海軍光電跟蹤與火控系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展

安　東

光電跟蹤與火控系統(tǒng)是近年來日益受到各國海軍重視的一種艦載遠(yuǎn)距離監(jiān)視、目標(biāo)指示與火控裝置。一般來說，艦用光電跟蹤儀由位于甲板上高處的光電指向頭和甲板下的顯控臺兩部分組成。裝在光電指向頭內(nèi)的電視，紅外和激光三個光電傳感器在顯控臺控制下實現(xiàn)對目標(biāo)的搜索、捕獲，跟蹤和測距，并將目標(biāo)圖像信息和坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳回到顯控臺內(nèi)。顯控臺對目標(biāo)圖像信息處理后，通過屏幕顯示出圖像，同時根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)及有關(guān)信息，進(jìn)行彈道預(yù)算，最后通過隨動系統(tǒng)帶動火炮轉(zhuǎn)動方位，調(diào)節(jié)俯仰角，實施射擊。它具有跟蹤精度高、系統(tǒng)反應(yīng)時間短和多目標(biāo)交戰(zhàn)的能力，完全能滿足現(xiàn)代海戰(zhàn)中同高速反艦?zāi)繕?biāo)作戰(zhàn)的要求。

下面將結(jié)合歐美及以色列等國開發(fā)的新型光電跟蹤與火控系統(tǒng)介紹此類系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點，探討其涉及的關(guān)鍵技術(shù)和未來的發(fā)展方向。

各國的新型光電跟蹤與火控系統(tǒng)

法國Najir MM Piros光電跟蹤儀

Najir系列光電跟蹤儀是由前馬特拉公司(現(xiàn)在的EADS系統(tǒng)和防御電子公司)于20世紀(jì)80年代開發(fā)的，先后發(fā)展有Najir Mk1，MK2，Najir 2000等型號，裝備法國、巴基斯坦、新加坡、摩洛哥等國戰(zhàn)艦。該系列跟蹤儀的最新型號——Najir MM Piros于2003年問世。它是一種裝在甲板上的輕型指揮儀，控制單元包括與作戰(zhàn)管理系統(tǒng)、武器和視頻分布網(wǎng)絡(luò)接口的系統(tǒng)處理器和視頻跟蹤器。由圓柱形套筒保護(hù)著的陀螺穩(wěn)定傳感頭內(nèi)裝有1臺波長3.2-4.2微米、分辨率384×288的三代熱像儀，1臺黑白晝用765×581 CCD電視攝像機(jī)(彩色為可選項)和一臺1.54微米人眼安全激光測距機(jī)。Najir MM Piros專為兩種不同口徑的艦炮提供火控功能，只要配備彈道計算能力和主作戰(zhàn)管理系統(tǒng)操縱的操作員控制能力，就能構(gòu)成綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分。

法國VlGY 20光電指揮儀

VIGY系列光電指揮儀是法國Sagem公司安全和防御分部(現(xiàn)在與SNECMA公司合并為SAFRAN公司)的產(chǎn)品。早期型號包括VIGY 10，VIGY 10 Mk II以及VIGY 105型，這些系統(tǒng)目前仍在服役，主要用于反艦導(dǎo)彈自防御項目。該系列指揮儀的最新型號為VIGY 20，它是一種模塊化系統(tǒng)，其兩軸穩(wěn)定傳感頭內(nèi)可安裝兩臺熱像儀，例如波長3～5微米，分辨率384×256的第三代MATIS微掃描凝視陣列或IRIS 8-12微米碲鎘汞CCD探測器。傳感頭內(nèi)還可裝一臺黑白電視，微光電視和一臺彩色電視以及一臺具有高或低脈沖重復(fù)頻率(PRF)的1.54微米人眼安全激光測距機(jī)。VIGY 20指揮儀于1998年首先被挪威訂購，用于它的Hauk級巡邏快艇和四艘Nordkapp級海岸警衛(wèi)艦，后來用于新型“南森”級“宙斯盾”護(hù)衛(wèi)艦。

