军用光电技术应用进展

来源：新光电，作者： 西安应用光学研究所   王润荣  王星

C4ISR的有效应用对作战中四个基本阶段的成功很关键，这四个阶段分别为：目标识别和捕获；战斗计划；武器的选择和发射；攻击后损伤评估。在每个阶段中，合理使用传感器和链接计算机对于最终结果都很重要。本文中，光电装置无论是作为独立的传感器使用，还是和其它传感器协同工作（如雷达和激光器）都起着关键作用。

用于C4ISR的光电装置

Axsys技术公司是通用动力公司的一个分部，是光电/红外技术的全球供应者，重点开发用于周边安全、边界监视和关键基础设施防护的高性能军用光学系统。其多传感器摄像机系统和成像模块适用于机动、航空、海上任务及行动的多种配置。EOSS系列产品兼具红外和热成像性能，或根据从广域周边监视到远距威胁识别任务的模式对两者混合。

DRS技术公司是美国Finmeccanica公司的一家子公司，是一家综合光电/红供应商，致力于各种关键任务系统。其产品包括用于骑兵和徒步士兵的各种机载ISR、目标瞄准、对抗及光电和光电/红外装置。

DRS公司的GS410稳定多传感器10英寸万向架是一种用于昼夜瞄准的高性能传感器系统，采用四轴稳定的高性能前视红外（FLIR）。

FLIR系统公司开发了一系列能进行ISR操作的应用产品。市场部很大一部分工作是开发技术方案，如战术无人系统操作。市场部和FLIR子公司ICx技术公司共同开发一系列成像、传感器和探测方案、系统和技术支持，用于防御和国土安全任务。FLIR系统公司的改进型产品是一系列紧凑热成像传感装置，它们易于携带，适合城市、国土安全和相关作战部队。

展示系统是FLIR公司的E系列手持热成像传感器。公司专门研发光电/红外传感器系统，声称有几千种系统已在70多个国家工作。热成像系统和装置包括机载、海上和陆地成像系统、无人系统EO/IR负载、士兵用光电和各种军事行动用精密光学系统。

光电系统应用广泛

为ISR应用制作整流罩和雷达天线罩是英国Cobham防御系统公司的专长，该公司致力于开发关键防御技术。该公司提供的光电系统有几种，其中很多用于野外军事系统中。其麾下SanDiego工厂、CA工厂和Suffolk工厂、VA工厂致力于处理宇航材料的复合材料产品，包括有人机和无人机部件及子部件用的环氧树脂、酚醛塑料、双马来酰亚胺（BMI）和氰化树脂。

来自DRS技术公司的TWS II系统是一种采用现代化25微米非致冷红外技术的热武器瞄具，产生目标热信息的清晰图像。系统以三种类型生产：一种用于轻武器，如M16、M4冲锋枪和M136轻型反装甲武器；第二种用于中型武器，如M249和M240系列班组自动武器；第三种用于重型机枪，包括班组长的M16和M4来复枪、M24和M107狙击手来复枪、M2HB和MK19机枪。

用于阿帕奇直升机高级光电火控系统的现代化“箭头”TADS/PNVS接收器由DRS公司为阿帕奇主合同商洛·马公司研制。DRS公司的改进产品是水平技术集成二代FLIR技术，据公司说，它将系统性能提高了150%，改进了可靠性和流线型野外维修能力，将操作和保障成本降低了约60%。与箭头兼容的TADS/PNVS接收器产生可以在座舱显示器和飞行员平视显示器上显示的高分辨率图像。该装置具有高级处理能力，可以探测到难以看见的障碍，如低空飞行行动中遭遇的电线。

EOIR技术公司重点是提供系统集成、数据和图像分析，传感器系统、高级训练和传感器操作员和EO/IR任务专家。防御公司列出其最大的客户，如NVESD（美国陆军夜视和电子传感器部门），公司获得了五角大楼和DHS机构的合同。

无人系统，包括无系留浮空气球及目前使用的不断发展的无人机，执行任务时，光电系统在ISR行动和保障UCAV任务中起重要作用。Exotic光电公司（II-VI公司的子公司），是光电/红外定制工程整流罩的供应商，在有人、无人光学系统和多光谱系统中使用。根据有严格标准系统要求的工程分析，公司为定制光电/红外部件加工提供重要的专用设备。

