轟炸機光電探測系統發展研究

黃辰旭 王少白

（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471000）

0 引言

轟炸機平臺作為“核常兼備”的中遠程打擊平臺，可對敵大縱深目標實施精確打擊和火力覆蓋。轟炸機要具備生存能力高、作戰半徑大、遠程精確打擊、網絡化協同作戰和獨立作戰能力。光電探測系統具有被動隱蔽成像的能力，為遠距離目標精確探測識別定位、大范圍態勢感知、夜視夜戰、反隱身探測、協同作戰和毀傷效果評估等提供有力支撐，通過激光測距和指示，可提供高精度目標瞄準、定位等功能，支持轟炸機的遠距離高精確打擊，是名副其實的戰斗效能“倍增器”［1-2］。

1 光電探測系統基本原理

光電探測系統以可見光-近紅外光、短波-中波-長波紅外光、紫外光等光波譜為信息載體，利用光輻射和物質相互作用時產生的光電效應和光熱效應，對目標形狀、位置、速度、光譜特性等參量進行測量。

紅外光電系統主要感應目標的紅外輻射特性，與目標的溫度及材料有關，對戰場上典型軍事目標，如飛機、艦船、裝甲車、導彈等高溫目標及地下掩體等潛在目標具備良好的探測和分辨能力［3］。相較于雷達系統，光電探測系統具有被動探測能力，即在工作時易于隱蔽；具有強抗電磁干擾能力，可在復雜電磁干擾環境中正常工作；系統的角分辨率、探測精度均優于雷達，實時性好；可獨立引導武器完成閉環打擊，是機載平臺傳感器系統的重要組成部分，與雷達系統形成并行的OODA環［4-5］。

2 國內外典型轟炸機光電系統

轟炸機具備航程遠、載彈量大、突防能力強等特點［6］。目前，美國B-52H、B-1B、B-2A 三型轟炸機并存，且不斷進行升級改造。F-117 隱身轟炸機設計于20世紀70年代，于2008年退役。最新B-21隱身轟炸機已于2022 年12 月2 日亮相。俄羅斯圖-95、圖-22、圖-160 三型轟炸機并存，下一代轟炸機PAK-DA正在研制中。

光電探測系統作為轟炸機傳感器系統的重要組成部分，可實現目標探測、識別、跟蹤及武器引導等功能。隨著點穴式精確打擊任務的增多，光電探測系統正向探測距離更遠、探測精度更高的方向發展。

2.1 F-117轟炸機IRADS光電系統

F-117 轟炸機是一款具備隱身能力的戰斗轟炸機，主要對地攻擊武器為激光制導炸彈、小牛空對地導彈和聯合直接攻擊彈藥。F-117 轟炸機未安裝雷達系統，僅裝備IRADS 作為主傳感器，包含FLIR、DLIR 這兩個組件，如圖1 所示。傳感器包括紅外熱像儀和激光照射器，可引導激光制導武器對目標進行精確攻擊，命中精度較高。紅外熱像儀采用中波焦平面陣列，基于隱身考慮，光學玻璃材料采用的是砷化鎵+鍍制金屬的網柵，如圖2所示。

圖1 F-117轟炸機IRADS光電系統

圖2 砷化鎵導電平面光窗+金屬絲網

2.2 B-1B轟炸機Sniper狙擊手光電瞄準吊艙

B-1B 轟炸機主要執行戰略突防轟炸、常規轟炸的海上巡邏等任務，對地武器包括小直徑炸彈（SDB）、聯合直接攻擊武器(JDAM)、激光制導炸彈、聯合防區外空地導彈、風修正子母炸彈和巡航導彈。B-1B 轟炸機裝備的Sniper 光電瞄準吊艙是由洛克希德?馬丁公司研制的，是美國空軍目前唯一裝備在對地攻擊戰斗機和轟炸機上的瞄準吊艙，如圖3 所示，可裝備在B-52 轟炸機和F-15、F-16、F/A-18戰斗機等機型上［7-8］。

圖3 B-1B轟炸機與Sniper光電瞄準吊艙

Sniper 光電瞄準吊艙頭部采用4 塊藍寶石楔形拼接光窗設計，有利于前向隱身和氣動整流，吊艙內部采用多光路共孔徑設計，其集成了高分辨率中波紅外、電視、激光測/照器、激光光斑跟蹤器和激光指示器，口徑為127 mm，紅外工作波段為3～5 μm，使用640×512面陣探測器、寬視場為3.6°×3.6°，窄視場為1.0°×1.0°。

