光電偵察平臺的技術發展概況和發展趨勢綜述

薛 丹

（洪都航空工業集團,南昌 330024）

0 引 言

由于航空偵察具有時效性強、準確度高、偵察范圍廣、機動靈活、針對性強的特點，既可克服地面偵察受地球曲率和地形障礙物對視線的限制和較強的危險性，又可彌補衛星偵察的細節和時效不足，所以目前它仍是獲取戰術情報的基本、有效的手段。

航空偵察以光電傳感器為主，如各種膠片相機、實時傳輸相機、可見光與紅外相機、激光器等。這些機載集成的傳感器被裝在可以自由運動的平臺里，就構成了機載光電偵察平臺。在飛行器的頭部或下部，我們常常可以看到一個轉動的凸出物體，它就是飛行器觀察周圍情況、獲取圖像的“眼睛”——機載光電偵察平臺。

通過機載光電偵察平臺可以執行多種軍事任務，主要包括照相偵察、撒傳單、信號情報收集、撒布雷達干擾箔條、防空火力誘餌、防空陣地位置標識、直升機航路偵察、為武器系統提供目標定位和目標指示、目標動態監視和目標毀傷評估的實時情報等。近年來,在商用救助、災情防救、邊防稽私等方面也有其重要作用。在此僅對光電偵察平臺的相關技術及其發展進行討論。

1 光電偵察平臺的發展概況

航空偵察起源于18世紀末，當時用氣球進行目視偵察。19世紀50年代開始出現了航空照相，當時人們試圖用風箏、氣球（1858年）將照相機帶到空中對地面拍攝，繪制地形圖，這也成為機載平臺最早的雛形。1911年底至1912年初，意大利首先用飛機進行了目視和照相偵察。1915年末開始有專用的航空攝影機用于航空偵察。在一戰中期，戰爭情況發生了很大變化，作戰縱深增大了，軍隊的技術裝備有了很大改進，雙方對重要的軍事目標也都采用了偽裝措施。這時，地面偵察和空中目視偵察已不能滿足需要，于是空中照相偵察被提到了重要的地位，飛機逐漸成為航空偵察的主要工具。在第二次世界大戰中，主要交戰國以飛機照相偵察為主，航空相機成為機載平臺的一種。第二次世界大戰以后，航空相機這種機載平臺雖然有它非常重要的軍事價值，但是由于其不能實時判讀，不能滿足戰場實時性的要求，人們開始開發新型的機載光電偵察平臺，其目的是可以實時地提供戰場情況給指揮員，從而根據戰場情況做出新的判斷。

隨著遙感等科學技術的進步，尤其是微電子學的發展，無人偵察機的研制呈現出新高潮，并成為世界各國軍備競賽的新熱點，其中的主要偵察設備光電偵察平臺的研制也日益受到重視。光電偵察平臺是近十年來發展極為迅速的一種新型實時圖像偵察設備，已經由單一的光學照相向多光譜照相、紅外成像、微波成像和可見光成像等多方面延伸。下面簡單介紹幾種常用類型的光電偵察平臺[1]：

1）單載荷光電偵察平臺

機載單載荷光電偵察平臺，由于受到體積、重量、成本和戰術任務需要等方面的限制，只能裝載一種傳感器，如C C D電視、前視紅外等。這類光電偵察平臺的特點是小型化，主要用于無人機。隨著無人機用于實戰，單載荷光電偵察平臺得到了快速的發展。無人機具有體積小、雷達反射截面小、造價低和不必考慮人員安全等特點，非常適合于戰場偵察。目前，雖然單載荷光電偵察平臺的用途受到限制，但仍然有著不可低估的作用。隨著新型材料的出現及技術的不斷進步，單載荷光電偵察平臺已經發展到超小型、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，達到輕便、易維修、更容易投入戰場使用的目的。

2）雙載荷光電偵察平臺

單載荷光電偵察平臺因為只能在白天或者夜間工作，不能實現全天候的使用要求，從而出現了雙載荷光電偵察平臺。它既可以在白天工作，也可以夜間使用，不用更換任務載荷，極大地提高了使用效率。目前，機載雙載荷光電偵察平臺通常有2種結構形式：兩框架兩軸結構和四框架四軸結構。后者由于能夠有效隔離風阻對任務載荷的影響，所以穩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采用了四框架兩軸的結構形式，任務載荷為CCD電視和前視紅外。雙載荷光電偵察平臺因其體積和重量相對較小，能夠晝夜工作，目前已在中輕型無人機及直升機上得到廣泛使用。

3）多傳感器光電偵察平臺

在過去20年中，技術和工業上的飛速進步催生出一系列體積小、重量輕、功耗低的高性能集成機載傳感器，使機載光電偵察平臺獲得飛速發展。先進的探測器材料、大型焦平面陣列、傳動裝置、組裝工藝、讀出技術、信號處理技術以及數據鏈路、數據壓縮、聯網、信息安全等相關技術日新月異，再加上生產能力的提高，使得機載光電偵察平臺多載荷集成成為現實，可以在同一平臺下實現可見光、前視紅外、激光指示、激光測距等多種功能。

