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国外航空侦察设备的发展现状和趋势

时间:2015-06-30  来源:   发布:高端装备网 
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    1、引言
 
    航空侦察是军事侦察的重要组成部分,具有时效性强、机动灵活等特点,不仅可以在短时间内同时发现多个目标,向各级指挥官提供实时的侦察情报信息,而且还可对目标进行跟踪识别,因而在现代局部战争中发挥着越来越大的作用。航空侦察平台包括有人驾驶侦察机、无人侦察机、侦察直升机和预警机等。各种侦察平台所载的侦察设备一般包括照相侦察设备、红外侦察系统和侦察雷达等。随着光电技术、计算机与信息处理技术、通信和网络技术等的发展,一些先进的传感器和信息传输设备相继出现,为机载侦察设备的侦察监视能力的提高奠定了物质基础。
 
    2、国外航空侦察设备的现状

    2.1 无人侦察机侦察设备
 
    无人机具有体积小、雷达反射截面小、造价低和不必考虑人员安全等特点,非常适合于战场侦察,大有取代有人驾驶侦察飞机的趋势。根据续航时间、航程和大小等,无人机可分为长航时、中程、短程、近程和微型5种类型。当今,以色列和美国在无人侦察机的发展的规模和技术水平方面处于领先地位。总体上说,无人机开发的先行者以色列,在发展近/短程无人机方面走在前面,先后推出“侦察兵”、“先锋”、“搜索者”、“猎犬”、“苍鹭”和“眼视”等无人机;美国则在长航时无人机方面占主导地位。在国防部空中侦察办公室的领导下,美国实施多项无人机计划,主要有:① “蒂尔”计划,旨在研制续航时间长、覆盖范围大、用于战区和战略侦察的无人机。该计划研制了性能和任务不同的“蒂尔Ⅰ”、“蒂尔”Ⅱ(“捕食者”)、“蒂尔”Ⅱ+(“全球鹰”)和“蒂尔”Ⅲ-(“暗星”)几种无人机。②“联合战术无人机”计划,旨在研制各军兵种通用、用于战场侦察的“猎犬”无人机和“战术机动型”无人机。③“垂直发射与回收”无人机计划,旨在为海军研制可在舰艇上垂直起降的“直升翼”无人机。此外,西欧、俄罗斯、日本、印度等国家也正在制定加快无人侦察机发展的计划。
 
    无人机所用的机载侦察设备主要着眼于覆盖范围宽、高分辨率、能实时向战场指挥官提供情报数据。电光相机和红外成像装置等是无人机使用的传统侦察监视设备。只有最轻的无人机携带单个传感器,绝大多数无人机都装备多种传感器。这些光电传感器的特点是:体积小、重量轻,适合无人机装载;可以昼夜在多数气候条件下完成监视、目标捕获等任务;被动工作,不易被发现。“先驱”无人机原装有的电光/红外装置采用铂:硅凝视焦平面阵列探测器,美国国防部空中侦察处用高质量的锑化铟阵列对其进行改进,使基本的成像性能提高。战术使用者希望用这种红外传感器来发现地雷造成的地面十分之几摄氏度的微小温差,完成地雷探测。“捕食者”无人机采用的是威斯汀豪斯公司的小型前视红外传感器和两个索尼公司的昼用摄像机,其中一个采用10倍的变焦镜头,另一个采用900mm的镜头。“捕食者”还计划安装新型的超光谱相机,它可以监视几千条光谱带,能区别伪装网和蔟叶,或能分析坦克涂料和燃料的化学特征。“全球鹰”无人机上的电光相机只具有6600像素宽度,无法达到一次曝光2km×2km范围和分辨率为1m的要求,因此采用了“步进拍摄”(step-stare)方法,然后将场景宽度达150m的多个成像方块组合成2km×2km的帧。“暗星”无人机采用了12064像素的CCD线阵,具有较高的分辨率,不必采用“步进拍摄”,就可实现0.6m的分辨率。“全球鹰”和“暗星”两种无人机上的光电传感器都具有宽地区搜索和定点搜索两种主要工作方式。微型无人机的光电传感器除了要求具有一定的识别和定位能力外,还要求微型化、轻型化和低成本化。美国陆军导弹研发与工程制造中心对翼展350~600mm、重225~335g的微型无人机使用的成像传感器提出如下要求:重量不超过150g;最大功耗为2W;具有120°的视场,搜索1km宽的区域;从300m高度搜索坦克大小的目标要求具有6线对/mm以上的分辨率。美国推出的Alpha像增强CMOS摄像机的驱动功率为2W,分辨率与CCD相近。麻省理工大学正在研制大小为12×8.5mm、重量不到1g、功耗低于25mW、视场为40°×40°的硅CCD,可从100m高度以0.7mrad的角分辨率观测目标。此外,美国夜视与电子传感器局希望开发出尺寸为3×4×5cm、重量小于50g、最大功率为0.5W、可分辨小于0.1℃温差的热像仪。战术应用无人机还将激光指示器作为重要的设备,例如,“捕食者”装备的是雷西昂公司研制的激光指示器,可部署在云层之下,通过激光器为云层上的高空攻击飞机提供目标指示。IAI公司的“侦察”、 TRW公司/IAI公司的“猎手”和联合技术系统公司的“冲刺者”均配备了激光指示器。
 
