機載光電技術的裝備與發展*

(空軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

機載光電技術的裝備與發展*

李寶寧李永郭寶錄

(空軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

機載光電技術在現代戰爭中發揮著越來越重要的作用。文章介紹了機載光電技術的發展歷程以及裝備的研制、改進情況,指出了在現代戰爭中發展機載光電技術的優勢和重要性,重點探討了幾種機載光電技術的性能及其特點,最后論述了機載光電技術的發展動向與分析。

光電技術;裝備;發展分析

ClassNumberTN97

1 引言

導彈對飛機構成了嚴重的威脅,不僅威脅到戰斗機,而且也威脅到支援飛機、直升機和民航飛機。因此,西歐國家一直都非常關注飛機的自防護能力,并開發了各種對抗措施。本文就光電裝備、發展動向、發展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 光電裝備

為了對抗光電制導導彈的攻擊,各類飛機都采用了多種光電對抗設備,主要包括雷達告警、激光告警、紅外/紫外告警、激光有源干擾、紅外有源干擾等光電裝備[2]。

2.1 雷達告警

雷達告警系統,如AN/ALR-56M、AN/ALE-74、AN/APR-39(V)2、AN/ALR-67(V)等,主要作用:當飛機受到威脅雷達照射后可發出告警并可控制電子干擾機或投放干擾物對其實施干擾。例如,由BAE系統(北美)公司/諾思羅普·格魯曼公司電子系統分部研制的AN/APR-39A系列。AN/APR-39重量為7kg～16kg,被廣泛使用在AH-1、AH-64、UH-60以及UH-1等多種型號的直升機上,也可用于C-130運輸機。另外一種典型的接收機是BAE系統(澳大利亞)公司的30kg重的ALR-2002。

導彈逼近告警系統,如AN/ALQ-156(V)導彈攻擊(多普勒雷達)(主動)告警系統。除了告警機之外,雷達干擾系統也是一種不錯的選擇。雷達干擾系統最初主要用于壓制敵方的防空飛機,現在越來越多地用于戰斗機自我保護。一種典型的系統是薩伯航空電子公司的B0Q-AI1O。該系統是一種安裝在機翼下的吊艙,重235kg,配有內部控制和顯示裝置。另外,Selex公司和諾斯羅普·格魯曼公司也生產了Zeus雷達告警和干擾機。該裝備集成在機身內。另外一種安裝在機身內的系統是諾斯羅普·格魯曼公司和ITT航空電子公司生產的AN/ALQ-165機載自我保護干擾機。

2.2 激光告警

激光告警技術是隨著激光測距/制導武器技術的不斷提升與迫切的對抗需求而發展起來的,兩者既相互制約,又相互促進。激光告警裝備主要包括:

1)SLIPAR激光脈沖告警接收機,可在多平臺實現激光威脅告警。

2)FOALLS遠離軸激光定位系統,屬于成像光譜識別型,可在戰場進行激光威脅監視,探測波段為0.5μm～1.064μm,離軸探測距離1km,探測靈敏度為1μW/cm2,其探測器是CCD攝像機。

3)休斯公司激光告警機,可在多平臺實現激光威脅告警,探測波段為0.53μm～1.1μm,探測器8個。

4)AN/AVR-2機載激光告警機,屬于相干識別型,用于直升機激光威脅告警,傳感器為四個F-P干涉濾光器,覆蓋方位角360°。

5)Skylight(“窗口”),用于機載平臺,屬于高性能飛機激光威脅告警。

6)AN/AAR-89V機載導彈逼近告警系統,屬于綜合型,用于直升機平臺的激光威脅告警,可探測2～3個波段,覆蓋方位角360°。

2.3 紅外告警

機載紅外告警系統采用全景凝視接收前端,接收元件具有高分辨率、高靈敏度,告警采用多個譜段,高速計算機使信號處理更快;電路和軟件設計模塊化、通用化使系統維護更加方便;系統能同時對多個來襲目標告警,并根據威脅程度自動反應。紅外告警裝備主要包括:

