海上巡邏機光電偵察系統(tǒng)設(shè)計

宋冬生 王茹意 李洪烈

【摘 要】闡明了光電偵察系統(tǒng)的原理，設(shè)計了它的兩個主要的組成系統(tǒng)。并針對這兩種偵察系統(tǒng)應(yīng)用于海上巡邏機的可行性進行了理論計算和實際分析，方案行之有效。

【關(guān)鍵詞】海上巡邏機；光電偵察系統(tǒng)；可見光偵察；紅外偵察

1光電偵察系統(tǒng)的任務(wù)使命

光電偵察系統(tǒng)的任務(wù)使命是：當(dāng)海上巡邏機執(zhí)行對海面巡邏時，系統(tǒng)中的紅外遙感設(shè)備以航線為基線，對航線左右的水下目標(biāo)進行實時偵察，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并顯示航跡與目標(biāo)大約深度，提供情報支援或引導(dǎo)；而系統(tǒng)中可見光/近紅外設(shè)備對飛機正前方進行偵察，發(fā)現(xiàn)遠處水面船只、潛望鏡、通氣孔等大小不等目標(biāo)。由于運用紅外、可見光/近紅外探測，因此本系統(tǒng)可晝夜工作。

2系統(tǒng)設(shè)計

光電偵察系統(tǒng)由可見光/近紅外偵察系統(tǒng)和紅外掃描偵察系統(tǒng)兩部分組成。

2.1可見光/近紅外偵察系統(tǒng)

可見光/近紅外偵察系統(tǒng)框圖如圖1所示。整流罩用于對光學(xué)系統(tǒng)的防護；光學(xué)系統(tǒng)具有可變焦距、可見光及近紅外兩個波段濾波特點，以適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)運用和不同能見度氣象條件下運用的要求；傳感器采用CCD器件，它的作用是把光信號變?yōu)殡娦盘?；信號處理器對CCD信號進行消雜光、光增強、減噪聲等處理；圖像處理器對采集后的圖像進行運動目標(biāo)處理，并實時輸出目標(biāo)參數(shù)；計算機是系統(tǒng)的指揮控制中心、人機對話的界面。系統(tǒng)具有自動工作、手動工作和人工干預(yù)下工作三種工作狀態(tài)。在自動工作狀態(tài)，光學(xué)頭按照預(yù)先設(shè)定程序，自動對海面進行有規(guī)律的“S”形掃描，按飛機的速高比，決定掃描視場；在手動工作狀態(tài)，光學(xué)頭按照指揮員的要求，人工操作掃描；在人工干預(yù)工作狀態(tài)，光學(xué)頭按照指揮員要求，通過計算機輸入?yún)?shù)，終止原工作狀態(tài)，進入新輸入要求工作狀態(tài)。計算機還有記憶目標(biāo)參數(shù)、數(shù)據(jù)庫、威脅庫等功能。顯示器顯示視場內(nèi)景像背景和目標(biāo)，并用表格和圖像形式顯示目標(biāo)參數(shù)和背景景像。記錄儀根據(jù)要求選取任何記錄形式。穩(wěn)定平臺是一個由萬向支架支撐的陀螺穩(wěn)定平臺。

2.2紅外掃描偵察系統(tǒng)

紅外掃描偵察系統(tǒng)的框圖如圖2所示。光機掃描是通過機械有規(guī)律的運動，對海面一定視場進行掃描，發(fā)現(xiàn)海上目標(biāo)，或?qū)λ履繕?biāo)運動航跡產(chǎn)生的水面溫差進行探測；紅外傳感器的作用是把光信號變?yōu)殡娦盘枺恢吕溲b置對系統(tǒng)從溫度和功率上提供達到77K和1W冷量的工作保障；信號處理器對傳感器輸出的信號進行去雜、去噪處理，降低虛警，提高靈敏度；信息處理器通過信息處理，確定目標(biāo)方位和水下目標(biāo)航跡；計算機、顯示器、記錄儀的功用、組成與可見光偵察部分相同。

3 方案可行性分析

3.1 可見光偵察方案可行性分析

3.1.1理論估算

可見光CCD攝像機探測到目標(biāo)信號的基本條件為：

（1） 目標(biāo)在CCD器件上有足夠的照度（當(dāng)無月光、只有星光的夜晚，選擇像增強型CCD，即選擇ICCD型，會使靈敏度提高兩個數(shù)量級以上），照度在白天晴好天氣不會有什么問題。另外，也可以運用大口徑光學(xué)系統(tǒng)，進一步解決照度可能不足的問題。

（2） 目標(biāo)在傳感器上至少大于3×3像元數(shù)；在特定背景下，如海面單一背景2×2像元數(shù)通過軟件也可以探測到目標(biāo)。所以指標(biāo)上有二種目標(biāo)：

a）目標(biāo)尺寸為Ф100mm ×l500mm，RV≥15km

正常情況下，目標(biāo)露出水面的潛望鏡、通氣孔等目標(biāo)的尺寸不小于Ф100mm ×l500mm，采用62cm焦距的光學(xué)系統(tǒng)，在15km遠處的接收面上成像尺寸約為20μm，選擇CCD的像元尺寸為7μm，完全可以分辨。

b）目標(biāo)尺寸為30m×130m，RV≥80km

同樣，在 80km遠處單元像素對應(yīng)的尺寸為 1.09m×l.23m，對30m×130m目標(biāo)，理論上可有27.5×24.3個像素，遠遠多于3×3像素，完全可以分辨。

目標(biāo)為陽光照射的船只甲板以上部分，有的被陽光直接照亮，有的是陰影，這本身就有相當(dāng)大的對比度。因此，從理論上分析，可見光/近紅外偵察系統(tǒng)可以達到所設(shè)計指標(biāo)。

3.2紅外偵察的可行性分析

紅外遙感技術(shù)在國內(nèi)外都已比較成熟。早在20世紀(jì)70年代中期，電子部某研究所已研制出紅外對海洋遙感遙測儀樣機。雖然當(dāng)時器件水平很低，但已經(jīng)能從飛機上對行駛過的小機帆船（約半小時后）留下的行蹤進行測試，結(jié)果非常理想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，元器件靈敏度的不斷提高，紅外探測偵察系統(tǒng)的技術(shù)水平越來越高。

為了有一個大致定量概念，假定以下參數(shù)，做一些比較保守的計算，從成像探測理論可知，系統(tǒng)等效噪聲溫度（K）可用下式計算：

參考文獻：

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