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偵察機(jī)的法寶

2009-12-02 03:44
航空知識(shí) 2009年3期
關(guān)鍵詞:激光測(cè)距儀數(shù)據(jù)鏈偵察機(jī)

羅 杰

第一次世界大戰(zhàn)中,飛機(jī)將原本騎馬的偵察兵送到了空中。從此偵察兵擁有了“居高臨下”的視角,讓敵方的軍隊(duì)盡收眼底。那時(shí),飛行員的眼睛和機(jī)載照相機(jī)成了偵察機(jī)的主要武器。飛行員用肉眼判斷,并用相機(jī)將有價(jià)值的目標(biāo)拍攝下來(lái),再返回營(yíng)地沖洗膠卷。這樣的方式雖然看似原始和低效,但膠卷相機(jī)性能穩(wěn)定,一直都在延續(xù)使用。自上世紀(jì)六七十年代以后,隨著科技的不斷進(jìn)步,偵察機(jī)的法寶也不斷更新升級(jí)?,F(xiàn)代偵察機(jī)的機(jī)載設(shè)備一般由偵察系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)兩部分組成。而偵察機(jī)起到的作用也遠(yuǎn)非當(dāng)年的“飛機(jī)+相機(jī)+人眼”能比。高效的偵察系統(tǒng)不僅可以在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)現(xiàn)并跟蹤多個(gè)目標(biāo),而且還可以通過(guò)偵察機(jī)功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向各級(jí)指揮官提供實(shí)時(shí)的偵察情報(bào)信息,為各級(jí)指揮員的決策奠定信息基礎(chǔ),從而大幅提升整個(gè)航空武器裝備系統(tǒng)的體系感知能力、精確遠(yuǎn)程打擊能力、抗毀突防能力和生存能力。

機(jī)載偵察系統(tǒng)

偵察就要首先搞清楚目標(biāo)的一些特征。偵察系統(tǒng)利用目標(biāo)反射、散射或者輻射出的電磁、光、熱、聲等能量信號(hào),獲取目標(biāo)特征信息,測(cè)定目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù),判斷目標(biāo)的屬性和類別等,從而形成一幅完整的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖。機(jī)載偵察系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從早期簡(jiǎn)單的晝間偵察到今天的全天候、全天時(shí)、大方位、全頻段偵察的演變歷程,其中具體涉及到光電傳感器、信號(hào)情報(bào)傳感器和機(jī)載監(jiān)視與偵察雷達(dá)等。

光電傳感器

20世紀(jì)60年代以前,機(jī)載偵察系統(tǒng)主要采用的是光電傳感器,基本上包括可見光傳感器、紅外傳感器和激光傳感器幾種。

可見光傳感器是利用地面或者各種物體對(duì)陽(yáng)光、月光的反射差異來(lái)探測(cè)和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。文章開頭提到的膠卷式照相機(jī)算是最早裝備的一種機(jī)載可見光傳感器了。后來(lái)又相繼出現(xiàn)了光電推掃式掃描相機(jī)、光電全景掃描相機(jī)和光電分幅式相機(jī)等光學(xué)照相機(jī)。其中,光電分幅式相機(jī)拍攝圖像質(zhì)量很高,而且在機(jī)內(nèi)還可加裝紅外傳感器使工作范圍由可見光擴(kuò)展到紅外線,并具有立體成像的能力。較典型的如美國(guó)的CA-260、CA-26 1、CA-265和CA-270等設(shè)備。此外,電視攝像機(jī)是除航空相機(jī)外使用比較廣泛的另一種機(jī)載光電傳感器。隨著電子元器件水平的不斷提高,現(xiàn)在的機(jī)載攝像機(jī)不但體積小、重量輕、功耗低、靈敏度高而且還耐抗沖擊和震動(dòng)。

與可見光傳感器相比,紅外傳感器不,僅可以工作在可見光波段,而且能在夜間利用物體本身發(fā)出的紅外輻射信號(hào)進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)視。此外,紅外傳感器具有空間分辨率高、探測(cè)和識(shí)別距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。目前,紅外傳感器是最為常用的夜間無(wú)源成像傳感器。

