国外武装直升机机载光电技术现状及发展趋势＊

淦元柳 吴一超 李富栋

（1．空军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000）（2．东北电子技术研究所 锦州 121000）

1 引言

武装直升机是实施近战、夜战、隐蔽作战的主要装备，配备光电系统的武装直升机能够缩短武器装备的反应时间，提高打击精度，最大限度地发挥武器装备的作战效能，具有快速机动、精确打击、侦察预警、信息作战及电子对抗等作战能力。本文就武装直升机机载光电技术现状及发展趋势作进一步的探讨［1］。

2 武装直升机机载光电技术

武装直升机机载光电技术主要包括：图像融合技术、惯性导航和光电组合技术、闭环定向红外干扰技术、多目标指示与攻击技术、多光谱及超光谱技术［2］。

1）图像融合技术。图像融合技术是指将不同类型光电传感器获取的同一景物影像数据进行几何配准，然后采用一定的算法将各影像融合产生新的图像。图像融合技术主要包括：红外电视图像融合、红外微光图像融合、雷达图像融合、长波和中波图像融合技术等。例如在武装直升机机身上安装六个红外搜索DAS（分布式孔径系统distributed aperture system，DAS）就是图像融合技术的典型应用，DAS 包括1024×1024 元红外传感器，每个传感器具有90°×90°的视场角，各传感器图像之间实现“无缝”连接，用来实现直升机360°的红外探测保护。飞行员通过头盔显示器的目镜可以实时看到被机体遮挡部分的图像，并可以在显示系统上叠加目标信息和威胁信息。

例如，美国陆军为10架UH-60L 直升机装备的增强视景雷达是雷达图像融合技术的重要应用。英国《国际飞行》报道，根据雷达供应商Sierra Nevada公司的消息，美国陆军为10架UH-60L 直升机安装增强视景雷达，用于在阿富汗的作战。该公司战略规划副总裁表示，在战区，多数直升机的碰撞是与电缆、电线和电线杆等小型障碍物发生的，美陆军希望新一代雷达能在黑暗、尘雾等恶劣天气条件下帮助飞行员“看到”潜在的危险。

俄罗斯卡-52直升机的专用瞄准设备已通过国家试验。俄新网2012年11月23日报道：俄罗斯光学系统和技术科研生产康采恩总经理马克辛透露，卡-52直升机的专用光电瞄准设备已经完成国家试验［3］。马克辛指出，为新一代俄制歼击机生产光电系统也是目前公司优先发展的创新项目之一。此外，公司还将为现代化装甲车研制光电瞄准系统、为反坦克设备生产热视瞄准器、为步兵武器生产远距瞄准器、为未来士兵装备生产光电侦察和瞄准装置。据悉，该公司的军用光电系统在俄罗斯市场所占份额高达70%。

2）惯性导航和光电组合技术（ISEOS）。惯性导航是一种不依赖于外部信息的自主导航方式，它通过测量载体在惯性参考系的加速度并进行积分得到速度、偏航角和位置等信息。光电技术是一种利用光学器件和电学元件实现复杂功能的技术。惯性导航和光电组合技术结合了两种技术的优点，实现小型化和集成化。

采用ISEOS组合系统的优点在于：

（1）可实现对目标的精确定位；（2）实现光轴与机轴的自动对准；（3）直接作为瞄准线稳定传感器；（4）实现对目标的地理跟踪。

ISEOS系统包括复杂的光学系统和一个集成芯片，该芯片上集成了中波和长波两个红外探测器。ISEOS系统利用了中波红外和长波红外对比度上的差异，将目标从背景中提取出来，有助于搜索伪装或部分隐藏的目标。操作人员可根据环境条件、目标类型、任务类型或阶段选择红外波段。其波段切换可在0．5s内完成。