    能够全天候昼夜24小时工作的合成孔径雷达/动目标指示雷达(SAR/MTI)是无人机,特别是大型无人机的重要侦察设备。在恶劣气候条件下,这种可穿透云层的传感器更显重要。“捕食者”投入服役时装备的是电光/红外有效负载,后来则装备了美国诺思罗普·格鲁曼公司的AN/ZPQ-1“战术续航合成孔径雷达”。该雷达重75kg,工作在Ku波段,可提供SAR/MTI模式。无人机用的最大雷达是雷西昂公司研制用于“全球鹰”的SAR/MTI雷达。它工作在X波段,重量为290kg,峰值输出功率为3.5kW。作用距离可达200km,并可在一天之内采集1900幅图像。在搜索模式下,每天可搜索138000km2区域;在地面动目标指示模式下,每天可监视15000 km2区域,并可探测100km范围内以7.4km/h速度移动的慢速目标。法国的“飞行中地形监视用防区外全天候雷达”工作在G/H波段,目标定位精度优于50m。德国的J波段“全天候侦察无人机传感器”SAR/MTI成像雷达,适于92.6~231.5km/h速度范围内使用,覆盖范围1~10km,具有1.4m分辨率(MTI模式下为10m)。
 
    可根据需要更换传感器负载的“即插即用”系统非常具有吸引力。这种组件式构造适应侦察平台和侦察任务多样性的要求,而且可降低研制、生产、维修成本。以色列IAI公司开发的“插入式光学有效负载”就采用这种方法。其有效负载的稳定平台可以接受一系列插入式传感器单元,包括3~5μm前视红外装置和14倍变焦CCD摄像机。“插入式光学有效负载”目前用于“眼视”无人机。美国的“组件式任务有效负载”系统的每个子系统均为自给形式,可完成特定的任务,可按特定任务需要装、卸载。初型的“组件式任务有效负载”将包括昼夜被动图像传感器和激光指示器。该系统将用于美国海军计划研制的“垂直起降战术无人机”。
 
    2.2 有人驾驶侦察机侦察设备
 
    有人驾驶侦察飞机具有速度快、侦察范围大和提供信息量多等突出优点,一直备受军事部门的重视。现在的有人驾驶侦察飞机大致可分为两类:专用型侦察飞机,如美国的U-2、SR-7战略侦察机、TR-3A战术侦察机和RC-135战术与战略两用侦察机等;战斗机、攻击机或轰炸机演变型,如F-14、F-16、F/A-18D和“旋风”等战斗机通过加装吊舱兼具侦察功能。
 
