海軍機載光電裝備的保障技術與發展分析*

石永山

(海軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

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海軍機載光電裝備的保障技術與發展分析*

石永山

(海軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

光電裝備主要包括光電偵察、光電干擾和光電防御,是用于對敵方光電設備及制導武器實施偵察、干擾、摧毀和致眩,保護己方人員安全和光電設備正常使用的光電設備和器材。論文闡述了光電裝備、保障技術、發展動向、發展分析等。

光電裝備; 保障技術

Class Number TN97

1 引言

光電裝備作為海軍機載裝備中的較為復雜的部分,具有很高的精密性和維護復雜性,但由于光電裝備大多數是為其它裝備配套使用,屬于分系統和部件,得不到各部門應有的重視,故雖然現在的維護性理論發展得很快,但光電裝備的維護性水平卻發展得很不平衡。

2 光電裝備

光電裝備主要包括光電偵察、光電干擾和光電防御,是用于對敵方光電設備及制導武器實施偵察、干擾、摧毀和致眩,保護己方人員安全和光電設備正常使用的光電設備和器材。

2.1 光電偵察

對敵方輻射或散射的光譜信號進行搜索、截獲、測量、分析、識別以及對光電設備測向、定位,以獲取敵方光電設備技術參數、功能、類型、位置、用途,并判明威脅程度等情報的一種電子對抗偵察。包括光電對抗情報偵察和光電對抗支援偵察。

1) 光電對抗情報偵察,指長期監測、截獲、搜索敵方光電信號,經分析和處理,確定敵方光電設備的技術特征參、功能、位置,判別其類型、相關武器平臺、變化規律及威脅程度等,為對敵斗爭和光電對抗決策。

2) 光電對抗支援偵察指在作戰準備和作戰過程中,搜索、截獲敵方光電輻射和散射信號,并實時分析,確定敵方光電設備的技術特征參數、功能、方向(或位置),判別相關武器平臺及威脅程度等,為實施光電干擾、光電防御、反輻射摧毀和戰術機動、規避等提供光電情報的光電對抗偵察。

2.2 光電干擾

光電干擾主要包括有源干擾與無源干擾、欺騙干擾。

1) 有源干擾與無源干擾。有源干擾指有意發射或轉發某種類型的電磁波(或聲波),對敵方電子系統(設備)進行壓制或欺騙的一種電子干擾;無源干擾指利用散射(反射)或吸收電磁波(或聲波)的器材,阻礙或削弱敵方電子設備正常使用的一種電子干擾。

2) 欺騙干擾指發射、轉發、反射電磁波(或聲波),使干擾信號與真實信號相似,以欺騙敵方電子設備或人員,造成敵方得出虛假信息以至產生錯誤判斷和錯誤行動的一種電子干擾。例如,紅外誘餌、紅外干擾機、激光欺騙干擾、假目標、偽裝都是欺騙干擾。

2.3 光電能量攻防裝備

光電能量攻防裝備是作戰雙方在光波段進行能量對抗所采用的武器裝備。可分為強光武器系統與器材和強光防護措施。能量攻防是圍繞打擊能力和信息感知能力進行的,摧毀主要是削弱其攻擊能力,致盲是破壞其信息感知能力,致眩是影響其信息感知的及時性。強光武器系統與器材指利用光能量對敵方武器系統進行攻擊或干擾的武器系統或器材。強光防護措施是避免己方武器系統(主要指光電系統)和人員受到強光攻擊所采取的措施。

3 光電裝備的保障技術

光電裝備是海軍機載武器系統的重要配套設備,主要有光電跟蹤儀(并通過它形成光電火控系統),其使用特點是把晝光電視攝像機、紅外熱像儀和激光測距儀一并組裝在經雙軸穩定的指向儀上。飛行員通過控制桿控制傳感器和跟蹤器、圖像顯示、彈道預測并控制對接的火控系統。機載光電裝備具有獨自的特點、具有很高的精密性和維修復雜性,其保障技術就顯得越來越重要了。

3.1 光電裝備的特點

1) 高效能。光電裝備能執行早期警戒、自動搜索、探測浮雷、夜間導航等多項功能。另外,對目標的探測、跟蹤和識別距離也有較大提高。整個系統,不僅抗干擾能力強,而且更加可靠耐用。