例如，美国诺斯罗普·格鲁曼公司采用ISEOS技术对CH-53K 直升机LN-251导航系统进行软件升级。诺斯罗普·格鲁曼公司网站报道：美国海军空中系统司令部（NAVAIR）授予诺斯罗普·格鲁曼公司一项价值560万美元的阶段II合同，对用于新型CH-53K 超级种马直升机的LN-251嵌入式光纤惯性导航系统（GPS／INS）的现有软件进行升级。这种高性能导航系统进一步增强了CH-53K 直升机的作战能力。

诺格公司为S-76D 直升机提供姿态和航向参考系统。诺格公司网站2012年12月17日报道：正在为斯科斯基的S-76D 直升机提供LCR-100姿态和航向参考系统（AHRS）。LCR-100系统是S-76D 直升机上采用的泰雷兹公司TopDeck航空电子系统的标准配置。在早期的S-76直升机中，诺格公司提供的是LCR-92和LCR-100光纤AHRS。LCR-100是由诺格公司位于德国的导航和定位系统子公司—诺格LTIEF 公司开发，该系统能提供关于飞机位置、航向和姿态等飞行关键的信息。LCR-100向飞行控制系统提供精确输出，在直升机应用环境中具有高可靠性和精度。诺格LITEF 公司在惯性传感器、惯性参考系统以及惯性导航系统方面居领先水平，其产品已应用于30多个国家的飞机、舰船和地面车辆［4］。

支奴干直升机将装备主动力反馈操纵杆系统。英国《国际飞行》2013年5月9日报道：波音公司要求BAE 系统公司为其CH-47和MH-47G 支奴干直升机开发主动力反馈操纵杆系统，以扩展其性能包线。该系统被称为主动并联作动器子系统（APAS），将与其电传飞控系统一起开发，不会产生额外的费用或认证问题。与其他没有采用电传飞控的飞行器一样，支奴干直升机的飞行员也受到软停机对飞行包线的限制问题的影响。但APAS系统将取代这种单一位置停机点的软停机限制，而采用根据实时飞行状态采用动态的电子控制方式，从而扩展飞行包线，而不需要担心机体过载［5］。

BAE表示，APAS 系统能够通过操纵杆为飞行员提供一系列告警信号，类似于台风和F-35等采用电传飞控的战斗机的功能。APAS单元将取代目前支奴干直升机上使用的由弹簧和阻尼器构成的操纵杆阻尼机构，该机构装在操纵杆和飞控机构之间。APAS 预计将在2015年初开始飞行试验，2018年投入生产。

3）闭环定向红外干扰技术。闭环定向红外干扰技术是用多波段激光束取代弧光灯，用闭环型探测与干扰取代开环型干扰的技术。采用闭环定向红外干扰技术的系统一般由五个功能模块组成，即双光谱导弹告警传感器、小视场红外摄像机、精确跟踪平台、多波段激光干扰源和高速数据处理模块。当机载导弹告警系统探测到来袭导弹并捕获时，系统将目标移交给精密跟踪转塔进行热辐射红外跟踪，跟踪后首先发射低功率激光束扫描导弹，然后接受并分析“回波”确定导弹类型，有选择地发射最佳调制的激光束进行干扰，甚至摧毁其导引头光电传感器。阿帕奇、茶隼、美洲豹、美洲狮、H90等直升机都安装了闭环定向红外干扰系统。

例如，萨博公司为奥古斯塔·韦斯特兰公司直升机提供对抗防护装置。法国《航宇防务》2013年1月3日报道：近日，瑞典萨博公司获得了一份价值约1亿瑞典克朗（约1529万美元）的合同，将为奥古斯塔·韦斯特兰公司提供一批直升机自卫与电子情报系统［6］。

