軍用車輛夜間駕駛裝備發(fā)展現(xiàn)狀與展望

【裝備理論與裝備技術】

軍用車輛夜間駕駛裝備發(fā)展現(xiàn)狀與展望

蔡濱1,曹巍2,李斐如1,付康1

(1.駐五八〇八廠軍代室，山東 泰安271000； 2.總裝南京軍代局，南京210024)

摘要：隨著陸軍全天候高機動作戰(zhàn)的需求不斷增強，作為支持陸軍車輛平臺全天候機動的重要技術裝備，軍用車輛夜間駕駛裝備的性能需求不斷提高。介紹了夜視技術的發(fā)展及其軍事應用情況，分析了不同類型夜間駕駛裝備現(xiàn)狀與優(yōu)缺點，結果表明：在坦克、裝甲戰(zhàn)車等領域，紅外熱像儀的優(yōu)勢日趨明顯；而對于常規(guī)軍用車輛的夜間駕駛，頭盔式夜視儀更加便捷。在研究各國夜間駕駛裝備最新進展的基礎上，探討了夜間駕駛裝備未來發(fā)展趨勢，為軍用車輛夜間駕駛裝備的論證與發(fā)展提供了參考。

關鍵詞：軍用車輛；夜間駕駛；裝備; 紅外熱像儀; 夜視技術

收稿日期：2014-11-25

作者簡介：蔡濱(1985—),男，博士,工程師,主要從事軍用車輛領域研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.06.008

中圖分類號：U27

文章編號：1006-0707(2015)06-0029-05

本文引用格式：蔡濱,曹巍,李斐如,等.軍用車輛夜間駕駛裝備發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].四川兵工學報，2015(6):29-32.

Citationformat:CAIBin，CAOWei，LIFei-ru，etal.DevelopmentStatusandProspectofMilitaryVehicleNightDrivingEquipment[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(6):29-32.

DevelopmentStatusandProspectofMilitaryVehicle

NightDrivingEquipment

CAIBin1，CAO Wei2，LI Fei-ru1，F(xiàn)U Kang1

(1.MilitaryDelegateOfficeofFactoryNo.5808,Tai’an271000,China;

2.NanjingMilitaryDelegateBureau,Nanjing210024,China)

Abstract:As the requirement of all-weather mobile operations increases, higher property of night driving equipment which supports all-weather mobile operations of military vehicle is required. The development of the night vision technology and its military application were introduced and the current situation of different night driving equipment and their merit and demerit were analyzed. The results show that thermal infrared imager presents more superiority in tank and armored car than low-light-level equipment and the helmet night vision system are more suitable for normal military vehicles. The prospect of night driving equipment was discussed to provide a reference for the night driving equipment demonstration of weapon system based on the analysis of the latest development of night driving equipment all over the world.

Keywords:militaryvehicle;nightdriving;equipment;thermalinfraredimager;nightvisiontechnology

隨著新軍事變革的不斷發(fā)展，對陸軍部隊提出了靈活、高效、精確的要求。在這樣的戰(zhàn)略背景下，陸軍裝備不斷向機械化和信息化發(fā)展，而車輛平臺已成為保障陸軍機動的主要平臺。夜間駕駛裝備是支持軍用車輛全天時、全天候機動作戰(zhàn)的重要輔助裝備，對其性能和數(shù)量的需求不斷提高。夜間駕駛裝備的性能與夜視技術的發(fā)展密切相關，西方國家在夜視技術領域一直處于領先，且對我國進行技術封鎖[1]。近年來，我國通過技術引進等方式跟蹤國際先進夜視技術，取得了長足進步，但與西方國家相比仍存在代差[2]。因此，研究西方夜視技術的發(fā)展及其軍事應用，分析各種夜間駕駛裝備現(xiàn)狀與優(yōu)缺點，跟蹤發(fā)達國家新型裝備的發(fā)展趨勢，對我軍用車輛夜間駕駛裝備的論證與發(fā)展具有重要借鑒意義。

1夜視技術的現(xiàn)狀和特點

夜視技術是基于軍事需求發(fā)展起來的一門技術，按作用形式可分為主動夜視技術和被動夜視技術。

1.1主動式夜視技術

主動式夜視技術利用紅外光源照射目標，接受反射的紅外輻射并轉化為人眼可觀察的圖像[3],具有目標與背景的反差大，成像清晰的優(yōu)點。

1.2被動式夜視技術

被動式夜視技術是利用如月光、星光、夜天光、熱等自然光線，加以放大增強或轉換達到可視目的[4]。這種技術僅依靠物體本身發(fā)出的光線進行識別，也稱無源夜視技術。依據(jù)原理不同分為微光夜視技術和紅外熱成像技術。

