艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)

沈君輝，楊 光，陶 忠，卜忠紅

（1.武警新疆總隊(duì)直升機(jī)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊830017；2.西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西 西安710065）

引言

艦載航空兵作為海軍的重要組成部分，在奪取和保持作戰(zhàn)海域的制空權(quán)中扮演著關(guān)鍵角色。直升機(jī)發(fā)展于陸軍，并已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中一種必不可少的武器系統(tǒng)［1］?；趯?duì)航母反潛能力需求的提升以及直升機(jī)可以從戰(zhàn)斗艦、巡洋艦、支援艦及驅(qū)逐艦等非航母艦船上直接起飛的優(yōu)勢(shì)，艦載直升機(jī)已經(jīng)成為艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)不可或缺的一部分，其可為整個(gè)艦隊(duì)有效提供諸如：反潛巡邏、海面監(jiān)視、水面／岸頭作戰(zhàn)、搜索營(yíng)救、人員物質(zhì)運(yùn)輸、反水雷等多種綜合化作戰(zhàn)支援任務(wù)。作為一種重要戰(zhàn)術(shù)裝備，艦載直升機(jī)的光電系統(tǒng)與雷達(dá)、聲納、電子支援系統(tǒng)等任務(wù)系統(tǒng)的有效協(xié)同為艦載直升機(jī)出色地完成反潛、海面監(jiān)視、搜索、水上作戰(zhàn)、戰(zhàn)斗營(yíng)救等任務(wù)提供了有力的保障，尤其是在海面目標(biāo)的精確定位、識(shí)別、瞄準(zhǔn)、自動(dòng)跟蹤，反艦導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)精確制導(dǎo)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可顯著提升艦載直升機(jī)的海上作戰(zhàn)能力。

1 國(guó)外艦載直升機(jī)發(fā)展及光電系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)

當(dāng)前，直升機(jī)已被公認(rèn)為是各國(guó)海軍水面艦艇的基本武器裝備。美國(guó)海軍的直升機(jī)部署更是遍布航母和各型軍艦。其中，歐洲的NFH－90和美國(guó)的MH－60R“海鷹”等“第三代”直升機(jī)，其綜合作戰(zhàn)效能甚至比軍艦更為強(qiáng)大，可以直接充當(dāng)“飛行護(hù)衛(wèi)艦”的角色。以美軍航母艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)為例，典型的標(biāo)準(zhǔn)配置涵括戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)1支，2～4支戰(zhàn)斗攻擊機(jī)中隊(duì)，1支預(yù)警機(jī)中隊(duì)，1支戰(zhàn)術(shù)電子戰(zhàn)中隊(duì)，1支反潛直升機(jī)中隊(duì)，1支海上控制中隊(duì)以及一支無(wú)人機(jī)偵察中隊(duì)。

艦載直升機(jī)出現(xiàn)于20世紀(jì)中期，起初扮演的角色是隨艦活動(dòng)投放聲吶完成搜潛任務(wù)，為反潛作戰(zhàn)服務(wù)。但是隨著海上戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)的變化，艦載直升機(jī)的戰(zhàn)術(shù)作用也由單一搜潛向搜潛／反潛／反艦綜合支援已經(jīng)發(fā)展至今日的涵括水下作戰(zhàn)、水面作戰(zhàn)、海面監(jiān)視、戰(zhàn)斗支援及反水雷等多任務(wù)于一體的綜合化作戰(zhàn)支援。

1.1 外軍艦載直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，為應(yīng)對(duì)現(xiàn)代海上戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)艦載直升機(jī)“綜合化作戰(zhàn)支援”的戰(zhàn)術(shù)需求，美國(guó)與歐洲均于20世紀(jì)80年代啟動(dòng)了艦載直升機(jī)研發(fā)計(jì)劃，如圖1所示。美軍的“拉姆普斯”計(jì)劃，其典型產(chǎn)品是“海鷹”SH－60BMKⅢ直升機(jī)；歐洲由法國(guó)、德國(guó)、意大利和荷蘭共同研制中型多用途直升機(jī)NH90，號(hào)稱“歐洲最大的直升機(jī)項(xiàng)目”，其中一種為“北約護(hù)衛(wèi)艦型”，通常稱為海軍型NFH90，可在護(hù)衛(wèi)艦上直接起降，能夠單獨(dú)執(zhí)行反潛、反艦等任務(wù)，也可與母艦協(xié)同。