早期的紅外傳感器體積和重量大、可靠性低,而現(xiàn)在的傳感器將紅外敏感元件和電荷耦合器件等信號(hào)處理電路集成在同一個(gè)芯片上,一次完成成像探測(cè)、積分、濾波和多路轉(zhuǎn)換功能。新型紅外成像器不僅體積小、重量輕、可靠性高,而且具有更高的靈敏度和分辨率以及更遠(yuǎn)的作用距離。

機(jī)載激光傳感器屬于主動(dòng)式傳感器,目前主要有激光測(cè)距儀、激光雷達(dá)等。激光測(cè)距儀是根據(jù)激光波束從目標(biāo)反射回來(lái)的時(shí)間來(lái)探測(cè)目標(biāo)的距離,至今已經(jīng)發(fā)展了三代。第一代激光測(cè)距儀采用的是紅寶石激光器和光電倍增管,這一代的測(cè)距儀僅僅是解決了從原理到應(yīng)用的問(wèn)題,其工作效率低、隱蔽性差而且體積龐大;第二代激光測(cè)距儀采用的是釹激光器和硅光電二極管,在工作效率和隱蔽性方面有所提高。不過(guò)第二代激光測(cè)距儀發(fā)射的1.06微米波長(zhǎng)的光束可經(jīng)人眼聚焦進(jìn)入視網(wǎng)膜,若不采取防護(hù)措施可使人眼永久致盲;第三代激光測(cè)距儀解決了人眼的安全問(wèn)題,如美軍研制的“藍(lán)汀”目標(biāo)瞄準(zhǔn)吊艙就應(yīng)用了第三代激光測(cè)距儀對(duì)目標(biāo)進(jìn)行距離測(cè)定。

激光雷達(dá)是傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其原理和激光測(cè)距儀類似。激光雷達(dá)可以精確測(cè)量目標(biāo)位置(距離和角度)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、振動(dòng)和姿態(tài))和形狀,并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、分辨和跟蹤。其測(cè)量范圍比微波雷達(dá)更廣、抗干擾能力更強(qiáng),有望成為重要的偵察手段。但是,激光雷達(dá)的技術(shù)難度很高,至今尚未成熟,而且在惡劣天氣時(shí)性能下降,也使其應(yīng)用受到一定的限制。目前,激光雷達(dá)大都用于飛行器低空飛行時(shí)躲避障礙物。

信號(hào)情報(bào)傳感器

信號(hào)情報(bào)(SIGINT)傳感器是指對(duì)電磁輻射進(jìn)行截獲、表征、處理和分析的傳感器,可以實(shí)現(xiàn)包括探測(cè)、方向確定、信號(hào)復(fù)制、地理定位和自動(dòng)信號(hào)識(shí)別等在內(nèi)的功能。一般來(lái)說(shuō),硬件部分由天線、接收機(jī)和處理器三個(gè)部分組成,天線可以由信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)單獨(dú)使用,也可以和其他系統(tǒng)共用。其中,電子情報(bào)主要是通過(guò)截獲和分析敵方雷達(dá)信息獲得,通信情報(bào)主要是通過(guò)截獲敵方語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)通信的信息。

機(jī)載信號(hào)情報(bào)傳感器的種類很多。如由P-3C改裝而成的EP-3E電子偵察飛機(jī),其裝備的信號(hào)情報(bào)傳感器就有AN/ALD-9(v)測(cè)向儀、AN/ALR-44“干擾”接收機(jī)、AN/ALR-76雷達(dá)信號(hào)偵察系統(tǒng)、AN/ALR-81(V)電子情報(bào)偵察系統(tǒng)、AN/ARR-81通信情報(bào)偵察接收機(jī)等?,F(xiàn)役的機(jī)載信號(hào)情報(bào)傳感器多數(shù)都是專門為某一特定平臺(tái)設(shè)計(jì)的,不是通用的。目前,美軍已經(jīng)啟動(dòng)了一些通用的信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)計(jì)劃,如美國(guó)空軍的高級(jí)信號(hào)情報(bào)有效載荷(ASIP)計(jì)劃和美國(guó)陸軍的戰(zhàn)術(shù)信號(hào)情報(bào)有效載荷(TSP)計(jì)劃。這些計(jì)劃雖然還都處于開發(fā)階段但正逐步趨向于成熟,部分信號(hào)情報(bào)傳感器已經(jīng)進(jìn)入裝備。