    在世界范围降低国防费用和采购费用的环境下,专用型有人侦察飞机受到相当的冲击。如美国空军的EF-111“大鸦”、F-4G“野鼬鼠”以及海军的RF-8G“十字军战士”都已纷纷退役,RF-4和RF-5也垂暮待退。军方的重点是改进在役的侦察机,以增强实时能力和灵活性。例如美国主要的高空侦察机——U-2侦察机,其机载传感器已多次改进。U-2的SYERS-2光电侦察系统目前只有一个可见光波段和一个红外波段,将改进为具有3个可见光波段和2个短波红外波段。U-2的先进合成孔径雷达系统(ASARS-2)已增加了运动目标指示器和可在方位上进行电子扫描的新天线。并正进一步提高图像分辨率(现在的分辨率为0.3~0.9m)和扩大覆盖区域。此外,美国空军还为U-2研制多光谱敏捷侦察系统(MARS)。此项计划包括机载瞄准与相互指示系统和超光谱成像传感器系统两部分,将实现两个目标:第一是集成机上所有传感器,加强传感器间的自动相互指示能力。目前U-2各传感器之间的相互指示需要通过地面较长时间的控制。而MARS可先以宽区域搜索模式探测目标,然后在几秒钟内,自动指引另一个传感器探测该处,以获得更详细的信息;第二是在机上的传感器包中增加超光谱成像传感器系统。该传感器将以约300个不同的频段进行观察,能够区分不同类型的材料,使U-2能探测到神经战剂、用于制造大规模杀伤武器的材料,以及伪装隐蔽的飞机和车辆。这种新传感器比SYERS光电侦察系统改进型更小、更轻。
 
    作战时,战斗机、攻击机和轰炸机等作战飞机出动频繁,海湾战争期间,美国空军的249架F-16战斗机共出动了13450架次,F-15“鹰”战斗机则出动2200架次。因此,在此类飞机上安装侦察吊舱,兼顾执行侦察任务,是十分可行的办法,已被广泛采用。表1列出主要战斗机/轰炸机装备和将要装备的侦察吊舱。这些吊舱的侦察设备通常包括相机和红外行扫描仪,并逐渐用光电数字设备取代了原有的胶片设备。目前CCD相机和红外行扫描仪的分辨率已经获得很大的改进。红外行扫描仪的分辨率经过多年的发展,可以和可见光相机媲美。CCD相机也相当成熟,比如在作战条件下,胶片系统典型的分辨率为70~75线对/mm ,而美国海军实验室已经研制出9126×9126像素、分辨率达到57线对/mm的超高分辨率电光成帧CCD相机。改进的红外扫描仪和CCD相机不仅为侦察机提供了重要的防区外侦察能力,使飞机可以避开射程、威力和命中精度日益提高的敌方防空火力,而且扩大了视场,能够捕获诸如移动式导弹发射架等需要大视场才能发现的目标。
 
    为了近期和未来作战的需要,国外不断加强战斗机侦察能力的改进。美国海军选用在低空能够保持高速飞行的F-14“雄猫”战斗机来遂行侦察。“雄猫”采用的侦察系统包括低空夜间导航和瞄准红外(LANTIRN)吊舱系统、战术空中侦察吊舱系统(TARPS)和快速战术成像系统(FTI)。LANTIRN是包含导航吊舱(AN/AAQ-13)和瞄准吊舱(AN/AAQ-14)的双吊舱前视红外系统,属于第一代FLIR系统,目前正在研制采用第三代FLIR的LANTIRN2000系统。从1999年9月开始,海军对TARPS的全数字化改进型TARPS-CD样机进行了试验。海军研究实验室开发的TARPS-CD用光电数字系统取代原来的胶片摄像机,即用Sekai数字相机代替KS-87相机;用侦察及光学设备公司的5000×5000像素的CA-261/25数字相机代替了KA-99相机;而且AN/AAD-5红外行扫描仪也改用数字记录机。海军还计划在2003~2007财年间用装备共享机载侦察吊舱(SHARP)的F-18E/F战斗机取代F-14和TARPS吊舱的组合。SHARP将采用双波段光电与前视红外传感器。 美国海军陆战队则采用在F/A-18D“大黄蜂”安装先进战术机载侦察系统(ATARS)。ATARS系统可结合合成孔径雷达,是目前和计划中唯一采用合成孔径雷达而具有全天候成像侦察能力的战术侦察系统。该系统从1998年开始交付,预计至2002年,美国全部6个F/A-18D飞行中队将具有战术侦察能力。
 
国别
名称
侦察设备组成与性能承载飞机
承载飞机
美国
TARPS
战术空中侦察
吊舱系统
前向/垂直成帧相机KS-87
低空全景相机KA-99
AN/AAD-5红外行扫描仪。
F- 14雄猫战斗机
ATARS
先进战术空中
侦察系统
低空电光相机,视场140°
中空电光相机,视场22°
D-500型红外行扫描仪(8102像素/)
工作波段8~12μm,视场70°140°
F/A-18D战斗机、
F-16战斗机
LANTIRN
低空夜间导航
和瞄准红外系统
AN/AAQ-13导航前视红外吊舱AN/AAQ-14跟踪前视红外吊舱。
AN/AAQ-13直径355mm,长1.98m
195.5kg,视场21°×28°
AN/AAQ-14250kg,长2.5m
宽视场5.87°×5.87°,窄视场1.65°×1.65°
F-14
F-15E
F-16战斗机
 