21世紀(jì)初，美軍將“拉姆普斯”計(jì)劃升級(jí)至“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”計(jì)劃，其典型產(chǎn)品是MH－60型“海鷹”直升機(jī)。美海軍“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”作為美軍艦載航空軍的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，正在推動(dòng)美海軍直升機(jī)機(jī)隊(duì)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展，也在改變著直升機(jī)隊(duì)在海上的部署方式，代表著當(dāng)今世界艦載直升機(jī)作戰(zhàn)的最高水平及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 美海軍“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”計(jì)劃

“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”中1個(gè)航母艦載空中聯(lián)隊(duì)要與2個(gè)總共配備19架直升機(jī)的直升機(jī)中隊(duì)一起部署。這2個(gè)直升機(jī)中隊(duì)分別是海上戰(zhàn)斗直升機(jī)中隊(duì)和海上打擊直升機(jī)中隊(duì)。海上戰(zhàn)斗直升機(jī)中隊(duì)裝備8架MH－60S直升機(jī)，駐于航空母艦，執(zhí)行飛機(jī)護(hù)衛(wèi)、戰(zhàn)斗營(yíng)救、特種作戰(zhàn)支援、后勤保障和防范小型水面威脅等任務(wù)。海上打擊直升機(jī)中隊(duì)裝備11艘MH－60R直升機(jī)，但其中一些要分配到護(hù)航艦船上用于諸如反潛戰(zhàn)和水面監(jiān)視的海洋控制任務(wù)，剩下的MH－60R直升機(jī)則配置在航空母艦上執(zhí)行此類任務(wù)。

圖1 外軍典型艦載直升機(jī)計(jì)劃Fig.1 Program of typical shipborne helicopter for foreign army

美海軍實(shí)施的“直升機(jī)總體規(guī)劃”及其“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”如圖2所示［2］。其核心思想是將現(xiàn)役的不同類型、模式、系統(tǒng)的直升機(jī)減少到 MH－60R和MH－60S兩種機(jī)型。MH－60R是海軍的下一代潛艇搜尋和水面攻擊直升機(jī)，能夠同時(shí)支援水面艦艇和航母，其作戰(zhàn)任務(wù)主要包括海面監(jiān)視、潛艇搜尋、潛艇識(shí)別以及水下作戰(zhàn)和水面作戰(zhàn)。MH－60S“海鷹”直升機(jī)是一種多任務(wù)戰(zhàn)斗支援直升機(jī)，包括3種配置：戰(zhàn)斗支援配置主要擔(dān)負(fù)垂直補(bǔ)給與作戰(zhàn)效用支援的任務(wù)；空中反水雷配置負(fù)責(zé)探測(cè)、定位和壓制所有海中水雷，提供海軍作戰(zhàn)大隊(duì)建制內(nèi)的空中反水雷（OAMCM）能力。武裝直升機(jī)型將提升戰(zhàn)斗搜索和營(yíng)救、海上遮斷作戰(zhàn)和水面作戰(zhàn)方面的能力。

圖2 美海軍“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”示意圖Fig.2 helicopter campaign concept of american navy