Sniper 光電瞄準吊艙可全天候對地面目標進行精確探測、識別、定位，可引導激光制導炸彈對地面目標實施精確打擊，具備獨立打擊地面移動目標的能力。

為進一步提升探測及偵察能力，美國在2014年完成SniperATP-SE 吊艙的研制，如圖4 所示，設計參數見表1。該吊艙是國外先進瞄準吊艙代表中重量和體積最小的一款多功能型吊艙，可實現對防區外目標的精確打擊，增強型目標識別、海上跟蹤及NTISR（非傳統情報、監視和偵察）、近距空中支援等功能，并能提供雙向通信。

表1 SniperATP-SE吊艙設計參數

圖4 SniperATP-SE吊艙

2.3 B-52轟炸機Litening吊艙

B-52 轟炸機是美國目前轟炸機主力，主要執行常規戰術轟炸和遠程戰略轟炸任務。B-52 轟炸機掛載的Litening 吊艙是一個高精度紅外激光瞄準和導航系統，該系統把瞄準和導航能力集成在一個吊艙里，可實現遠程探測、精確打擊、情報搜集、偵察監視、毀傷效果評估、輔助導航、空地協同等功能，可在晝夜對目標進行精確打擊，如圖5、圖6 所示。

圖5 B-52轟炸機及Litening吊艙

圖6 Litening吊艙

Litening 吊艙集成3～5 μm FPA、電視及激光傳感器，具有激光制導炸彈引導能力，相關設計參數見表2。紅外有3 個視場（FOV），寬視場（23°×23°）用于導航、中視場（3.8°×3.8°）用于遠距目標探測和跟蹤、窄視場（1.5°×1.5°）用于識別，電視主要用于照度良好時對目標進行高精度探測和識別。

表2 Litening吊艙設計參數

為持續提升作戰能力，Litening 吊艙的改進型號有LiteningⅡ、Litening Ⅲ、Litening ER、Litening G4 和Litening 5。其中，Litening 5 瞄準吊艙采用大口徑與高縮放比的新型光學系統，中波紅外探測器為1 280×1 024，增加1.5 μm 的短波紅外傳感器，具有0.3°的視場角，能實現高分辨率清晰成像，可探測和跟蹤60 km 外的車輛目標。Litening 5 瞄準吊艙具有激光光斑跟蹤、激光指示、動態校靶、紅外大視場導航和時數據鏈傳輸功能，采用新型自動移動目標識別算法，提升了目標識別與跟蹤的能力。采用OpenPod（TM）開放式架構設計，同時具備瞄準吊艙和IRST 功能，能提供更高的探測精度和定位精度，可輔助飛行員識別目標。

2.4 俄羅斯轟炸機光學投彈瞄準具

圖-160 轟炸機是俄羅斯現役最先進的戰略轟炸機，裝備的武器有近距攻擊導彈、巡航導彈、自由落體炸彈［9］，如圖7所示。

圖7 圖-160轟炸機

圖-160 飛機裝備OPB-15T 光電投彈瞄準器，如圖8 所示，采用前視可見光系統，可在光學能見度弱和霧霾條件下對靜止和移動目標進行水平轟炸、布雷和投擲魚類，輔助飛行員完成常規自由落體炸彈的瞄準，提高投彈準確性，具備與機載雷達交聯的能力，能半自動跟蹤目標。

圖8 OPB-15T光電投彈瞄準器

圖-95轟炸機裝備光學瞄準具OПБ-11P和“卡里”式電視偵察設備，與OPB-15T 光電投彈瞄準器功能類似，可輔助完成投彈。圖-95 轟炸機如圖9所示。

圖9 圖-95轟炸機

2.5 轟-6K轟炸機光電轉塔

中國現役轟炸機為轟-6K，包含一系列改型，可執行戰術戰略轟炸、偵察、反艦、巡邏監視等任務，是中國戰略轟炸力量的核心。轟-6K 轟炸機在機頭下方安裝了光電轉塔，如圖10所示。

圖10 轟-6K掛載光電轉塔

該光電轉塔集成了紅外、可見光、激光測距/照射系統，具有在晝夜環境下對地/海面目標持續探測、跟蹤、監視的能力，可引導精確制導炸彈對目標進行高精度打擊，也可為普通炸彈投放，提供火控解算，同時輔助提供空中目標態勢感知、輔助導航能力。

