國外武裝直升機機載光電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢＊

淦元柳 吳一超 李富棟

（1．空軍駐錦州地區(qū)軍事代表室 錦州 121000）（2．東北電子技術(shù)研究所 錦州 121000）

1 引言

武裝直升機是實施近戰(zhàn)、夜戰(zhàn)、隱蔽作戰(zhàn)的主要裝備，配備光電系統(tǒng)的武裝直升機能夠縮短武器裝備的反應(yīng)時間，提高打擊精度，最大限度地發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能，具有快速機動、精確打擊、偵察預警、信息作戰(zhàn)及電子對抗等作戰(zhàn)能力。本文就武裝直升機機載光電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作進一步的探討［1］。

2 武裝直升機機載光電技術(shù)

武裝直升機機載光電技術(shù)主要包括：圖像融合技術(shù)、慣性導航和光電組合技術(shù)、閉環(huán)定向紅外干擾技術(shù)、多目標指示與攻擊技術(shù)、多光譜及超光譜技術(shù)［2］。

1）圖像融合技術(shù)。圖像融合技術(shù)是指將不同類型光電傳感器獲取的同一景物影像數(shù)據(jù)進行幾何配準，然后采用一定的算法將各影像融合產(chǎn)生新的圖像。圖像融合技術(shù)主要包括：紅外電視圖像融合、紅外微光圖像融合、雷達圖像融合、長波和中波圖像融合技術(shù)等。例如在武裝直升機機身上安裝六個紅外搜索DAS（分布式孔徑系統(tǒng)distributed aperture system，DAS）就是圖像融合技術(shù)的典型應(yīng)用，DAS 包括1024×1024 元紅外傳感器，每個傳感器具有90°×90°的視場角，各傳感器圖像之間實現(xiàn)“無縫”連接，用來實現(xiàn)直升機360°的紅外探測保護。飛行員通過頭盔顯示器的目鏡可以實時看到被機體遮擋部分的圖像，并可以在顯示系統(tǒng)上疊加目標信息和威脅信息。

例如，美國陸軍為10架UH-60L 直升機裝備的增強視景雷達是雷達圖像融合技術(shù)的重要應(yīng)用。英國《國際飛行》報道，根據(jù)雷達供應(yīng)商Sierra Nevada公司的消息，美國陸軍為10架UH-60L 直升機安裝增強視景雷達，用于在阿富汗的作戰(zhàn)。該公司戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁表示，在戰(zhàn)區(qū)，多數(shù)直升機的碰撞是與電纜、電線和電線桿等小型障礙物發(fā)生的，美陸軍希望新一代雷達能在黑暗、塵霧等惡劣天氣條件下幫助飛行員“看到”潛在的危險。

俄羅斯卡-52直升機的專用瞄準設(shè)備已通過國家試驗。俄新網(wǎng)2012年11月23日報道：俄羅斯光學系統(tǒng)和技術(shù)科研生產(chǎn)康采恩總經(jīng)理馬克辛透露，卡-52直升機的專用光電瞄準設(shè)備已經(jīng)完成國家試驗［3］。馬克辛指出，為新一代俄制殲擊機生產(chǎn)光電系統(tǒng)也是目前公司優(yōu)先發(fā)展的創(chuàng)新項目之一。此外，公司還將為現(xiàn)代化裝甲車研制光電瞄準系統(tǒng)、為反坦克設(shè)備生產(chǎn)熱視瞄準器、為步兵武器生產(chǎn)遠距瞄準器、為未來士兵裝備生產(chǎn)光電偵察和瞄準裝置。據(jù)悉，該公司的軍用光電系統(tǒng)在俄羅斯市場所占份額高達70%。

2）慣性導航和光電組合技術(shù)（ISEOS）。慣性導航是一種不依賴于外部信息的自主導航方式，它通過測量載體在慣性參考系的加速度并進行積分得到速度、偏航角和位置等信息。光電技術(shù)是一種利用光學器件和電學元件實現(xiàn)復雜功能的技術(shù)。慣性導航和光電組合技術(shù)結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)點，實現(xiàn)小型化和集成化。