MH－60R和 MH－60S加入Link16數(shù)據(jù)鏈，提升二者的協(xié)同作戰(zhàn)能力。Link16數(shù)據(jù)鏈可以向航空聯(lián)隊(duì)中的每個(gè)人提供態(tài)勢(shì)感知，并將直升機(jī)上飛行員的態(tài)勢(shì)感知傳遞給艦上的決策者，讓整個(gè)航母大隊(duì)共享直升機(jī)中隊(duì)的態(tài)勢(shì)感知信息。Link16數(shù)據(jù)鏈的強(qiáng)大功能可以使 MH－60R和MH－60S作為一個(gè)獵手—?dú)⑹中〗M一起行動(dòng)，它裝備了多種先進(jìn)傳感器，搜潛能力更出色的MH－60R擔(dān)任獵手角色；裝備了更多戰(zhàn)斗武器，火力更強(qiáng)的MH－60S則主要擔(dān)負(fù)殺手的角色。為了能在2種直升機(jī)平臺(tái)上更出色地完成，以前需要6～11種直升機(jī)平臺(tái)完成的各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)，就需要根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)搭配執(zhí)行不同功能的各種先進(jìn)航電設(shè)備。圖3給出了美海軍MH－60R“海鷹”直升機(jī)的任務(wù)系統(tǒng)配置，包括光電系統(tǒng)（FILR）、電子支援系統(tǒng)（ESM）、多模式雷達(dá)（multi－mode radar）、投放式聲納（dipping sonar）及數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，武器系統(tǒng)包括反潛魚雷及“海爾法”導(dǎo)彈。

從美海軍的“拉姆普斯”計(jì)劃到“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”的演變過(guò)程及歐洲NFH90的研發(fā)背景可以看出：艦載直升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)高度集成涵括聲吶、雷達(dá)、光電、電子支援等傳感器系統(tǒng)，攜帶反潛艇魚雷、反艦反坦克導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)，成為一種多任務(wù)的作戰(zhàn)平臺(tái)。

圖3 美海軍MH－60R“海鷹”直升機(jī)任務(wù)系統(tǒng)配置Fig.3 Mission systems of MH－60R sea hawk helicopter

1.3 外軍艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)

光電系統(tǒng)在艦載直升機(jī)應(yīng)用之初并未得到普遍認(rèn)可，但隨著艦載直升機(jī)戰(zhàn)術(shù)功能向綜合化作戰(zhàn)支援的拓展，光電系統(tǒng)成為艦載直升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。

多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng) AN／AAS－44C（V）（也稱MTS－A）是Raytheon公司研制的一款用于廣域監(jiān)視、目標(biāo)獲取、跟蹤，測(cè)距及為“海爾法”導(dǎo)彈提供激光指示的光電系統(tǒng)，裝備于美軍新一代的艦載直升機(jī) MH－60R及 MH－60S武裝型。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)在MH－60R的反潛作戰(zhàn)、水面作戰(zhàn)中發(fā)揮著重要戰(zhàn)術(shù)作用，如圖4所示。

反潛作戰(zhàn)包含搜潛和攻潛2個(gè)階段。搜潛主要由低頻聲納完成，該系統(tǒng)使用投吊式聲納完成對(duì)潛艇的探測(cè)、跟蹤、定位和識(shí)別。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)配合海面監(jiān)視雷達(dá)可在潛艇的通氣管或潛艇望遠(yuǎn)鏡露出海面時(shí)對(duì)聲學(xué)搜潛方式形成補(bǔ)充。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)可對(duì)潛艇通氣管或潛望鏡進(jìn)行目標(biāo)精確識(shí)別。

水面作戰(zhàn)包含海面監(jiān)視和反艦作戰(zhàn)。海面監(jiān)視任務(wù)主要依靠多模式雷達(dá)和多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)協(xié)同完成。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)隨動(dòng)于雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)近距離、高分辨率、弱小目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和辨識(shí)。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)保證在晝夜間和復(fù)雜氣候條件下為MH－60R提供被動(dòng)識(shí)別和瞄準(zhǔn)能力。多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)在反艦作戰(zhàn)中完成目標(biāo)自動(dòng)提示、潛在目標(biāo)自動(dòng)捕獲、目標(biāo)識(shí)別、精確瞄準(zhǔn)、自動(dòng)跟蹤，并利用配備的激光照射器及光斑跟蹤器為制導(dǎo)提供精確目標(biāo)導(dǎo)引。例如激光指示器為AGM－114“海爾法”導(dǎo)彈照射目標(biāo)。