这批防护系统由电子监视载荷（ESP）和集成防护辅助套件（IDAS）组合而成。集成防护辅助套件由多传感器告警系统和轻型烟幕布撒系统（BOP／L）组成，其中的传感器含有导弹告警、激光告警和导弹临近告警装置。电子监视载荷专为直升机平台设计，是一种结构紧凑、性能先进的电子情报系统。两者组合可显著提高系统高精度测向和发射机定位的性能，可在恶劣、复杂威胁环境下增强直升机平台的生存能力。按照合同，系统开发和生产工作将分别在南非和瑞典进行，交付将于2013～2015年完成。

萨博公司的集成防护辅助套件可装备多种旋翼及固定翼飞机，包括萨博公司的萨博2000，奥古斯塔·韦斯特兰公司的A109、A129 和超级山猫300、波音公司的CH-47支奴干，丹尼尔公司的茶隼和羚羊，欧直公司的美洲豹、超美洲豹和美洲狮，NH 工业公司的NH90，洛克希德·马丁公司的C-130B、C-130H 和 L-100，苏霍伊公司的Su-30MKM，以及印度正在开发的北极星直升机。

美加强对直升机威胁警告和传感器系统的自动化整合能力。美国《国防》杂志2013年第1期报道：由诺格公司联合哈里斯集团、FLIR 系统公司、L3通讯公司以及BAE 系统公司等共同建立的旋翼机航电创新实验室（RAIL），正致力于使直升机的威胁警报和传感器系统形成一种紧密结合的自动化防务能力，以便切实提高直升机的作战生存能力。据透露，这些公司过去5年来投向该实验室的经费已经超过1500万美元，用于生存性研究。该实验室所做的其中一项目标是，将由10多家公司提供的120个相关产品逐步整合到一起，以便为地面部队、飞行员以及指挥员实时共享信息提供支持。为此，该实验室研究人员所做的其中一项工作，就是试图将飞机上的每个传感器包都通过新的方式链接在一起，探讨能否自动为飞行员和地面指挥员提供战斗场景信息。目前，RAIL 已经实现了20多种产品的无缝衔接［7］。

据悉，待RAIL 的研究工作真正取得成效后，美军的未来作战场景将会是这样的：一美军地面巡逻队突遭敌方炮火封锁。巡逻队发出请求支援信号。一架黑鹰和一架阿帕奇相伴赶来营救。在前来营救的途中，黑鹰遭到一枚肩扛红外对空火箭弹的袭击。在将来安装了RAIL 新研制的软件包之后，上述两架直升机上的维修报警系统将能识别到射来的火箭弹，在用信号向飞行员发出警报的同时，机载系统还能自动启动通用红外对抗系统（CIRCM）。这样，不用飞行员提示，CIRCM 就会找到并摧毁火箭弹自动导引装置。

据诺格公司透露，所有信息都会提供给飞行员。这样，他就会马上知道自己已经被瞄准，飞来的是什么弹药，以及对手躲藏在什么地方。与此同时，轻型干扰系统还会发射诱饵来迷惑射来的火箭弹，当火箭弹危机得到妥善处理后，CIRCM 会立即定位炮弹的发射位置并拍照。敌方的位置及其照片会自动下载到黑鹰和阿帕奇的系统中。借助APR-39雷达告警接收器，与前文所述相同的自动化过程还能挫败雷达制导的弹药。但该过程只能应对诸如火箭推进的炸弹这种无声的威胁。如果安装了传感器，则武装直升机就能跟踪敌手的位置，并准确地消灭火箭弹发射方，与此同时，前线指挥部的指挥员也能在相关屏幕上看到上述作战过程，地图上随时标注部队的位置变化，并随时掌握作战任务的展开过程。

上述过程描述的是应对固定敌人的过程。如果敌方是移动目标，如是一辆坦克，那么，除了负责定位和拍照的机型换成了MQ-C1灰鹰之外，其他应对过程不变。上述一系列作战过程所用到系统部件都取自陆军直升机上的标准部件，只有自动威胁探测部分和危险规避程序采用了RAIL 研制的软件。Breen认为，单是在软件方面稍加调整，就能大幅度提升飞行员和指挥员对战况的掌握程度和应对能力。