FLIR系统公司开发了经战斗证明的热武器瞄具，可与目前的昼夜光学系统兼容，并优化以提供夜间、穿过烟雾的远程瞄准能力。瞄具可用于战术和远距狙击手配置中的致冷/非致冷热技术。公司的展示系统是MILSIGHT系列高分辨率夜视瞄具。可用于战术和狙击手配置中，研发目的是为传统昼间目标捕获瞄具增加夜视性能，包括AN/PVS-22和AN/PVS-27系列。

公司的RECONIII系列手持双目传感器组合了便携、长寿命电池和具有多光谱成像的增程性能。FLIRVISION是一种组合热像和夜视性能的产品，密封在一个紧凑、轻型组件中。FLIRVISIONM32-C是一种夹持型热像仪，可与标准的单目夜视仪（MNVD）和夜视镜（NVG）兼容。装备有长波热成像传感器和获专利的内部图像注入器。FLIRVISION M32-C视场为34º，尺寸小而重量轻，操作简单，因而成为大多数士兵方便有用的工具。

FLIR系统公司机载高端产品是安装在吊舱上的SAFIRE系列热成像传感器。如Star SAFIRE III是一种利用陀螺稳定的光电/红外系统，可携带7种负载，测试和鉴定结果均超过军标要求。是全球机载、陆上、海上部队防护和危险地区救伤直升机的耐用产品。国防部和北约签订合同后，为全球终端用户交付了500套Star SAFIRE III装置。该系列中，采用量子阱红外光电探测器（QWIP）技术的产品被宣传为唯一的长波光电/红外传感器，提供全数字高清成像，满足国防部和北约对高清捕获的指标要求。公司声称其QWIP系统是一种真正数字系统，而不是混合的模拟/数字系统。

以色列飞机工业公司（IAI）下的 Tamam公司专门开发陀螺稳定光电负载系列产品，以满足各种应用要求。虽然所有光电负载利用FLIR摄像机提供稳定的、高分辨率昼夜观察性能，但某些产品也集成了高精度瞄准、指示和跟踪性能。

Tamam公司在生产无人机用光电负载方面处于领先地位。

——POP负载是Tamam公司生产的小型光电负载。旨在满足近距观察要求。POP被选用于各种飞机、无人机、直升机、安全系统和火炮瞄准装置上。POP的基本配置包括CCD和FLIR摄像机，可选装视频跟踪和激光指示装置。

——MINIPOP（光电稳定负载）是一种紧凑的昼夜观察系统，用于军事、准军事和民用。

——MICROPOP（光电稳定负载）是一种用于近距观察任务的新型、轻型昼夜稳定观察系统。系统为迷你无人机提供高级的、增强的图像能力。

——夜间瞄准系统（NTS）及其高级型（NTS-A），NTS-A是一种三传感器系统（TV、FLIR和激光指示器/测距机），它升级了攻击直升机——眼镜蛇（AH-1S）和超级眼镜蛇（AH-1W），赋予其昼夜作战能力。NTS-A也安装在发射激光指示导弹（如“海尔发”导弹）的A129 “莽古斯特”攻击直升机上。

——多任务光电稳定负载（MOSP）是Tamam公司的中距光电负载。具有非常高的稳定性，MOSP可匹配各种传感器，包括CCD、FLIR、激光测距机（LRF）、激光指示器、激光标示器和视频跟踪器。

——机载观察系统（AOS）是一种昼夜应用的高级机载观察系统。AOS可在固定翼飞机和直升机上工作。

——海上观察系统（NOS）是一种集成式海上光电监视和瞄准系统。

——远距观察系统（LOROS）是一种用于远距昼夜观察的多传感器成像系统。LOROS使IAI Tamam公司高级稳定和导航技术的优势发挥到最大程度。

——地面目标捕获和指示系统（GTADS）是一种用于现代地面部队的新型、轻便、独立的观察和瞄准系统。

——DART45是一种地面、机载和海上应用的轻型紧凑激光指示器和测距机。

ITT公司重点开发士兵和国防安全人员用的增强夜视产品。公司的夜视和成像部门生产了多功能夜视双目镜和其它像增强设备，用于所有作战领域的战术应用。其地理空间系统分部是战术夜视、遥感和导航产品的全球供应商，主要投资于像增强、热成像和多光谱图像系统。