采用ISEOS組合系統(tǒng)的優(yōu)點在于：

（1）可實現(xiàn)對目標的精確定位；（2）實現(xiàn)光軸與機軸的自動對準；（3）直接作為瞄準線穩(wěn)定傳感器；（4）實現(xiàn)對目標的地理跟蹤。

ISEOS系統(tǒng)包括復雜的光學系統(tǒng)和一個集成芯片，該芯片上集成了中波和長波兩個紅外探測器。ISEOS系統(tǒng)利用了中波紅外和長波紅外對比度上的差異，將目標從背景中提取出來，有助于搜索偽裝或部分隱藏的目標。操作人員可根據(jù)環(huán)境條件、目標類型、任務(wù)類型或階段選擇紅外波段。其波段切換可在0．5s內(nèi)完成。

例如，美國諾斯羅普·格魯曼公司采用ISEOS技術(shù)對CH-53K 直升機LN-251導航系統(tǒng)進行軟件升級。諾斯羅普·格魯曼公司網(wǎng)站報道：美國海軍空中系統(tǒng)司令部（NAVAIR）授予諾斯羅普·格魯曼公司一項價值560萬美元的階段II合同，對用于新型CH-53K 超級種馬直升機的LN-251嵌入式光纖慣性導航系統(tǒng)（GPS／INS）的現(xiàn)有軟件進行升級。這種高性能導航系統(tǒng)進一步增強了CH-53K 直升機的作戰(zhàn)能力。

諾格公司為S-76D 直升機提供姿態(tài)和航向參考系統(tǒng)。諾格公司網(wǎng)站2012年12月17日報道：正在為斯科斯基的S-76D 直升機提供LCR-100姿態(tài)和航向參考系統(tǒng)（AHRS）。LCR-100系統(tǒng)是S-76D 直升機上采用的泰雷茲公司TopDeck航空電子系統(tǒng)的標準配置。在早期的S-76直升機中，諾格公司提供的是LCR-92和LCR-100光纖AHRS。LCR-100是由諾格公司位于德國的導航和定位系統(tǒng)子公司—諾格LTIEF 公司開發(fā)，該系統(tǒng)能提供關(guān)于飛機位置、航向和姿態(tài)等飛行關(guān)鍵的信息。LCR-100向飛行控制系統(tǒng)提供精確輸出，在直升機應(yīng)用環(huán)境中具有高可靠性和精度。諾格LITEF 公司在慣性傳感器、慣性參考系統(tǒng)以及慣性導航系統(tǒng)方面居領(lǐng)先水平，其產(chǎn)品已應(yīng)用于30多個國家的飛機、艦船和地面車輛［4］。

支奴干直升機將裝備主動力反饋操縱桿系統(tǒng)。英國《國際飛行》2013年5月9日報道：波音公司要求BAE 系統(tǒng)公司為其CH-47和MH-47G 支奴干直升機開發(fā)主動力反饋操縱桿系統(tǒng)，以擴展其性能包線。該系統(tǒng)被稱為主動并聯(lián)作動器子系統(tǒng)（APAS），將與其電傳飛控系統(tǒng)一起開發(fā)，不會產(chǎn)生額外的費用或認證問題。與其他沒有采用電傳飛控的飛行器一樣，支奴干直升機的飛行員也受到軟停機對飛行包線的限制問題的影響。但APAS系統(tǒng)將取代這種單一位置停機點的軟停機限制，而采用根據(jù)實時飛行狀態(tài)采用動態(tài)的電子控制方式，從而擴展飛行包線，而不需要擔心機體過載［5］。

BAE表示，APAS 系統(tǒng)能夠通過操縱桿為飛行員提供一系列告警信號，類似于臺風和F-35等采用電傳飛控的戰(zhàn)斗機的功能。APAS單元將取代目前支奴干直升機上使用的由彈簧和阻尼器構(gòu)成的操縱桿阻尼機構(gòu)，該機構(gòu)裝在操縱桿和飛控機構(gòu)之間。APAS 預計將在2015年初開始飛行試驗，2018年投入生產(chǎn)。