美國、以色列、加拿大、南非、法國、英國、俄羅斯、意大利等國都己研制出多種型號產品裝備部隊。如以色列的ESP-600C型無人機載光電偵察平臺，采用三框架兩軸穩定結構形式，方位轉動范圍無限(360°x n)，俯仰轉動范圍+10°～ -110°，最大角速度50°/S，最大角加速度 60°/S2，視軸穩定精度為15μrad。又如以色列的MOSP型無人機載光電偵察平臺，采用四框架兩軸穩定結構形式，方位轉動范圍無限(360°x n)，俯仰轉動范圍+15°～ -110°，最大角速度30°/S，視軸穩定精度為25μrad。上述兩種光電偵察平臺分別代表了各自框架結構形式的無人機載光電偵察平臺的國際先進水平。表1和表2分別為國外和國內幾種型號航空光電偵察平臺的主要性能。

從表1可以看出,平臺的有效載荷一般都有可見和紅外探測器,以保證全天時工作。配上電視跟蹤器和激光測距儀,又可實現目標跟蹤和定位的功能。平臺的框架形式二框架二軸穩定、三框架三軸穩定、四框架兩軸穩定等,依據穩定精度、搜索范圍的要求而定。為了保證良好的飛機氣動特性,造型多為球柱,外形美觀、質量輕、功能全、結構緊湊、布局合理、通用性強、穩定精度高。

國內無人機載光電偵察平臺的研制起步較晚，90年代初開始研制無人機載電視偵察平臺。近年來,國內航空光電偵察平臺也有較大發展,無論在平臺質量,還是有效載荷、穩定精度方面都取得較大進步。國內航空光電偵察平臺的研制情況如表2所示。

從表1和表2可以看出,國內在航空光電偵察平臺研制方面與國外相比還有較大差距,尤其在體積和質量方面,其原因主要在于框架形式、材料以及其材料,以及光學結構的小型化設計和制造技術水平存在較大差距。

表1 國外航空光電偵察平臺的參數

表2 國內航空光電偵察平臺的參數

2 光電偵察平臺的發展趨勢

未來，偵察監視仍然是無人機的主要任務，因此光電偵察平臺仍將在無人機的作戰應用中扮演重要角色。隨著許多關鍵技術不斷取得突破，各種設計成本合理、通用性強、模塊化、小型化的光電偵察監視載荷將成為發展的主流[2]。

1)隨著航空偵察朝著空間的立體化、情報信息的實時化、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展，要求光電偵察平臺技術先進、手段多樣、空間廣延、時間連續、信息傳遞快速。因此機載光電偵察平臺會越來越復雜化和多樣化，而四框架兩軸平臺因為其眾多的優點，必然會越來越受到青睞，有著廣闊的發展空間。

2)機載光電偵察平臺系統數字化。機載光電偵察平臺系統必須實現數字化，才能加強系統的功能和有效性。數字化偵察圖像具有以下幾方面的優點:

（1）圖像增強。通過數字化對比度處理，使圖像清晰度更好。

（2）辨認和抽取感興趣的區域。可將場景以多種視角和尺寸顯示出來，數字工具能夠測算感興趣的目標。

（3）采用數據壓縮和錯誤校正編碼，便于圖像分析。目前CCD相機、紅外熱成像和激光測距機等技術已基本實現了數字化。

3）穩像技術向著更精確、更靈活、體積小以及價格低、能耗小、易于操作的方向發展。

4）任務載荷的“即插即用”技術。無人機技術越來越復雜，其價格也正在攀升，用戶也要求無人機提供多種任務能力，因此模塊式任務載荷的概念正在得到越來越多的關注，它可以使無人機上的單個或多個傳感器根據每項任務或一系列任務的需要進行改變。

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

美軍《2005～2310無人飛行器系統路線圖》中明確提出將100譜帶的超光譜成像傳感器作為2010～2015年無人機具備的能力，而2020～2030年將使用1 000譜帶的超光譜成像設備[3]。這兩種成像傳感器已在飛機和衛星上使用，現正在“全球鷹”和“捕食者”無人機上進行裝備試驗。美國的民用和商用領域已經對多光譜/超光譜成像的研究建立了 “現象庫”，這將大大簡化這類傳感器應用于無人機的難度。

6）研發微型無人機光電傳感器技術。微型無人機可由士兵攜帶，能完成常規偵察手段難以實現的近距離低空偵查監視以及對隱蔽處和有障礙的細節目標的探測，具有其它偵察設備無法比擬的優勢。美軍已將開發微型無人機光電傳感器技術列為微型無人機發展的重要戰略內容。Raytheon公司已經開始研制第四代前視紅外技術（靈巧焦平面陣列技術），計劃將其用于微型無人機。它采用碲鎘汞傳感器和先進的信號處理融合技術，可以覆蓋整個可見光波段和近、中、遠紅外波段，體積小，質量輕，探測能力強，可能會成為近距、低成本的成像偵察設備的首選[1]。

3 結 語

無人機光電系統在實際戰爭環境中取得的成功使得它成為現代部隊裝備中最具有前途的技術之一。為了支持高精度的偵察、瞄準和打擊任務，無人機上將集成大量的光電系統。由于市場的牽引，國外近年在光電偵察平臺技術發展很快,向著平臺質量更輕、傳感器更多更小、穩定精度更高的方向發展。

[1]楊英.無人機的偵查、監視用有效載荷現狀與發展動向[J].飛航導彈，2007.

[2]賀作豪.無人機任務載荷發展趨勢（上）（下）[J].無人機，2003.

[3]邵福才.美軍無人機發展情況綜述 [J].外軍信息戰，2006.