2) 輕型。小型光電瞄準設備的頭部,重量較輕,外形多呈球狀或錐狀,可安裝在飛機頭或腹部。

3) 智能化。充分利用了計算機技術和網絡技術使光電設備智能化。

3.2 存在的的問題

1) 光電裝備的特殊性,光電裝備大都是高精度、高密封性的裝備。既要達到高精度、高密封性,又要有很好的維修性,確實是一件非常難的工作。

2) 我國的整體工業水平不高,各種零部件的加工精度也不是很高,這也為設計維修性增加了難度。

3) 執行的標準的操作性較差,現在關于維修性方面的標準,多是為其它專業的裝備編制的,缺少一部專為光電裝備的維修性的有較好操作性的標準。

4) 重視不夠,由于光電裝備大多數是為其它裝備配套使用,屬于分系統和部件,所以不論是軍方還是工業部門,對光電裝備的的維修性的重視程度是遠遠不夠的,每次對維修性的指標的要求只是很模糊地提到要符合某標準,而并沒有下達真正可行的要求,所以不論是在設計時還是在各種評審時,大家也都覺得不好操作或沒有引起重視而作為一個問題提出來。

5) 基層缺少專責的技術維修人員,在維修體系的下層,要求維修人員對各種武器裝備都要能進行維修,這樣在新裝備日益增多,結構日益復雜的形勢下,維修人員是很難達到對各專業都精通,尤其是光電裝備,其技術上的特殊性要求維修人員要有較高的專業技術水平才能勝任,培養一名光電裝備的維修人員要比其它專業要難得多。

6) 維修設備、儀器跟不上裝備的發展需要。新裝備列裝需要購置新的維修設備、儀器,特別是維修白光、微光、激光類裝備。

3.3 解決方案

針對光電裝備的設計和維護現狀,提出相應的解決方案:

1) 雖然大多數光電裝備對系統來說是一個分系統或部件,但它是有別于其它的分系統和部件的,由于它的價值大都比較高,如果以對其它分系統和部件的方法來待光電裝備,必然要付出高昂的代價,況且還有一部分光電裝備是獨立的裝備,所以有必要研究其維護性問題。

2) 針對設計生產時維護性理論應用不多的情況,應有一個機構來專門研究維護性理論在光電領域的應用問題,找出光電專業與其它專業的差距,應該在哪些方面進行改進等問題,并編制切實可行的標準來指導設計單位進行設計,同時,應在裝備的合同條款中明確維修維護的要求。

3) 針對光電裝備的維護工作現狀,首先要改變觀念,不論是白光、微光、激光裝備,都是海軍機載的重要裝備,必須高質量高可靠性;其次要將技術人員請進來、送出去,培養一支能勝任現代光電裝備維護任務的技術保障隊伍。

4) 應針對列裝的光電裝備,采購相應的維護儀器設備,以備部隊維護用,這些儀器設備可與裝備一起采購,根據光電裝備數量,按比例配給維護儀器設備。

4 光電裝備的發展動向

1) 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。美國海軍技術網2010年11月22日報道:BAE系統公司向英國皇家海軍交付第一套新型光電頭盔瞄準系統,供“山貓”Mk8直升機使用。皇家海軍“山貓”直升機能力項目經理證實已接收首套Q-Sight機槍手遠距離瞄準系統。

Q-Sight頭盔顯示儀是一種低成本、輕型、夾持式系統,只需用一個小型驅動單元連接在直升機的主電源即可工作,也可以依靠電池組工作。系統采用了一種可快速連接/斷開的豬尾式導線,不會影響乘員的緊急通過。皇家海軍將在“山貓”直升機上使用該系統現有的熱成像瞄準具以增強艙門處的機槍手的態勢感知能力。

BAE系統公司早在2010年3月就交付了最初的Q-Sight系統供論證和訓練。

2) Aurrion公司為美國國防高級研究計劃局開發光電多元件/部件集成技術。美國《軍事與航空航天電子學》2011年11月13日報道:2011年11月10日,美國Aurrion公司獲得了美國國防高級研究計劃局價值1390萬美元的光電多元件/部件集成(E-PHI)項目合同,將為其開發軍用微電子技術。這項技術可用于制造多種光電子微系統,如電信業使用的收發機、激光雷達傳感器和激光通信上使用的相干光學系統、光學隨機波形發生器、帶有集成圖像處理和讀出電路的多波段成像儀等。

