摘 要： 以萊特寧瞄準(zhǔn)吊艙、 先進(jìn)紅外瞄準(zhǔn)吊艙、 狙擊手先進(jìn)瞄準(zhǔn)吊艙、 MTS-B多光譜瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔、 MX-25多傳感器轉(zhuǎn)塔等典型機(jī)載光電載荷為代表， 對(duì)機(jī)載光電載荷的分類(lèi)、 裝備現(xiàn)狀及主要性能進(jìn)行綜述， 給出主要技術(shù)性能參數(shù)， 對(duì)其主要技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行提煉總結(jié)， 并對(duì)機(jī)載光電載荷發(fā)展趨勢(shì)和需要重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞： 機(jī)載光電載荷； 偵察監(jiān)視； 光電傳感器； 瞄準(zhǔn)吊艙； 多頻譜轉(zhuǎn)塔； 跟蹤瞄準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào)： TJ56； V243.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-5048（2017）06-0003-10[SQ0]

0 引 言

機(jī)載光電載荷裝備于固定翼飛機(jī)、 直升機(jī)、 無(wú)人機(jī)等平臺(tái)， 采用光電探測(cè)技術(shù)、 激光測(cè)照技術(shù)、 穩(wěn)像搜索技術(shù)、 圖像處理技術(shù)、 目標(biāo)跟蹤與定位技術(shù)， 完成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、 目標(biāo)檢測(cè)定位、 武器引導(dǎo)與打擊效果評(píng)估等作戰(zhàn)任務(wù)。其作為載機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取、 態(tài)勢(shì)感知和制導(dǎo)武器引導(dǎo)傳感器， 已成為實(shí)現(xiàn)載機(jī)“廣域搜索、 遠(yuǎn)程探測(cè)、 準(zhǔn)確定位、 快速摧毀、 實(shí)時(shí)評(píng)估”的重要裝備。 隨著載機(jī)平臺(tái)作戰(zhàn)性能（隱身、 高空、 高速）和作戰(zhàn)模式（全景感知、 智能決策、協(xié)同作戰(zhàn)）的進(jìn)步， 機(jī)載光電載荷發(fā)展應(yīng)該具有以下特性： ① 精準(zhǔn)化： 實(shí)現(xiàn)多頻譜探測(cè)、 高精度目標(biāo)定位、 引導(dǎo)與制導(dǎo)武器精確瞄準(zhǔn)； ② 小型化： 同裝載光電傳感器種類(lèi)多、 性能指標(biāo)高、 系統(tǒng)體積?。?③ 智能化： 為載機(jī)決策系統(tǒng)提供高價(jià)值、 多維度的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)及目標(biāo)情報(bào)信息； ④ 多任務(wù)綜合化： 實(shí)現(xiàn)全景感知、 光電對(duì)抗、 空/空（空/面）目標(biāo)搜索跟蹤、 目標(biāo)定位瞄準(zhǔn)等。 因此， 機(jī)載光電載荷已成載機(jī)系統(tǒng)的重要信息節(jié)點(diǎn)和武器節(jié)點(diǎn)， 遂行“搜索-探測(cè)-鎖定-跟蹤-打擊-評(píng)估”全作戰(zhàn)鏈任務(wù)。

根據(jù)載機(jī)平臺(tái)不同， 機(jī)載光電載荷分為固定翼作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)載光電載荷、 直升機(jī)機(jī)載光電載荷、 無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷等。 按照任務(wù)使命和使用需求， 機(jī)載光電載荷分： ① 光電探測(cè)與對(duì)抗系統(tǒng)（Electro Optic Detection and Countermeasure System）， 主要包括激光告警、 導(dǎo)彈逼近告警等； ② 輔助導(dǎo)航系統(tǒng)（Flight Aids）， 主要包括規(guī)避告警系統(tǒng)（Obstacle Avoidance Laser System）、 夜視紅外系統(tǒng)（Night-Vision Goggles Imaging System）、 導(dǎo)航前視紅外（Navigation FLIR）等； ③ 情報(bào)收集、 偵察與監(jiān)視系統(tǒng)（Intelligence Surveillance and Reconnaissance System， ISRS）； ④ 搜索跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（Search Tracking and Targeting System， STTS）等。

1 典型機(jī)載光電載荷

1.1 固定翼飛機(jī)機(jī)載光電載荷

固定翼飛機(jī)機(jī)載光電載荷通常采用柱筒狀吊艙結(jié)構(gòu)形式， 通過(guò)吊掛適配裝置掛裝于機(jī)腹下。 主要由光電傳感器單元（Electro-Optical Sensor Unit）、 控制處理單元（Control Processor Unit）、 供電

單元（Power Supply Unit）和環(huán)境控制單元（Environmental Control Unit）組成。 光電傳感器（可見(jiàn)光、 紅外、 激光）安裝于多軸（橫滾、 俯仰、 偏航）陀螺穩(wěn)定平臺(tái)形成光電傳感器單元， 實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)偵察監(jiān)視、 目標(biāo)搜索捕獲、 跟蹤定位、 瞄準(zhǔn)打擊及毀傷效果評(píng)估等功能。

1.1.1 機(jī)載光電偵察吊艙

固定翼飛機(jī)機(jī)載光電偵察吊艙主要采用長(zhǎng)焦

可見(jiàn)光/紅外雙波段傳感器， 執(zhí)行高空遠(yuǎn)程情報(bào)偵察監(jiān)視、 目標(biāo)搜索定位等任務(wù)。 目前已裝備的典型

光電偵察吊艙主要有CA-295 雙波段數(shù)字光電偵察吊艙、 DB-110雙波段光電偵察吊艙、 Rafael RecceLite 光電偵察吊艙等。

1.1.1.1 CA-295偵察吊艙

Goodrich ISR 系統(tǒng)公司研制的CA-295是雙波段（可見(jiàn)光、 中波紅外）長(zhǎng)焦（f=2 134 mm）傾斜光電偵察吊艙， 如圖1所示。 吊艙采用主動(dòng)光學(xué)穩(wěn)定技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)像， 采用可見(jiàn)光和紅外共孔徑光學(xué)技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)圖像精確配準(zhǔn)， 采用旋轉(zhuǎn)式卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償前向像移， 采用固態(tài)電子像移補(bǔ)償技術(shù)補(bǔ)償掃描像移， 集成慣性導(dǎo)航定位（INS/GPS）組合組件， 實(shí)現(xiàn)高精度地理引導(dǎo)、 目標(biāo)定位以及圖像拼接。

1.1.1.2 DB-110偵察吊艙

DB-110是一種多功能、 多波段光電偵察吊艙， 如圖2所示。 其采用兩軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， 視軸穩(wěn)定精度達(dá)到亞像素級(jí)， 高精度的視軸穩(wěn)定可以使光電傳感器具有最佳的曝光時(shí)間， 實(shí)現(xiàn)圖像信噪比最大化， 有較強(qiáng)的弱對(duì)比度目標(biāo)探測(cè)和透霧探測(cè)能力。 DB-110采用可見(jiàn)光傳感器“掃描（scanning）”和紅外傳感器“步進(jìn)凝視（step-stare）”組合擺掃的成像方式， 可見(jiàn)光傳感器選用像元尺寸為8.75 μm、 具有時(shí)間延遲積分（TDI）功能的6 144×128陣列CCD成像探測(cè)器， 在掃描方向通過(guò)調(diào)節(jié)TDI的等級(jí)， 獲取大動(dòng)態(tài)、 高信噪比偵察圖像。 紅外傳感器選用像元尺寸為24 μm 的制冷型640×512中波InSb FPA探測(cè)器， 通過(guò)可變積分時(shí)間和寬頻數(shù)字信號(hào)獲取高動(dòng)態(tài)紅外圖像和弱小目標(biāo)探測(cè)。

