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光电传感器——机载光电和红外传感器
Release time:
2020-03-12 11:37
Source:
新光电
光电/红外摄像机是传感器有效载荷包的主要支柱，在飞机的传感配置中不可或缺。虽然其它一些加强型或更有利可图的载荷常受到更多关注，对光电/红外技术的投入却可以保持载荷的相关性和先进性，使其能自行工作或支持其他的机载传感器。
将光电和红外传感器进一步集成在无人机上的趋势越来越明显，这需要小型传感器能够给操作员提供情报、监视和侦察（ISR）能力。无人机工作的本质特性补充了光电/红外传感器的探测能力，这些传感器同时也弥补“Mark Ⅰ眼球”的远程侦察能力。
L-3 WESCAM公司的政府销售和商业发展部副总Paul Jennison近期向MT杂志表示：“整体而言，稳定的远距离成像传感器与人眼或通过双筒望远镜看到的范围相比，能提供更大范围的探测、识别及确认所关注的目标和活动。”
另一方面由于热像仪能够探测人体和周围环境之间的热对比度，所以有利于目标探测和搜救作业。Jennison补充说道：“成像探测器技术仍以较快的速度发展。相比之下，性能/价格比持续下降。因此热像仪的实际应用空间在逐渐扩张。”
MX效果
最近几个月市场上的几家大公司开展了许多研发工作，在6月举办的巴黎航展上可发现关于EO/IR有效载荷方面的产品数量特别多。航展期间，制造商们展出了众多新系统，还有特殊任务飞机和无人机，主要特征集中在其EO/IR万向架上。
L-3 通信公司就展示了其相关机载商品，并展出了其SPYDR Ⅱ特殊任务飞机以及与“空中拖拉机”飞机（Air TRACTOR）一起研发的“长剑”轻型攻击机。他们共同的特征是搭载改进型MX-15吊舱，该吊舱包含一个红外热像仪、可变焦彩色昼间相机和一个激光测距机/照射器。
L-3WESCAM公司的EO/IR传感器技术，即“MX”有效载荷系列，可应用在机载、地基和海上环境的不同平台上。2017年6月该公司宣布他们已经为某政府客户完成了第4000个产品（MX-20D）的交付，用于长航时固定翼飞机的近距空中支援任务。
Jennison说道，“WESCAM公司的成像仪拥有出色的稳定性，这使其在成像范围方面性能卓越。并且由于出色的地理定位功能，该成像仪也以使用简单方便而著称。”
Jennison称无论飞机的位置、朝向和方位如何变化，该成像仪都能将瞄准线保持在固定目标上，这减少了用户的工作量，使操作者能专注于其执行的任务。
无人机和浮空气球市场需求
近年来对中型指示器转塔的需求很旺盛，这与对攻击无人机和多用途旋翼机的巨大投资有关。然而，由于对支持ISR和海上巡逻的需求依然高涨，人们仍对像无人机和浮空气球等正在研发中的技术进行投资。Jennison说，制造商们从研发阶段起就寻求将新型传感器安装在无人机上，美国无人机制造商更加重视出口客户，欧洲公司更加重视小型无人机有效载荷。
“我们尤其注意到对舰载无人机的广泛关注，” Jennison补充说道：“迄今为止，由于支持的项目太少，这一无人机小市场已经支离破碎，但情况发生了部分改变，因为原始设备制造商们过去的那些市场研发活动开始取得回报。”
然而他指出，除通用原子航空系统公司 (GA-ASI)“收割者/捕食者”系列产品等项目之外，人们对于无人机用传感器的关注已经“非常小了”。
Jennison还补充说：“这意味着，无人机平台的成熟度和工作认可度看起来到了一个拐点。我们发现全球需求显著上升，也期待看到在不远的将来MX传感器能应用在更多无人机平台上。”
至于浮空气球市场，据Jennison观察，在中东地区的冲突已经验证了这一技术的有效性，因此从全球范围内对这种平台上的传感器会产生“强烈的关注”。从地理角度上，中东对于WESCAM公司的光电/红外技术的市场需求很大，预计近期这一情况还会持续下去。“鉴于当前地缘政治因素，并且随着该地区加大了军费投入，我们预计未来东南亚地区对光电/红外技术的需求将会增长。此外，由于不同国家都加强了针对主权的巡逻，我们认为未来特别是在机载海上巡逻方面对光电/红外技术会有强烈的需求，无论是用于有人机、无人机，还是舰载系统。”
未来发展的起点