4）多目标指示与攻击技术。多目标指示与攻击技术是导弹同时瞄准多个目标并进行攻击的技术。一般的激光制导的导弹在攻击过程中必须将激光指示器始终对准目标，并只有在命中上一个目标后才能对准下一个目标。这使得装有激光制导武器的平台容易受到攻击。多目标激光指示技术，使武器平台能够同时瞄准多个目标，每枚导弹攻击一个目标，从而迅速摧毁视场内所有目标，使操作人员或武器平台暴露时间缩到最短。

例如，意大利海军AW101预警直升机装备了具有多目标指示与攻击技术的逆合成孔径雷达（ISAR）已投入使用。英国《国际飞行》报道：意大利海军飞行作战支持办公室主管Maurizio Loi表示，ISAR 设备有助于AW101 预警直升飞机探测海上舰船。塞·伽公司意大利分部业务主管Angelo Aprile表示，演示结果显示ISAR 对海面舰船的最远探测距离可以达到300km。

美国陆军选定贝尔、西科斯基／波音团队研制联合多功能直升机验证机。英国《国际飞行》网站2013年6月5日报道：贝尔直升机公司表示，其V-280勇士第三代倾转旋翼机设计方案已被美国陆军联合多功能技术验证机项目选中。贝尔直升机公司的未来垂直升力飞行器研制项目的负责人基斯·菲拉说，V-280勇士的巡航速度可以达到519km／h，能够满足陆军所最需要的性能要求。该机在V-22鱼鹰的技术基础上进行了升级改进，当前的设计方案的亮点就是提高了低速飞行状态下的灵活性、高过载的机动飞行能力、优异的燃油效率以及长航程等。贝尔直升机公司希望在该设计方案中引入三通道多余度电传飞行操纵系统。该方案的另一个设计指标是在35℃的情况下无地效悬停的压力高度可以达到1830m，作战半径为926km［8］。

贝尔直升机公司的主要竞争对手是西科斯基和波音的联合团队，其在V-22项目上有着密切的合作。据西科斯基-波音团队透露，这两家公司十分乐意美国陆军邀请其参与联合多功能技术验证机第一阶段项目，其将在西科斯基X2刚性共轴式双旋翼方案的基础上进行下一代直升机技术研发投资。同时，EADS北美公司最近向美国陆军表示其将退出该项目。

美国陆军预计在2013年9月正式授予JMRTD 项目的研制合同，计划在2017年首飞。该项目计划研制出一款中型高速直升机，并在2030年左右替换西科斯基公司的UH-60黑鹰系列直升机。该项目还可以衍生出武装直升机替换波音公司的AH-64E阿帕奇武装直升机。贝尔直升机公司预计，该项目的市场前景多达1000亿美元。

5）多光谱及超光谱技术。多光谱及超光谱成像技术是将成像技术和光谱测量技术结合在一起，获取的信息不仅包括空间二维信息，还包括随波长分布的光谱辐射信息。其最大的特点是将工作光谱区精细划分为多个谱段，并同时在各谱段对目标成像，极大地提高了目标探测的准确性，是光电探测领域一个质的飞跃。例如，将电子稳像、图像融合、图像增强、多目标捕获与视频跟踪等软硬件集成到一块芯片，将大大提高自身的应对能力。

贝尔-波音公司向美国海军陆战队交付了首架采用多光谱及超光谱技术的Block C型V-22鱼鹰直升机。波音公司网站报道：贝尔-波音公司今天宣布，已经向美国海军陆战队交付首架经过设计升级的MV-22Block C型鱼鹰直升机。贝尔-波音公司V-22项目主管表示，首架Block C型V-22按照合同规定的时间和价格交付是一个重要里程碑，Block C型鱼鹰直升机将满足军方对于最新作战能力的需求。