通過(guò)穩(wěn)定平臺(tái)橫滾軸和俯仰鏡擺掃運(yùn)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)方位（垂直航向）180°、 俯仰（沿航向）±20°的寬覆蓋掃描成像， 以廣域搜索、 點(diǎn)聚束、 目標(biāo)跟蹤/立體成像等工作模式， 實(shí)現(xiàn)廣域偵察監(jiān)視、 目標(biāo)識(shí)別定位。

DB-110具有4組成像光學(xué)系統(tǒng)： ① 基于卡塞格林全反射結(jié)構(gòu)的焦距為2 794 mm （TV/NIR）和焦距為1 397 mm（MWIR）的雙波段共光路長(zhǎng)焦距（窄視場(chǎng)）光學(xué)系統(tǒng)； ② 焦距為406 mm的TV/NIR寬視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)； ③ 焦距為356 mm的MWIR寬視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)； ④ 焦距為63.5 mm的MWIR超寬視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)。 其中長(zhǎng)焦光學(xué)系統(tǒng)以擺掃成像的方式工作， 另外3組短焦距的光學(xué)系統(tǒng)采用推掃與分幅方式成像， 相機(jī)能在低、 中、 高3種不同的高度條件下工作。

1.1.1.3 Rafael RecceLite偵察吊艙

Rafael RecceLite偵察吊艙采用4軸穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， 以垂直、 傾斜、 點(diǎn)凝視等工作模式實(shí)現(xiàn)區(qū)域偵察監(jiān)視、 目標(biāo)搜索識(shí)別， 集成慣導(dǎo)組件實(shí)現(xiàn)圖像幀定位、 地理匹配和偵察圖像拼接。 采用3視場(chǎng)紅外和4視場(chǎng)可見(jiàn)光傳感器， 實(shí)現(xiàn)全天時(shí)成像目標(biāo)搜索偵察監(jiān)視。

1.1.2 機(jī)載光電瞄準(zhǔn)吊艙

目前有代表性的現(xiàn)役光電瞄準(zhǔn)吊艙主要包括雷神公司的先進(jìn)紅外（ATFLIR）瞄準(zhǔn)吊艙、 洛克希德·馬丁公司的“狙擊手”先進(jìn)（Sniper AT）瞄準(zhǔn)吊艙、 諾斯羅普·格魯門(mén)公司的“萊特寧”（LITENING）瞄準(zhǔn)吊艙， 以及F-35光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（EOTS）。

1.1.2.1 ATFLIR瞄準(zhǔn)吊艙

ATFLIR瞄準(zhǔn)吊艙屬于第三代光電瞄準(zhǔn)吊艙， 能夠探測(cè)識(shí)別、 跟蹤定位空中和地面目標(biāo)。 該吊艙被用來(lái)取代F/A-18戰(zhàn)機(jī)原裝備的三種吊艙（戰(zhàn)術(shù)前視紅外吊艙、 導(dǎo)航前視紅外吊艙、 激光指示吊艙）。 前視紅外、 可見(jiàn)光傳感器、 激光測(cè)距/照射器、 激光光斑跟蹤器安裝在陀螺穩(wěn)定平臺(tái)中， 夜視導(dǎo)航用前視紅外安裝在載機(jī)掛裝吊艙的適配器上， 如圖3所示。

ATFLIR瞄準(zhǔn)吊艙采用640×512 InSb FPA紅外傳感器， 三個(gè)光學(xué)視場(chǎng)為0.7°， 2.8°， 6.0°， 可以在15 200 m飛行高度對(duì)斜距75 000 m的目標(biāo)進(jìn)行精確定位和指示， 為新型的“聯(lián)合系列”空對(duì)地直接攻擊彈藥、 聯(lián)合防空區(qū)外發(fā)射彈藥提供精準(zhǔn)的目標(biāo)方位。 可以作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)將跟蹤和定位結(jié)果傳送給其他節(jié)點(diǎn)。 其可見(jiàn)光傳感器、 前視紅外傳感器以及激光測(cè)距/照射器共同使用經(jīng)過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)的光路（共光路）， 系統(tǒng)具有較高的目標(biāo)瞄準(zhǔn)與導(dǎo)引精度。

1.1.2.2 Sniper AT瞄準(zhǔn)吊艙

Sniper AT瞄準(zhǔn)吊艙裝載前視紅外、 CCD電視攝像機(jī)、 雙頻激光測(cè)距照射器、 激光光斑跟蹤器、 激光標(biāo)識(shí)器、 視頻數(shù)據(jù)鏈和數(shù)據(jù)記錄儀等。 與其他瞄準(zhǔn)吊艙的圓形外形不同， 其前端光窗采用多面藍(lán)寶石楔形設(shè)計(jì)， 如圖4所示， 可有效降低吊艙的雷達(dá)反射截面， 提高載機(jī)戰(zhàn)術(shù)飛行速度下吊艙平臺(tái)的穩(wěn)定性能。

Sniper AT瞄準(zhǔn)吊艙的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)萬(wàn)向架結(jié)構(gòu)的芯軸式穩(wěn)定平臺(tái)，采用光學(xué)基座減振設(shè)計(jì)， 有效改善系統(tǒng)的隔振性能， 并采用自動(dòng)校準(zhǔn)和電子消旋穩(wěn)像技術(shù)， 具有較高的視軸穩(wěn)定性能。 前視紅外采用640×512 中波InSb FPA紅外探測(cè)器、 微型掃描和數(shù)字圖像分辨率增強(qiáng)處理技術(shù)， 內(nèi)置慣性測(cè)量裝置可與光電傳感器、 載機(jī)進(jìn)行自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)， 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精確定位和慣性跟蹤。 前視紅外、 電視攝像機(jī)和激光傳感器采用共孔徑光路技術(shù)， 避免了使用多孔徑光學(xué)系統(tǒng)造成的視軸誤差。

1.1.2.3 LITENING瞄準(zhǔn)吊艙

LITENING瞄準(zhǔn)吊艙系統(tǒng)的光電傳感器安裝在陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上， 如圖5所示。 某光電傳感器主要包括前視紅外、 CCD電視攝像機(jī)、 激光指示器、 激光標(biāo)識(shí)器、 激光光斑跟蹤器等。 穩(wěn)定平臺(tái)采用高精度陀螺穩(wěn)像技術(shù)， 隔離載機(jī)的振動(dòng)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)， 視線穩(wěn)定精度優(yōu)于10 μrad。