英国
GP(EO)
通用光电吊舱
8081/8040型相机;守夜红外行扫描仪。
美洲虎战斗机
RAPTOR
旋风侦察机载吊舱
DB-110光电/红外双波段相机
旋风战斗轰炸机
法国
Desire
中距离光电系统
远距离传感器601型相机
幻影F1-CR战斗机
丹麦
组件式侦察吊舱
CA-26电光相机红外分幅相机
F-16战斗机
 
    目前英国皇家空军的空中侦察能力主要局限在低空领域。中、高空,特别是防区外中、高空侦察能力基本上是空白。近来英国加强了中、高空侦察平台的采购力度,并从以胶片系统为主向光电和雷达系统过渡。通用光电吊舱〔GP(EO)〕项目将向“美洲虎”飞机提供取代低空胶片系统的新型侦察吊舱。该吊舱可采用低空传感器组合或中空传感器组合,两种组合都采用了同样的红外行扫描仪,而中空系统的电光相机的焦距更长。正在研制的“旋风”侦察机载吊舱(RAPTOR)将使英国具有防区外中空侦察能力。RAPTOR采用双波段光电远距离传感器,可以同时使用可见光和红外波段,支持地基图像融合和大范围高分辨率成像。也可以使用单个波段,比如夜间通常只用红外通道,从而可以延长机上记录装置的工作时间。此外,英国还正在研制机载防区外雷达系统ASTOR,将使英国具有全天候、远距离和大范围的高空侦察能力(侦察高度约达45000m)。
 
    2.3 直升机侦察设备
 
    直升机具有机动灵活、易于隐蔽等突出优点,可对战场和敌方纵深地区实施监视、目标捕获和攻击效果评估等。目前国外一方面改进现有的侦察直升机及其侦察设备,来满足近期作战的需要,另一方面正在研制、装备新型侦察直升机或新型直升机载设备。例如,美国正在研制的RAH-66“科曼奇”武装侦察直升机,具有多种能力和优良性能,将在21世纪大量装备部队。俄罗斯在1997年7月首次飞行试验了“卡-52”武装侦察直升机,同时还在研制V-60侦察直升机,但机上装备的侦察设备性能较差,与美国的先进水平还有相当差距。日本的OH-X侦察直升机载1996年完成试飞。法德联合研制的旋翼主轴安装瞄准具,计划用来改进BO.105侦察直升机。除了典型的侦察直升机外,通用直升机、攻击直升机通常也具有侦察能力,如1997年,美国正式开始研制远距离先进侦察/监视系统,该系统计划装备AH-64“阿帕奇”直升机。南非先进的CSH-2“茶隼”武装直升机也具有侦察能力。
 
    直升机载侦察设备一般都选用前视红外、电视摄像机和激光测距机等,组成一个完善的侦察系统,可在多种气候和夜间条件下实施综合侦察。前视红外和电视摄像机采用被动工作方式,激光测距机发射的是激光脉冲,有利于直升机隐蔽。这些侦察设备一般安装在直升机旋翼主轴顶端或座舱顶部,并多采用头部稳定方式,即利用陀螺稳定头部反射镜来稳定瞄准线。目前电视摄像机和激光测距机已较为成熟,因此各国将重点投向发展先进的前视红外装置,以增强全天候能力和扩大作用距离。
 
    RAH-66“科曼奇”直升机是波音/西科斯基公司正在研制的第一种专门用于数字化战场的隐身武装侦察直升机。其机载光电探测系统(EOSS)的性能将直接决定了“科曼奇”直升机在各种战术环境条件下的生存性和杀伤力。该系统将于2001年试飞,目前为降低风险而预研的光电目标探测/指示系统(EOTADS)和夜视导航系统已经开始试飞。EOTADS由固体电视、长波前视红外系统和激光测距机/指示器组成。其中,前视红外系统采用4×480焦平面阵列的二代前视红外系统,有三种视场:2.0°×1.5°、8°×6°、和30°×40°,能够提供高分辨率、高清晰度的图像,与“阿帕奇”的目标探测与指示瞄准系统相比,良好天气条件下视距提高了40%,雾、雨天气条件下的视距提高50%。EOTADS使用的二极管泵浦激光指示器/测距机有1.06μm和1.57μm两种工作波长,前者用于战术模式下制导“海尔法”半主动激光导弹;后者由于对人员安全,用于训练模式。“科曼奇”光学装置涂有高增透膜层,使摄像机镜头获得尽可能多的入射光。此外,还采用了叶绿素翻白滤光镜,能使树叶显为白色,坦克显为黑色。
 