MH－60S武裝直升機(jī)裝備的多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)，提供精確的目標(biāo)定位、識(shí)別、瞄準(zhǔn)及自動(dòng)跟蹤，完成戰(zhàn)斗搜索營(yíng)救任務(wù)，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行激光指示，為“海爾法”及其他反艦導(dǎo)彈提供制導(dǎo)信號(hào)。

Euroflir 410是Sagem公司研發(fā)的集成紅外熱像、高清電視、低照度電視、激光指示器、激光測(cè)距機(jī)、激光照明器及光斑跟蹤器于一體的光電系統(tǒng)，廣泛裝備于NFH90直升機(jī)及法國(guó)海軍的AS565反潛直升機(jī)。Euroflir 410主要作戰(zhàn)任務(wù)是在水面作戰(zhàn)過(guò)程中，與“海洋眼”多模預(yù)警雷達(dá)AN／APS－143B（V）3協(xié)同完成對(duì)海面的監(jiān)視，擔(dān)負(fù)目標(biāo)精確成像功能，完成對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別及辨識(shí)，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行激光指示，為“飛魚”反艦導(dǎo)彈提供制導(dǎo)信號(hào)。

由上可見(jiàn)，多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)在反潛作戰(zhàn)、水面作戰(zhàn)、戰(zhàn)斗搜索營(yíng)救等任務(wù)中承擔(dān)以下作戰(zhàn)任務(wù)：

圖4 MH－60R作戰(zhàn)方式示意圖Fig.4 Campaign manner of MH－60R

2 國(guó)外艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)性能

多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)（圖5所示）作為世界上現(xiàn)役的性能最為出色的海軍中型艦載直升機(jī)機(jī)載光電系統(tǒng)，能夠出色地應(yīng)對(duì)海面復(fù)雜環(huán)境下海面監(jiān)視及反潛、戰(zhàn)斗搜索營(yíng)救等任務(wù)。

為了出色地完成各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)，多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)引入先進(jìn)的EO／IR技術(shù)及出色的圖像處理技術(shù)，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示［3］。

NFH90海軍型直升機(jī)裝備的光電系統(tǒng)為Sagem公司研制的Euroflir 410［4］，掛載于直升機(jī)鼻隼下方。集成的傳感器包括高清電視、微光電視、長(zhǎng)波或者中波紅外熱像儀、人眼安全激光測(cè)距機(jī)、激光照射器及光斑跟蹤器，尤其值得關(guān)注的是安裝的紅外熱像儀具有光學(xué)自動(dòng)變焦功能，電子變倍后最小視場(chǎng)可達(dá)0.16°。系統(tǒng)具備視頻跟蹤、地理跟蹤、地理指示及地理定位功能。轉(zhuǎn)塔質(zhì)量不大于45kg。Euroflir 410對(duì)人物目標(biāo)，探測(cè)距離為14km，識(shí)別距離6.5km，認(rèn)清距離3km。對(duì)裝甲車目標(biāo)，探測(cè)距離18km，識(shí)別距離9.5 km，認(rèn)清距離5.5km。

圖5 多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)Fig.5 Multiple spectrum targeting system

表1 某多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technology paremeters of an multiple spectrums targeting system

3 國(guó)外艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

從上述對(duì)國(guó)外典型艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的分析可以看出：MH－60R直升機(jī)的多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)與NFH90直升機(jī)的Euroflir 410陀螺穩(wěn)定光電載荷系統(tǒng)功能及性能相當(dāng)，而多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)在某些細(xì)節(jié)上更勝一籌。以多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)為例，國(guó)外艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)可以歸納如下：

1）多傳感器共光路集成

配置了近紅外電視和彩色電視攝像機(jī)、紅外熱像儀，二者配合可以完成在晝夜間和復(fù)雜氣象條件下全天候的大范圍監(jiān)視和目標(biāo)獲取、跟蹤。人眼安全測(cè)距機(jī)、激光照射器和光斑跟蹤器則提升了系統(tǒng)導(dǎo)彈的制導(dǎo)能力與協(xié)同作戰(zhàn)能力，保障武器系統(tǒng)的水上作戰(zhàn)能力。共光路技術(shù)在多光譜目標(biāo)成像系統(tǒng)中已得到成熟應(yīng)用，也必將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)多傳感器的高集成度設(shè)計(jì)。