根據光電多元件/部件集成項目合同,Aurrion公司將開發新型技術和新型結構,以便能夠在普通硅襯底上制造芯片級光電/混合信號集成電路。光電多相集成項目是國防高級研究計劃局多種元件/部件集成(DAHI)大型計劃的一部分,這項計劃旨在為電子、光電和微機電系統等多種材料和器件領域開發可制造的器件級技術,在普通硅襯底上制造出復雜的結構。這些技術應當顯著改善先進高帶寬射頻和混合信號芯片集成系統的光學陀螺、測向、光學通信和頻率基準同步的性能。

根據光電多元件/部件集成項目項目,Aurrion公司的專家首先將開發制造和器件技術,在硅CMOS兼容襯底上集成多種不同的光學和光電材料;然后將研究多種材料以及電子和光電器件異質集成的結構和設計方法;最終將對連續波和脈沖激光光源、射頻光電信號源等微系統進行演示。

3) 賽峰公司和泰利斯公司簽署光電領域合作協議。法國《航宇防務》2011年12月21日報道:法國賽峰公司和泰利斯公司于12月20日簽署了建立各自持有相同股份的光電系統與裝備合資公司的諒解備忘錄,法國國防部長隆蓋出席了簽字儀式。

通過這一合資公司,泰利斯和賽峰將聯合各自在光電領域的專業能力,擴展其提供的產品和服務,以滿足包括現代化項目和原始設備在內的新的防務系統需求。目前考慮中的新系統包括用于現代化的“大西洋-2”海上巡邏機的光電吊艙、用于即將到來的英法聯合研制的中空長航時無人機的圖像系統、用于陸軍地面車輛的模塊化光電系統,以及用于未來直升機的光電設備。

這兩家公司的合作將采取成立合資公司的方式,該合資公司覆蓋技術、商業和項目領域,而工業資產仍由兩家母公司控制。

通過這項合作,泰利斯和賽峰以增強法國在紅外探測器領域的國家技術基礎為目標,其成本有效性是競爭力的關鍵。這兩家公司還希望增強雙方各持股40%的Sofradir公司,該公司的目的是為了滿足雙方的戰略需求,并擴大其在國際開放市場上的存在,而且仍是確保其技術的經濟生命力的關鍵。

賽峰和泰利斯最終將把雙方各自正在開發的紅外探測器技術轉移到這一新的合資公司中。

泰利斯公司董事長兼首席執行官維涅隆贊揚這是一項雙贏的合作,將為客戶提供一流的技術,并提升雙方在國際市場上的地位。賽峰公司董事長兼首席執行官赫特曼表示,這項合作將使雙方避免重復投資,并能整合雙方在光電領域的最佳技術,并促進雙方團隊的動態協作。

4) 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。

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5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。

5) 法國泰勒斯公司在光電與通信領域的新舉措。法國《泰勒斯公司》網站2012年8月8日報道:法國泰勒斯公司將通過同歐洲防務企業建立新的合資企業并簽訂合作協議擴大其防務與安全產品范圍。泰勒斯已同法國薩吉姆公司成立合資企業OPTROLEAD,雙方將通過OPTROLEAD公司實現在光電系統領域的市場和技術的融合。這是泰勒斯為鞏固并增強法國光電產業協同效應的重要舉措。

泰勒斯公司表示,OPTROLEAD公司將負責未來光電系統的銷售,特別在國防領域,將參與大型國防項目,包括法國海軍“大西洋”2海上巡邏機的光電載荷的升級項目、英法對中空長航時無人機成像系統的聯合制造以及陸軍戰車的模塊化光電系統和未來直升機的光電產品研制。OPTROLEAD公司將有效地結合兩家母公司的領先技術。

除此之外,泰勒斯正加強同美國思科公司在網絡和通信創新領域的合作。包括以思科的技術為基礎開發泰勒斯的解決方案,在移動和寬帶無線網絡開發防務與安全市場的機會。

6) 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。

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795nm。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。