在空軍取得制空權的情況下，轟-6K 利用夜晚及惡劣氣候條件作為掩護進入戰場，利用光電轉塔對地面目標進行探測，可以進行地毯式轟炸，或利用精確制導炸彈對目標進行外科手術式打擊。

3 轟炸機光電探測系統發展趨勢

3.1 國內外轟炸機光電探測系統性能對比

通過對中美俄三國典型轟炸機的光電探測系統進行分析，可以看出，美國轟炸機的光電系統發展較早，在轟炸機傳感器中的技術發展水平較高，綜合化程度和多波段融合探測能力較強。中國轟炸機光電探測系統采用轉塔構型，也集成多波段傳感器，實現態勢感知和目標引導攻擊能力，可全天時使用。俄羅斯轟炸機功能較為簡單，主要用于自由落體武器的瞄準，集成度較低，夜間無法使用。

作為轟炸機平臺的重要組成部分，光電探測系統在滿足目標精確探測打擊、戰場態勢感知、傳統/非傳統情報監視偵察等方面將發揮著重要作用，是各國戰機技術發展的重要方向［10］。

3.2 轟炸機光電探測系統發展趨勢

隨著各大國天基、空基、地基等多層次立體防空體系的完善，遠程轟炸機面臨的威脅也越來越大。光電探測設備具有被動探測隱蔽性好、抗電磁干擾能力強等優勢，在高烈度的拒止環境中，光電探測系統對轟炸機的作戰效能提升的作用將越來越明顯。

根據國內外轟炸機光電探測系統發展情況，其技術發展現狀及趨勢如下。

3.2.1 高靈敏度、高動態多傳感器融合探測。隨著紅外探測器件的發展，光電探測系統向更大面陣（1 000×1 000、2 000×2 000、4 000×4 000）、更小像元（8 μm、10 μm）、超高分辨率、更高靈敏度、雙/多色寬光譜方向發展，其智能化、集成度也越來越高。新一代轟炸機光電探測系統集成了紅外、短波、電視和激光等多波段傳感器，由于目標在不同譜波段表現的反射或輻射特性信息有較大差異，多譜段成像系統可綜合利用不同譜段的圖像信息，發揮各譜段的探測優勢，從而極大提升目標的探測距離和識別概率，在強對抗或拒止空中作戰中能更好地打擊大量移動和固定/深埋目標。此外，與異源傳感器（如合成孔徑雷達）的綜合探測功能相結合，可充分發揮光電及合成孔徑雷達的成像優勢，提升平臺在復雜環境中的作戰能力，克服傳統光電載荷在復雜氣象條件中使用受限的弊端，實現對地探測載荷從全天時到全天候的作戰能力提升。

3.2.2 開放式架構、模塊化設計。采用開放性系統架構，便于轟炸機光電探測系統支持多種作戰任務及升級和增加新的功能。同時，采用模塊化設計的光電探測系統具備優越的可靠性、測試性、維修性，可保證在外場快速拆裝維修。

3.2.3 協同作戰能力。轟炸機光電探測系統具備多種傳感器，將光斑跟蹤器、激光指示器、圖傳數據鏈等功能進行整合，使得光電探測系統空地協同能力得到顯著加強。同時，可在雙機/多機間，利用光電探測系統進行協同探測定位。光電探測系統也可和雷達協同工作，從而保證轟炸機突防和打擊性能，提升戰場決策效率。

3.2.4 大范圍態勢感知能力。利用光電探測設備具備被動探測隱蔽性好、抗電磁干擾能力強等優勢及覆蓋范圍廣、探測距離遠的特點，可增強大范圍態勢感知能力，實現先敵發現、先敵攻擊，保障在轟炸機的突防安全。

4 結語

轟炸機光電探測系統的集成度越來越高，正朝著多波段融合探測、大范圍態勢感知、開放式架構和協同作戰方向發展，通過紅外/可見光等多波段成像探測，可獨立實現目標遠距離探測、識別、大范圍態勢感知及協同作戰等功效，進一步保證飛機在高烈度復雜戰場環境中的作戰能力。光電探測設備可形成與射頻并行的OODA環，構建探測、識別、打擊、評估全光作戰鏈路，大幅提升飛機平臺的綜合作戰效能，充當隱蔽突防中的“盾”、精確打擊中的“矛”，對轟炸機實現隱蔽突防、精確打擊具有重要意義。