    最近,美国陆军发布了“阿帕奇”直升机二代前视红外系统的竞标需求。 其中较为乐观的候选者是洛克希德·马丁公司的“箭头”系统。该系统采用了针对RAH-66“科曼奇”直升机设计的前视红外技术,与采用第一代前视红外系统相比,其分辨率提高了67%。飞行员通过前视红外系统能够看到水中的树影,甚至单片玻璃等细节。探测电缆的能力也显著提高,第一代前视红外系统只能发现很粗的电缆,而“箭头”二代前视红外系统可看见电话线和高压线。
 
    2.4 预警机侦察设备
 
    预警飞机集指挥、控制、通信与情报功能于一体,在已经的几次局部战争中均发挥了重要的作用。
 
    目前欧美各国使用的预警机有两大类型:E-2C“鹰眼”预警机和E-3“望搂” AWACS(空中预警与空中控制系统)预警机。近年又出现P-3AEW“哨兵”、C-130AEW(均装E-2C“鹰眼”的机载雷达)和“防御者”(装“空中霸王”雷达)预警机。与40~50年代预警机相比。现代预警机的机载雷达更为先进,能够在地面信号反射背影下发现远距离空中、水上的目标,并装有高效的信息处理、显示和交换设备,从而可以发现并自动跟踪大量目标。此外,机上还装有电子侦察、国籍识别、通信、信息交换、导航、中央计算机、信息处理和各种控制台。为了适应未来战场环境和作战的需要,世界一些发达国家正在大力研制新型相控阵雷达预警机或改进现役预警机。
 
    现役预警机的雷达采用机械旋转方式实现天线在一定空域的扫描来探测目标。这种方式在扫描速度、多目标跟踪能力、同时执行多种任务和可靠性方面都受到很大限制。为了克服这些缺点,新一代相控阵雷达预警机应运而生。电扫描相控阵天线雷达由几千个独立的发射阵元组成,利用计算机相位控制的方法实现波束的扫描,具有可靠性高、自适应能力强、抗干扰能力强、扫描速度快以及具有增程探测能力和可同时执行多种任务等特点。目前研制相控阵雷达预警机的国家主要有美国、以色列、瑞典和荷兰。美国空军正在研制的“波音747-200”相控阵雷达预警机预计将于2005~2010年投入装备。它的机载L波段相控阵雷达,有4个独特的不等边阵列天线,可提供360°全方位覆盖,能满足在强杂波、严重干扰和密集目标环境下探测隐身目标和小目标的要求,能够探测雷达反射截面小至0.02m2的新一代战斗机和隐身巡航导弹。此外美国在研的还有海军陆战队的V-22相控阵雷达预警机和D754相控阵雷达遥控预警机。以色列1995年研制出第一架“费尔康”相控阵雷达预警机,该机采用现代的固态相控阵雷达技术以及最新的天线、电子情报系统、敌我识别系统等设备。雷达工作在L波段,覆盖范围360°,可同时跟踪100个目标,对战斗机的探测距离为370km,对目标重复观测的时间间隔为1s,足以跟踪任何目标。对目标的跟踪可在2~4s内完成。目前研制成功并交付使用的还有瑞典的“萨伯340”相控阵雷达预警机和荷兰的“极乐鸟”相控阵雷达预警机。
 
