轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展

王大鵬，范惠林，侯滿義，陳丹強(qiáng)，劉成亮

（空軍航空大學(xué)作戰(zhàn)指揮系，吉林長春130022）

轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展

王大鵬，范惠林，侯滿義，陳丹強(qiáng)，劉成亮

（空軍航空大學(xué)作戰(zhàn)指揮系，吉林長春130022）

光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)正在取代傳統(tǒng)型純光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，成為滿足全天候快速精確轟炸要求的新一代轟炸瞄準(zhǔn)設(shè)備。主要從系統(tǒng)組成、系統(tǒng)模型及實(shí)現(xiàn)途徑三方面給出了轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（外形與載機(jī)共形、合并至分布式綜合光電系統(tǒng)），從而為發(fā)展新型轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、提高信息化戰(zhàn)爭背景下轟炸作戰(zhàn)能力提供了一定的理論依據(jù)。

轟炸瞄準(zhǔn)；光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；分布式綜合光電系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

1 引 言

從二戰(zhàn)后期到20世紀(jì)80年代末，由電子計(jì)算機(jī)、轟炸雷達(dá)和光學(xué)瞄準(zhǔn)具組成的傳統(tǒng)型光學(xué)轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)一直是轟炸機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置［1］。在轟炸作戰(zhàn)中，光學(xué)瞄準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的觀測與瞄準(zhǔn)，轟炸雷達(dá)自動測出飛機(jī)與目標(biāo)的位置信息，電子計(jì)算機(jī)計(jì)算出領(lǐng)航和轟炸所需的各種參數(shù)。隨著以信息技術(shù)為主的軍事高新技術(shù)飛速發(fā)展，情報(bào)、偵視和偵察在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和安全中顯得日益重要，近幾次局部戰(zhàn)爭結(jié)果表明，在復(fù)雜電磁環(huán)境下對敵地面、海面目標(biāo)遂行全天候快速、精確打擊已經(jīng)成為軍事強(qiáng)國的一種常態(tài)化打擊方式，而傳統(tǒng)型轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)顯然已經(jīng)無法滿足作戰(zhàn)要求，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

（1）目標(biāo)信息獲取難。純光學(xué)瞄準(zhǔn)具在夜間及復(fù)雜氣象條件下難以觀測到目標(biāo)，瞄準(zhǔn)時(shí)機(jī)組人員常需俯身半趴在瞄準(zhǔn)具上，空中氣流大時(shí)很難保持準(zhǔn)確觀測、瞄準(zhǔn)；

（2）轟炸精度低。傳統(tǒng)型轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)無法使用制導(dǎo)武器，一般轟炸誤差在200m左右；

（3）載機(jī)生存率小。純光學(xué)瞄準(zhǔn)具一般為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，靠人工操作凸輪、齒輪等轟炸瞄準(zhǔn)諸元進(jìn)行瞄準(zhǔn)，操作繁瑣，瞄準(zhǔn)時(shí)間長，同時(shí)隨著被動式探測雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展，轟炸雷達(dá)的高頻信號易被捕獲，這無疑都使得載機(jī)的生存率減小。

光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（EOTS）集光機(jī)電高新技術(shù)于一體，其可見光及紅外熱成像模塊可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的全天候觀測，激光模塊可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)位置信息的測量以及對激光制導(dǎo)武器的導(dǎo)引。EOTS使載機(jī)能夠在機(jī)載雷達(dá)關(guān)機(jī)、處于無線電靜默狀態(tài)下快速對目標(biāo)進(jìn)行全天候自動搜索、跟蹤、瞄準(zhǔn)，有效地解決了以上問題，使戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生了革命性改變［2］，EOTS已成為信息化戰(zhàn)爭下的新一代轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。文獻(xiàn)［3］從總體上介紹了機(jī)載光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，文獻(xiàn)［4］側(cè)重介紹了直升機(jī)光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，本文主要介紹機(jī)載光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在轟炸作戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展。

