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)爭中一種必不可少的武器系統(tǒng)［1］。基于對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，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、識別、瞄準(zhǔn)、自動跟蹤，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)為是各國海軍水面艦艇的基本武器裝備。美國海軍的直升機(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)場形勢的變化，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)對現(xiàn)代海上戰(zhàn)爭對艦載直升機(jī)“綜合化作戰(zhàn)支援”的戰(zhàn)術(shù)需求，美國與歐洲均于20世紀(jì)80年代啟動了艦載直升機(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、德國、意大利和荷蘭共同研制中型多用途直升機(jī)NH90，號稱“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)的最高水平及未來發(fā)展趨勢。

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、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)勢感知，并將直升機(jī)上飛行員的態(tài)勢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，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)平臺上更出色地完成，以前需要6～11種直升機(jī)平臺完成的各項(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)展趨勢是通過高度集成涵括聲吶、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。

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潛艇的探測、跟蹤、定位和識別。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)可對潛艇通氣管或潛望鏡進(jìn)行目標(biāo)精確識別。

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)隨動于雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)近距離、高分辨率、弱小目標(biāo)的探測、識別和辨識。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提供被動識別和瞄準(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)自動提示、潛在目標(biāo)自動捕獲、目標(biāo)識別、精確瞄準(zhǔn)、自動跟蹤，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、識別、瞄準(zhǔn)及自動跟蹤，完成戰(zhàn)斗搜索營救任務(wù)，并對目標(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。

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)同完成對海面的監(jiān)視，擔(dān)負(fù)目標(biāo)精確成像功能，完成對目標(biāo)的探測、識別及辨識，并對目標(biāo)進(jìn)行激光指示，為“飛魚”反艦導(dǎo)彈提供制導(dǎo)信號。

由上可見，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)對海面復(fù)雜環(huán)境下海面監(jiān)視及反潛、戰(zhàn)斗搜索營救等任務(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、長波或者中波紅外熱像儀、人眼安全激光測距機(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)自動變焦功能，電子變倍后最小視場可達(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對人物目標(biāo)，探測距離為14km，識別距離6.5km，認(rèn)清距離3km。對裝甲車目標(biāo)，探測距離18km，識別距離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 國外艦載直升機(jī)光電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

從上述對國外典型艦載直升機(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，也必將成為未來的發(fā)展趨勢，可實(shí)現(xiàn)多傳感器的高集成度設(shè)計(jì)。

2）光學(xué)視場多

電視和紅外系統(tǒng)均具有寬視場、中寬視場、中視場、窄視場和極窄視場5種視場。電視和紅外均具備2×和4×的電子變倍功能。多種光學(xué)視場更有利于識別海面上不同尺度的各種目標(biāo)。在光學(xué)視場多的同時(shí)，突出寬視場大和窄視場小的特點(diǎn)。寬視場達(dá)到44°×33°；寬視場大有利于機(jī)載人員實(shí)現(xiàn)對周邊環(huán)境更大范圍的態(tài)勢感知（警戒），提高目標(biāo)搜索效率，電視觀瞄具極窄視場0.27°×0.21°（具備4∶1倍電子變倍），熱像觀瞄具窄視場0.8°×0.6°（具備4∶1倍電子變倍）。窄視場小、探測器分辨率高，則探測器瞬時(shí)視場更小。光電探測／成像系統(tǒng)瞬時(shí)視場的減小，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／成像系統(tǒng)瞬時(shí)視場減小，增大了小視場下目標(biāo)在成像探測器上所占像素?cái)?shù)，提高了人眼對小目標(biāo)識別效率，同時(shí)提高了目標(biāo)探測、識別和辨認(rèn)的概率。探測器分辨率的提升也是發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。2012年7月，雷聲公司為MTS系列的紅外探測器從標(biāo)清向高清的升級就從美國陸軍獲得了850萬美元的合同，由此可以窺見探測器分辨率的提高對美軍作戰(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光視頻（彩色）的實(shí)時(shí)融合輸出，如圖6所示。通過圖像融合功能，可以獲得對同一場景目標(biāo)更為準(zhǔn)確、全面、可靠的圖像描述，增加了圖像細(xì)節(jié)，提高飛行員對外界場景的感知能力。

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）具備慣性測量能力

在萬向架上直接安裝慣性測量單元增加目標(biāo)定位和地理跟蹤功能：① 通過地理跟蹤功能可實(shí)現(xiàn)在大范圍海域內(nèi)對目標(biāo)的快速鎖定，使瞄準(zhǔn)線始終瞄準(zhǔn)目標(biāo)，在機(jī)動攻擊過程中可有效補(bǔ)償載機(jī)機(jī)動帶來的射手瞄準(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)對目標(biāo)的精確定位，通過數(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)的未來發(fā)展趨勢：集成多波段傳感器；提升目標(biāo)打擊能力（涵括激光測距機(jī)、指示器、光斑跟蹤器）；拓寬視場覆蓋范圍（突出大視場更大，小視場更小的特點(diǎn)）；提高探測器分辨率；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、識別，定位、瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定、多目標(biāo)自動提示、捕獲、跟蹤、激光測距／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)勢感知、目標(biāo)搜索、戰(zhàn)斗營救、特種作戰(zhàn)支援等，提供強(qiáng)有力的保障。針對這一目標(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、識別、定位；多目標(biāo)自動提示、捕獲、記憶跟蹤；激光測距／指示及光斑跟蹤功能，突出解決四類問題，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，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)載平臺周圍360°范圍內(nèi)無縫隙監(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，移動的海面及連綿起伏的波浪使圖像的信噪比和對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，對于海面目標(biāo)的檢測易出現(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，增加探測器的分辨率可以提升人員對目標(biāo)的識別效率。圖像增強(qiáng)與圖像融合的雙重作用會大幅提升畫面質(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)勢感知與協(xié)同作戰(zhàn)能力