1)AN/AAR-34機載導彈臨近告警系統,屬于掃描紅外探測型,應用領域為戰斗機紅外制導導彈威脅告警。

2)AN/AAR-65機載導彈臨近告警系統,屬于單波段紅外探測型,應用領域為戰斗機紅外告警。

3)AN/AAR-44機載導彈臨近告警系統,屬于應用領域為固定翼飛機紅外雙波段掃描紅外探測型制導導彈威脅告警。

4)機載分布孔徑紅外告警系統(DAIRS/MIDAS),屬于凝視紅外成像探測型,應用領域為飛機導彈威脅告警。

5)機載導彈威脅告警機(Flyeye),屬于凝視紅外焦平面陣列成像探測型,應用領域為戰術飛機導彈威脅告警。

6)機載中紅外導彈臨近告警傳感器(MAWS),屬于凝視紅外焦平面陣列成像探測型,應用領域為飛機導彈威脅告警。

7)機載無聲攻擊紅外告警系統(SAWS),屬于制冷掃描紅外探測型,應用領域為機載紅外告警。

2.4 紫外告警

紫外告警是利用“太陽光譜盲區”的紫外波段(在此波段內幾乎沒有太陽輻射)來探測導彈的火焰與尾焰,相對于紅外探測可有更低的虛警率,廣泛用于機載逼近告警系統。紫外告警裝備主要包括:

1)AN/AAR-44A導彈逼近(被動紅外)告警系統等,主要用于探測逼近的導彈,并及時啟動箔條和紅外干擾彈投放裝置,以干擾逼近的導彈。

2)AN/AAR-54V機載導彈臨近告警系統,屬于凝視紫外成像探測,用于直升機和固定翼飛機導彈威脅告警。

3)AN/AAR-57CMWS機載通用導彈臨近告警,屬于凝視紫外成像探測,用于美國三軍戰術飛系統機導彈威脅告警。

4)AN/AAR-58機載導彈臨近告警系統,屬于雙波段掃描紅外探測,用于固定翼飛機紅外制導導彈威脅告警。

5)AN/AAR-60機載導彈臨近告警系統,屬于凝視紫外成像探測,用于飛機導彈威脅告警。

2.5 激光有源干擾

激光有源干擾包括激光欺騙干擾和激光壓制干擾。激光欺騙干擾主要包括對抗激光測距機的激光測距干擾技術和對抗激光制導武器的有源欺騙式干擾技術。激光壓制干擾又稱激光致盲干擾技術。激光有源干擾裝備主要包括:

1)AN/PLQ-5激光對抗裝置,屬于低能激光致盲壓制干擾型,裝載在步槍上,作用距離可達2km,使用電池的發射次數為3000次。

2)LARC激光測距對抗系統,屬于低能激光欺騙干擾型,機載平臺,可覆蓋機身下半球區域。

3)機載光電對抗吊艙(AEOCM),屬于低能激光致盲壓制干擾型,機載平臺。

2.6 紅外有源干擾

紅外有源干擾裝備主要包括:

1)AN/AAQ-24機載定向紅外對抗系統(Nemesis),屬于氙燈、激光紅外源干擾型,用于戰術飛機對抗新一代紅外制導導彈。

2)AN/ALQ-132機載紅外干擾吊艙,屬于燃油加熱陶瓷紅外源干擾型,用于固定翼飛機干擾紅外制導導彈。

3)AN/AAQ-8(V)機載紅外干擾吊艙,屬于吊艙安裝的電子調制銫弧光燈紅外源干擾型,用于超音速戰斗機、運輸機平臺干擾紅外制導導彈。

4)AN/ALQ-144、144A機載紅外干擾系統,屬于電加熱石墨紅外源干擾型,用于中型直升機和固定翼飛機干擾紅外制導導彈。

5)AN/ALQ-146機載紅外干擾系統,屬于電加熱陶瓷紅外源干擾型,用于直升機干擾紅外制導導彈。

6)AN/ALQ-123機載紅外干擾吊艙,屬于銫弧光燈紅外源干擾型,用于戰斗機干擾紅外制導導彈。

7)AN/ALQ-204機載紅外干擾系列(Matador),屬于電加熱紅外脈沖干擾型,用于大型運輸機干擾紅外制導導彈。

8)機載模塊化紅外發射系統(MIRTS),屬于電子調制銫弧光燈紅外源干擾型,用于直升機、固定翼飛機干擾紅外制導導彈。

9)機載自防護系統(Starfire),屬于激光紅外源干擾型,用于直升機、固定翼飛機干擾紅外導彈。

2.7 紅外誘餌

紅外誘餌主要包括:伴飛式、拖曳式紅外誘餌、特種材料自然式紅外誘餌、多光譜紅外誘餌彈、復合式紅外誘餌彈、可燃箔條彈以及面源型紅外誘餌彈等。

1)AN/ALE-36機載投放吊艙,用于飛機投放箔條彈和紅外誘餌彈。

2)AN/ALE-39機載投放系統,用于美國海軍戰術飛機投放一次性干擾物。

3)AN/ALE-45機載投放系統,用于美國空軍F-15飛機投放箔條彈、紅外誘餌彈。

4)AN/ALE-47機載威脅自適應對抗投放系統,用于戰術飛機投放箔條彈、紅外誘餌彈。

5)LORALIE機載紅外誘餌系統,用于誘騙攻擊的紅外制導導彈。

2.8 電子干擾吊艙

例如,AN/ALQ-184(V)電子對抗干擾吊艙、AN/ALQ-119噪聲/欺騙式干擾吊艙、AN/ALQ-131(V)噪聲/欺騙式干擾吊艙等,主要用于干擾敵對空情報雷達、地空導彈制導雷達、高炮瞄準雷達和機載截擊雷達等。

2.9 導彈干擾系統

例如,AN/ALE-47電子對抗撒布器系統、AN/ALE-40/45干擾物投放器、AN/ALQ-212ATIRCM機載紅外對抗系統、AN/AAQ-24(V)“復仇女神”機載定向紅外對抗系統、“捍衛者”機載紅外干擾吊艙等。

3 發展動向

1)IAI公司推出MOSP3000多任務光電穩定系統。以色列航空航天工業公司網站2012年3月20日報道:以色列航空航天工業公司(IAI)將為3家客戶提供升級FLIR變焦多任務光電穩定有效載荷系統—MOSP 3000。合同總價值為2000萬美元[5]。

該系統于2012年3月20日至22日在無人機系統國際(AUVSI)協會展示。MOSP3000由IAI公司的Tamam部門開發,采用開放式結構設計,最多可容納五個傳感器。傳感器包由一臺晝夜彩色變焦攝像機,一臺連續變焦熱成像攝像機(640×480探測器格式),一個激光指針和一臺護眼激光測距儀組成。MOSP3000也可安裝激光指示器和激光測距取景器(LDRF)。所有配置含一個內置自動視頻追蹤系統(AVT)。此外,該系統采用先進的圖像處理能力,加強了目標抓取范圍。

MOSP3000是一種多傳感器電光和紅外(EO/IR)有效載荷系統。14英寸系統主要為無人機和航空器設計,15英寸系統則主要用于直升機、固定翼飛機、艦艇和需加強結構的地面應用。

IAI公司還介紹了新產品,一種輕型光電穩定有效載荷中的插頭(MicroPOP)穩定有效載荷系統。新的MicroPOP系統包括基于大幅面探測器和一臺連續光學變焦攝像機的新型熱成像儀。此外還增加了自動視頻追蹤系統(AVT)以提高作戰能力。

MicroPOP用于短距偵察,為小型無人飛行器(小型UAV)提供了先進的圖像增強功能。它是一種陀螺穩定的單傳感器有效載荷,可用于日間或夜間觀察,并且操作簡單,維護成本低。

2)航空航天公司選擇AVO光電公司半導體激光器。美國《軍事與航空航天電子學》網站2012年1月4日報道:航空航天公司(Aerospace Corp)為其“立方體納”(CubeSat)微型衛星選擇了AVO光電公司的星載半導體激光照明光源[7]。