系列化發(fā)展的LITENING瞄準(zhǔn)吊艙有LITENINGⅡ， LITENING ER， LITENING AT， LITENING G4。 LITENING AT瞄準(zhǔn)吊艙紅外傳感器從LITENINGⅡ型的256×256升級(jí)為640×512 InSb FPA， 采用4視場(chǎng)切換， 大幅度提高了圖像分辨率和目標(biāo)識(shí)別距離； 通過(guò)平視顯示器， 紅外寬視場(chǎng)（32°×24°）用于低空飛行夜視導(dǎo)航； CCD電視和前視紅外圖像融合處理； 激光器采用1.06 μm和1.57 μm兩種人眼安全波長(zhǎng)工作模式， 分別用于作戰(zhàn)和訓(xùn)練； 采用先進(jìn)的圖像處理算法進(jìn)一步提高目標(biāo)捕獲距離， 具有多目標(biāo)搜索提示和空對(duì)空目標(biāo)跟蹤能力。 內(nèi)置高精度組合慣導(dǎo)組件， 自動(dòng)與載機(jī)INS校準(zhǔn)， 通過(guò)與光電傳感器的精確對(duì)準(zhǔn)， 實(shí)現(xiàn)精確視線指向和目標(biāo)定位。 激光點(diǎn)跟蹤（1.06 μm）可在吊艙全搜索視場(chǎng)中進(jìn)行離軸激光點(diǎn)的搜索跟蹤， 實(shí)現(xiàn)空中支援協(xié)同作戰(zhàn)能力。 LITENING G4瞄準(zhǔn)吊艙采用第三代1 024×1 024中波FPA紅外探測(cè)器、 新型激光照明器， 具有激光目標(biāo)圖像處理算法， 進(jìn)一步提升了在惡劣氣象條件下的目標(biāo)辨識(shí)能力。

1.1.2.4 F-35 綜合光電載荷

F-35綜合光電載荷由兩部分組成： 光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（Electro-Optical Targeting System， EOTS）和分布孔徑光電傳感器系統(tǒng)（Electro-Optical Distributed Aperture System， EODAS）。

EODAS采用多傳感器分布設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)， 綜合紅外搜索跟蹤系統(tǒng)（IRST）、 導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)（MPWS）、 紅外成像跟蹤系統(tǒng)（IRITS）、 前視紅外夜間導(dǎo)航系統(tǒng)（NavFLIR）等， 實(shí)現(xiàn)全方位遠(yuǎn)程空中目標(biāo)搜索跟蹤、 態(tài)勢(shì)感知、 威脅告警、 地面/海面目標(biāo)探測(cè)、 輔助導(dǎo)航等功能。 通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)的融合為飛行員提供一個(gè)球形視野， 具有全景態(tài)勢(shì)感知和目標(biāo)搜索探測(cè)能力。

EODAS的分布式紅外傳感器可同時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別跟蹤。 每個(gè)傳感器獨(dú)立地對(duì)視野內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、 特征提取、 辨識(shí)跟蹤， 然后將各自局部決策結(jié)果傳送至綜合信息處理單元， 綜合信息處理單元經(jīng)過(guò)信息融合后， 形成全局目標(biāo)身份管理、 目標(biāo)分配和系統(tǒng)決策。

EOTS系統(tǒng)集成了前視紅外 （FLIR）、 紅外搜索跟蹤（IRST）和激光指示瞄準(zhǔn)（LTD）等功能， 相當(dāng)于將傳統(tǒng)的光電雷達(dá)、 前視紅外吊艙和瞄準(zhǔn)吊艙的功能融合為一體， 如圖6所示。 EOTS位于機(jī)頭下， 采用多面藍(lán)寶石光學(xué)窗口， 以降低對(duì)飛機(jī)RCS的影響， 提供高分辨率成像、 自動(dòng)紅外搜索跟蹤、 激光測(cè)距指示和激光點(diǎn)跟蹤功能， 具有高空遠(yuǎn)程目標(biāo)搜索探測(cè)、 識(shí)別跟蹤、 威脅告警、 定位瞄準(zhǔn)、 引導(dǎo)制導(dǎo)武器精確打擊等能力。

EOTS的技術(shù)特征： ① 采用緊湊型單孔徑光學(xué)設(shè)計(jì)； ② 采用第三代中波焦平面紅外傳感器組件； ③ 具有對(duì)地面目標(biāo)紅外跟蹤能力； ④ 具有對(duì)空目標(biāo)紅外搜索跟蹤（IRST）能力； ⑤ 具有自動(dòng)校靶和校軸功能； ⑥ 采用戰(zhàn)術(shù)和人眼安全的高可靠性激光測(cè)距/照射器； ⑦ 具有激光光斑跟蹤能力； ⑧ 具有主、 被動(dòng)測(cè)距和高精度地理坐標(biāo)測(cè)量能力。

1.2 直升機(jī)和無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷

直升機(jī)和無(wú)人機(jī)機(jī)載光電載荷通常采用球形穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔（Stabilized Turret）結(jié)構(gòu)形式， 光電傳感器安裝在球形轉(zhuǎn)塔內(nèi)， 采用陀螺穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， 隔離載機(jī)振動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)視軸穩(wěn)定和目標(biāo)搜索。 隨著光電傳感器尺寸的小型化和分辨率的提高， 裝載光電傳感器越來(lái)越多， 形成了多頻譜光電載荷。

1.2.1 “全球鷹”光電偵察載荷

“全球鷹”光電偵察載荷是一種具有廣域搜索偵察與目標(biāo)精確定位能力的長(zhǎng)焦距、 雙波段高精度機(jī)載光電載荷。 采用全反射式雙波段共孔徑光學(xué)系統(tǒng)， 安裝在兩軸穩(wěn)定框架的內(nèi)環(huán)中， 采用高精度兩軸穩(wěn)定平臺(tái)和快速反射鏡（Fast Steering Mirror， FSM）全數(shù)字復(fù)合控制技術(shù)， 如圖7所示。

通過(guò)穩(wěn)定平臺(tái)橫滾軸在垂直航向的擺動(dòng)掃描、 俯仰軸在飛行航向方向的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)， 以步進(jìn)凝視（step-stare）成像寬覆蓋搜索模式和點(diǎn)采集模式， 實(shí)現(xiàn)廣域掃描搜索、 目標(biāo)檢測(cè)、 高精度穩(wěn)像及像移補(bǔ)償。 “全球鷹”光電偵察載荷視軸穩(wěn)定精度為3 μrad， 可以實(shí)現(xiàn)30幀/s的高幀頻凝視成像。

1.2.2 AN/AAQ-30 TSS瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔

洛克希德·馬丁公司研制的AN/AAQ-30 TSS瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔， 如圖8所示。 采用已裝備美國(guó)海軍P-3C， P-8B反潛巡邏機(jī)和C-130海岸巡邏機(jī)的MX-20（Φ520 mm）陀螺穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， 并根據(jù)直升機(jī)旋翼振動(dòng)特性， 借鑒Sniper瞄準(zhǔn)吊艙和F-35 EOTS等相關(guān)成熟技術(shù)， 進(jìn)一步提高穩(wěn)定性能。

AN/AAQ-30 TSS瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔主要由陀螺穩(wěn)定平臺(tái)、 前視紅外、 彩色電視攝像機(jī)、 激光測(cè)照器、 激光光斑跟蹤器、 慣性測(cè)量單元、 光軸校準(zhǔn)模塊和電子單元組成。 采用柔性5軸穩(wěn)定平臺(tái)和電子穩(wěn)像技術(shù)， 視軸穩(wěn)定精度優(yōu)于15 μrad， 內(nèi)置高精度組合慣導(dǎo)與姿態(tài)測(cè)量組件， 具有各光電傳感器視軸自動(dòng)校準(zhǔn)、 以及與機(jī)載組合導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)功能。

