素級(jí)攝像機(jī)。這些十億像素級(jí)攝像機(jī)由100～150臺(tái)采用球形鏡頭的小型攝像機(jī)組成，小型攝像機(jī)具備機(jī)內(nèi)局部畸變校正和自動(dòng)對(duì)焦功能，能夠獲得極高的圖像分辨率，同時(shí)體積小于傳統(tǒng)的寬視場(chǎng)鏡頭攝像機(jī)系統(tǒng)。

美國(guó)空軍“女怪凝視”系統(tǒng)的成功應(yīng)用還引起了英國(guó)等歐盟國(guó)家的興趣，也希望具有相似的能力。為了滿足這些要求，?？怂估构驹?014年5月國(guó)際無(wú)人系統(tǒng)協(xié)會(huì)（AUVSI）舉辦的會(huì)議上推出了一種與“女怪凝視”系統(tǒng)傳感器轉(zhuǎn)塔類似的產(chǎn)品——“烏鴉星座之眼”1500?！盀貘f星座之眼”1500系統(tǒng)集成有4個(gè)2900萬(wàn)像素的彩色光電相機(jī)，這些傳感器被安裝在一個(gè)直徑為38.1cm的萬(wàn)向架上，在白天可以監(jiān)視周長(zhǎng)3km的區(qū)域。如果希望在整個(gè)大的視場(chǎng)上聚焦到選擇的區(qū)域上，操作員可以在機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)上打開(kāi)10個(gè)窗口，并將其放大，從而更詳細(xì)地觀察多個(gè)目標(biāo)。但是，這種新機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)并不是完全以“女怪凝視”系統(tǒng)為基礎(chǔ)，因此不能簡(jiǎn)單地將其視為后者覆蓋范圍更加適中的縮小版。新的傳感器轉(zhuǎn)塔的重量為34kg，要比“女怪凝視”系統(tǒng)提供的類似產(chǎn)品更輕，更適合于出口。埃克斯利斯公司已經(jīng)獲得美國(guó)官方的批準(zhǔn)，可以將“烏鴉星座之眼”系統(tǒng)銷售給英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等近12個(gè)國(guó)家。2014年9月，?？怂估构居?jì)劃推出紅外版的“烏鴉星座之眼”1500系統(tǒng)——“烏鴉星座之眼”1500 CN。隨后甚至有可能推出適合于安裝在伸縮桅桿上或浮空器上其他型號(hào)。

與“烏鴉星座之眼”1500類似的產(chǎn)品是羅格斯技術(shù)公司（Logos）的輕型遠(yuǎn)征機(jī)載持久監(jiān)視系統(tǒng)（LEAPS）。該系統(tǒng)集成到一個(gè)直徑為25.4cm的轉(zhuǎn)塔，重量約為25kg，目前安裝在RQ-7B“影子”無(wú)人機(jī)上。

不足與挑戰(zhàn)

目前，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用并不多見(jiàn)，這是因?yàn)闄C(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)還存在著以下一些不足：

（1）覆蓋范圍還足夠大，目前已知的最大覆蓋范圍也只有10km×10km左右；

（2）傳感器獲得的數(shù)據(jù)不能在機(jī)載平臺(tái)上及時(shí)有效地進(jìn)行處理和分發(fā)，仍需要回傳到地面站進(jìn)行處理；

（3）信息處理的自動(dòng)化和智能化程度不高，需要大量的分析人員。

為了解決這些問(wèn)題，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)在技術(shù)上需要在以下3個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破：

開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)，推動(dòng)大規(guī)格探測(cè)器技術(shù)發(fā)展

目前，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)中普遍采用的傳感器有兩類：晝用的光電攝像機(jī)和夜用的紅外熱像儀。晝用光電攝像機(jī)采用的光電探測(cè)器的規(guī)格已經(jīng)達(dá)到了幾千萬(wàn)甚至更高。目前，美國(guó)正在通過(guò)AWARE等計(jì)劃開(kāi)發(fā)可以與人眼視覺(jué)能力以及傳統(tǒng)膠卷攝像機(jī)相媲美的數(shù)字晝用光電攝像機(jī)。AWARE計(jì)劃下一步的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)分辨率高達(dá)100～500億像素的攝像機(jī)，這一分辨率已經(jīng)超出了人眼所能識(shí)別的范圍。利用與并行處理器超級(jí)計(jì)算機(jī)類似的原理，這種圖像重構(gòu)及利用先進(jìn)寬視野架構(gòu)攝像機(jī)可通過(guò)并行多級(jí)微型攝像機(jī)獲得寬視場(chǎng)全景圖像。