德國MSP 500光電多傳感器平臺

德國萊茵金屬防御電子公司的MSP 500光電多傳感器平臺目前已被德國海軍選用于其8艘F122和4艘F123護(hù)衛(wèi)艦的升級項目。這個系統(tǒng)最早由STN阿特拉斯電子公司和卡爾·蔡斯光電公司于1994年研制。在1995年和1997年對預(yù)生產(chǎn)樣機(jī)進(jìn)行試驗后，德國海軍訂購了該系統(tǒng)用于艦艇的改裝。在美國海軍2002年的試驗中，MSP 500被安裝在洛。馬公司的“Sea Slice”高速快艇上支持“千年”艦炮系統(tǒng)的演示。MSP 500是輕型雙軸穩(wěn)定光電系統(tǒng)，可陸基(海岸監(jiān)視)和機(jī)載(直升機(jī))應(yīng)用，也可作為海上火控系統(tǒng)的一部分用于艦載。穩(wěn)定系統(tǒng)是具有粗，精控制的數(shù)字式系統(tǒng)。所采用的傳感器有熱像儀、晝用攝像機(jī)和激光測距機(jī)。既可以作為獨立的設(shè)備，也可以與其他設(shè)備集成。MSP 500傳感器套件包括1臺卡爾·蔡斯光電公司的二代Ophelia96×4熱像儀，1臺785×582像素的晝用CCD攝像機(jī)和1臺1.54微米人眼安全激光測距機(jī)。其中熱像儀采用工作在7.5～10.5微米波段的碲鎘汞探測器，為雙視場，在全CCIR格式下分辨率為576×756像素。

荷蘭“了望臺”(Mirador)系統(tǒng)

“了望臺”系統(tǒng)由1臺低剖面多傳感器指揮儀，1臺控制武器的處理機(jī)柜和1套控制臺組成。指揮儀的碳纖維外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)裝有晝夜監(jiān)視用的彩色電視和微光電視、固定焦距跟蹤黑白電視，雙視場“信天翁”3-5微米碲鎘汞焦平面陣列熱像儀(8～12微米熱像儀為可選項)和1，54微米人眼安全激光測距機(jī)。據(jù)泰利斯荷蘭公司聲稱，了望臺可以跟蹤25千米以遠(yuǎn)的大面積目標(biāo)或戰(zhàn)斗機(jī)大小的飛機(jī)。它可以同時顯示兩臺攝像機(jī)的視頻，在一臺攝像機(jī)采用高倍率實施目標(biāo)分辨或火控功能的同時，另一臺利用廣角觀察方式了解戰(zhàn)況。

意大利“梅杜薩Mk4”光電火控系統(tǒng)

“梅度薩Mk4”由意大利Selex SI公司研制，該系統(tǒng)采用一種新型球形指揮儀，通常配備1臺CCD電視、1臺雙光學(xué)視場的3-5微米銻化銦焦平面陣列熱像儀和1臺1.54微米人眼安全激光測距機(jī)。用戶可以根據(jù)任務(wù)需求改變傳感器的配置。Mk4L用于監(jiān)視和跟蹤任務(wù)，Mk4N具有監(jiān)視和水面艦炮防空攔阻射擊能力，最后的型號是Mk4B，能提供監(jiān)視以及完全的水面和防空能力。該系統(tǒng)利用帶黑白監(jiān)視器，鍵盤和操縱桿的控制臺操縱。監(jiān)視器顯示電視，光電圖像，給出包含方位和高低，距離和速度、時間和地理位置的目標(biāo)數(shù)據(jù)。它可以作為獨立系統(tǒng)使用或集成到火控系統(tǒng)中，遙控中小口徑艦炮。