海上巡逻需要远程传感器，Jennison表示EO/IR技术是这些应用的理想解决方案。“由于EO/IR技术能提供远程且没有障碍的视线，此技术特别适合于这种任务。当我们在20年前开始参与美国海军P3 ORION飞机项目的时候，WESCAM公司就已经在这个市场上拥有很长的历史了。”
他补充说道，该公司的热像仪很稳定，这增加了距离性能，同时他们的热像仪使用方便，拥有“卓越的地理定位性能”。
L-3公司正在研发系列吊舱产品，包括改进其昼间微光短波红外和热成像探测器，以及传感器的分辨率、灵敏度和动态范围。
Jennison指出，“WESCAM公司正积极致力于在我们的产品中加入最新的传感器技术，从而帮助我们的客户在性能、花费和可靠性之间找到最佳平衡点。”
成为该领域标准的新一代传感器将包含电子处理装置，其先进程度优于当前技术的一个数量级，该装置可进行更多的舰载处理。L-3公司的MX-10和MX-10D已经包含了这些特征，在不久的将来会应用在更大型的MX转塔上。
此外，L-3 WESCAM公司于五月还发布了MATRIX前期工程研究用摘挂式ISR套件，用于西科斯基公司/洛克希德·马丁UH-60 “黑鹰”直升机和洛·马公司C-130 “大力神”运输机，为这些飞机提供额外的ISR能力。
“这允许一架运输机或多用途飞机可以迅速转换为ISR任务并返回，将对操作员的机群产生明显的倍增效应。” Jennison补充说在不久的将来会发布一个稳瞄版本。
MATRIX旨在提供一种低风险、低成本方法，使操作员可以在任何给定时间根据需要重新让飞机迅速发挥ISR能力。
新的展示
埃尔比特系统公司在巴黎航展上介绍了其最新的EO/IR广域监视传感器，名为“天眼”（“SkEye”）。
该公司表示目视监视传统上只支持视频格式，且操作员只能看到光电载荷扫描到的区域。然而随着“天眼”等产品能提供广域持久监视（WAPS）能力，操作员可以观测到80平方公里的区域，并能同时选择密切关注感兴趣的目标。该系统可同时监视十个馈送目标，还可以观看之前收集的录像。据公司透露：“SkEye WAPS能用更短的时间提供更清晰的图像，因此在做决定的过程中可以呈指数倍增加信任度。”
光电传感器是机载单元，由图像处理单元、存储单元和分析工具相互集成。数据可通过一个内嵌的数据链反馈给操作员的C2系统。
埃尔比特公司表示“SkEye”已经可以使用，并被安装在轻型飞机和属于该公司HERMES平台系列的无人机上。
埃尔比特公司的CEO和总裁Bezhalel Machlis在6月说道：“埃尔比特系统公司的SkEye WAPS系统改变了国土安全任务，它可以让部队在非常庞大的范围内分析并追溯恐怖分子和犯罪分子的轨迹，在有生命受到威胁的情况下为部队及时提供宝贵数据。鉴于最近在全世界特别是欧洲地区发生的威胁事件，SkEye WAPS系统为各种安全组织执行情报收集和抗击恐怖分子威胁任务提供了一种值得借鉴的手段。”
经历最近一连串的恐怖袭击后，欧洲市场对情报需求越来越大，埃尔比特系统公司在巴黎航展上第一次展示了其为欧洲市场提供的SkEye广域持久监视（WAPS）解决方案。
据埃尔比特系统公司的首席执行官Butzi Machlis表示，随着当代作战环境的不断变化，该公司已将SkEye WAPS产品确定为重要的增长领域。
Machlis解释说：“我们发现在全球范围内对情报解决方案的需求越来越多，特别是在欧洲。我们都意识到了恐怖主义的威胁，因此成为一个垂直情报解决方案提供者就会是很大的优势。我们可以将所有相关信息融合在一起服务于决策过程。
该公司解释道，SkEye WAPS产品可以集成在各种机载平台上，由地面控制站进行操控，地面站还负责数据的处理、开发和传播。它还可以同“地眼”（GroundEye）监视系统建立网络连接。
根据埃尔比特系统公司的文件，用于集成的平台可能包括“赫尔墨斯”（HERMES） 450和“赫尔墨斯”900无人机（见《军事科技》2017年第6期封面）及其它多任务飞机，Machlis宣称该产品在未公开的用户中已经“运行”。具有可行性的Cessna 208B和Twin OTHER DHC-6选项也可以集成在机载King AIR平台上。
SkEye提供12亿像素图像，能为分析人员生成100平方公里范围的图像。它能够在包含持久视频监视和视频条纹图像的多模式下进行人员及车辆探测和识别。载荷必须在离地面3万英尺的高度工作，这样才能最大化其地理覆盖范围。