示例系统是ITT公司的双传感器夜视镜（DSNVG），采用类似于熟悉的AN/PVS-14的控制方式，提供从高亮到全黑及穿透战场障碍的增强观察的能力，可以提高组件在城市作战的能力。双传感器夜视镜（DSNVG）的非出瞳成形目镜使士兵保持完整的视场，即使在剧烈物理运动中头盔有移动的情况下。NIGHTENFORCER PVS-14单目系统是用于恶劣战术环境下的另一个三代系统，采用ITT公司专有的薄膜PINNACLE II管。基于ITT公司已获证明的AN/PVS-14技术，它可以用一节AA电池提供50小时的连续工作。

Kollmorgen光电公司是美国潜望镜系统唯一的设计者和制造商，这使得它在全球光电防御装备研制和供应中占据特殊的地位。除了美国潜水艇的潜望镜外，Kollmorgen公司还将潜望镜安装在一些国际平台，包括TR1700、T209、WALRUS、A-19和SAURO级潜艇上。这些系统采用精确的、高分辨率光学系统、综合电子支援措施（ESM）、电子战（EW）、射频（DF）、全球定位系统（GPS）、热成像、微光成像或像增强传感器。

Qioptiq公司居国际领先地位，在欧洲、亚洲和美国都有公司。公司独特的人机接口（SMMI）系统是一种轻型、士兵便携的控制装置，能使徒步士兵单手连接或控制分散部件（如战场上的机器人和无人机）的操作，并能使士兵随时使用移动着的武器。系统采用一个带综合式手控的目镜观察屏（可与各种战术计算和C4ISR系统集成）。它还可以配备一个三轴数字磁罗盘（DMC），为用户提供导航和判断方位或其它特征方位的能力。

公司擅长生产红外应用的防御组件，特别是用于光学、多光谱光学以及光学模块的红外探测、告警和成像系统（如导弹导引头元件和组件）、热监视和检测摄像机方面。Qioptiq公司光电/红外产品中，得到认可的主要产品是红外搜跟组件、多光谱光学系统、红外变焦透镜和多视场光学系统、广角红外导弹告警透镜，特别是用于导弹导引头的导弹制导光学模块和复杂光学元件。公司在稀有防御材料，包括锗、硫化锌、cleartran、砷化镓、Vitron IG2、Vitron IG4、 Vitron IG6及其它材料上有专门技术。

在诸多合同商中，SierraNevada公司（SNC）获得了美国Gorgon Stare无人机基ISR启动生产合同，装备MQ-9“收割者”和在ISAF/OIF行动中部署的其它战术无人系统。SNC在传感器吊舱基础上生产了光电情报、监视、侦察（EO ISR）传感器组件，可安装在ITT公司生产的转塔上。系统的增量I配置采用5个白昼、黑/白光电和用于夜间成像的红外摄像机。ITT公司的广域机载监视（WAAS）传感器负载也是美国部队在ISAF的Gorgon Stare启动项目的一部分。在美国，五角大楼正着手评述15财年和16财年（即后国际安全援助部队（ISAF）时代）美国空军的情报、监视和侦察（ISR）性能要求。

SELEX Galileo公司的“天蝎”是一种用于榴弹发射管的轻型、紧凑火控系统，通过数字化瞄线和火线方案进行快速精确的瞄准和射击，该系统利用一个整体弹道处理器，通过加载一个与研发战术场景有关的射击表，快速重新配置到各种战术任务和选择的弹药中（如高爆炸药、双用途榴弹（HEDP）、烟雾弹）。“天蝎”系统是一种利用标准北约约定（STANAG）和美国军标装置，安装在紧凑组件中的武器。据说能极大地提高对静止和移动地面目标的命中概率。

SELEX公司的新型夜间机动子系统（NIMOS）基于轻型头戴显示（HMD）器，与微光数字视频摄像机集成后，集成到战斗枪瞄准光学系统（产品具有即插即拔性能，可与公司的ASPIS枪瞄具兼容）上，通过红外、流视频传感器或战术Wi-Fi传输信息，使射手能高精度瞄准和射击拐角目标（即使是远距离处部分隐藏或移动的目标）。