2）光學(xué)視場(chǎng)多

電視和紅外系統(tǒng)均具有寬視場(chǎng)、中寬視場(chǎng)、中視場(chǎng)、窄視場(chǎng)和極窄視場(chǎng)5種視場(chǎng)。電視和紅外均具備2×和4×的電子變倍功能。多種光學(xué)視場(chǎng)更有利于識(shí)別海面上不同尺度的各種目標(biāo)。在光學(xué)視場(chǎng)多的同時(shí)，突出寬視場(chǎng)大和窄視場(chǎng)小的特點(diǎn)。寬視場(chǎng)達(dá)到44°×33°；寬視場(chǎng)大有利于機(jī)載人員實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境更大范圍的態(tài)勢(shì)感知（警戒），提高目標(biāo)搜索效率，電視觀瞄具極窄視場(chǎng)0.27°×0.21°（具備4∶1倍電子變倍），熱像觀瞄具窄視場(chǎng)0.8°×0.6°（具備4∶1倍電子變倍）。窄視場(chǎng)小、探測(cè)器分辨率高，則探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)更小。光電探測(cè)／成像系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)的減小，能夠增大光電系統(tǒng)作用距離；在相同作用距離條件下，光電探測(cè)／成像系統(tǒng)瞬時(shí)視場(chǎng)減小，增大了小視場(chǎng)下目標(biāo)在成像探測(cè)器上所占像素?cái)?shù)，提高了人眼對(duì)小目標(biāo)識(shí)別效率，同時(shí)提高了目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別和辨認(rèn)的概率。探測(cè)器分辨率的提升也是發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。2012年7月，雷聲公司為MTS系列的紅外探測(cè)器從標(biāo)清向高清的升級(jí)就從美國(guó)陸軍獲得了850萬(wàn)美元的合同，由此可以窺見(jiàn)探測(cè)器分辨率的提高對(duì)美軍作戰(zhàn)的重要意義。

3）圖像處理能力強(qiáng)

引入先進(jìn)的圖像處理技術(shù)以解決海上氣象條件復(fù)雜、海面監(jiān)視區(qū)域廣等挑戰(zhàn)，采用了圖像局部增強(qiáng)、圖像融合及圖像拼接技術(shù)。增加多波段圖像融合功能，實(shí)現(xiàn)中波紅外波段視頻和可見(jiàn)光視頻（彩色）的實(shí)時(shí)融合輸出，如圖6所示。通過(guò)圖像融合功能，可以獲得對(duì)同一場(chǎng)景目標(biāo)更為準(zhǔn)確、全面、可靠的圖像描述，增加了圖像細(xì)節(jié)，提高飛行員對(duì)外界場(chǎng)景的感知能力。

圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，使圖像的某些特性更加鮮明、突出。圖像的局部增強(qiáng)功能可以改善傳感器的電子透霧功能，在雨霧天氣條件下能夠顯著提高光電系統(tǒng)作用距離，電子透霧效果如圖7所示。

圖6 圖像融合效果圖Fig.6 Image fusion effect

圖7 圖像增強(qiáng)效果圖Fig.7 Image enhancement effect

圖8 圖像拼接效果圖Fig.8 Image mosaic effect

矩陣圖像拼接技術(shù)就是將一組相互間存在重疊區(qū)域的圖像序列實(shí)施配準(zhǔn)而融合成一幅包含各圖像序列信息的寬視野、完整、高分辨的新圖像。矩陣圖像拼接技術(shù)在海面廣域監(jiān)視中的效果十分明顯，可以根據(jù)光電系統(tǒng)不同海面區(qū)域的監(jiān)視圖像直接生成高分辨率的大范圍圖像，生成海面廣域的全景圖。圖8給出了 MX－15系列由GEOScan模式下捕獲圖像拼接出的全景圖。