3 发展动向及分析

武装直升机载光电技术的发展主要包括几个方面：1）不断提高光电系统的分辨率；2）结合直升机的作战使用特点，采用模块化、系列化光电组件；3）多目标处理能力技术研发。四是开发便携式、小型化设计技术［9］。

1）不断提高光电系统的分辨率。光电技术对分辨率的要求极为苛刻。例如在机载激光告警系统中，随着光电技术的不断发展，激光告警系统技术的分辨率也在不断提高，探测角精度则需要达到几度，与雷达告警系统类似，在激光告警系统中角精度的需求随着平台和场景的不同而变化。若激光告警系统和无源干扰系统相交联，象限定位即可满足要求；若激光告警系统和有源对抗系统相交联，1°的定向精度尤为必要。目前美军装备直升机的激光告警系统的测量精度均能达到甚至优于1°，这为有效实现无源以及有源光电干扰提供了有利条件。美国AIL系统公司研制出一种高精度激光接收机，其方位和俯仰角的测量精度达到近似1 mrad（0．06°），足以支持直升机的主炮半自动瞄准发射或实施激光武器的干扰。

2）多目标处理能力技术研发。战场上威胁源的日益增多促使光电系统逐渐增加了多目标处理能力。通过采用先进的分析处理算法，使装备的光电系统都能从背景杂波中探测、识别、跟踪多个目标源，并进行威胁排序，从而采用合适的方式实施对抗。例如，美军最新研究的M-TADS目标截获指示仪瞄准具／驾驶员夜视传感器，它的口径为20．3cm，能在最窄的三个视场进行电子变焦距。M-TADS采用一种新设计的跟踪器，可以跟踪一个主目标和五个次目标，同时洛克希德·马丁公司专门设计的XR 算法在采用变焦距工作方式时可以把M-TADS的前视红外装置（FLIR）和昼间电视摄像机的探测距离再提高30%。

3）多元化的光电对抗。新材料技术如致变色材料、智能型材料等逐渐成熟，新的干扰对抗手段和装备不断涌现，形成宽谱、高效的干扰体系。高能激光武器将成为“杀手锏”。新型光电探测技术使得光电侦察告警的精度和作用距离明显改善。各种抗干扰措施综合使用，将进一步提高武器装备的抗光电干扰效能。

4 结语

随着激光、红外及传感器技术的发展，武装直升机机载光电技术越来越完善，逐步形成了集成化、多光谱、高精度和多功能的作战方式。在未来现代化战争或局部战争中，适时运用直升机机载光电技术，实施防空反导，能达到保护自身目标安全的目的［10］。

［1］纪明，许培忠，徐飞飞．武装直升机光电系统发展与对策［J］．应用光学，2010（1）：1-7．

［2］王红红，陈方斌，寿少峻，等．基于FSM 的高精度光电复合轴跟踪系统研究［J］．应用光学，2010，31（6）：909-913．

［3］俄罗斯卡-52直升机的专用瞄准设备已通过国家试验［N］．每日防务快讯，2012-12-04．

［4］诺格公司为S-76D 直升机提供姿态和航向参考系统［N］．每日防务快讯，2013-01-07．

［5］支奴干直升机将装备主动力反馈操纵杆系统［N］．每日防务快讯，2013-05-29．

［6］萨博公司为奥古斯塔·韦斯特兰公司直升机提供对抗防护装置［N］．每日防务快讯，2013-01-06．

［7］美加强对直升机威胁警告和传感器系统的自动化整合能力［N］．每日防备快讯，2013-01-06．

［8］美国陆军选定贝尔、西科斯基／波音团队研制联合多功能直升机验证机［N］．每日防务快讯，2013-06-13．

［9］李红民，王炬，郭蕾．国外武装直升机光电系统的发展动态［J］．电光与控制，2005（1）：86-89．

［10］吴斌，程刚，郭亮，等．直升机载光电稳瞄系统可靠性研究与分析［J］．应用光学，2011（6）：1072-1077．