提供海上光电装置也是Selex光电公司另一个重要的研发领域。海上行动夜间装置（NEMO）是在关键任务作战场景中保障被动ISR行动的光电观察组件，它的战术优势是可以远距离、全天候监视敏感区域。系统很灵活，在各种任务中都可应用，包括深海营救、反走私、反污染行动和导航辅助。

Selex公司为海上行动研发的另一个系统是静默式捕获监视系统（SASS），一种适合被动IRST任务的周视传感器头。SASS支持中波红外和长波红外谱段同时工作，能探测和跟踪空中和地面目标，具有完整的360º水平覆盖范围，在标准的台式电脑或笔记本电脑和指定计算机系统上可显示为数字红外图像。SASS技术已被集成到意大利空军的CAVOUR航空母舰和法国-意大利的FREMM多用途/多任务护卫舰项目中。

瑞士的VectronixAG公司是生产便携式光电装置的全球领先者，它是萨吉玛公司（Safran集团公司）的一部分，最近在2011年的阿布扎比国际防务展（IDEX）上展出小型热捕获夹持系统（TACS-M）。TACS-M是一种创新型小型热像仪，可夹在已经野外装备的夜视器件，如夜视镜、头盔或武器安装的器件上。从TACS-M热系统得到的附加信息可以补充和增强放大的微光图像。TACS-M可能要加装到大部分可购买到的Vectronix 公司的夜视器件上或加装到全球陆军和特种部队在役的许多其它夜视产品中。

战术空间系统也得益于高级光电系统的应用，美国最新启动的产品是TACSAT和已取消的TRAILBLAZER。2011年2月，洛·马公司声称完成了安装在第一个地理同步地球轨道-1（GEO）卫星的最后一批子系统的研发任务，这是为美国空军天基红外系统（SBIRS）（主要用于军事和国土安全行动的美国战术空间项目）研发的。SBIRS最终继承了目前传统的服役超过30年之久的美国防御保障项目（DSP），最后一个DSP卫星于2007年发射。总共4个SBIRS卫星项目中，美国希望LMC作为主要合同商，诺·格公司作为负载集成商。

用于目标瞄准的光电系统

Aimpoint红点瞄具，也称作reflex瞄具，是一种非放大瞄具，具有无限制的眼间距，目标捕获速度无与伦比。在关键场景中，利用机械开关，射手能通过瞄具瞄准，同时很快获得正确设置。

FLIR系统公司的BRITE Star 系列、COBALT和TALON系列都是激光目标指示系统系列。BRITE Star II和DP系列都采用二极管泵浦激光器测距机/指示器和飞行中校准技术，以降低风险、工作周期连续测距。LRU COBALT 190采用的技术来自美国陆军机动电子能（MEP）项目技术。转塔式传感器吊舱可安装带多个光电/红外传感器的7个有效载荷。也可选择安装辅助转向系统，以进行独立的传感器瞄准和目标捕获。LD TALON是一种轻型、陀螺稳定的9英寸转塔，可同时容纳6个负载。它们都包括二极管泵浦激光指示器。与机载、海上、车载/机动任务平台兼容，完全符合军标。

Photonis公司的军用和太空用夜视产品及像增强管在全球普及。其像增强管是光电真空器件，工作原理是将非常微弱的光放大成人眼能观察到的可见光。增强器（如双目镜或武器瞄具）提供优越的探测、识别和认清的夜视性能。由于采用高级像增强管技术，士兵在夜间的战斗能力大大地提高。Photonis公司的 XR5像增强器具有增程性能：在夜间探测更多的细节；集成式自动选通电源（便于动态光条件下工作）；提高信噪比、调制传递函数和分辨率；“完美图像”的光晕小，光谱灵敏范围宽；重量轻；使用寿命延长以及温度适应性强。XD-4像增强器技术指标也很高，并在所有环境条件下都可以工作。Photonis公司产品性能先进，其独特之处是不仅在昼-夜-昼的变化中，而且在动态光条件（如MOUT工作）下，自动选通功能可以持久运行，以提高图像质量。XD-4也采用自动选通电源。Photonis公司声称其XR5像增强器代表了新的夜视标准，可用于现有和新型光学系统的各种倒装和非倒装的18mm格式（格式-匹配-）管中。Photonis公司提供各种增强型数字传感器（IDS），这是许多安全和监视传感器系统的基础产品。与传统系统相比， Photonis公司的增强型数字传感器（IDS）需要较少的电子元件，电路性能好，可以定制，以满足特殊要求（如用于无人机时，尺寸要小，元件结构坚固）。