前視紅外采用640×512中波InSb FPA紅外探測(cè)器、 大口徑（217 mm）4視場(chǎng)切換光學(xué)系統(tǒng)（最小視場(chǎng)0.59°×0.44°）； 電視攝像機(jī)采用工作在可見(jiàn)光和近紅外波段的索尼3CCD DXC-390 TV傳感器， 提高系統(tǒng)在低照度和霧霾天氣情況下的目標(biāo)探測(cè)能力， 配備佳能×2.5擴(kuò)展鏡頭， 具有×18連續(xù)光學(xué)變焦能力。 紅外和電視傳感器四視場(chǎng)匹配設(shè)計(jì)， 便于傳感器相互切換使用和圖像配準(zhǔn)融合。

采用相關(guān)、 對(duì)比度和質(zhì)心跟蹤模式， 具有自動(dòng)目標(biāo)捕獲、 多目標(biāo)自動(dòng)跟蹤功能（可同時(shí)跟蹤3個(gè)目標(biāo)）， 跟蹤的每一個(gè)目標(biāo)尺寸可從1個(gè)像素變化到幀視場(chǎng)的80%。 基于慣性跟蹤技術(shù)， 在跟蹤目標(biāo)的同時(shí)， 系統(tǒng)可記憶存儲(chǔ)10個(gè)附加的地面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航跡（甚至目標(biāo)溢出視場(chǎng)外）， 該功能還可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)被短暫遮擋時(shí)的跟蹤保持。 采用基于局部圖像增強(qiáng)的先進(jìn)增程（Extended Range， XR ）圖像處理技術(shù)， 目標(biāo)識(shí)別和認(rèn)清距離可提高60%。

1.2.3 BRITE StarⅡ 瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔

FLIR系統(tǒng)公司的多頻譜傳感器轉(zhuǎn)塔產(chǎn)品有偵察型和瞄準(zhǔn)型兩個(gè)系列。 偵察型產(chǎn)品系列包括： Star SAFIRE， Star SAFIREⅡ， Star SAFIRE Ⅲ， Star SAFIRE HD； 瞄準(zhǔn)型產(chǎn)品系列由偵察型改裝升級(jí)得到， 包括： BRITE StarⅠ， BRITE StarⅡ， BRITE Star DP。 其中， BRITE StarⅡ如圖9所示。

Star SAFIRE HD最多可以同時(shí)裝載7種傳感器： 多視場(chǎng)自聚焦640×512中波InSb FPA紅外傳感器； 1 280×1 024自聚焦高清彩色電視傳感器； 微光傳感器； 人眼安全激光測(cè)距儀； 夜視鏡兼容寬覆蓋激光照明器； 激光指示器； 用于地理指向和目標(biāo)定位的數(shù)字組合慣性測(cè)量組件（GPS/IMU）。

采用6軸穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， 穩(wěn)定精度≤5 μrad， 全數(shù)字高清紅外/可見(jiàn)光傳感器， ×120光學(xué)連續(xù)變倍（視場(chǎng) 30°～0.25°）， 實(shí)現(xiàn)寬視野、 遠(yuǎn)距離高清晰成像與目標(biāo)探測(cè)識(shí)別。 內(nèi)置GPS/IMU使系統(tǒng)具有多種自動(dòng)跟蹤模式跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力。 2006年3月， 第二代高清光電系統(tǒng)Star SAFIRE HD/1k， 將紅外探測(cè)器升級(jí)為1 024×1 024， 圖像分辨率提高3倍。

通過(guò)增加傳感器組件， 使Star SAFIRE偵察監(jiān)視系統(tǒng)升級(jí)為BRITE StarⅡ瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔， 軍用編號(hào)為AN/AAQ-22E。 BRITE StarⅡ瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔也可同時(shí)裝載多種傳感器： 紅外傳感器、 彩色TV攝像機(jī)（+NIR）、 激光測(cè)距照射器、 激光指示器、 激光光斑跟蹤器、 激光照明器等。 紅外傳感器采用640×512中波InSb FPA探測(cè)器、 5視場(chǎng)切換（30°～0.31°）、 ×97 光學(xué)變倍， 彩色TV攝像機(jī)（+NIR）視場(chǎng)與紅外匹配， 支持1 280×1 024分辨率紅外數(shù)字圖像輸出。 目前， BRITE Star Ⅱ已裝備MQ-8B無(wú)人直升機(jī)。

1.2.4 MTS-A和 MTS-B多光譜瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔

MTS-A由雷神公司的AN/AAS-44（V）紅外激光測(cè)距探測(cè)與跟蹤系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)， 軍用編號(hào)AN/AAS-52， 是一種集成光電、 紅外和激光的多頻譜瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔， 系統(tǒng)采用先進(jìn)的全數(shù)字化結(jié)構(gòu)和多頻譜共孔徑光學(xué)設(shè)計(jì)， 可同時(shí)裝載前視紅外、 CCD電視攝像機(jī)（彩色+NIR）、 激光測(cè)距/照射器、 激光照明器、 激光點(diǎn)跟蹤器等傳感器， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視偵察、 目標(biāo)捕獲跟蹤、 目標(biāo)測(cè)距定位， 為AGM-114“海爾法”導(dǎo)彈及NATO激光制導(dǎo)彈藥提供激光目標(biāo)指示引導(dǎo)。 目前已裝備美國(guó)海軍MH-60R直升機(jī)和美國(guó)空軍MQ-1“捕食者”無(wú)人攻擊機(jī)。

MTS-A系統(tǒng)主要由傳感器轉(zhuǎn)塔單元（WRA-1， 內(nèi)置高精度IMU）和電子單元（WRA-2）兩個(gè)可更換單元組成， 采用基于自動(dòng)圖像優(yōu)化技術(shù)的局域處理軟件， 使圖像信息顯示最大化， 采用質(zhì)心、 面積和特征等多模自動(dòng)跟蹤技術(shù)， 具有圖像融合功能， 有效增強(qiáng)場(chǎng)景感知、 遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視、 目標(biāo)識(shí)別跟蹤和瞄準(zhǔn)能力。

MTS-B由MTS-A發(fā)展而來(lái)， 軍用編號(hào)AN/DAS-1， 如圖10所示， 通過(guò)增大光學(xué)倍率， 提高

傳感器的分辨率， 增加目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別距離。 MTS-B目前主要裝備美國(guó)空軍MQ-9“捕食者”B無(wú)人攻擊機(jī)和美國(guó)海軍的MQ-4C“人魚(yú)海神”無(wú)人機(jī)。

1.2.5 MX-15/20/25多傳感器轉(zhuǎn)塔

MX系列多傳感器轉(zhuǎn)塔如圖11所示， 由加拿大L-3通信公司W(wǎng)ESCAM分公司研制， MX-15為中型尺寸傳感器轉(zhuǎn)塔， 重量42.7 kg， 美軍編號(hào)AN/AAQ-35， 可同時(shí)裝載6種光電傳感器， 內(nèi)置慣性測(cè)量組件， 主要用于固定翼、 旋翼飛機(jī)及無(wú)人機(jī)的情報(bào)偵察監(jiān)視。 MX-15i由MX-15發(fā)展而來(lái)， 其主要變化有： 小型化設(shè)計(jì)， 將外部電控單元移入穩(wěn)定轉(zhuǎn)塔頂部； 采用長(zhǎng)焦電子倍增CCD攝像機(jī)， 增加低照度條件下的目標(biāo)辨識(shí)距離； 采用激光點(diǎn)照明器（Laser Illuminated Night Spotter）， 增加夜間全黑條件下的目標(biāo)辨識(shí)能力； 對(duì)紅外傳感器升級(jí)， 目標(biāo)識(shí)別距離增加20%； 采用第三代MX-GEO軟件包， 具有地理指向引導(dǎo)（GEO-Pointing）、 地理指向控制（GEO-Steering）、 地理聚焦（GEO-Focus）、 地理掃描（GEO-Scan）、 地理跟蹤（GEO -Tracking）， 提高目標(biāo)跟蹤性能和定位精度。 通過(guò)增加激光照射器和提升紅外、 可見(jiàn)光傳感器分辨率， MX-15i發(fā)展為觀瞄型多頻譜光電轉(zhuǎn)塔MX-15Di， 并采用實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)處理技術(shù)（ELAP）， 進(jìn)一步提高目標(biāo)的識(shí)別距離和透霧探測(cè)能力。