艦載直升機(jī)態(tài)勢感知能力的提升依賴于海面監(jiān)視雷達(dá)、水下探測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)平臺的圖像信息的快速融合?；诘乩矶ㄎ缓湍繕?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)平臺的目標(biāo)信息打擊目標(biāo)，也可為其他載機(jī)平臺打擊目標(biāo)提供精確的目標(biāo)地理坐標(biāo)與相關(guān)態(tài)勢。

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／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、多波段需求，尤其是中波，長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)距離探測識的必然趨勢。因此多視場／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)視場會進(jìn)一步減小，圖像質(zhì)量和打擊精度都會對光電系統(tǒng)的穩(wěn)定精度提出更高的要求。在平臺穩(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)常會出現(xiàn)大風(fēng)、臺風(fēng)、海霧和潮汐等，這給光電系統(tǒng)的成像帶來了很大的問題，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)自動檢測［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

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)斗搜索營救及特種作戰(zhàn)等綜合化作戰(zhàn)支援轉(zhuǎn)變，通過集成聲吶、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。光電系統(tǒng)的目標(biāo)精確成像、識別、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H－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：傳感器分辨率達(dá)到1 280像素×720像素，視場從大于40°覆蓋至小于1°；采用共光路、二級穩(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)未來需要重點(diǎn)解決“形成大范圍無縫隙海面監(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)勢感知與協(xié)同作戰(zhàn)能力”4類問題。

［1］ Ji Ming，Xu Peizhong，Xu Feifei.Development of optoelectronic systems for armed helicopters［J］.Journal of Applied Optics，2010，31（1）：1－7.紀(jì)明，許培忠，徐飛飛.武裝直升機(jī)光電系統(tǒng)發(fā)展與對策［J］.應(yīng)用光學(xué)，2010，31（1）：1－7.

［2］ Ruan Xiaolin，Wen Zhixin，Shan Jie.The next generation shipborne helicopter of the U.S.Navy：MH－60S／R multi－role helicopter［J］.Defense Science，2011，32（4）：32－35.阮瀟琳，文志信，單潔.美軍新一代艦載直升機(jī)—MH－60S／R多用途直升機(jī)［J］.國防科技，2011，32（4）：32－35.

［3］ Raytheon.AN／AAS－52multi－spectral targeting system［M］.US：Raytheon，2005.

［4］ Sagemcom.EUROFLIRTM410mm gyrostabilized optronic payload［M］.France：Sagemcom，2009.

［5］ Cai Yi，Wang Lingxue.Nine issues associated with infrared imaging technology［J］.Infrared Technology，2013，35（11）：671－682.蔡毅，王嶺雪.紅外成像技術(shù)中的9個(gè)問題［J］.紅外技術(shù)，2013，35（11）：671－682.

［6］ Cai Yi，Hu Xu.Short wave infrared imaging technology and its defense application［J］.Infrared and Laser Engineering，2006，35（6）：643－647.蔡毅，胡旭.短波紅外成像技術(shù)及其軍事應(yīng)用［J］.紅外與激光工程，2006，35（6）：643－647.

［7］ Che Jing，Lu Peng，Han Yan，et al.Panorama mosaic in bionic compound eye visual system［J］.Journal of Applied Optics，2013，34（5）：815－819.車靜，盧鵬，韓焱，等.仿生復(fù)眼視覺系統(tǒng)中全景圖像拼接算法［J］.應(yīng)用光學(xué)，2013，34（5）：815－819.

［8］ Luo Beibei，Yi Xingguo，Shen Yue，et al.Infrared small target detection under complex background［J］.Journal of Applied Optics，2012，33（5）：964－968.羅蓓蓓，伊興國，申越，等.復(fù)雜背景下紅外弱小目標(biāo)檢測算法研究 ［J］.應(yīng)用光學(xué)，2012，33（5）：964－968.

［9］ Ji Ming.Line－of－sight coarse／fine combination two－level stabilization technique in armed helicopters［J］.Acta Aeronautica ET Astronautica Sinica，1997，18（3）：289－293.紀(jì)明.武裝直升機(jī)瞄準(zhǔn)線粗／精組合二級穩(wěn)定技術(shù)［J］.航空學(xué)報(bào)，1997，18（3）：289－293.

［10］Zhang Weihong，Xia Liang，Zhu Jihong，et al.Optimal design technology of collaboration arrangement for aircraft structure［J］，Aeronautical Manufacturing Technology，2010（24）：32－37.張衛(wèi)紅，夏涼，朱繼宏，等.飛行器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同布局優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)［J］.航空制造技術(shù)，2010（24）：32－37.