Sofradir EC公司是Groupe Sofradir公司（世界领先的红外成像技术公司之一）的一个成员。Sofradir EC公司提供用途广泛的红外和微光成像分立部件及某些特定组件和成品。设计、工程和产品性能及技术和后勤保障仍是其优势。

2010年10月，Sofradir EC公司首次推出ATOM 1024非致冷XGA摄像机。ATOM 1024采用ULIS公司的高级硅微辐射计技术，是专门设计的一种真高清（XGA格式）热像仪，提供高分辨率图像并优化热灵敏度，用途广泛。

由于采用大型1024х768微辐射计探测器阵列，该摄像机的图像分辨率和探测距离得到很大地提高。采用新的17微米像素间距微辐射计探测器阵列，像素数增加了2.5倍，但阵列尺寸和目前25微米间距的VGA系统非常类似。这种‘倍增优势’使探测器可集成到紧凑的ATOM 1024中，性能增强，同时不用在摄像机尺寸、重量、功率或灵敏度方面折衷。其它性能指标也很优秀，包括热灵敏度（<50mk）、30Hz XGA帧速率（60Hz用于VGA输出格式）、低功耗（<1.7W）。

小型ATOM1024摄像机是各种军用和COTS热成像系统（包括手持、地面车辆和机载光电红外平台）的理想选择。

据说，拿破仑可以心算火炮发射方案，因而在战场攻击中能使法国加农炮精确瞄准。只有极少的指挥官拥有这种能力，但是，在夜间攻击及目前指挥官面临的许多战斗场景中，要对付灵活且隐形的威胁，即使具备这种优越的能力也无济于事。但是采用光电装置，将使不可能的行动成为可能。因此在今天的战场上，即使拿破仑也需要有效的军用光电装置。

Qioptiq公司提供世界领先的夜视、热武器瞄具和目标捕获瞄具，产品的使用平台（包括单兵攻击武器、轻型保障武器、协同操作武器、反坦克/摧毁物资武器和特种兵）应用非常广泛。产品用于各种像增强器：KITE、MAXIKITE-1、MAXIKITE-2、MERLIN-SR、MERLIN-MR、MERLIN-LR和NIGHTHAWK;以及非致冷热成像：VIPIR-2 CQB、VIPIR-2、VIPIR-2+、SVIPIR-2+、DRAGON C和DRAGON LR。

以色列的拉斐尔高级防御系统公司生产TOPLITE系统，为全球终端用户（包括美国海军、以色列和澳大利亚海军）服役多年，最近，通用动力公司和拉斐尔公司联合研制的“台风”（TYPHOON）海军稳定火炮系统装在ARMIDALE级巡逻艇上。TOPLITE是一种稳定的、昼夜、多任务、多传感器光电负载，适合陆-海-空监视和瞄准任务，使用平台包括直升机、地面车辆和各类飞机。

TOPLITE系统配备多个传感器，包括：在3-5µm或8-12µm 延迟积分（TDi）谱段工作的三代FLIR、彩色或黑/白CCD摄像机及激光测距机。系统采用手动和自动目标跟踪模式。拉斐尔公司的防御产品是作为稳定转塔的RECCELITE昼夜光电侦察吊舱，可以同时操作红外和视频通道。SPICE是一种精确武器制导组件，能将标准MK-83或MK-84炸弹升级成自动远程武器系统，对抗GPS干扰和其它形式的干扰和探测。

Raphael公司的JAM-AIR导弹对抗系统，是一种集成到灵敏导弹告警系统中的能量干扰转塔，以优化战斗直升机任务。双轴万向架转塔将高能机载灯指向威胁导弹。该转塔可以连接各种导弹告警系统，包括激光告警接收机（LWR）和雷达告警接收机（RWR）。

SELEX Galileo公司也是提供采用光电技术的光电/红外摄像机系统、转塔、瞄准和火控装置的全球供应商。公司重点研发这些领域的产品。

SELEX公司的监视目标捕获和武器瞄准具（STAWS）是一种采用高级非致冷热成像技术的被动多光谱瞄准系统。可与目前和下一代的遥控武器系统兼容，这些系统具有可配备装甲兵的集成系统结构。STAWS旨在提供24小时的全天候监视和目标捕获能力。