3）閉環(huán)定向紅外干擾技術(shù)。閉環(huán)定向紅外干擾技術(shù)是用多波段激光束取代弧光燈，用閉環(huán)型探測與干擾取代開環(huán)型干擾的技術(shù)。采用閉環(huán)定向紅外干擾技術(shù)的系統(tǒng)一般由五個功能模塊組成，即雙光譜導彈告警傳感器、小視場紅外攝像機、精確跟蹤平臺、多波段激光干擾源和高速數(shù)據(jù)處理模塊。當機載導彈告警系統(tǒng)探測到來襲導彈并捕獲時，系統(tǒng)將目標移交給精密跟蹤轉(zhuǎn)塔進行熱輻射紅外跟蹤，跟蹤后首先發(fā)射低功率激光束掃描導彈，然后接受并分析“回波”確定導彈類型，有選擇地發(fā)射最佳調(diào)制的激光束進行干擾，甚至摧毀其導引頭光電傳感器。阿帕奇、茶隼、美洲豹、美洲獅、H90等直升機都安裝了閉環(huán)定向紅外干擾系統(tǒng)。

例如，薩博公司為奧古斯塔·韋斯特蘭公司直升機提供對抗防護裝置。法國《航宇防務(wù)》2013年1月3日報道：近日，瑞典薩博公司獲得了一份價值約1億瑞典克朗（約1529萬美元）的合同，將為奧古斯塔·韋斯特蘭公司提供一批直升機自衛(wèi)與電子情報系統(tǒng)［6］。

這批防護系統(tǒng)由電子監(jiān)視載荷（ESP）和集成防護輔助套件（IDAS）組合而成。集成防護輔助套件由多傳感器告警系統(tǒng)和輕型煙幕布撒系統(tǒng)（BOP／L）組成，其中的傳感器含有導彈告警、激光告警和導彈臨近告警裝置。電子監(jiān)視載荷專為直升機平臺設(shè)計，是一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能先進的電子情報系統(tǒng)。兩者組合可顯著提高系統(tǒng)高精度測向和發(fā)射機定位的性能，可在惡劣、復雜威脅環(huán)境下增強直升機平臺的生存能力。按照合同，系統(tǒng)開發(fā)和生產(chǎn)工作將分別在南非和瑞典進行，交付將于2013～2015年完成。

薩博公司的集成防護輔助套件可裝備多種旋翼及固定翼飛機，包括薩博公司的薩博2000，奧古斯塔·韋斯特蘭公司的A109、A129 和超級山貓300、波音公司的CH-47支奴干，丹尼爾公司的茶隼和羚羊，歐直公司的美洲豹、超美洲豹和美洲獅，NH 工業(yè)公司的NH90，洛克希德·馬丁公司的C-130B、C-130H 和 L-100，蘇霍伊公司的Su-30MKM，以及印度正在開發(fā)的北極星直升機。

美加強對直升機威脅警告和傳感器系統(tǒng)的自動化整合能力。美國《國防》雜志2013年第1期報道：由諾格公司聯(lián)合哈里斯集團、FLIR 系統(tǒng)公司、L3通訊公司以及BAE 系統(tǒng)公司等共同建立的旋翼機航電創(chuàng)新實驗室（RAIL），正致力于使直升機的威脅警報和傳感器系統(tǒng)形成一種緊密結(jié)合的自動化防務(wù)能力，以便切實提高直升機的作戰(zhàn)生存能力。據(jù)透露，這些公司過去5年來投向該實驗室的經(jīng)費已經(jīng)超過1500萬美元，用于生存性研究。該實驗室所做的其中一項目標是，將由10多家公司提供的120個相關(guān)產(chǎn)品逐步整合到一起，以便為地面部隊、飛行員以及指揮員實時共享信息提供支持。為此，該實驗室研究人員所做的其中一項工作，就是試圖將飛機上的每個傳感器包都通過新的方式鏈接在一起，探討能否自動為飛行員和地面指揮員提供戰(zhàn)斗場景信息。目前，RAIL 已經(jīng)實現(xiàn)了20多種產(chǎn)品的無縫銜接［7］。