    新式战斗机的雷达反射面已经缩小到2~3 m2,巡航导弹的雷达反射面则更小,而且隐身飞机和导弹也已问世,这增加了现役预警机完成预警任务的困难。因此,美、俄、英等国早已着手或开始对现役预警机进行改进,提高其探测低空、小雷达反射截面目标的能力。美国空军正在进行AWACS预警机的雷达系统改进计划(RSIP),通过这项计划,AWACS的雷达将具有海上模式,可从海洋波浪产生的杂波中探测到飞机。改进后能够发现比原来小10倍的目标,距离分辨率是原来的6倍,探测距离提高70~100%。与此同时,美国空军正在研究一种探测隐身飞机的双基地雷达方案,即将雷达接收机安装在“全球鹰”无人机上,让它在敌后飞行,探测AWACS雷达发射的信号。这些信号由于隐身飞机的独特外形,会偏向上方或一侧,有可能被无人机上的雷达接收机接收到。美国海军则改进现役的E-2C预警机,改进型命名为E-2CⅡ。改进的主要项目有:安装AN/APS-145监视雷达;采用增强型高速并行处理器,数据处理能力提高一倍;采用增强型彩色主显示器,可显示2000多个目标;改进敌我识别器;加装联合战术新型分发系统;加装GPS接收机,提高定位精度。改进后,机载雷达的目标探测距离将增大40%,覆盖范围扩大90%,跟踪和显示的目标数目分别增加400%和960%。E-2CⅡ将具有对付反舰导弹的防御能力。此外俄罗斯空军正在改进A-50预警机,英国皇家空军在改进E-3D预警机。
 
    3、航空侦察设备展望
 
    3.1 不断发展的光电探测技术构成先进侦察系统的基础

    3.1.1 超光谱成像技术应用前景看好
 
    普通的光电成像技术主要依靠图像对比度和高的空间分辨率来分辨感兴趣的目标与周围背景。而光谱成像传感器是依靠目标与背景杂波的固有光谱差别,具有更好的反伪装、反隐身和反欺骗能力。根据探测频带数量和光谱分辨率,光谱成像可大致分为三类:
 
    · 多光谱(10~50个波段,光谱分辨率为△λ/λ=0.1):美国洛克希德·马丁公司正在研制的“赛尔斯”光电侦察系统目前能在7个频带上搜索信息,进一步改进将最终能在几十个频带上对目标进行分析。
 
    · 超光谱(50~1000个波段,光谱分辨率为△λ/λ=0.01):超光谱的最佳用途是对照自然背景发现人工目标。这种观察设备工作的波段通常落在0.4~1.5μm波段上,能区分绿色帆布或坦克上的伪装涂料颜色。目前美国已经拥有超光谱侦察技术。TRW公司已制造出一种能同时监测384个窄频带的超光谱仪。1997年,该公司和通用原子能公司还在“捕食者”无人机上试验了联合研制的“太阳币”超光谱传感器样机。按照设计指标,这种传感器能用100个频带观察目标。
 
    · 极光谱(10~100个波段,光谱分辨率为△λ/λ=0.001):目前极光谱成像技术测量光谱的范围为中红外至远红外。它主要用于分析类似气体的物质,特别适合用来探测分析烟缕的成分或空气中是否存在神经性毒剂等。
 
    目前超光谱技术面临的主要困难有两点:软件滞后,影响后期有效地利用所获得的图像资料;数据量过大,难以实时传送。超光谱系统将在几十、几百甚至几千的频带上观察目标,因此会获得大量的数据,要求的数据传送速率将是“捕食者”采用卫星链路所获速率(约50M比特/s)的20倍,现有的数据压缩技术难以将这些数据实时传到地面。可行的方法之一是采用数据扫描技术,在数据中挑选有用部分进行传送。
 
    采用中、低光谱分辨率的超光谱成像系统和适当的探测算法结合,可进行大面积搜索。中、低分辨率超光谱成像器件超群的目标探测能力能够迅速发现目标,而且得到的数据量大大少于普通光电成像器件,从而降低了数据处理负担。不足在于难以进行目标识别。因此,将之与普通光电成像器件的高分辨率目标识别能力相结合,可兼得两种系统的优点。例如,一旦中、低分辨率超光谱成像装置发现目标,由实时超光谱探测算法提供一个指示信号,该信号触发高分辨率分幅相机,然后将拍摄的目标图像通过数据链路实时传给地面站,用于目标识别。这样就实现了自主、实时的传感器探测。
 
    美国计划将设计的第一种机载超光谱传感器系统安装在“捕食者”无人机和“先驱”无人机上,二代可见光超光谱传感器正处在研制的最后阶段,一旦成功,将构成未来无人机新型传感器的基础。此外,美国海军为EP-3飞机设计了具有远距离大范围探测能力的自指示长波红外超光谱成像系统HISTAR,并探索HISTAR与APY-6合成孔径雷达的结合。
 