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年～10年的設計、制造和發射周期,而Cubesat可在1年～2年內完成制造并發射。

7) 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。

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他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。

截止到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。

5 光電裝備的發展分析

海軍光電裝備的發展趨勢:采用復合光學通道、選擇先進的紅外焦平面陣列探測器件、光電跟蹤儀采用3μm～5μm中波段熱像儀、采用目視安全激光測距儀。

1) 采用復合光學通道。對光電跟蹤儀來說讓電視、紅外和激光三個探測器共用一個復合通道,即“三光合一”,而不是過去普遍采用的三個獨立的光學通道。對紅外搜索和跟蹤系統來說,則是中紅外波段探測器和長紅外波段探測器共用一個通道,即“二光合一”通道,光學通道的減少勢必導致重量和體積的減少。

2) 選擇先進的紅外焦平面陣列探測器件。采用紅外焦平面陣列器件,為實施復合光學通道提供了可能性。

3) 光電跟蹤儀采用3μm～5μm中波段熱像儀。3μm～5μm熱像儀,主要采用硅化鉑探測器或銻化銦探測器,其特點是適合于在炎熱和潮濕條件下使用,而且對高速反艦導彈的探測距離比8μm～12μm熱像儀更遠。

4) 采用目視安全激光測距儀。1.06μm的Nd∶YAG激光測距儀對人眼造成嚴重傷害。法國激光工業公司和瑞典愛立信公司已研制出工作波長為1.54μm的喇曼頻移型Nd∶YAG目視安全激光測距儀,并已交付部隊使用。目視安全激光測距儀投入使用是對沿用幾十年的對人眼有損傷的激光測距儀的一次重大技術革命。

5) 采用模塊化結構。模塊化結構可根據需要靈活組裝,如只采用紅外探測器,可構成單一的紅外瞄準具。也可加上電視,或再加上激光測距儀,從而可構成滿足不同要求的“小光電”。

6) 智能化。采用最新型的智能型數字自動跟蹤儀等。

6 結語

從設計和在海軍的使用情況來看,機載光電裝備的維護性從設計到運用都存在較大的問題,不僅與國外的運用水平有較大的差距,而且與國內其它專業的裝備的運用水平也有較大的差距,只有通過采取切實有效的措施,更新觀念,解決問題,才能將海軍機載光電裝備的維護性提高,同時要跟上國內外維護性發展的新動向,用新的理論來指導海軍機載光電裝備的維修維護的發展。

[1] 柳盛波,李清.著眼裝備保障指揮特點,探索建立相對獨立裝備保障指揮體系[J].裝備,2006(2):23-24.

[2] 郭建勝,馮繼寧,劉雪峰.裝備技術手冊的數字化研究[J].裝備指揮技術學院學報,2004,15(6):21-24.

[3] 李本威,蘇珉,王國才,等.航空裝備交互式綜合維修信息集成系統設計和維修模式[J].海軍航空工程學院學報,2005,20(4):421-424.

[4] 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].每日防務快訊,2010-11-26.

[5] Aurrion公司為美國國防高級研究計劃局開發光電多元件/部件集成技術[N].每日防務快訊,2011-11-17.

[6] 賽峰公司和泰利斯公司簽署光電領域合作協議[N].每日防務快訊,2011-11-24.

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

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

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

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

[11] 朱家元,張恒喜,楊云.交互式電子技術手冊的研究與發展[J].航空維修與工程,2004(4):19-22.

Security Technology and Development Analysis of the Navy Airborne Photoelectric Equipment

SHI Yongshan

(Navy Faorce Representative Office in Jinzhou, Jinzhou 121000)

Photoelectric equipment mainly comprises a photoelectric reconnaissance, photoelectric jamming and photoelectric defense, and is used for the implementation of reconnaissance, jamming, destroy and dazzling on enemy photoelectric equipment and guided weapons, optoelectronic devices and equipment to protect allied personnel safety and the normal use of the photoelectric equipment. This paper expounds photoelectric equipment, security technology, development trends, development analysis.

photoelectric equipment, security technology

2014年10月7日,

2014年11月27日

石永山,男,高級工程師,研究方向:電子工程。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.003