英國Radamec系統(tǒng)公司2500型指揮儀

2001年，英國Radamec防御系統(tǒng)公司(現(xiàn)在屬于Ultra電子公司)和AMS公司(現(xiàn)為Selex SI公司)被選中，為英國皇家海軍的45型“無畏”級驅(qū)逐艦提供艦炮光電火控系統(tǒng)(EOGCS)。該系統(tǒng)裝在甲板上的光電指揮儀(EOD)位于指揮塔上方的兩側(cè)，是以Radamec系統(tǒng)公司的2500型為基礎(chǔ)研制的。

2500型指揮儀擁有多個隱身小平面外形設(shè)計和先進(jìn)的處理器，用于在防空、艦對艦和海岸打擊等任務(wù)模式下指揮中小口徑的艦炮作戰(zhàn)。它可以控制DS30BREMSIG 30毫米加農(nóng)炮和Mk 8 Mod 1型105毫米口徑主艦炮。EOGCS的傳感器包括3-5微米碲鎘汞640×480高分辨率焦平面陣列熱像儀，具有10倍光學(xué)變焦和4倍數(shù)字變焦的Radamec 206-004型彩色電視和Ranger 600人眼安全激光測距機(jī)。

據(jù)Ultra公司稱，2500型指揮儀可以同時跟蹤5個目標(biāo)，并對其中之一進(jìn)行打擊。據(jù)稱對高性能作戰(zhàn)飛機(jī)的探測距離在10-30千米。該系統(tǒng)可以通過任一作戰(zhàn)系統(tǒng)多功能控制臺(MFC)或該公司的專用控制臺進(jìn)行控制。除了應(yīng)用于英國外，2500型指揮儀還服役于澳大利亞皇家海軍的“阿德萊德”級護(hù)衛(wèi)艦，文萊皇家海軍的“文萊”級近岸巡邏艇和Waspada級快

速攻擊艇以及兩艘銷往羅馬尼亞的前RN22型護(hù)衛(wèi)艦。

美國Mk 46光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(OSS)

Mk 46光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(OSS)由美國Kollmorgen公司研制，其最新型號Mk 46Mod 1已經(jīng)被集成到Mk 34艦炮的火控系統(tǒng)中，用于攻擊水面目標(biāo)。該系統(tǒng)于2001年3月配備美國的“阿利·伯克”FlightIIA級驅(qū)逐艦“溫斯頓·丘吉爾”號，此后為美國海軍共配備了60多套Mk46系統(tǒng)，除“阿利·伯克”級驅(qū)逐艦外，該系統(tǒng)還裝備“圣安東尼奧”兩棲攻擊艦，以及作為深水項目的一部分，裝備新型國家安全快艇WMSL750。此外該系統(tǒng)還作為對外軍售裝備，銷往日本。

Mk46光電監(jiān)視和艦炮控制系統(tǒng)采用一個兩軸陀螺穩(wěn)定傳感器平臺。Mod O傳感器組件包括1臺CCD電視攝像機(jī)和1臺Kollmo rgen8-12微米微型前視紅外熱像儀。Modl傳感器組件則增加了一臺人眼安全激光測距機(jī)，而Mod0型所使用的CCD電視攝像和微型前視紅外系統(tǒng)已經(jīng)分別被高分辨率彩色電視攝像機(jī)和L-3辛辛那提電子公司的“黑夜征服者ll”型3-5微米640×512焦平面陣列熱像儀所替代。在甲板下，為操作員裝備了AN／UYQ70標(biāo)準(zhǔn)控制臺。其它改進(jìn)包括升級型方位馬達(dá)、新型自動跟蹤器和增添自動操作模式。Mk46 Mod 1有四種模式搜索／監(jiān)視，導(dǎo)航、武器隨動和指揮儀隨動。它將方位、俯仰和距離數(shù)據(jù)饋送到Mk 34炮擊控制系統(tǒng)，用以攻擊水面和空中目標(biāo)。

以色列TOPLITE光電系統(tǒng)