與晝用光電探測(cè)器相比，紅外探測(cè)器的發(fā)展相對(duì)滯后，像素尺寸大，像素規(guī)格低。同等規(guī)格的探測(cè)器成本高居不下。為了縮小紅外探測(cè)器與光電傳感器之間的差距，顯著提高其探測(cè)和識(shí)別距離，國(guó)外正在致力于提高探測(cè)器的規(guī)格，即增加像素?cái)?shù)。紅外探測(cè)器的規(guī)格將越來(lái)越高，成像越清晰，這也就意味著相應(yīng)的紅外熱成像系統(tǒng)的空間分辨率也就越高，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別能力更強(qiáng)。提高探測(cè)器規(guī)格有兩種途徑：一種是現(xiàn)有像素尺寸不變，增大探測(cè)器陣列尺寸；另一種是在一定尺寸的芯片內(nèi)通過(guò)縮小像素中心距來(lái)增加像素?cái)?shù)量。襯底材料晶片尺寸很難大幅度提高，因此第一種途徑難度較大?？s小像素中心距將提高對(duì)器件制備工藝的要求。這就需要對(duì)材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工藝等進(jìn)行優(yōu)化。目前，國(guó)外正在進(jìn)行分子束外延、干法刻蝕以及新的混合工藝的研究。此外，紅外探測(cè)器發(fā)展的另一個(gè)重要趨勢(shì)是將更多的信號(hào)處理功能集成到焦平面陣列芯片中，從而實(shí)現(xiàn)像素級(jí)或近像素級(jí)的信號(hào)預(yù)處理。這種紅外探測(cè)器就是所謂的“靈巧”或“智能”型焦平面陣列，這種設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低裝配和集成難度，提高系統(tǒng)工作的可靠性。加強(qiáng)了信號(hào)預(yù)處理功能的紅外探測(cè)器實(shí)際上已經(jīng)不是簡(jiǎn)單意義上的探測(cè)器，而是一個(gè)集信號(hào)探測(cè)、讀出、處理與控制等多功能于一體的片上系統(tǒng)（System on Chip，SoC）或可編程片上系統(tǒng)（System-on-ProgrammableChip，SoPC），通過(guò)加載不同的算法實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而大大簡(jiǎn)化后續(xù)圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)的微型化、微功耗化，也簡(jiǎn)化了焦平面接口的設(shè)計(jì)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)甚至可以與焦平面陣列相結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝（System in a Package，SiP）。系統(tǒng)級(jí)封裝可以將微處理器、存儲(chǔ)器、FPGA、電阻器、電容和電感器合并在一個(gè)容納多達(dá)4或5個(gè)芯片的封裝中。系統(tǒng)級(jí)封裝的優(yōu)勢(shì)不僅在于尺寸方面，它能夠在更小的占用空間里提供更多的功能，并降低開(kāi)發(fā)成本和縮短設(shè)計(jì)周期。設(shè)計(jì)師可以使用SiP實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)，以及采用SoC技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的、或以前在PCB上執(zhí)行的系統(tǒng)。此外，SiP技術(shù)可以在互連級(jí)別上降低功耗和噪音，在混合和配對(duì)集成電路技術(shù)上更有彈性，并且可以通過(guò)采用無(wú)源元件減小電路板尺寸。相對(duì)于目前基于SoC的解決方案，SiP模塊功能可以通過(guò)FPGA和相關(guān)板級(jí)電路進(jìn)行必要的前期驗(yàn)證工作，開(kāi)發(fā)更省時(shí)。