    3.1.2 第四代电光相机步入航空侦察领域
 
    以往的航空电光相机虽然克服了胶片相机的弱点,但仍受气象条件、光线强度和飞行速度的影响,而且图像质量不高。为此,美国侦察/光学公司推出了第四代电光相机。第四代电光相机为分幅式相机,不同于采用推扫式扫描和全景扫描的电光相机。其核心技术是前移补偿技术,可以去掉由于机动飞行或高速低空飞行时拍摄照片的模糊部分,而且能够从图像中识别动目标和判读伪装/隐蔽的目标。
 
    第四代电光相机的主要技术特点具体如下:①采用前移补偿法。在焦平面上采用了芯片上阶梯式前移补偿技术,随着飞机向前移动,其焦平面阵列内的电荷运动也产生相应的变化,从而大大减小或完全消除图像移动所引起的模糊,获得高质量图像。②覆盖范围大,视场宽。在相机的光学组件中加装了一个扫描镜和佩肯自稳定棱镜,相机朝着与航线正交的侧向顺序分幅步进照相,使航线侧向视场显著增大。在相应高度上,相机每小时可摄下34300km2区域的图像。相机采用依靠大规模集成电路工艺生产的400万和2500万像素的CCD器件,能够获得宽视场图像,缩短了覆盖目标区的时间。当飞机采用快速跃升、俯冲战术时,相机仅需5s即可完成目标成像,减少了暴露在敌方火力下的时间。③具有立体成像能力,能够提供动目标显示。光电分幅图像是在极短的时间里从空间一个单点获得,具有单点透视特性。每一幅立体图像在沿飞行航线不同的点产生,因此可以用分幅图像来显示重叠的立体图像。由于采用前移补偿,按时间顺序拍摄的一系列同一目标图像经过观察比较,从中可以区分出固定目标和动目标,还可以得到动目标的速度、方位和位置。④电光分幅相机内还可加装红外传感器,使工作范围由可见光扩展到红外,甚至红外、可见光同时使用。⑤通用性强,可与其它系统兼容。
 
    目前美国已开发出一系列电光分幅相机,包括CA-260、CA-261、CA-265和CA-270等。这些电光相机已经在RF-4、F-16、F-14、SR-71和P-3等飞机上进行了试验或装备。

    3.1.3 前视红外技术突飞猛进
 
    ● 美国空军将装备第三代前视红外系统
 
    1997年,美国海军陆战队计划在最新型的飞机V-22“鱼鹰”偏转旋翼飞机上装备第三代前视红外系统。这种第三代前视红外技术采用640×480中波红外锑化铟探测器。其探测距离是二代系统的两倍。此外,雷西昂公司最近赢得近10亿美元,为F/A-18C/D和E/F战斗机提供574个采用第三代前视红外系统的ATFLIR(先进跟踪前视红外)吊舱。诺思罗普·格鲁曼公司正在为200多架海军陆战队的AV-8B飞机和美国空军国家警卫队/空军预备队的F-16战斗机生产LiteningⅡ吊舱,该吊舱采用第三代中波前视红外系统。洛克希德·马丁公司正在为“先进瞄准吊舱”(ATP)生产“狙击手”第三代前视红外系统。
 
    ● 雷西昂公司正在研制第四代前视红外系统
 
    第四代前视红外技术(又称灵巧焦平面阵列技术)将采用HgCdTe传感器和先进的信号处理技术,可以覆盖整个可见光波段和近、中、远红外波段。可为飞机提供100多公里的红外搜索跟踪能力。第四代前视红外系统准备用于“全球鹰”无人机的红外搜索与跟踪系统以及美国海军的E-2C预警机。
 