2 轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)最突出的作用是實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)的全天候精確打擊，突破了氣象條件對于轟炸作戰(zhàn)的限制，減小了轟炸誤差（常規(guī)炸彈誤差約為10m［5］），同時(shí)還可輔助載機(jī)夜間起降。轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)目前已成為集紅外搜索和跟蹤（IRST）、前視紅外成像（FLIR）和激光指示瞄準(zhǔn)（LTD）等功能于一身的綜合系統(tǒng)，相當(dāng)于將傳統(tǒng)的前視紅外成像吊艙、光電雷達(dá)以及目標(biāo)指示瞄準(zhǔn)吊艙功能融合為一體。

2.1 系統(tǒng)組成

通常光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)被集成到一種機(jī)載式、雪茄狀的瞄準(zhǔn)吊艙中。瞄準(zhǔn)吊艙最早于20世紀(jì)80年代末在戰(zhàn)斗機(jī)上掛載，包括美空軍F-15E和F-16戰(zhàn)機(jī)的藍(lán)盾吊艙（LANTAIN）以及美海軍F／A-18的夜鷹吊艙（Nitehawk）［3］。光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)功能上主要由光電探測設(shè)備和電子計(jì)算設(shè)備組成，分別完成目標(biāo)信息獲取和目標(biāo)信息處理。轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)屬于光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在系統(tǒng)組成上也是由光電探測設(shè)備和電子計(jì)算設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 典型的光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)分解圖

光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在目標(biāo)信息獲取方面的技術(shù)是通用的，然而與戰(zhàn)斗機(jī)以先進(jìn)的制導(dǎo)武器為主要攻擊方式不同的是，轟炸機(jī)常要使用大量非制導(dǎo)武器。在打擊大規(guī)模低價(jià)值面目標(biāo)時(shí)，常規(guī)炸彈或常規(guī)炸彈結(jié)合制導(dǎo)炸彈依然是效費(fèi)比最高的打擊方式，因此轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于能夠控制機(jī)載常規(guī)武器的自動投放。典型的轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在目標(biāo)信息處理過程中，光電瞄準(zhǔn)處理計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)獲取載機(jī)航行信息及目標(biāo)位置信息，計(jì)算投彈點(diǎn)，適時(shí)啟動自動駕駛儀，穩(wěn)定攻擊前的飛機(jī)姿態(tài)和航路，適時(shí)發(fā)出自動投彈信號給電動投彈器。

圖2 轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 轟炸瞄準(zhǔn)模型

在應(yīng)用常規(guī)炸彈遂行轟炸作戰(zhàn)時(shí)，同傳統(tǒng)型光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)一樣，轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)也是依據(jù)水平空投系統(tǒng)瞄準(zhǔn)原理，依次按照水平空投原理所要求的方向瞄準(zhǔn)和距離瞄準(zhǔn)兩個(gè)過程對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)，電子計(jì)算設(shè)備通過實(shí)時(shí)將觀測線和瞄準(zhǔn)線相比較來決定開艙點(diǎn)和投彈時(shí)刻。

（1）方向瞄準(zhǔn)，修正偏流角

方向瞄準(zhǔn)過程中，載機(jī)不停轉(zhuǎn)彎以選擇一條正確的空投航向，在該航向上投彈，炸彈將會落在地面上通過目標(biāo)并與航跡線平行的一條直線上。

發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，首先進(jìn)入方向瞄準(zhǔn)，修正偏流角，轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)通過自動駕駛儀控制載機(jī)航向，保持目標(biāo)沿該縱標(biāo)線移動，則方向瞄準(zhǔn)結(jié)束，該偏流角為準(zhǔn)確值。

（2）距離瞄準(zhǔn)，修正速高比

距離瞄準(zhǔn)的過程是載機(jī)在正確的轟炸航向上選擇一個(gè)正確的時(shí)刻，即距目標(biāo)的水平距離等于炸彈的縱向射程。

方向瞄準(zhǔn)結(jié)束后，載機(jī)保持原飛行方向不變，通過修正速高比將目標(biāo)一直穩(wěn)定在視場中心。實(shí)質(zhì)上，方向瞄準(zhǔn)為調(diào)整瞄準(zhǔn)線傾斜角的過程，而距離瞄準(zhǔn)為調(diào)整瞄準(zhǔn)角的過程。