AVO光電公司的半導體激光器在精密光學校準、焊接和環境密封等方面均有獨特的功能。

按照CubeSat的坐標軸系統,對激光器的要求是能產生10瓦連續波束,波長為795納米。航空航天公司為美國空軍和國家偵察辦公室研究和發展中心(FFRDC)工作的資深科學家菲爾茨說:我們選擇AVO光電公司是因為他們有足夠的經驗提供具有成本效益的、可靠的、堅固的飛行硬件。

Cubesat是一種用于空間研究的微型衛星,體積通常只有1kg,重量不超過1.33kg,并使用商業現貨(COTS)電子元件。

AVO光電公司的高功率激光光源工作效率為30%,可在多種照明周期下運行,其耐溫、抗振和抗沖擊等光電性能測試超過了規定的標準。

采用先進組件,減少CubeSat航天器的尺寸和質量可降低發射成本。大型衛星一般需要5～10年的設計、制造和發射周期,而Cubesat可在1～2年內完成制造并發射。

3)美國空軍地基光電深空監視系統跟蹤衛星,提供數據。澳大利亞《每日航天》2013年11月11日報道:地基光電深空監視系統(GEODSS)由美國空軍第21航空聯隊運行,可以跟蹤空間超過38120km(20000英里)、像籃球大小的目標。它由9個(3組)望遠鏡組成,分別位于新墨西哥的白沙導彈靶場、印度洋迪戈加西亞島和毛伊島。這些站點幾乎完全覆蓋地球同步軌道并提供近80%的地球同步觀測[8]。

美國空軍上校沙恩·拉希德表示,“據估計,目前約有500000個目標繞地球軌道運行,我們有能力跟蹤23000個左右的目標,自1982年以來,GEODSS一直在跟蹤軌道目標,以證實行星的位置和彼此不會互相撞擊。”GEODSS通過使用反射太陽光跟蹤空間目標,因此只能在晴朗的夜晚工作。這個任務現在正變得越來越困難。十年前,只有數千目標(從氣象、導航、導彈防御和通訊衛星,到太空垃圾),而現在被跟蹤的目標數量現在已經翻了4倍,并仍在上升。

空間態勢感知的重要性不言而喻。空軍航天司令部指揮官威廉·謝爾頓表示,空間態勢感知支撐美國所有的太空工作,從航天發射到太空作戰。美國依賴空間態勢感知以了解太空環境,軍事行動的每個方面都以某種方式涉及太空和網電空間系統。

4)未來十年美軍光電開支將達到135億美元。美國軍事與航空電子網站2014年2月10日報道:據國際預測公司分析,在未來十年,美軍將斥資135億美元用于光電系統和技術,將采購30萬套光電系統[9]。

國際預測公司在題為《陸基和海洋光電系統市場》的報告中指出,到2022年,美軍將花費約135億美元用于光電項目的研究、開發和制造。未來10年將生產29.6036萬個光電系統,其中,2013～2017年期間將生產15.6561萬個光電系統,2018～2022年期間將生產13.9475萬個系統。

國際預測公司高級國防分析師表示,盡管伊拉克部隊縮編和駐阿富汗部隊的減少,在未來幾年,對光電系統的高需求將只會略有下降。未來幾年,雷聲公司生產的VAS-5駕駛員用視覺增強器(DVE)的生產將持續穩定。此產品將在美軍的其它服務中得到擴展應用,包括海軍、海軍陸戰隊、空軍,以及特種作戰司令部。

在美軍對先進監視系統需求的推動下,夜視設備將得到大量需求。未來十年,PSQ-20增強型夜視護目鏡(ENVG)的生產將相對穩定,2013年5月陸軍為此系統授予主承包商Exelis價值4800萬美元的合同。

預計到2018年,美軍將在夜視設備上斥資11億美元。同時,海基光電系統的發展重點將轉向監督和定位小型海上威脅。例如,位于北安普頓的L-3 KEO公司于2013年8月獲得了價值970萬美元的合同,將升級和翻新MK46光學瞄準系統,以及MK20光電傳感器組件和子組件。