1.2.1微光夜視技術的發(fā)展及其軍事應用

微光夜視技術基于光電子成像的原理，將人眼不能或不易看到的X光、UV光、極微弱星和近紅外輻射等，通過各類微光像增強器和微光CCD成像器件進行光譜和光電轉換、圖像增強、處理、顯示，從而克服人眼在夜間等低照度環(huán)境下的視覺限制[5]。軍用微光夜視裝備誕生于20世紀60年代[6]，隨著核心部件像增強器從第一代發(fā)展到第四代[7-9]，微光夜視裝備性能和戰(zhàn)場適應性不斷提高。

1.2.2紅外熱成像技術的發(fā)展及其軍事應用

紅外熱成像技術的基本原理是通過接收物體發(fā)出的遠紅外光線，基于目標與背景的溫度及輻射發(fā)射率的差異，逐點測定輻射強度，形成肉眼可見的熱圖像[10]。紅外熱成像技術的發(fā)展與紅外探測器的發(fā)展密切相關，第一代紅外探測器是20世紀60年代出現(xiàn)的線列掃描器件。20世紀70年代至80年代，隨著二維紅外焦平面陣列(IRFPA)器件開始出現(xiàn)，紅外探測器進入第二代發(fā)展階段。20世紀90年代以來，集成化的焦平面陣列紅外探測器不斷發(fā)展，探測器的元數(shù)不斷增加，性能也極大提高，并不斷向超大規(guī)模陣列和多波段復合方向發(fā)展[11]。例如，美國為E-2C預警飛機研制的紅外搜索和跟蹤裝置，采用了工作于3.4～4.8μm和8.2～9.2μm的雙波段凝視焦平面陣列[12]。

紅外熱像儀具有觀察距離遠、環(huán)境適應性強等優(yōu)點，在各國軍隊中廣泛應用。美國研制的基于二代紅外探測器的ANS/PAS-13型“熱力武器瞄準器”，逐步取代AN/PVS-4和AN/PVS-5微光瞄準具[13]，其對人員的探測距離超過1 100m，對車輛為2 200m。俄羅斯的“航空模塊”熱像儀對人的探測距離為8km，識別距離為3.5km；對裝甲目標的探測距離為10km，識別距離為6km[14]。

綜上可知，目前應用于軍事領域的夜視技術以微光夜視技術和紅外熱成像技術為主，這2種技術各有其優(yōu)勢和不足，且均在不斷發(fā)展。不同武器平臺在進行夜視裝備論證時，通常根據(jù)其觀測需求、作戰(zhàn)環(huán)境要求、性價比等綜合考慮，選用一種夜視裝備。

2軍用車輛夜間駕駛裝備發(fā)展現(xiàn)狀

新軍事變革以來，陸軍的作戰(zhàn)使命和作戰(zhàn)形式不斷向快速、高效、精確發(fā)展，全天候、高機動作戰(zhàn)成為常態(tài)。各型軍用車輛平臺是保障陸軍高機動作戰(zhàn)的基礎，因此，支持陸軍全天候機動作戰(zhàn)的夜間駕駛裝備獲得了巨大的發(fā)展。隨著探測器件更新?lián)Q代和使用性能的不斷提高，出現(xiàn)了多種形式的夜間駕駛裝備，主要有潛望式、電視式和頭盔式等。

2.1潛望式夜間駕駛儀

潛望式夜間駕駛儀固定在駕駛車輛上，物鏡露出車體表面，使用人員在內部通過目鏡對夜間道路或場景進行觀察。這種夜間駕駛裝備通常體積大、質量重，且與車輛固定，目前主要應用于步兵戰(zhàn)車、主戰(zhàn)坦克等。

隨著低成本的非制冷紅外熱像儀不斷發(fā)展，軍用車輛夜間駕駛儀越來越多地采用紅外熱像技術。2004年，美國DRS公司開始生產用于多種前線作戰(zhàn)和戰(zhàn)術輪式車輛上的紅外熱成像夜間駕駛儀，并大量配備于Bradley戰(zhàn)車，AbramsM1坦克，Comanche裝甲等各類型地面車輛。該駕駛儀能夠穿透煙塵、薄霧和黑暗，探測距離110m站立的人以及距離1 200m的靜止車輛。同年，英國陸軍未來指揮和聯(lián)絡車項目也采用了400多套Thales公司的紅外熱成像夜間駕駛儀[15]。德國蔡斯光電子公司研制的KLPTW潛望鏡采用了非制冷紅外探測器的熱像儀，裝備于主戰(zhàn)坦克用于夜間觀察和駕駛。荷蘭陸軍的非制冷紅外熱像儀對坦克的探測和識別距離分別達到2 240m和790m。