    3.2 合成孔径雷达技术越来越重要
 
    美国国防部从科索沃战争中发现了美国空军在军事能力上存在两大弱点:一是不能识别和攻击云层下的动目标;二是难以判定隐蔽目标或伪装目标。美国防部已将如何克服这两大弱点作为研究的重点。而合成孔径雷达在其中将大有作为,因为合成孔径雷达有如下突出特点:①具有全天候、全天时的侦察能力。当雷达工作在X波段时,可在云、雨、雾和烟尘环境下获得清晰的目标图像。②具有探测地下目标的能力。当雷达工作频率为20~90MHz时,可以探测到一定厚度植被中的目标,还可确定地表以下5~10m深处的地道、加固的掩体所通道和地下管道等目标。③具有一定识别伪装的能力。当雷达工作于多种工作模式,即采用不同的极化方式、不同的波束入射角、不同的观测次数和测绘走向对同一目标观测时,可获得几种图像,加以分析判断,从而鉴别出目标的真伪。④具有较强的生存能力。雷达具有多种工作模式,自身被发现的可能性很小。⑤具有动目标指示能力。能够监视和跟踪地面移动目标和低空飞行的目标。⑥采用先进的雷达成像技术。获得的图像与高分辨率电光相机的效果相近,图像分辨率可达0.3m,是目前雷达成像技术的最高水平。⑦具有信息快速处理能力。合成孔径雷达获得信息后能在飞机或空间飞行器上实时处理,也可通过高速数据传输系统发送到地面站进行处理。
 
    空中侦察的目标自动识别是合成孔径雷达重要的应用领域。为了尽可能降低目标识别的误差率,必须提高合成孔径雷达的分辨率以及提供专用的算法。美国国防高级研究计划局在这方面将进行三个阶段的工作:近期目标(2年)是建立高分辨率的机载合成孔径雷达系统,研制相应的软件,保障自动发现显示图像中目标的变化,从而识别目标。第二阶段(随后的4年)将研制出超高分辨率的合成孔径雷达,借助两种模式对目标进行识别。第三阶段(3~6年)将研制基于运动目标波束原则的合成孔径雷达、三维合成孔径雷达、多波段自动识别设备和外差式地图识别设备。这些技术将保障可探测到复杂自然环境中、隐蔽在森林地区或伪装后的低可探测性目标。被称为“树叶穿透探测”(FOPEN)的目标探测方法在近20年来一直以超带宽机载合成孔径雷达为基础进行研究。其分辨率在90年代中期达到0.3m。预计系统的研制工作于2001年10月完成。目前进行飞行试验的雷达样机有P-3UWB SAR、SRIFOLPEN Ⅲ、FOA CarabasⅡ和LF SAR。试验证明这些系统可以探测到隐蔽在森林中的具有某些固定特征的目标。

    3.3 信息实时化
 
    为了将侦察到的情报及时传送到指挥官手中,侦察系统必须包含先进的通信系统。机载通信系统一般采用空地无线电通信设备或卫星通信设备。1996年,美国国防部高级研究计划局正式作出建立Ku波段全球通信系统的计划。该计划如果完成,将可以在全球范围内传送处理包括航空侦察系统在内的各种系统的数据。此外,由于超光谱成像和高分辨率成像器件等先进传感器的应用,还要求通信链路不断拓宽频带和提高信息传输容量。目前“蒂尔”系列无人机都采用了卫星通信系统,“蒂尔”Ⅰ无人机的数据传送速率约为1.5M比特/s,只能传输静止图片。“捕食者”、“全球鹰”和“暗星”无人机的数据传输速率都达到了50M比特/s,可以传送约30M比特/s的雷达图像。现装备的光电传感器的原始图像数据速率约为40×106,每像素8~10比特,总速率320~400M比特/s。用压缩技术可进行8∶1压缩,压缩到40M比特/s,因此可进行实时图像传输。红外传感器获得的图像同样也可压缩传送。目前多数战斗机/攻击机的侦察系统还未配有实时传送的数据通信链路。但美国的ATARS和TARPS-CD吊舱系统,已采用了数据传输速率为274M比特/s的宽带数据链路。
 
    3.4 数字化侦察是趋势
 
    数字化部队、数字化战场已成为当今各国关注的问题。所谓数字化,就是把语言、文字、图像等各种类型的信息变成数字编码,并利用数字式传输、处理系统,使信息资源为整个作战系统共享。顺应数字化的发展趋势、航空侦察系统必须实现数字化,从而加强系统的功能和有效性。比如,数字化侦察图像可便于如下处理:①图像增强。通过数字化对比度处理使图像清晰度更好。②辨认和抽取感兴趣的区域。可将场景以多种视角和尺寸显示出来,数字工具能够测算感兴趣的目标。③采用数据压缩和错误校正编码。便于图像分析。目前CCD相机、红外热成像和激光测距机等技术已基本实现了数字化。雷达在发射和接受环节也可通过模/数转换实现数字化处理。
 

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