4 發展分析

機載光電技術的發展趨勢:一是信息融合與多光譜化;二是裝備小型化/功能操作簡單化;三是功能的多層次化;四是裝備通用化[10]。

1)信息融合與多光譜化。多光譜探測技術、多波段制導技術的廣泛使用極大地提高了武器系統的作戰效能和抗干擾能力。因此,要實現有效的對抗,光電對抗裝備工作波段也必須進行相應的擴展,且將多波段的信息進行融合,不僅能大大降低告警設備的虛警率,也可提高對抗敵方裝備的成功率。

2)裝備小型化/功能操作簡單化。某些光電裝備功能復雜、系統龐大已不適應未來戰爭多目標對抗、機動性要求高的軍事需求。因此,必須突出裝備的小型化,以適應各種復雜的環境,即應在保證可對抗同一種目標的前提下,盡量減少系統功能組成,以有效提高裝備獨立作戰的能力。

3)功能的多層次化。隨著現代光電技術的不斷發展,陸海空天全方位的光電偵測技術已逐步形成,遠距離、高精度的光電精確制導技術也日益成熟。因此,近距離、單點對抗已不能滿足軍事需求,光電對抗也應該同末段防護向遠距離告警、多層次、多手段全程對抗的作戰方式轉變。

4)裝備通用化。通用化是指光電對抗系統的設備普遍采用標準化的模塊結構,通過組建多種作戰平臺通用的彈性系統骨架,使不同的系統、設備之間盡可能共用相同的,相互通用,并根據不同的對抗需求快速組合功能模塊形成功能不盡相同的光電對抗裝備,以適用于各種平臺。

5 結語

機載光電技術與光電對抗技術是相生相克、互為矛盾、卻又是相互依存與競爭發展的兩個方面。隨著光電裝備的迅速更新換代與對抗需求的強烈牽引,機載光電對抗技術也逐漸興起,并在與性能不斷優化的光電裝備的斗爭中迅速成長,成為電子戰的主要組成部分之一[11]。

[1]黃一,呂俊芳,盧廣山.機載光電跟瞄平臺穩定與跟蹤控制方法研究[J].飛機設計,2003(3):38-42.

[2]王恒立,朱卓.機載光電探測航姿信息融合算法研究[J].光電技術應用,2009,24(2):22-26.

[3]BAE系統公司向英國皇家海軍交付首套“山貓”直升機的光電頭盔顯示儀[N].每日防務,2010-11-26.

[4]賽峰公司和泰利斯公司簽署光電領域合作協議[N].每日防務,2011-12-27.

[5]IAI公司推出MOSP3000多任務光電穩定系統[N].每日防務,2012-03-23.

[6]法國泰勒斯公司在光電與通信領域的新舉措[N].每日防務,2012-08-09.

[7]航空航天公司選擇AVO光電公司半導體激光器[N].每日防務,2013-01-08.

[8]美國空軍地基光電深空監視系統跟蹤衛星,提供數據[N].每日防務,2013-11-14.

[9]未來十年美軍光電開支將達到135億美元[N].每日防務,2014-02-20.

[10]賈平,張葆.航空光電偵察平臺關鍵技術及其發展[J].光學精密工程,2003,11(1):82-88.

[11]耿延洛,王合龍,周洪武.機載光電探測跟蹤系統總體準確度分析方法研究[J].電光與控制,2004,11(2):18-20.

EquipmentandtheDevelopmentofAirbornePhotoelectricTechnology

LI Baoning LI Yong GUO Baolu

(Air Force Representative Bueau in Jinzhou, Jinzhou 121000)

The airborne photoelectric technology plays more and more important roles in the war today. The development process of the airborne photoelectric abroad and equipment in some countries in the world and their modifications are described. The technique performance and properties of several airborne photoelectric seekers are analyzed;and development trend and analysis of the airborne photoelectric are discussed.

photoelectric technology, equipment, development analysis

2013年11月10日,

:2013年12月27日

李寶寧,男,工程師,研究方向:電子工程技術。

TN97DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.006