據(jù)悉，待RAIL 的研究工作真正取得成效后，美軍的未來作戰(zhàn)場景將會是這樣的：一美軍地面巡邏隊突遭敵方炮火封鎖。巡邏隊發(fā)出請求支援信號。一架黑鷹和一架阿帕奇相伴趕來營救。在前來營救的途中，黑鷹遭到一枚肩扛紅外對空火箭彈的襲擊。在將來安裝了RAIL 新研制的軟件包之后，上述兩架直升機上的維修報警系統(tǒng)將能識別到射來的火箭彈，在用信號向飛行員發(fā)出警報的同時，機載系統(tǒng)還能自動啟動通用紅外對抗系統(tǒng)（CIRCM）。這樣，不用飛行員提示，CIRCM 就會找到并摧毀火箭彈自動導引裝置。

據(jù)諾格公司透露，所有信息都會提供給飛行員。這樣，他就會馬上知道自己已經(jīng)被瞄準，飛來的是什么彈藥，以及對手躲藏在什么地方。與此同時，輕型干擾系統(tǒng)還會發(fā)射誘餌來迷惑射來的火箭彈，當火箭彈危機得到妥善處理后，CIRCM 會立即定位炮彈的發(fā)射位置并拍照。敵方的位置及其照片會自動下載到黑鷹和阿帕奇的系統(tǒng)中。借助APR-39雷達告警接收器，與前文所述相同的自動化過程還能挫敗雷達制導的彈藥。但該過程只能應(yīng)對諸如火箭推進的炸彈這種無聲的威脅。如果安裝了傳感器，則武裝直升機就能跟蹤敵手的位置，并準確地消滅火箭彈發(fā)射方，與此同時，前線指揮部的指揮員也能在相關(guān)屏幕上看到上述作戰(zhàn)過程，地圖上隨時標注部隊的位置變化，并隨時掌握作戰(zhàn)任務(wù)的展開過程。

上述過程描述的是應(yīng)對固定敵人的過程。如果敵方是移動目標，如是一輛坦克，那么，除了負責定位和拍照的機型換成了MQ-C1灰鷹之外，其他應(yīng)對過程不變。上述一系列作戰(zhàn)過程所用到系統(tǒng)部件都取自陸軍直升機上的標準部件，只有自動威脅探測部分和危險規(guī)避程序采用了RAIL 研制的軟件。Breen認為，單是在軟件方面稍加調(diào)整，就能大幅度提升飛行員和指揮員對戰(zhàn)況的掌握程度和應(yīng)對能力。

4）多目標指示與攻擊技術(shù)。多目標指示與攻擊技術(shù)是導彈同時瞄準多個目標并進行攻擊的技術(shù)。一般的激光制導的導彈在攻擊過程中必須將激光指示器始終對準目標，并只有在命中上一個目標后才能對準下一個目標。這使得裝有激光制導武器的平臺容易受到攻擊。多目標激光指示技術(shù)，使武器平臺能夠同時瞄準多個目標，每枚導彈攻擊一個目標，從而迅速摧毀視場內(nèi)所有目標，使操作人員或武器平臺暴露時間縮到最短。

例如，意大利海軍AW101預警直升機裝備了具有多目標指示與攻擊技術(shù)的逆合成孔徑雷達（ISAR）已投入使用。英國《國際飛行》報道：意大利海軍飛行作戰(zhàn)支持辦公室主管Maurizio Loi表示，ISAR 設(shè)備有助于AW101 預警直升飛機探測海上艦船。塞·伽公司意大利分部業(yè)務(wù)主管Angelo Aprile表示，演示結(jié)果顯示ISAR 對海面艦船的最遠探測距離可以達到300km。