以色列RafaeI武器研制局基于其Litening機(jī)載導(dǎo)航和目標(biāo)瞄準(zhǔn)吊艙開發(fā)了Toplite穩(wěn)定的多傳感器光電目標(biāo)瞄準(zhǔn)和觀察負(fù)載，可海軍和機(jī)載應(yīng)用。它采用四軸萬向架安裝座，可按用戶的需要配置多種傳感器。這些傳感器包括1臺三視場的三代3-5微米焦平面陣列(可以是320×240或640×480格式)熱像儀，1臺8-12微米焦平面陣列熱像儀、1臺黑白或彩色CCDTV、1臺人眼安全激光測距機(jī)、1臺激光指示器或雙波段激光標(biāo)示器。Toplite還可以與Rafael公司和美國通用動力地面系統(tǒng)公司聯(lián)合生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制“臺風(fēng)”艦炮(口徑20～30毫米)座集成。這兩種系統(tǒng)都銷售到包括澳大利亞皇家海軍(裝備新型“阿米德爾”級巡邏艇)和美國海軍在內(nèi)的許多用戶。

關(guān)鍵技術(shù)及未來發(fā)展方向

隨著光電技術(shù)的發(fā)展和軍事戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)的需求，光電跟蹤和火控系統(tǒng)還會不斷發(fā)展，就目前發(fā)展的情況，光電跟蹤與火控系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢將表現(xiàn)在如下幾方面：

3-5微米熱像儀的使用

縱觀上述各國的先進(jìn)光電跟蹤儀，可以發(fā)現(xiàn)大部分系統(tǒng)采用3～5微米熱像儀。目前認(rèn)為，在炎熱和潮濕環(huán)境下，3～5微米紅外熱像儀比8～12微米熱像儀更適用。曾有試驗證明，3～5微米紅外熱像儀在炎熱和潮濕環(huán)境下可提供更高的分辨率和更遠(yuǎn)的探測距離。

焦平面陣列熱像儀的使用增多

上世紀(jì)90年代以來，一些光電跟蹤儀開始使用第二代紅外焦平面陣列熱像儀。與第一代紅外熱像儀相比，紅外焦平面陣列熱像儀具有更高的探測和分辨力，采用了小型致冷器，顯著提高系統(tǒng)的探測距離并減少體積和重量。

非致冷熱像儀初步應(yīng)用

非致冷紅外熱像儀由于不用致冷器，可大大減少光電跟蹤儀的重量、體積，并降低其成本，因而極具應(yīng)用潛力。但由于性能等方面的原因，過去主要應(yīng)用在近距離的陸軍輕武器上，隨著性能的進(jìn)一步提高，非致冷紅外熱像儀在未來有可能廣泛應(yīng)用于艦載光電系統(tǒng)。

目視安全激光測距儀的推廣使用

過去，海軍光電系統(tǒng)都采用工作波長為1.06微米的摻釹釔鋁石榴石激光測距儀。但是，該頻率的激光會對人眼造成嚴(yán)重傷害，因此軍方一直呼吁使用目視安全激光測距儀。上世紀(jì)90年代以來，歐美一些國家已研制成功符合艦船應(yīng)用要求的目視安全型激光測距儀，已部分投入使用。2000年后服役的艦船光電跟蹤儀和光電桅桿均要求裝備目視安全激光測距儀。目前，目視安全激光測距儀已在艦船光電系統(tǒng)中推廣使用，并成為艦船光電系統(tǒng)中的典型傳感器之一。

傳感器圖像融合技術(shù)

圖像融合作為一種新技術(shù)將越來越多地用于海軍光電系統(tǒng)中。圖像融合是對來自各傳感器的圖像信息進(jìn)行綜合處理，融合后得到的信息量將多于單獨處理各個傳感器圖像所提供的信息量。在艦船光電系統(tǒng)中將考慮幾種圖像融合方式：中波紅外和長波紅外的融合可抑制太陽光強(qiáng)度便于提取真實目標(biāo)信號；可見光與長波紅外的融合可有助于吸收兩個圖像的最好部分；可見光與中波紅外的融合可在炎熱潮濕地帶提高探測距離。