通過(guò)系統(tǒng)性能優(yōu)化， MX-15Di又發(fā)展為MX-15D全數(shù)字高清多頻譜瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔。 MX-15D用于中空偵察監(jiān)視和目標(biāo)照射瞄準(zhǔn)， 主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1） 集成度高、 重量輕、 接口靈活： 內(nèi)置GPS接收器和IMU， 最多可同時(shí)裝載10種傳感器， 全狀態(tài)系統(tǒng)重量51.4 kg， 具有多種數(shù)字視頻接口和通訊控制接口（移動(dòng)地圖、 遙控、 探照燈、 雷達(dá)、 微波數(shù)據(jù)鏈、 機(jī)載GPS/INS、 元數(shù)據(jù)等）。

（2） 傳感器配置靈活、 性能指標(biāo)高： 可裝載6種獨(dú)立的數(shù)字圖像傳感器和4種激光傳感器： 多視場(chǎng)640×512， 1 280×1 024中波紅外傳感器； 光學(xué)連續(xù)變焦彩色CCD傳感器（36.3°～1.1°）； 光學(xué)連續(xù)變焦電子倍增CCD（EMCCD）傳感器（48.8°～2.38°）； 長(zhǎng)焦短波紅外、 低照度電視詳查傳感器（0.37°）； 激光測(cè)距照射器； 激光照明器、 激光點(diǎn)跟蹤器等。

（3） 系統(tǒng)精度高、 功能強(qiáng)： 采用4軸穩(wěn)定、 6軸減振技術(shù)， 視線穩(wěn)定精度小于5 μrad，具有高精度目標(biāo)定位、 透霧增強(qiáng)、 激光光斑跟蹤、 自動(dòng)與載機(jī)校軸、 自動(dòng)視頻與GEO跟蹤等功能。

MX-20/MX-20HD傳感器轉(zhuǎn)塔， 全狀態(tài)系統(tǒng)重量84 kg， 主要用于遠(yuǎn)距離偵察監(jiān)視和目標(biāo)識(shí)別， 可同時(shí)裝載7種傳感器： 四視場(chǎng)切換紅外傳感器（18.2°～0.24°）、 彩色CCD傳感器（18.2°～2.75°） 、 CCD （0.17°～0.92°）和EMCCD詳查傳感器（0.14°～0.73°）、 激光測(cè)距儀、 激光照明器、 激光指示器（laser pointer）； 采用5軸穩(wěn)定、 6軸減振技術(shù)， 視線穩(wěn)定精度小于4 μrad。

MX-25/MX-25D傳感器轉(zhuǎn)塔為全數(shù)字高清超遠(yuǎn)程多頻譜光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)， 主要用于高空、 遠(yuǎn)距離偵察監(jiān)視、 目標(biāo)識(shí)別和激光照射制導(dǎo)武器引導(dǎo)。

2 技術(shù)特點(diǎn)分析

通過(guò)以上典型機(jī)載光電載荷的性能分析， 可以看出目前主要現(xiàn)役機(jī)載光電載荷具有諸多技術(shù)特點(diǎn)。

2.1 系統(tǒng)集成度高， 同裝載光電傳感器多

現(xiàn)役的MTS-B和MX-25D可同時(shí)裝載十種光電傳感器， 除了裝備紅外和CCD傳感器外， 還可裝載有低照度、 日光和短波紅外詳查傳感器（Daylight Spotter SWIR Spotter）、 激光測(cè)距儀、 激光照射器、 激光照明器、 激光指示器（Laser Pointer）、 激光標(biāo)識(shí)器（Laser Marker）、 激光光斑跟蹤器等。 系統(tǒng)光電探測(cè)波段覆蓋從可見(jiàn)光波段（0.4～0.7 μm）到紅外波段（8～12 μm）， 實(shí)現(xiàn)寬頻譜、 多波段目標(biāo)探測(cè)， 采用圖像融合技術(shù)， 形成多頻譜光電探測(cè)系統(tǒng)。 采用多頻譜共孔徑光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)， 提高系統(tǒng)校準(zhǔn)校靶、 目標(biāo)定位瞄準(zhǔn)、 激光目標(biāo)引導(dǎo)性能， 同時(shí)可以有效減小系統(tǒng)體積。 裝載激光照明、 激光指示、 激光標(biāo)識(shí)和激光光斑跟蹤器等多種激光傳感器， 使系統(tǒng)具有多平臺(tái)協(xié)同目標(biāo)探測(cè)、 多任務(wù)協(xié)同作戰(zhàn)能力。 裝載長(zhǎng)焦低照度CCD和短波紅外傳感器， 有效提升系統(tǒng)在低能見(jiàn)度（例如霧霾）、 低照度等不良大氣條件下的目標(biāo)探測(cè)辨識(shí)能力。

光電傳感器性能指標(biāo)高， 紅外傳感器采用中波 640×512， 1 024×1 024， 1 280×1 080 焦平面探測(cè)器， 甚至雙色紅外探測(cè)器； CCD傳感器采用200萬(wàn)像素（甚至500萬(wàn)像）探測(cè)器（+NIR）； 光學(xué)系統(tǒng)采用大口徑、 大變倍、 自聚焦光學(xué)系統(tǒng)， 例如MTS-B多頻譜瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔FLIR/CCD傳感器采用6視場(chǎng)、 ×148光學(xué)變倍、 紅外最小視場(chǎng)為0.23°×0.31°、 CCD最小視場(chǎng)為0.08°×0.11°； 紅外與CCD傳感器視場(chǎng)匹配性設(shè)計(jì)， 便于主通道傳感器切換與目標(biāo)觀察、 圖像信息融合與偵察情報(bào)分析。 這些技術(shù)的應(yīng)用大大提高了載機(jī)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別能力。

2.2 全數(shù)字化、 傳感器分辨率高、 目標(biāo)檢測(cè)跟蹤與圖像處理能力強(qiáng)系統(tǒng)采用高清全數(shù)字化技術(shù)， 避免由于量化、 壓縮和傳輸帶來(lái)的信息損失和圖像退化。 采用高性能圖像增強(qiáng)處理技術(shù)， 提升場(chǎng)景感知、 目標(biāo)引導(dǎo)定位與探測(cè)識(shí)別能力。 例如， MTS-A/B瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔采用基于自動(dòng)圖像優(yōu)化技術(shù)的局域處理軟件， 可以使圖像信息顯示最大化、 有效增強(qiáng)場(chǎng)景感知和遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視能力； LITENING G4瞄準(zhǔn)吊艙采用新型1 024×1 024中波凝視陣列紅外探測(cè)器、 新型激光照明器， 并采用激光目標(biāo)圖像處理算法， 進(jìn)一步提升在惡劣氣象條件下的目標(biāo)辨識(shí)能力。