實(shí)際過程中，轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)操縱載機(jī)修正航向，實(shí)時(shí)測量目標(biāo)相對載機(jī)的觀測角和觀測線傾斜角，當(dāng)測量值等于計(jì)算值時(shí)，即觀測角等于瞄準(zhǔn)角，瞄準(zhǔn)線傾斜角等于觀測線傾斜角時(shí)實(shí)施投彈，炸彈就能命中目標(biāo)。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

轟炸光電瞄準(zhǔn)設(shè)備一般直接使用戰(zhàn)斗機(jī)光電瞄準(zhǔn)吊艙的光電探測設(shè)備，電子計(jì)算設(shè)備則需進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)常規(guī)炸彈投放為主的軟硬件改造，同時(shí)對載機(jī)進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)與光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)通信為主的改裝。美軍B-52轟炸機(jī)機(jī)翼下所掛載的光電瞄準(zhǔn)吊艙就是由F-16戰(zhàn)斗機(jī)的萊特寧-Ⅱ型吊艙直接改造而來［6］。在伊戰(zhàn)中，該吊艙成功指引激光制導(dǎo)炸彈對伊拉克的雷達(dá)設(shè)施和機(jī)場指揮中心進(jìn)行了打擊。通過改裝，B-52作戰(zhàn)能力大幅提升，具有與戰(zhàn)斗機(jī)相近的戰(zhàn)術(shù)打擊能力，結(jié)合其他系統(tǒng)升級，美國防部計(jì)劃將這款服役于1955年的老飛機(jī)服役期延長到2040年左右，成為老舊轟炸機(jī)加裝轟炸瞄準(zhǔn)系統(tǒng)成功的典型。

由于轟炸機(jī)機(jī)體相對較大，光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)除了以吊艙形式直接掛載于機(jī)翼下之外，還可將探測設(shè)備與電子計(jì)算設(shè)備分開，將探測設(shè)備以光電轉(zhuǎn)塔形式半埋于機(jī)身下，電子計(jì)算設(shè)備置于機(jī)身內(nèi)，光電探測設(shè)備、電子計(jì)算設(shè)備、載機(jī)三者通過機(jī)載計(jì)算機(jī)總線進(jìn)行通信，直升機(jī)、無人機(jī)一般采用這種實(shí)現(xiàn)方式。兩種實(shí)現(xiàn)形式對比如表1所示。

表1 兩種轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法對比

然而，對于隱身飛機(jī)而言，要盡可能地消除飛機(jī)表面各種突出物、鼓包，光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)需要與載機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)共形設(shè)計(jì)，表1中兩種實(shí)現(xiàn)方法均不能采用，目前的解決方法是采用分布式綜合光電系統(tǒng)，在機(jī)身多個(gè)方向布置光電器件窗口以得到全方位的圖像（特別是對于轟炸作戰(zhàn)而言最重要的正下方）。

目前國外只有美國F-35戰(zhàn)機(jī)采用了分布式綜合光電系統(tǒng)，F(xiàn)-35的AAQ-37型分布式綜合光電系統(tǒng)是在Sniper XP型吊艙的技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)而來（65%硬件相同，技術(shù)完全相同），由光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)（EOTS）和光電分布式孔徑傳感器系統(tǒng)（EODAS）兩部分組成。EODAS依靠安裝在機(jī)身特定部位的6個(gè)光電傳感器搜集360°范圍內(nèi)的各種信息，為飛行人員提供一個(gè)球形視野，實(shí)現(xiàn)了在雷達(dá)不開機(jī)的情況下對周圍戰(zhàn)場態(tài)勢的感知，可以對目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離（大于1000 km）放大確認(rèn)。由于EODAS探測精度目前還無法滿足對地攻擊要求，因此F-35在機(jī)頭下裝備EOTS專門負(fù)責(zé)對地攻擊，如圖3，EOTS設(shè)備艙由7塊表面鍍膜的藍(lán)寶石玻璃組成，用以散射雷達(dá)電波，減小對飛機(jī)RCS的影響，但這種結(jié)構(gòu)同時(shí)也產(chǎn)生了動態(tài)像差。EOTS是世界上首個(gè)也是唯一一個(gè)集第3代FLIR、IRST及激光指示、測距和激光點(diǎn)跟蹤功能于一身的高集成度、高效費(fèi)比的傳感器系統(tǒng)［7-8］。