地面上的多个用户还能以实时或回看的方式对载荷进行控制和分析。Machlis也解释了SkEye是如何与机载第三方命令和控制技术相集成的。数据也可以集中归档在一个数据中心，以便对那些已经被地理标记为元数据的历史数据进行开发利用。
SkEye载荷总重80kg，能够同时独立监测多达10个关注区域。在机载“赫尔墨斯” 900平台上，除了前部安装的光电/红外（EO/IR）载荷，也可以携带SkEye载荷。
Machlis补充说道：“我们传输C2传感器网络提供的所有原始数据，以便根据这些数据生成知识，当然我们也处理大数据。埃尔比特系统公司拥有完整技术链条。我们的任务是基于这些能力和作战计划，满足客户特定要求。”
埃尔比特公司官员最后总结表示该公司一直致力于国土安全任务，包括对抗恐怖主义，保护国家关键基础设施以及活动防护。
紧凑系统的远程性能
FLIR系统公司的Star SAFIRE 380-HDc，是首批新型紧凑型高性能稳定高清成像系统，特别为直升机ISR操作员设计。该公司宣称，“对于轻型、紧凑封装的高性能ISR的机载应用而言，Star SAFIRE 380-HDc具有无与伦比的SWaP-C（小尺寸、重量及体积）优势。该系统专为旋翼机在极端条件下擅长远距离成像的这一性能而定制。”
Star SAFIRE 380-HDc是Star SAFIRE高清系列里的最新款产品，该系列是可互换数字高清单个LRU成像系统，提供全光谱ISR能力。
新型STAMP
Controp公司在巴黎航展上也展示了T-STAMP-XR，它是该公司适用于无人机的光电/红外系列产品里的最新产品，包含“卓越的热传感器光学系统”。
Controp公司的首席执行官和总裁Dror Sharon说道：“由于作战需要，我们研发了T-STAMP-XR产品用于超小型低SWaP（尺寸、重量和功率）载荷，它可以为更大的载荷提供光学性能。有了这种载荷配置，无论在云层上还是云层下，都可以让更小型的无人机系统执行当前需要大型空中平台才能完成的任务，如此便极大节约了作战资源。”
陀螺稳定的微型载荷重约3.5kg，包含一台灵敏度很高的高清昼间相机、一台制冷型热像仪（TI）、一台光学激光照射器和指示器。内置的瞄准线INS使该载荷可以地理定位目标坐标。其他特征包括机载自动视频跟踪、图像增强、本地自动增益控制、数字视频输出和一个可选择的H.264视频输出。
Controp公司表示，“T-STAMP-XR还支持与战区内其他平台的战术互操作性，并且由于带有独特的高耐力制冷成像探测器，其生命周期成本很低。”
STAMP系列针对小型飞机而设计，提供昼夜“翻越山丘”战术侦察能力，同时“重量轻且坚固耐用”。
该公司在6月宣布已售出众多iSky-20HD和iSky-50HD相机用于以色列警方的新型H125直升机编队。iSky载荷系列包括昼夜连续变焦光学装置、陀螺稳定的万向架，另外还包含激光测距机和/或激光指示器的选项。
该公司表示，吊舱可以集成在无人机、直升机和固定翼飞机上，并且所有的iSky系统都具有实时图像增强特性、内置惯导系统以及自动目标跟踪功能。此外，Controp公司已将其iSky-30HD和iSky-50HD传感器出售给北美、亚太和非洲地区的客户，用于旋翼机和固定翼飞机。
环境因素
Jennison解释说，让传感器看得更远、更精确得攻击目标且能控制那些阻碍EO/IR载荷性能的大气效应一直都是一项挑战。
例如，可通过技术发展产生的新方法，或通过那些随着技术进步而推出的图像处理元件来减轻雾霾和大气湍流的影响。
Jennison补充说道：“当前的重大挑战是推动将更多的‘智能元件’用于传感器，从而简化飞机装备。这意味着需要传感器执行更先进的图像处理功能，目前这种功能是指能自动探测移动目标的能力。未来将会利用更先进的功能来减少操作员的工作量。”
如果这种类型的传感技术持续成为机载操作的支柱，那么无论是支持特殊的ISR任务还是支持像目标指示等其他应用，该技术将会不断发展才能匹配未来的需求。
制造商们并没有止步于当前的成就上，而是积极推行更多的传感器，这些传感器的探测距离更长，且具有更强的探测和图像处理能力，从而帮助提升未来几年内将会工作的飞机的性能。
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