采用多模自動(dòng)跟蹤、 多目標(biāo)記憶跟蹤和抗遮擋技術(shù)， 提高目標(biāo)跟蹤能力； AN/AAQ-30瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔采用相關(guān)、 對(duì)比度和質(zhì)心跟蹤模式， 紅外和可見(jiàn)光傳感器具有自動(dòng)目標(biāo)捕獲和多目標(biāo)跟蹤功能； 基于慣性跟蹤技術(shù)， 在跟蹤目標(biāo)的同時(shí)， 系統(tǒng)可記憶存儲(chǔ)10個(gè)附加目標(biāo)（甚至目標(biāo)溢出視場(chǎng)外）； MX-15/20/25的MX-GEO軟件包為系統(tǒng)提供偵察區(qū)域圖像掃描拼接（GEO-Scan）、 自動(dòng)視頻和慣性組合跟蹤（GEO-Tracking）、 地理指向引導(dǎo)（GEO-Pointing）、 地理指向控制（GEO-Steering）、 地理聚焦（GEO-Focus）等功能。 采用多傳感器圖像融合技術(shù)， 提高目標(biāo)的捕獲和辨識(shí)能力。

2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定精度高， 具有自主目標(biāo)引導(dǎo)與定位能力

光電載荷要實(shí)現(xiàn)“看的清、 打得準(zhǔn)”， 必須具有高精度視軸穩(wěn)定能力。 Sniper AT瞄準(zhǔn)吊艙采用6個(gè)震動(dòng)隔離裝置光學(xué)基座設(shè)計(jì)技術(shù)， AN/AAQ-30瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)塔采用5軸柔性穩(wěn)定平臺(tái)和電子穩(wěn)像技術(shù)， BRITE Star Ⅱ瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用6軸穩(wěn)像技術(shù)， MX-25采用5軸主動(dòng)穩(wěn)像、 6軸被動(dòng)減振技術(shù)等， 使系統(tǒng)具有超強(qiáng)隔離載機(jī)擾動(dòng)能力和高精度穩(wěn)像能力。

光電載荷穩(wěn)定平臺(tái)內(nèi)置高精度GPS/IMU組合慣導(dǎo)模塊， 實(shí)現(xiàn)高精度自主地理引導(dǎo)， 目標(biāo)位置、 速度和運(yùn)動(dòng)方向等特征測(cè)量， 自動(dòng)目標(biāo)跟蹤， 光電傳感器自動(dòng)聚焦， 多視軸自動(dòng)校準(zhǔn)以及與載機(jī)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)等功能。

3 發(fā)展趨勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)

技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動(dòng)軍事裝備和作戰(zhàn)模式變革， 新軍事思想發(fā)展?fàn)恳夹g(shù)的進(jìn)步， 以信息化、 網(wǎng)絡(luò)化為核心的“空、 天、 海、 地”一體化作戰(zhàn)模式， 要求機(jī)載光電載荷不僅要作為傳感器節(jié)點(diǎn)“視野大、 看的遠(yuǎn)、 看得清”、 而且要作為武器節(jié)點(diǎn)“抓得住、 跟得穩(wěn)、 瞄得準(zhǔn)”， 遂行“發(fā)現(xiàn)、 確認(rèn)、 跟蹤、 定位、 打擊、 評(píng)估”即“發(fā)現(xiàn)即打擊”全作戰(zhàn)鏈任務(wù)。 機(jī)載光電載荷向著“遠(yuǎn)程化、 精準(zhǔn)化、 智能化、 綜合化”方向發(fā)展。

3.1 高性能光電傳感器是光電載荷發(fā)展的核心

為滿足“廣域搜索、 遠(yuǎn)程偵察、 精準(zhǔn)打擊”的應(yīng)用需求， 要求光電傳感器應(yīng)具有陣列大、 分辨率高（對(duì)比度、 空間、 光譜）、 響應(yīng)快等特點(diǎn)， 具備復(fù)雜氣象（如薄云、 薄霧、 陰天、 霾等）和復(fù)雜目標(biāo)特性（弱小、 運(yùn)動(dòng)、 偽裝等）條件下的高概率探測(cè)和辨識(shí)能力。

目前機(jī)載光電載荷使用的紅外探測(cè)器以640×512中波制冷型器件為主， 也有少數(shù)采用1 280×1 024規(guī)模的器件， 探測(cè)器像元尺寸在15 μm左右， 響應(yīng)波段3.7～4.8 μm， 像元平均等效噪聲溫差（NETD）≤20 mK， 非均勻性<5%RMS， FPA工作溫度77～110 K。 為了提高目標(biāo)探測(cè)能力， 紅外探測(cè)器向著多波段、 大面陣、 高靈敏度發(fā)展， 目前已發(fā)展到第三代（像元數(shù)≥100萬(wàn)）， 其中制冷型單色探測(cè)器主要是銻化銦（InSb）和銦鎵砷（InGaAs）紅外探測(cè)器， InSb探測(cè)器工作于3～5 μm中波波段， 具有量子效率高、 像元響應(yīng)均勻性好、 可靠性高等特點(diǎn)， InGaAs探測(cè)器工作于0.9～1.7 μm短波波段， 可以在室溫下高探測(cè)率工作。 發(fā)展中的第三代雙色或多色紅外探測(cè)器主要是碲鎘汞（HgCdTe）、 量子阱（QWIP）和Ⅱ類(lèi)超晶格（T2SLs）紅外探測(cè)器， 由于三種紅外探測(cè)器吸收紅外輻射光子形成載流子的機(jī)理不同， 其性能各有優(yōu)缺點(diǎn)。 HgCdTe探測(cè)器具有量子效率高（70%～80%）， 光響應(yīng)率高， 響應(yīng)速度快、 響應(yīng)波段連續(xù)可調(diào)等特點(diǎn)， 是第三代紅外探測(cè)器發(fā)展的首選。 QWIP紅外探測(cè)器大面積材料均勻性好、 工藝成熟、 成品率高、 響應(yīng)波段寬（3～30 μm）等特點(diǎn)。 T2SLs可較好克服HgCdTe和QWIP紅外探測(cè)器存在的問(wèn)題， 兼顧兩者優(yōu)勢(shì)， 具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景， 是新型紅外探測(cè)器的最佳選擇。

目前第三代焦平面紅外探測(cè)器陣列已實(shí)現(xiàn)規(guī)模4 K×4 K、 像元尺寸小于10 μm、 四個(gè)響應(yīng)波段、 NETD優(yōu)于2 mK。 要滿足“體積小、 面陣大、 分辨率高、 多波段、 成本低”等高性能紅外探測(cè)器的發(fā)展需求， 必須要解決HgCdTe材料及器件性能的不均勻性、 長(zhǎng)波響應(yīng)暗電流大、 大規(guī)模材料生長(zhǎng)襯底匹配性， QWIP探測(cè)器量子效率低， T2SLs設(shè)計(jì)、 材料生長(zhǎng)及器件制備工藝成熟性等關(guān)鍵技術(shù)， 提高器件工作溫度、 縮小體積降低成本， 增強(qiáng)片上信息融合處理能力、 提高探測(cè)器目標(biāo)檢測(cè)和辨識(shí)性能。