美國陸軍選定貝爾、西科斯基／波音團隊研制聯(lián)合多功能直升機驗證機。英國《國際飛行》網(wǎng)站2013年6月5日報道：貝爾直升機公司表示，其V-280勇士第三代傾轉(zhuǎn)旋翼機設(shè)計方案已被美國陸軍聯(lián)合多功能技術(shù)驗證機項目選中。貝爾直升機公司的未來垂直升力飛行器研制項目的負責人基斯·菲拉說，V-280勇士的巡航速度可以達到519km／h，能夠滿足陸軍所最需要的性能要求。該機在V-22魚鷹的技術(shù)基礎(chǔ)上進行了升級改進，當前的設(shè)計方案的亮點就是提高了低速飛行狀態(tài)下的靈活性、高過載的機動飛行能力、優(yōu)異的燃油效率以及長航程等。貝爾直升機公司希望在該設(shè)計方案中引入三通道多余度電傳飛行操縱系統(tǒng)。該方案的另一個設(shè)計指標是在35℃的情況下無地效懸停的壓力高度可以達到1830m，作戰(zhàn)半徑為926km［8］。

貝爾直升機公司的主要競爭對手是西科斯基和波音的聯(lián)合團隊，其在V-22項目上有著密切的合作。據(jù)西科斯基-波音團隊透露，這兩家公司十分樂意美國陸軍邀請其參與聯(lián)合多功能技術(shù)驗證機第一階段項目，其將在西科斯基X2剛性共軸式雙旋翼方案的基礎(chǔ)上進行下一代直升機技術(shù)研發(fā)投資。同時，EADS北美公司最近向美國陸軍表示其將退出該項目。

美國陸軍預計在2013年9月正式授予JMRTD 項目的研制合同，計劃在2017年首飛。該項目計劃研制出一款中型高速直升機，并在2030年左右替換西科斯基公司的UH-60黑鷹系列直升機。該項目還可以衍生出武裝直升機替換波音公司的AH-64E阿帕奇武裝直升機。貝爾直升機公司預計，該項目的市場前景多達1000億美元。

5）多光譜及超光譜技術(shù)。多光譜及超光譜成像技術(shù)是將成像技術(shù)和光譜測量技術(shù)結(jié)合在一起，獲取的信息不僅包括空間二維信息，還包括隨波長分布的光譜輻射信息。其最大的特點是將工作光譜區(qū)精細劃分為多個譜段，并同時在各譜段對目標成像，極大地提高了目標探測的準確性，是光電探測領(lǐng)域一個質(zhì)的飛躍。例如，將電子穩(wěn)像、圖像融合、圖像增強、多目標捕獲與視頻跟蹤等軟硬件集成到一塊芯片，將大大提高自身的應(yīng)對能力。

貝爾-波音公司向美國海軍陸戰(zhàn)隊交付了首架采用多光譜及超光譜技術(shù)的Block C型V-22魚鷹直升機。波音公司網(wǎng)站報道：貝爾-波音公司今天宣布，已經(jīng)向美國海軍陸戰(zhàn)隊交付首架經(jīng)過設(shè)計升級的MV-22Block C型魚鷹直升機。貝爾-波音公司V-22項目主管表示，首架Block C型V-22按照合同規(guī)定的時間和價格交付是一個重要里程碑，Block C型魚鷹直升機將滿足軍方對于最新作戰(zhàn)能力的需求。

3 發(fā)展動向及分析

武裝直升機載光電技術(shù)的發(fā)展主要包括幾個方面：1）不斷提高光電系統(tǒng)的分辨率；2）結(jié)合直升機的作戰(zhàn)使用特點，采用模塊化、系列化光電組件；3）多目標處理能力技術(shù)研發(fā)。四是開發(fā)便攜式、小型化設(shè)計技術(shù)［9］。