圖3 F-35戰(zhàn)機(jī)的EOTS設(shè)備艙

目前投入過實(shí)戰(zhàn)使用的具備轟炸作戰(zhàn)能力的隱形飛機(jī)只有美國著名的F-117戰(zhàn)斗轟炸機(jī)和B-2轟炸機(jī)。受研發(fā)時(shí)期技術(shù)水平限制，F(xiàn)-117和B-2均未采用分布式綜合光電系統(tǒng)。

F-117憑借其性能優(yōu)越轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，在海灣戰(zhàn)爭中承擔(dān)了盟軍攻擊總數(shù)的40%，為后續(xù)隱形飛機(jī)轟瞄準(zhǔn)系統(tǒng)提供了重要的參考意義。F-117沒有機(jī)載雷達(dá)，在對地轟炸瞄準(zhǔn)時(shí)，主要依靠安裝在飛機(jī)風(fēng)擋玻璃之下的雙視場前視紅外（FLIR）探測器和前輪艙左側(cè)的可收放下視紅外（DLIR）探測器，F(xiàn)LIR負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離搜索、捕獲目標(biāo)，DLIR負(fù)責(zé)在接近目標(biāo)時(shí)的具體瞄準(zhǔn)，探測器轉(zhuǎn)臺操縱部件設(shè)在座艙左側(cè)的飛機(jī)油門上。

B-2和F-22一樣，主要是通過低截獲率的有源相控陣?yán)走_(dá)對地面、海面目標(biāo)進(jìn)行探測，而未裝配光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，這種采用主動式信號進(jìn)行目標(biāo)信息捕獲的方式很有可能暴露自己的行蹤，為敵方提供捕獲途徑，尤其是被動探測雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展（探測距離大于500 km）更是增大了其被捕獲幾率，在一定意義上限制了B-2的作戰(zhàn)使用。

3 轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

作為機(jī)載設(shè)備，轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的發(fā)展是在新一代飛機(jī)強(qiáng)調(diào)隱身性和信息戰(zhàn)能力的大背景下進(jìn)行的，其發(fā)展趨勢是外形與載機(jī)共形、合并至分布式綜合光電系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為小體積、高分辨率、高運(yùn)算速度。

3.1 小體積

為了最大限度減小對飛機(jī)RCS值的影響，轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)必須盡可能減小體積，合并結(jié)構(gòu)以便于器件布置，紅外傳感器系統(tǒng)可以通過紅外焦平面陣列實(shí)現(xiàn)，這樣就能省去價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的穩(wěn)定與瞄準(zhǔn)及光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)。

F-35的EOTS傳感器是一個(gè)簡潔的單孔徑器件，本身體積較小，突出蒙皮較少，對飛機(jī)RCS影響也相對較小。相比之下，俄羅斯T-50采用的傳統(tǒng)鼓包形紅外搜索跟蹤系統(tǒng)勢必會增大飛機(jī)的RCS值，不利于隱身性，同時(shí)也增大了飛行阻力。

3.2 高分辨率

系統(tǒng)體積的縮小、偽裝技術(shù)的快速發(fā)展、轟炸高度及作戰(zhàn)距離的增大等都對系統(tǒng)光電探測設(shè)備的成像分辨率提出了更高的要求，目前提高光電探測設(shè)備分辨率的主要新技術(shù)如表2所示［9-10］。