隨著半導(dǎo)體集成和工藝等關(guān)鍵技術(shù)突破， CMOS傳感器已克服動(dòng)態(tài)范圍小、 靈敏度偏低等不足， 向著高分辨率、 高靈敏度、 大動(dòng)態(tài)范圍、 大面陣、 高幀頻、 寬光譜和高智能化發(fā)展。 與CCD傳感器相比， CMOS傳感器具有成本低、 功耗低、 抗暈和抗輻射能力強(qiáng)、 讀出任意開(kāi)窗、 響應(yīng)速度快、 CMOS圖像傳感器芯片上可以集成數(shù)字型號(hào)處理電路（如A/D轉(zhuǎn)換器、 自動(dòng)曝光控制、 非均勻性補(bǔ)償、 白平衡處理、 黑電平控制、 伽馬校正、 可編程DSP器件等）等特點(diǎn)。 CMOS傳感器正逐漸替代CCD傳感器， 成為光電圖像偵察的重要傳感器。 國(guó)內(nèi)已研制出響應(yīng)波段400～1 200 nm、 分辨率200萬(wàn)像素（60幀/s）、 660萬(wàn)像素（30幀/s）和1 600萬(wàn)像素（25幀/s）的寬光譜CMOS傳感器芯片。

多/高光譜成像技術(shù)是將成像技術(shù)和光譜測(cè)量技術(shù)結(jié)合在一起， 獲取的信息不僅包括空間二維信息， 還包括隨波長(zhǎng)分布的光譜輻射信息。 最大的特點(diǎn)是將工作光譜區(qū)精細(xì)劃分為多個(gè)譜段， 并同時(shí)在各譜段對(duì)目標(biāo)成像探測(cè)， 極大地提高了目標(biāo)探測(cè)的準(zhǔn)確性， 是光電探測(cè)領(lǐng)域一個(gè)質(zhì)的飛躍。 根據(jù)應(yīng)用需要的不同， 光譜成像探測(cè)可應(yīng)用于可見(jiàn)光/近紅外/短波紅外波段、 中波紅外波段、 長(zhǎng)波紅外波段等光譜范圍。 隨著對(duì)目標(biāo)/背景光譜特性的研究不斷深入， 標(biāo)準(zhǔn)光譜特征數(shù)據(jù)庫(kù)不斷完善， 多/高光譜探測(cè)技術(shù)不斷向著小型化、 高分辨率和實(shí)時(shí)性發(fā)展， 應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

3.2 高精度穩(wěn)定平臺(tái)是提升系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中光電對(duì)抗烈度、 目標(biāo)隱身技術(shù)、 武器精度及射程發(fā)展， 要求光電載荷具有更遠(yuǎn)的作用距離、 更寬的光譜感知范圍、 更高的瞄準(zhǔn)與跟蹤精度。 要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、 高精度目標(biāo)探測(cè)與瞄準(zhǔn)， 穩(wěn)定平臺(tái)必須具有高精度穩(wěn)像能力， 高精度穩(wěn)定平臺(tái)是機(jī)載光電載荷履行作戰(zhàn)使命的基礎(chǔ)和保障。 目前， 國(guó)外先進(jìn)機(jī)載光電載荷的穩(wěn)定精度已達(dá)到亞像素級(jí)。

在高精度穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)中， 通過(guò)系統(tǒng)軸系構(gòu)架組成優(yōu)化、 結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化、 材料及控制組件選型等， 提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度、 降低軸系耦合及摩擦力矩， 提高載機(jī)擾動(dòng)力矩隔離能力， 控制系統(tǒng)通過(guò)采用新技術(shù)新方法， 提高控制回路帶寬和增益， 提高系統(tǒng)視軸穩(wěn)定性。 例如Sniper AT穩(wěn)定平臺(tái)采用柔性光學(xué)基座設(shè)計(jì)技術(shù)， AN/AAQ-30采用5軸穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)， BRITE Star Ⅱ采用6軸穩(wěn)像技術(shù)， MX-25采用5軸主動(dòng)穩(wěn)像、 6軸被動(dòng)減振技術(shù)等。

粗精組合穩(wěn)定系統(tǒng)是提高系統(tǒng)穩(wěn)定精度的有效技術(shù)途徑。 在通用穩(wěn)定平臺(tái)的基礎(chǔ)上， 增加高精度快反鏡（FSM）組件， 通過(guò)精密補(bǔ)償消除粗級(jí)穩(wěn)定的殘余誤差， 從而提高瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定精度， 同時(shí)由于其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小， 可以大幅度提高諧振頻率， 提高系統(tǒng)跟蹤帶寬和響應(yīng)速度。 粗精組合穩(wěn)定系統(tǒng)中FSM是關(guān)鍵技術(shù)， 采用這種穩(wěn)定技術(shù)， 可以使光電系統(tǒng)的穩(wěn)定精度達(dá)到微弧級(jí)甚至納弧級(jí)， 實(shí)現(xiàn)亞像素級(jí)穩(wěn)像。 采用兩自由度高精度FSM鏡技術(shù)不僅可以補(bǔ)償瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定的殘余， 提高穩(wěn)定精度， 而且可以用于補(bǔ)償圖像運(yùn)動(dòng)模糊， 實(shí)現(xiàn)廣域搜索偵察應(yīng)用中的“步進(jìn)凝視”， 同時(shí)可以用于紅外成像系統(tǒng)的“微掃”， 實(shí)現(xiàn)亞像素超分辨率紅外成像。

3.3 高精度目標(biāo)跟蹤定位是發(fā)揮作戰(zhàn)效能關(guān)鍵

為了實(shí)現(xiàn)“廣域搜索、 準(zhǔn)確定位、 快速摧毀、 實(shí)時(shí)評(píng)估”， 以及網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)能力， 采用衛(wèi)星定位、 慣性測(cè)量和陀螺穩(wěn)定（GPS+IMU+STA）組合技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)高精度目標(biāo)搜索定位、 跟蹤與瞄準(zhǔn)， 是目前先進(jìn)機(jī)載光電載荷系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。 采用GPS+IMU+STA組合技術(shù)， 使系統(tǒng)具有以下功能和特點(diǎn)： ① 減少安裝誤差和由于系統(tǒng)減振器帶來(lái)的動(dòng)態(tài)誤差， 顯著提高目標(biāo)引導(dǎo)和定位精度； ② 實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)高精度自動(dòng)校軸和光電載荷自動(dòng)校靶， 解決由于材料、 裝配、 環(huán)境變化等帶來(lái)的光軸誤差， 提高系統(tǒng)的目標(biāo)定位瞄準(zhǔn)精度； ③ 通過(guò)對(duì)目標(biāo)位置、 運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向等特征測(cè)量， 結(jié)合視頻跟蹤， 提升光電載荷自動(dòng)目標(biāo)跟蹤的抗干擾、 記憶跟蹤和多目標(biāo)跟蹤能力； ④ 提高光電傳感器的自動(dòng)聚焦能力； ⑤ 系統(tǒng)通用性強(qiáng)， 提升了載機(jī)平臺(tái)適應(yīng)性。