可見，在坦克、戰(zhàn)車等需潛望觀察的陸軍裝備領域，美歐等軍隊已逐漸采用非制冷熱成像夜間駕駛儀替代原有的微光夜間駕駛儀。

與此同時，紅外熱像儀對路況識別具有不確定性，不能有效地區(qū)分溝鴻、雪地等特殊環(huán)境，在一些環(huán)境條件下的使用受到限制，且由于受到技術封鎖，國產紅外熱像儀的價格仍相對較高。而微光夜間駕駛儀能夠克服上述不足，滿足特殊環(huán)境的使用要求，因而采用超二代微光像增強器的國產潛望式微光夜間駕駛儀仍有一定市場，裝備于國產各型軍用車輛。

總的來說，紅外熱像儀和微光夜視儀在潛望式夜間駕駛裝備領域成競爭之勢，且紅外熱像儀的優(yōu)勢日趨明顯。

2.2電視式夜間駕駛儀

電視式夜間駕駛儀是基于光電探測器件發(fā)展而來的具有視頻攝取、顯示或傳輸?shù)囊活愜囕v用駕駛裝備。其主要原理是將紅外或微光探頭固定于車的外部，觀察的景象經探測器轉換為電信號，通過線纜或無線通信設備將電信號傳輸?shù)杰噧冉K端顯示器[16]。如法國在坦克中使用的“卡納斯特”微光電視系統(tǒng)，使用人員可通過終端顯示器對外界景物進行夜間觀察。電視式夜間駕駛儀具有人機功能好，觀察舒適、方便，不受車輛顛簸影響，可兼顧觀察車內亮儀表等優(yōu)點。還可將探測的戰(zhàn)場環(huán)境信息傳輸?shù)竭h距離終端，實現(xiàn)戰(zhàn)場信息共享。

但由于電視式夜間駕駛儀具有圖像傳輸和顯示功能，成本較高、維護要求復雜，更多用于夜間偵察、監(jiān)視敵大型重要目標，較少用于常規(guī)軍用車輛的夜間駕駛。

2.3頭盔式夜間駕駛儀

頭盔式夜間駕駛儀佩戴于使用人員頭部，體積小、質量輕成為產品特點和優(yōu)勢。由于遠紅外光線不能穿透玻璃介質，紅外熱成像技術不適于頭盔式夜間駕駛儀，所以頭盔式夜間駕駛儀主要采用微光夜視技術。

國外從2000年以后研制裝備的頭盔式夜間駕駛儀均采用了折疊光路光學系統(tǒng)，體積小、質量輕、物鏡目鏡突出量小，重心貼近面部，更適合較長時間頭戴使用[17]。如法國研制的Lucie夜視儀(見圖1所示)，采用了最先進的折疊光路光學設計技術，光軸方向尺寸小，質量輕，于2002年開始裝備北約部隊。其外形尺寸為79mm×130mm×80mm，主機質量為430g。

圖1　 Lucie夜視儀

近年來，國內新型頭盔式夜間駕駛儀采用折疊光路光學設計技術，在視場、體積、質量、分辨力等性能指標方面達到或超過法國Lucie夜視儀的水平。

總的來說，上述3種形式的夜間駕駛裝備中，潛望式夜間駕駛儀必須將雙眼貼到其目鏡上觀察，通過轉動內部棱鏡達到周視或俯仰觀察效果，不能進行裝備位置的調整，使用人員受限較大。電視式夜間駕駛儀成本較高、使用和維護的要求復雜，較少應用于常規(guī)軍用車輛的夜間駕駛。頭盔式夜間駕駛儀可隨使用人員頭部自由轉動，觀察沒有盲區(qū)，便攜性好，適應于各種車型。同時可以增加輔助照明等功能，用于夜間維修、近距離觀察等。鑒于其軍事經濟效益較為明顯，目前我軍已大量裝備頭盔式夜間駕駛儀。

3夜間駕駛裝備的發(fā)展趨勢

各型車輛裝備的夜間機動離不開夜間駕駛裝備，因此，夜間駕駛裝備的研發(fā)一直受到各發(fā)達國家的高度關注和支持，發(fā)展也異常迅速。目前，主要呈現(xiàn)出高效化、輕便化、綜合化和信息化發(fā)展的趨勢。