表2 提高光電探測設(shè)備分辨率的主要新技術(shù)

3.3 高運(yùn)算速度

轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)需要快速準(zhǔn)確地交換、處理海量數(shù)據(jù)：

（1）對目標(biāo)進(jìn)行全天候自動搜索、跟蹤、瞄準(zhǔn)會產(chǎn)生大量需要實(shí)時(shí)處理的數(shù)據(jù)；

（2）需要實(shí)時(shí)獲取慣導(dǎo)、大氣機(jī)等機(jī)載設(shè)備信息，依據(jù)水平空投系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)原理，計(jì)算輸出飛控信息和投彈控制信息數(shù)據(jù)到載機(jī)自動駕駛儀；

（3）分布式綜合光電系統(tǒng)至少有四個(gè)紅外器件窗口，而每個(gè)紅外器件又都包含一個(gè)大面積紅外焦平面陣列，較傳統(tǒng)型光電瞄準(zhǔn)吊艙產(chǎn)生約10倍以上數(shù)據(jù)，這也是分布式綜合光電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。

只有擁有高的運(yùn)算速度才能縮短作戰(zhàn)時(shí)間，提高轟炸精度，提升打擊效率，有效完成預(yù)期功能。提高系統(tǒng)運(yùn)算速度需從軟硬件兩方面入手。硬件方面，采用光纖為傳輸介質(zhì)，以GPU或CUDA圖像處理芯片進(jìn)行高性能并行運(yùn)算［10-11］，以綜合射頻傳感器系統(tǒng)作為載機(jī)核心處理系統(tǒng)，孔徑綜合，天線復(fù)合；軟件方面，優(yōu)化圖像融合、圖像去模糊技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理算法，在綜合射頻傳感器系統(tǒng)下進(jìn)行軟件融合［12］。

4 結(jié)束語

光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)由于其強(qiáng)大的信息捕獲能力，將取代傳統(tǒng)型的純光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，成為轟炸作戰(zhàn)的新型瞄準(zhǔn)方式，未來無人轟炸的實(shí)現(xiàn)將更加依賴光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。

轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于能夠控制常規(guī)武器的自動投放。對于非隱身轟炸機(jī)而言，直接應(yīng)用經(jīng)改進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)光電瞄準(zhǔn)吊艙是理想的途徑，主要有兩種方式，一種是直接以吊艙的形式掛載到機(jī)翼下，另一種是將電子計(jì)算設(shè)備置入機(jī)身內(nèi)，將光電探測設(shè)備固定到機(jī)身下；隨著隱身飛機(jī)的發(fā)展，轟炸光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)將與載機(jī)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)共形，這驅(qū)使系統(tǒng)朝著體積小、分辨率高、運(yùn)算速度快的方向發(fā)展，也使得系統(tǒng)性能的提高不僅依賴于光、機(jī)、電等領(lǐng)域的進(jìn)步，還將更加依賴新工藝、新材料的發(fā)展。

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Status and development of bombing electro-optic targeting system

WANG Da-peng，F(xiàn)AN Hui-lin，HOU Man-yi，CHEN Dan-qiang，LIU Cheng-liang
（Campaign and Command Department of Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China）

The Electro-Optic Targeting System（EOTS）is replacing the traditional all-optical targeting system as the oncoming generation targeting system to meet all-weather fast and precise bombing.The applying status through its system composition，model and realization approach is presented，andmeanwhile the development trend of electro-optic bombing targeting system is analyzed（appearance blending into the aircraft，incorporated to Distributed Integrated Electro-Optic System）.The thesismay be helpfully to research new bombing electro-optic targeting system and consequently boost the bombing function.

bombing targeting；EOTS；DIEOS；development trend

TN216

A

10.3969／j.issn.1001-5078.2013.09.03

1001-5078（2013）09-977-05

王大鵬（1989-），男，在讀碩士生，主要從事制導(dǎo)武器的作戰(zhàn)使用與仿真研究。E-mail：ajwzajwz＠163.com

2013-02-28；

2013-03-15