3.4 先進(jìn)圖像處理是提升系統(tǒng)性能的有效途徑

伴隨著光電載荷裝備發(fā)展， 提高其目標(biāo)探測(cè)能力一直是研究的重要內(nèi)容。 為了提高系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)識(shí)別距離和遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視能力， 除了探測(cè)器性能的提高和新探測(cè)概念體制的不斷發(fā)展外， 先進(jìn)圖像增強(qiáng)處理技術(shù)是光電載荷性能提升的有效途徑， 在國(guó)外光電載荷中已得到廣泛應(yīng)用， 并顯著改善系統(tǒng)的性能。 例如， AN/AAQ-30采用先進(jìn)的基于局部圖像增強(qiáng)的增程技術(shù)， 使目標(biāo)辨識(shí)距離提高 60%； MTS-A/B采用基于自動(dòng)圖像細(xì)節(jié)優(yōu)化的增強(qiáng)處理技術(shù)， 有效增強(qiáng)場(chǎng)景感知和遠(yuǎn)程偵察監(jiān)視能力。 圖像增強(qiáng)處理技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)， 也是機(jī)載光電載荷發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

紅外圖像增強(qiáng)處理算法按照處理域劃分， 可以分為空間域和頻率域處理。 按照算法實(shí)施的方法可以分為灰度修正、 圖像平滑、 圖像銳化、 圖像增晰、 彩色處理等。 隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法、 小波變化、 模糊理論和數(shù)學(xué)形態(tài)等多種數(shù)學(xué)工具發(fā)展應(yīng)用， 新算法不斷出現(xiàn)。 近年來(lái)， 隨著紅外焦平面探測(cè)器性能的提高， 紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)技術(shù)受到研究人員的廣泛關(guān)注。 針對(duì)紅外成像的特點(diǎn)， 研究提出了多種紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)處理算法， 通過(guò)增強(qiáng)紅外場(chǎng)景中目標(biāo)與背景的灰度對(duì)比度以及目標(biāo)自身結(jié)構(gòu)特征對(duì)比度， 解決高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景中辨識(shí)低對(duì)比度目標(biāo)的問(wèn)題。 FLIR公司提出的數(shù)字細(xì)節(jié)增強(qiáng)（DDE）技術(shù)是當(dāng)前針對(duì)該問(wèn)題的一個(gè)很好的解決方案。

可見(jiàn)光攝像傳感器是光電載荷的重要成像傳感器， 但是在不良的氣象條件下（如霧霾天氣等）， 由于大氣中的懸浮粒子對(duì)目標(biāo)反射光的散射等作用， 使色彩失真淡化、 對(duì)比度減弱等圖像降質(zhì)， 嚴(yán)重影響圖像視覺(jué)效果和目標(biāo)探測(cè)辨識(shí)性能， 采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)于可見(jiàn)光圖像進(jìn)行去霧處理， 是改善霧霾天氣下可見(jiàn)光成像質(zhì)量和目標(biāo)探測(cè)性能的有效技術(shù)途徑。

綜合分析現(xiàn)有圖像增強(qiáng)算法， 在算法運(yùn)算量、 場(chǎng)景自適應(yīng)性、 大動(dòng)態(tài)弱對(duì)比度小目標(biāo)辨識(shí)、 人眼感知匹配性等有待進(jìn)一步提高。 隨著傳感器技術(shù)、 成像方式和成像體制的發(fā)展， 圖像增強(qiáng)處理技術(shù)發(fā)展將具有以下特點(diǎn)：

（1） 隨著高光譜成像、 三維成像、 偏振成像等新型成像技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用， 圖像增強(qiáng)處理技術(shù)將向著基于多特征、 多維度（空間、 深度、 時(shí)間、 光譜、 偏振）方向發(fā)展；

（2） 隨著壓縮感知理論、 自適應(yīng)編碼孔徑成像等計(jì)算混合成像技術(shù)發(fā)展， 圖像增強(qiáng)由后處理向著成像—處理一體化發(fā)展， 綜合利用光學(xué)系統(tǒng)、 采樣和圖像重構(gòu)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、 高分辨率紅外成像；

（3） 隨著分布式孔徑全向探測(cè)、 多頻譜傳感器的同裝載協(xié)同探測(cè)應(yīng)用發(fā)展， 圖像增強(qiáng)技術(shù)將向多源、 異型、 多光譜圖像融合增強(qiáng)處理方向發(fā)展；

（4）圖像增強(qiáng)處理算法研究更加關(guān)注人眼視覺(jué)特性， 向著基于視覺(jué)感知的方向發(fā)展。

3.5 智能化、 綜合化是光電載荷發(fā)展的方向

為了適應(yīng)信息化、 網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)爭(zhēng)的目標(biāo)多樣化、 環(huán)境復(fù)雜化、 任務(wù)多樣化帶來(lái)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)， 機(jī)載光電載荷將以分布式全景感知、 光電探測(cè)與對(duì)抗相結(jié)合、 多機(jī)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同為特征， 向著多任務(wù)綜合化（監(jiān)視偵察、 探測(cè)預(yù)警、 告警對(duì)抗、 目標(biāo)搜索識(shí)別、 目標(biāo)定位跟蹤、 目標(biāo)瞄準(zhǔn)打擊、 打擊效果評(píng)估等）、 態(tài)勢(shì)感知和行動(dòng)決策智能化方向發(fā)展。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

綜上可知， 機(jī)載光電載荷技術(shù)的發(fā)展要關(guān)注以下關(guān)鍵技術(shù)： ① 紅外傳感器技術(shù)， 特別是大面陣長(zhǎng)波和多色探測(cè)器的發(fā)展， 解決碲鎘汞探測(cè)器長(zhǎng)波器件非均勻性、 穩(wěn)定性和低信噪比等問(wèn)題， 加速量子阱探測(cè)器在長(zhǎng)波和多色探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展， 攻克Ⅱ類(lèi)超晶格探測(cè)器材料生長(zhǎng)、 器件制備工藝等技術(shù)難關(guān)， 充分發(fā)揮其在長(zhǎng)波、 甚長(zhǎng)波、 多波段和低成本等方面的優(yōu)勢(shì)， 加速產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 ② 穩(wěn)像技術(shù)， 開(kāi)展新體制和機(jī)電一體化穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)研究， 提高系統(tǒng)穩(wěn)像能力、 減小系統(tǒng)體積， 降低成本； 開(kāi)展高性能、 小型化伺服組件（陀螺、 電機(jī)等）和控制算法研究， 提高系統(tǒng)穩(wěn)像和跟蹤精度。 ③ 自主目標(biāo)引導(dǎo)與定位技術(shù)， 開(kāi)展衛(wèi)星定位、 慣性測(cè)量和陀螺穩(wěn)定柔性組合設(shè)計(jì)及高精度小型化慣性測(cè)量組件國(guó)產(chǎn)化研究。 ④ 目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別與跟蹤技術(shù)， 開(kāi)展目標(biāo)特性技術(shù)研究， 開(kāi)展弱小目標(biāo)快速檢測(cè)、 智能識(shí)別與跟蹤技術(shù)研究。 ⑤ 圖像處理與視覺(jué)增強(qiáng)技術(shù)。

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Equipment Development of Airborne Electro-Optic Payload and Its Key Technologies

Ji Shupeng

（China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China）

Abstract： In this paper， represented by the typical airborne electro-optic payloads such as LITENING targeting pod， ATFLIR targeting pod， Sniper AT targeting pod， MTS-B multi-spectral targeting turret and MX-25 multi-sensor turret， the classification， equipment status and main properties of airborne electro-optic payload are overviewed. The main technical performance parameters of the above airborne electro-optic payloads are described. The main technical characteristics are analyzed and summarized. Finally， the development trend and key technologies that need to be focused on of airborne electro-optic payload are analyzed and discussed.

Key words： airborne electro-optic payload； surveillance and reconnaissance； electro-optic sensor； targeting pod； multi-spectral turret； tracking and targeting