開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的圖像處理和信息融合軟硬件

利用無(wú)人機(jī)執(zhí)行偵察監(jiān)視以及其他任務(wù)越來(lái)越頻繁。2009年，美軍計(jì)劃將無(wú)人機(jī)在伊拉克和阿富汗上空全天時(shí)的巡邏次數(shù)從現(xiàn)在的35次增加到50次。但是，所需的數(shù)據(jù)處理能力卻沒(méi)有相應(yīng)的提升，限制制約了無(wú)人機(jī)效能的發(fā)揮。特別是隨著十億像素級(jí)機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的使用，空中監(jiān)視數(shù)據(jù)將大幅增加。據(jù)稱，ARGUS-IS每天可以輸出約100萬(wàn)TB（普遍計(jì)算機(jī)一般硬盤(pán)容量為1～2TB）的視頻內(nèi)容，這樣的視頻數(shù)據(jù)量相當(dāng)于高清視頻5000h的錄制量。為了應(yīng)付這種局面，將從空軍調(diào)派2500名分析員從事相關(guān)的情報(bào)分析工作。蘭德公司2012年曾經(jīng)表示需要10萬(wàn)名分析員才能完成無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)分析工作。

當(dāng)前部隊(duì)面臨的問(wèn)題不是缺少數(shù)據(jù)，而是如何更有效地將大量原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成及時(shí)、相關(guān)、適合和易于理解的信息或情報(bào)，通過(guò)與原有知識(shí)的有效結(jié)合更好地幫助軍事決策，提高部隊(duì)指揮控制的自動(dòng)化水平，降低人員負(fù)擔(dān)，提高部隊(duì)作戰(zhàn)效率。為了解決當(dāng)前的信息過(guò)載問(wèn)題，就需要開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)算法或改進(jìn)軟件分析能力，并采用更先進(jìn)的處理器硬件，以完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、過(guò)濾、相關(guān)、輔助目標(biāo)識(shí)別和融合，從而合成為有關(guān)目標(biāo)、態(tài)勢(shì)、威脅的信息。大部分信息處理和融合應(yīng)該在機(jī)載平臺(tái)上完成，從而以近乎實(shí)時(shí)的方式為戰(zhàn)役指揮決策和戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)提供情報(bào)支持，而不需要等到傳送到地面站再進(jìn)行后期處理。如果說(shuō)傳感器決定了原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，而處理器則通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的深度挖掘以及對(duì)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合來(lái)提高信息的精確性和可信度。特別是對(duì)于今后機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，處理器的作用甚至開(kāi)始超過(guò)傳感器。目前，DARPA正在資助IBM公司研發(fā)一種全新的仿大腦芯片。該芯片的工作方式類似于大腦神經(jīng)系統(tǒng)，通過(guò)分散處理數(shù)據(jù)和計(jì)算過(guò)程，并以異步方式處理和傳輸需要的信息，可以實(shí)現(xiàn)更精確的態(tài)勢(shì)感知能力和更準(zhǔn)確的威脅識(shí)別能力，同時(shí)減少系統(tǒng)操作人員的工作量。此外，量子計(jì)算機(jī)等前沿技術(shù)的發(fā)展同樣有助于提高對(duì)廣域偵察監(jiān)視系統(tǒng)所獲數(shù)據(jù)的處理能力，提高其在戰(zhàn)場(chǎng)上的適用性和作戰(zhàn)效能。

提高頻譜利用效率，開(kāi)發(fā)新的通信手段

由于現(xiàn)有片上數(shù)據(jù)處理能力的制約，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)獲得的大量原始數(shù)據(jù)大都是需要回傳地面站，并由相關(guān)人員來(lái)完成后續(xù)處理工作。這種工作方式效率低下，給通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成了很大的負(fù)擔(dān)。雖然數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)壓縮降低了對(duì)帶寬的需求，但是沒(méi)有海量數(shù)據(jù)傳輸依然沒(méi)有從根本上得到解決。為了在網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)環(huán)境下充分發(fā)揮機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的技戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，一方面要提高現(xiàn)有無(wú)線電頻譜的利用效率，另外一方面要尋求替代的通信手段。目前，美國(guó)軍方正在尋求通過(guò)對(duì)頻率、時(shí)間和空間等資源的動(dòng)態(tài)頻譜分配，在不干擾頻譜擁有方使用的情況下，使美軍通信的頻譜利用率和實(shí)用率提高10～20倍，便于更快地構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)而不必等待分配頻譜。同時(shí)還在積極開(kāi)展光學(xué)和無(wú)線電頻率組合鏈路試驗(yàn)，期望能夠?qū)⒏邘捁鈱W(xué)通信與無(wú)線電頻率通信系統(tǒng)相結(jié)合，以演示驗(yàn)證結(jié)構(gòu)緊湊、耐用和高帶寬的軍用移動(dòng)通信系統(tǒng)，最終有望實(shí)現(xiàn)頻帶更寬、更可靠的高數(shù)據(jù)速率通信。