4）具備慣性測(cè)量能力

在萬(wàn)向架上直接安裝慣性測(cè)量單元增加目標(biāo)定位和地理跟蹤功能：① 通過(guò)地理跟蹤功能可實(shí)現(xiàn)在大范圍海域內(nèi)對(duì)目標(biāo)的快速鎖定，使瞄準(zhǔn)線始終瞄準(zhǔn)目標(biāo)，在機(jī)動(dòng)攻擊過(guò)程中可有效補(bǔ)償載機(jī)機(jī)動(dòng)帶來(lái)的射手瞄準(zhǔn)負(fù)擔(dān)，提高瞄準(zhǔn)效率；② 基于目標(biāo)定位功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確定位，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈可以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)／編隊(duì)間的快速目標(biāo)協(xié)同。

多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)代表著艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：集成多波段傳感器；提升目標(biāo)打擊能力（涵括激光測(cè)距機(jī)、指示器、光斑跟蹤器）；拓寬視場(chǎng)覆蓋范圍（突出大視場(chǎng)更大，小視場(chǎng)更小的特點(diǎn)）；提高探測(cè)器分辨率；增強(qiáng)圖像實(shí)時(shí)綜合處理能力（圖像增強(qiáng)、圖像融合、圖像拼接、多目標(biāo)自動(dòng)提示、捕獲及跟蹤）；提高地理定位及地理跟蹤精度。

4 艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的發(fā)展重點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的主要作戰(zhàn)目標(biāo)為利用光電系統(tǒng)目標(biāo)成像、識(shí)別，定位、瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定、多目標(biāo)自動(dòng)提示、捕獲、跟蹤、激光測(cè)距／照射等功能、配合艦載直升機(jī)聲納、雷達(dá)、導(dǎo)航等任務(wù)系統(tǒng)，利用艦載直升機(jī)攜帶的武器系統(tǒng)，為艦載直升機(jī)形成綜合化作戰(zhàn)支援能力，包括反潛戰(zhàn)、水面作戰(zhàn)、海面監(jiān)視，態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)搜索、戰(zhàn)斗營(yíng)救、特種作戰(zhàn)支援等，提供強(qiáng)有力的保障。針對(duì)這一目標(biāo)，艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)海面廣域監(jiān)視、搜索；潛艇潛望鏡狀態(tài)搜潛／小目標(biāo)搜救；海面目標(biāo)成像、識(shí)別、定位；多目標(biāo)自動(dòng)提示、捕獲、記憶跟蹤；激光測(cè)距／指示及光斑跟蹤功能，突出解決四類問(wèn)題，發(fā)展4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 發(fā)展重點(diǎn)

1）形成大范圍無(wú)縫隙海面監(jiān)視能力

在搜索雷達(dá)受到強(qiáng)烈的電磁干擾而不能正常工作的情況下，光電成像系統(tǒng)將是一種有效的海面監(jiān)視手段?，F(xiàn)有直升機(jī)光電系統(tǒng)只能夠?qū)μ囟▍^(qū)域掃描搜索，無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)載平臺(tái)周圍360°范圍內(nèi)無(wú)縫隙監(jiān)視和顯示的需求。

2）降低復(fù)雜海面背景下目標(biāo)虛警率

復(fù)雜的海面背景中，移動(dòng)的海面及連綿起伏的波浪使圖像的信噪比和對(duì)比度等信息都隨著浪高、距離的不同而不斷變化；另一方面由于受到海面背景影響，目標(biāo)輪廓和結(jié)構(gòu)特征不明顯，因此，對(duì)于海面目標(biāo)的檢測(cè)易出現(xiàn)虛警。因此降低復(fù)雜海面背景下目標(biāo)虛警率對(duì)艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)而言顯得尤為關(guān)鍵。采用多波段傳感器設(shè)計(jì)、圖像增強(qiáng)、圖像融合技術(shù)突出圖像中的“有用”信息，能夠充分利用多個(gè)波段傳感器提供的冗余信息和互補(bǔ)信息，獲得更為豐富的圖像信息。三項(xiàng)技術(shù)的完美融合可以提高目標(biāo)識(shí)別的正確率，降低目標(biāo)虛警率，緩解由于虛警目標(biāo)給飛行員造成的心里壓力。