3.1高效化

隨著探測器件的靈敏度、信噪比不斷提高，夜間駕駛裝備也不斷向探測距離更遠、分辨力更高的高效化方向發(fā)展[18]。例如，德國Schmidt&Bender公司研制的“黑夜獵人”夜視儀(見圖2所示)，采用了先進的XR5像增強器，極限分辨力達70lp/mm[19]。ITL公司的ExplorerII夜視儀對人員探測距離達6km，識別距離達2km。

圖2　“黑夜獵人”夜視儀

3.2輕便化

為適應陸軍高機動作戰(zhàn)的整體要求，夜間駕駛裝備不斷向輕便化方向發(fā)展，其目標是減小體積、質量，增大視場，增加通視能力。如美國研制的AN/PVS-21增強型夜視儀(見圖3所示)，采用折疊光學系統(tǒng)，將2個像增強器垂直安置，減小了突出量，步兵佩戴這種眼鏡可以完成跳出車輛、快速跑動、撲向地面、旋轉身軀等動作[20]。

圖3　 AN/ PVS-21增強型夜視儀

在增加視場、減少人眼觀察限制方面，美國研制了視場80～100°且不降低影像分辨率的寬視場夜視儀(PNVG)[21](見圖4所示)。這種眼鏡采用4支直徑16mm的像增強器及特殊光學系統(tǒng)結構，使駕駛人員而不必轉動頭部即可看到更寬的視野。

圖4　寬視場夜視儀( PNVG)

3.3融合化

綜合化是將多種夜視技術應用到同一夜視裝備中，充分揚長避短，提高夜間駕駛裝備的戰(zhàn)場環(huán)境適應性[22]。

隨著InGaAs焦平面陣列探測器的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了微光/短波紅外的圖像融合，增強了戰(zhàn)場信息的識別能力[23]。美國基于圖像融合技術研制了AN/PSQ-20(ENVG)(見圖5所示)，已裝備陸軍[24]。

圖5　 AN/ PSQ-20夜視儀

艾克聰[25]提出的紅外轉換微光像增強器，將微光夜視技術擴大到近紅外(0.8～1.7μm)和中紅外(3～5μm)波段，不僅有熱成像技術探測距離遠和大氣傳輸特性好的特點，而且可利用微光夜視技術的電子聚焦和倍增等功能，達到寬光譜響應(至近紅外、中紅外)，實現(xiàn)微光與紅外兼容。

劉磊等[26]研制的激光助視/微光夜間駕駛儀，將激光助視與微光夜視技術結合，在低照度條件下(10-3lx以下)使用激光助視，使微光成像系統(tǒng)的探測閾值延伸到10-4lx以下，提高了其在惡劣天氣條件下的觀察效果。

3.4信息化

隨著基于信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)指揮體系不斷完善，夜間駕駛裝備作為戰(zhàn)場信息節(jié)點的作用逐漸凸顯，使其向信息化方向發(fā)展。一方面，夜間駕駛裝備可以對作戰(zhàn)單元所獲取的戰(zhàn)場圖像信息進行監(jiān)視和記錄，并將圖像從戰(zhàn)場傳送到指揮中心。指揮中心根據(jù)從戰(zhàn)場傳回的信息，掌握和分析戰(zhàn)場態(tài)勢，從而掌握信息的主動權。

另一方面信息化的夜間駕駛裝備還可對戰(zhàn)場信息和接受到的指揮信息進行顯示。例如美國的AN/PVS-21夜視儀、瑞士的BIM4夜視儀以及法國的MINIE夜視儀(圖6)均嵌入了小型平面顯示器[27,28]，可將數(shù)據(jù)信息疊加在場景圖像上，擴展了佩帶者的信息獲取能力。

圖6　 MINIE夜視鏡

4結束語

夜間駕駛裝備是支持軍用車輛全天時、全天候機動作戰(zhàn)的重要輔助裝備。在坦克、裝甲戰(zhàn)車等領域，紅外熱像儀的優(yōu)勢日趨明顯；而對于常規(guī)車輛的夜間駕駛，頭盔式夜視儀更加便捷。

在紅外熱像儀領域，我國需要縮小代差，降低成本；在頭盔夜視儀領域，盡管現(xiàn)有裝備能夠滿足軍用車輛夜間駕駛的需求，仍需發(fā)展像增強器技術，跟上高效化、輕便化、綜合化、信息化的發(fā)展步伐。

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(責任編輯周江川)