1）不斷提高光電系統(tǒng)的分辨率。光電技術(shù)對分辨率的要求極為苛刻。例如在機載激光告警系統(tǒng)中，隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，激光告警系統(tǒng)技術(shù)的分辨率也在不斷提高，探測角精度則需要達到幾度，與雷達告警系統(tǒng)類似，在激光告警系統(tǒng)中角精度的需求隨著平臺和場景的不同而變化。若激光告警系統(tǒng)和無源干擾系統(tǒng)相交聯(lián)，象限定位即可滿足要求；若激光告警系統(tǒng)和有源對抗系統(tǒng)相交聯(lián)，1°的定向精度尤為必要。目前美軍裝備直升機的激光告警系統(tǒng)的測量精度均能達到甚至優(yōu)于1°，這為有效實現(xiàn)無源以及有源光電干擾提供了有利條件。美國AIL系統(tǒng)公司研制出一種高精度激光接收機，其方位和俯仰角的測量精度達到近似1 mrad（0．06°），足以支持直升機的主炮半自動瞄準發(fā)射或?qū)嵤┘す馕淦鞯母蓴_。

2）多目標處理能力技術(shù)研發(fā)。戰(zhàn)場上威脅源的日益增多促使光電系統(tǒng)逐漸增加了多目標處理能力。通過采用先進的分析處理算法，使裝備的光電系統(tǒng)都能從背景雜波中探測、識別、跟蹤多個目標源，并進行威脅排序，從而采用合適的方式實施對抗。例如，美軍最新研究的M-TADS目標截獲指示儀瞄準具／駕駛員夜視傳感器，它的口徑為20．3cm，能在最窄的三個視場進行電子變焦距。M-TADS采用一種新設(shè)計的跟蹤器，可以跟蹤一個主目標和五個次目標，同時洛克希德·馬丁公司專門設(shè)計的XR 算法在采用變焦距工作方式時可以把M-TADS的前視紅外裝置（FLIR）和晝間電視攝像機的探測距離再提高30%。

3）多元化的光電對抗。新材料技術(shù)如致變色材料、智能型材料等逐漸成熟，新的干擾對抗手段和裝備不斷涌現(xiàn)，形成寬譜、高效的干擾體系。高能激光武器將成為“殺手锏”。新型光電探測技術(shù)使得光電偵察告警的精度和作用距離明顯改善。各種抗干擾措施綜合使用，將進一步提高武器裝備的抗光電干擾效能。

4 結(jié)語

隨著激光、紅外及傳感器技術(shù)的發(fā)展，武裝直升機機載光電技術(shù)越來越完善，逐步形成了集成化、多光譜、高精度和多功能的作戰(zhàn)方式。在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部戰(zhàn)爭中，適時運用直升機機載光電技術(shù)，實施防空反導，能達到保護自身目標安全的目的［10］。

［1］紀明，許培忠，徐飛飛．武裝直升機光電系統(tǒng)發(fā)展與對策［J］．應(yīng)用光學，2010（1）：1-7．

［2］王紅紅，陳方斌，壽少峻，等．基于FSM 的高精度光電復合軸跟蹤系統(tǒng)研究［J］．應(yīng)用光學，2010，31（6）：909-913．

［3］俄羅斯卡-52直升機的專用瞄準設(shè)備已通過國家試驗［N］．每日防務(wù)快訊，2012-12-04．

［4］諾格公司為S-76D 直升機提供姿態(tài)和航向參考系統(tǒng)［N］．每日防務(wù)快訊，2013-01-07．

［5］支奴干直升機將裝備主動力反饋操縱桿系統(tǒng)［N］．每日防務(wù)快訊，2013-05-29．

［6］薩博公司為奧古斯塔·韋斯特蘭公司直升機提供對抗防護裝置［N］．每日防務(wù)快訊，2013-01-06．

［7］美加強對直升機威脅警告和傳感器系統(tǒng)的自動化整合能力［N］．每日防備快訊，2013-01-06．

［8］美國陸軍選定貝爾、西科斯基／波音團隊研制聯(lián)合多功能直升機驗證機［N］．每日防務(wù)快訊，2013-06-13．

［9］李紅民，王炬，郭蕾．國外武裝直升機光電系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)［J］．電光與控制，2005（1）：86-89．

［10］吳斌，程剛，郭亮，等．直升機載光電穩(wěn)瞄系統(tǒng)可靠性研究與分析［J］．應(yīng)用光學，2011（6）：1072-1077．