3）提高目標(biāo)搜索效率

目標(biāo)搜索效率在戰(zhàn)斗支援、搜索營(yíng)救等戰(zhàn)術(shù)任務(wù)中扮演中重要角色，與其自身的傳感器性能、圖像處理能力及協(xié)同作戰(zhàn)能力均密切相關(guān)。采用超小視場(chǎng)，增加探測(cè)器的分辨率可以提升人員對(duì)目標(biāo)的識(shí)別效率。圖像增強(qiáng)與圖像融合的雙重作用會(huì)大幅提升畫面質(zhì)量與目標(biāo)顯示效果。多目標(biāo)捕獲與自動(dòng)跟蹤可減少飛行員的工作量，并確保不遺漏關(guān)鍵目標(biāo)信息。從傳感器、圖像處理能力及視頻跟蹤功能的改進(jìn)在提升目標(biāo)搜索效率的同時(shí)可降低飛行員的工作強(qiáng)度與壓力。

4）提升協(xié)同態(tài)勢(shì)感知與協(xié)同作戰(zhàn)能力

艦載直升機(jī)態(tài)勢(shì)感知能力的提升依賴于海面監(jiān)視雷達(dá)、水下探測(cè)聲納及光電成像系統(tǒng)甚至作戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)中的艦船、固定翼偵察機(jī)形成的海面地圖?；诘乩矶ㄎ坏哪繕?biāo)圖像可以實(shí)現(xiàn)光電系統(tǒng)與雷達(dá)、聲納等傳感器或者其他載機(jī)平臺(tái)的圖像信息的快速融合。基于地理定位和目標(biāo)跟蹤，艦載直升機(jī)可實(shí)現(xiàn)光電系統(tǒng)利用其他載機(jī)平臺(tái)的目標(biāo)信息打擊目標(biāo)，也可為其他載機(jī)平臺(tái)打擊目標(biāo)提供精確的目標(biāo)地理坐標(biāo)與相關(guān)態(tài)勢(shì)。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的研發(fā)關(guān)鍵是基于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有直升機(jī)載光電系統(tǒng)的成熟技術(shù)，充分論證海上目標(biāo)特性、海洋背景特點(diǎn)、海面大氣環(huán)境傳輸特性，考慮海洋環(huán)境對(duì)光電系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性要求，瞄準(zhǔn)中型艦載直升機(jī)在海軍作戰(zhàn)中的任務(wù)需求，突破4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

1）多視場(chǎng)／多波段傳感器集成設(shè)計(jì)技術(shù)

艦載直升機(jī)的作戰(zhàn)使命及海上作戰(zhàn)環(huán)境決定了光電系統(tǒng)多視場(chǎng)、多波段需求，尤其是中波，長(zhǎng)波雙波段紅外的集成［1，5］，短波紅外［1，6］由于晝夜發(fā)現(xiàn)各種激光的能力也是未來(lái)發(fā)展的重要方向。從多光譜目標(biāo)定位系統(tǒng)可以看出多波段的共光路技術(shù)是遠(yuǎn)距離探測(cè)識(shí)的必然趨勢(shì)。因此多視場(chǎng)／多波段傳感器集成設(shè)計(jì)是本方案的難點(diǎn)及關(guān)鍵。

2）高精度穩(wěn)定技術(shù)

伴隨系統(tǒng)作用距離的進(jìn)一步提升，系統(tǒng)的瞬時(shí)視場(chǎng)會(huì)進(jìn)一步減小，圖像質(zhì)量和打擊精度都會(huì)對(duì)光電系統(tǒng)的穩(wěn)定精度提出更高的要求。在平臺(tái)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上增加穩(wěn)定反射鏡組件的粗／精組合穩(wěn)定方案，或者與慣導(dǎo)結(jié)合是實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)定的最佳途徑［7］。