未來(lái)發(fā)展和應(yīng)用前景

獲取信息優(yōu)勢(shì)已成為奪取現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)并最終贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的重要前提和保障，而獲取信息優(yōu)勢(shì)的前提是擁有先進(jìn)的戰(zhàn)場(chǎng)偵察手段，能夠及時(shí)而可靠地獲取各種戰(zhàn)場(chǎng)信息?？罩袀刹毂O(jiān)視作為軍事偵察監(jiān)視的重要組成部分，具有時(shí)效性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，不僅可以在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)，向各級(jí)指揮官提供實(shí)時(shí)的情報(bào)信息，而且還可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤識(shí)別，因而在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中將繼續(xù)發(fā)揮著巨大的作用。從未來(lái)的作戰(zhàn)模式來(lái)看，空中偵察監(jiān)視特別是空中機(jī)動(dòng)偵察監(jiān)視能力對(duì)于支持地面部隊(duì)順利完成各種作戰(zhàn)任務(wù)將變得越來(lái)越重要。因此，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)具有非常好的應(yīng)用前景。機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)未來(lái)總的發(fā)展方向是作用距離更遠(yuǎn)、覆蓋范圍更高、分辨率更高、處理和分發(fā)速度更快，能夠更精確更有效地對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和識(shí)別，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化水平和智能化程度更高。

為了適應(yīng)未來(lái)作戰(zhàn)方式的轉(zhuǎn)變，各種偵察監(jiān)視裝備的配置方式將逐漸從以平臺(tái)為中心向以傳感器為中心轉(zhuǎn)變，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)在有效載荷和體系結(jié)構(gòu)上將更加通用，不僅適合于無(wú)人機(jī)，而且未來(lái)也可以用于固定翼飛機(jī)甚至是飛艇/浮空器。安裝在這些平臺(tái)上的廣域監(jiān)視系統(tǒng)將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與整個(gè)作戰(zhàn)體系相連，從而為部署部隊(duì)提供通用、遠(yuǎn)程、靈活和可升級(jí)的以網(wǎng)絡(luò)為中心的空中ISR裝備體系。目前，以光電傳感器為主的機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)還將與雷達(dá)進(jìn)行互補(bǔ)和協(xié)同。雷達(dá)覆蓋范圍廣，全天候作戰(zhàn)能力強(qiáng)，但是通常分辨率不高。與雷達(dá)相比，光電傳感器體積更小、重量更輕，可以在行動(dòng)開(kāi)展之前為作戰(zhàn)人員提供更加明確的信息，可以確定某個(gè)目標(biāo)是否是一個(gè)真正的威脅。因此，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)可以利用機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)中的高分辨率光電傳感器進(jìn)行跟蹤和識(shí)別，并為后續(xù)的精確打擊提供支持。

機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)更重要的意義是體現(xiàn)在戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)層面，特別是隨著機(jī)上處理能力的提高，機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)將為地面作戰(zhàn)部隊(duì)實(shí)時(shí)提供詳實(shí)的圖像和視頻信息，使得部隊(duì)能夠機(jī)動(dòng)靈活地開(kāi)展作戰(zhàn)行動(dòng)。如果再在系統(tǒng)中集成激光指示器等裝備，那么就可以引導(dǎo)空中部隊(duì)和地面部隊(duì)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)火力打擊。機(jī)載廣域監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用將大幅縮短“傳感器-射手”的時(shí)間，進(jìn)一步加快戰(zhàn)爭(zhēng)節(jié)奏，為地面戰(zhàn)場(chǎng)以及城區(qū)作戰(zhàn)方式帶來(lái)革命性的變化。

（責(zé)任編輯：黃貞靜）