3）視頻跟蹤器圖像綜合處理技術(shù)

海上氣候十分惡劣，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、海霧和潮汐等，這給光電系統(tǒng)的成像帶來(lái)了很大的問(wèn)題，尤其是面臨大面積海域監(jiān)視的挑戰(zhàn)。除了提高光電傳感器的作用距離及成像質(zhì)量外，還需要對(duì)圖像處理算法進(jìn)行改進(jìn)，以獲得更大海域、更清晰的圖像。在圖像處理后端采用弱小目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)［8］、圖像增強(qiáng)、多波段圖像融合［1］及矩陣式圖像拼接［9］技術(shù)，提升海面搜索海域覆蓋范圍及目標(biāo)的識(shí)別概率。

4）系統(tǒng)小型化、輕量化綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

艦載直升機(jī)一般比同型的陸基直升機(jī)的質(zhì)量要求更為苛刻，因此在設(shè)計(jì)艦載直升機(jī)的光電系統(tǒng)時(shí)，也要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化，為艦載直升機(jī)減重作出貢獻(xiàn)。艦載直升機(jī)一般要求光電系統(tǒng)盡可能體積下，質(zhì)量輕、功耗低，但是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件又迫切需要多傳感器、多電子單元集成使用，因此需要對(duì)整個(gè)光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以追求在最小體積和質(zhì)量前提下安裝盡可能多的傳感器及信息處理單元。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮使用先進(jìn)的微機(jī)電部件及高強(qiáng)度、高剛度輕質(zhì)復(fù)合材料，并在方案設(shè)計(jì)階段對(duì)傳感器布局，結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤钸M(jìn)行總體規(guī)劃［10］。

5 結(jié)束語(yǔ)

艦載直升機(jī)的作戰(zhàn)任務(wù)已從最初的單一反潛作戰(zhàn)向反潛、水面作戰(zhàn)、戰(zhàn)斗搜索營(yíng)救及特種作戰(zhàn)等綜合化作戰(zhàn)支援轉(zhuǎn)變，通過(guò)集成聲吶、雷達(dá)、光電、電子支援等傳感器系統(tǒng)成為一種多任務(wù)作戰(zhàn)平臺(tái)。光電系統(tǒng)的目標(biāo)精確成像、識(shí)別、捕獲、提示、跟蹤及激光指示功能為反潛、水面作戰(zhàn)、戰(zhàn)斗搜索營(yíng)救等多種任務(wù)提供了重要手段，已成為艦載直升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

本文通過(guò)分析美海軍“直升機(jī)作戰(zhàn)概念”、北約“歐洲直升機(jī)計(jì)劃”的產(chǎn)物MH－60“海鷹”艦載直升機(jī)、“北約護(hù)衛(wèi)艦型”NFH90艦載直升機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及作戰(zhàn)方式，論述了光電系統(tǒng)在艦載直升機(jī)中的戰(zhàn)術(shù)作用?；趯?duì)MH－60“海鷹”直升機(jī)的多光譜目標(biāo)成像系統(tǒng)、NFH90直升機(jī)的Euroflir 410主要特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)的分析，指出艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：傳感器分辨率達(dá)到1 280像素×720像素，視場(chǎng)從大于40°覆蓋至小于1°；采用共光路、二級(jí)穩(wěn)定技術(shù)，穩(wěn)定精度小于5μrad；集成圖像增強(qiáng)、融合和拼接功能后圖像延遲小于1幀；集成IMU將地理定位精度提高至5m（80km目標(biāo)）。

圍繞艦載直升機(jī)多任務(wù)作戰(zhàn)的使命任務(wù)，艦載直升機(jī)光電任務(wù)系統(tǒng)未來(lái)需要重點(diǎn)解決“形成大范圍無(wú)縫隙海面監(jiān)視能力、降低復(fù)雜海面背景下目標(biāo)虛警率、提高目標(biāo)搜索效率及提升協(xié)同態(tài)勢(shì)感知與協(xié)同作戰(zhàn)能力”4類問(wèn)題。

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