機(jī)載監(jiān)視與偵察雷達(dá)

20世紀(jì)60年代以后,機(jī)載監(jiān)視與偵察雷達(dá)由于能夠克服光電傳感器探測(cè)距離短、受云霧雨雪氣象條件限制等弱點(diǎn)而得到了較好的發(fā)展。機(jī)載實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)是機(jī)載監(jiān)視和偵察雷達(dá)最早使用的體制。它利用雷達(dá)載機(jī)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)對(duì)飛機(jī)下方兩側(cè)地帶進(jìn)行掃描,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的成像。但實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)由于受天線長(zhǎng)度和波長(zhǎng)的限制,分辨率不是很高,難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。解決這一問(wèn)題的唯一途徑就是采用合成孔徑雷達(dá)(SAR)技術(shù)。

合成孔徑雷達(dá)采用側(cè)視天線陣,利用載機(jī)向前運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng),使多陣元合成天線陣列的波束銳化,從而提高雷達(dá)的分辨率。它用飛機(jī)航跡仿真特大天線或孔徑,向目標(biāo)發(fā)射信號(hào)并測(cè)量回波能量,利用多普勒效應(yīng)構(gòu)成高分辨率圖像,各像素的亮度代表雷達(dá)能量返回天線的強(qiáng)度。同時(shí),飛機(jī)速度越快,多普勒頻移越大,距離分辨率也就越高。逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)是利用目標(biāo)而不是載機(jī)(發(fā)射機(jī))移動(dòng)造成的多普勒效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生合成孔徑,導(dǎo)出相對(duì)載機(jī)的周期性移動(dòng)。再通過(guò)自動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法對(duì)目標(biāo)特征進(jìn)行識(shí)別、分類,從而形成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示能力。

綜合傳感器系統(tǒng)

綜合傳感器系統(tǒng)技術(shù)所涵蓋的不僅僅是指硬件方面的綜合集成技術(shù),還包括軟

件方面的信息融合技術(shù)。機(jī)載偵察系統(tǒng)向多用途、綜合化方向發(fā)展的趨勢(shì)是不可逆轉(zhuǎn)的。因?yàn)?,在?fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中,任何一種單獨(dú)的傳感器是很難具備晝夜、全天候和全方位的戰(zhàn)場(chǎng)探測(cè)功能的,從而無(wú)法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息的需求。此外,對(duì)各個(gè)獨(dú)立的機(jī)載傳感器進(jìn)行綜合也是為了適應(yīng)用戶對(duì)進(jìn)一步降低機(jī)載偵察系統(tǒng)成本、體積、重量和功耗等的需求。

綜合傳感器偵察系統(tǒng)就是把前視紅外,電視攝像機(jī)、激光測(cè)距/照射器、合成孔徑雷達(dá)等兩三種傳感器集成,形成多任務(wù)探測(cè)系統(tǒng)。它能取長(zhǎng)補(bǔ)短,充分利用各種傳感器的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍,在小視場(chǎng)內(nèi)觀察目標(biāo),在大視場(chǎng)內(nèi)監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)情況。例如,電視攝像機(jī)和前視紅外兩種無(wú)源成像設(shè)備結(jié)合就能夠晝夜24小時(shí)執(zhí)行監(jiān)視和偵察任務(wù);如再與激光測(cè)距儀相結(jié)合,無(wú)源探測(cè)系統(tǒng)就升級(jí)為精確制導(dǎo)武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng),極大地提高了機(jī)載平臺(tái)在戰(zhàn)場(chǎng)上的任務(wù)能力。比較典型的機(jī)載綜合傳感器系統(tǒng)有U-2飛機(jī)的“高級(jí)眼鏡”偵察系統(tǒng)、“捕食者”無(wú)人機(jī)的“天球”多傳感器監(jiān)視系統(tǒng)、AN/AAS-52多頻譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和“全球鷹”的綜合傳感器系統(tǒng)(ISS)等。

以雷聲公司為RQ-4A Block10“全球鷹”研制的基本型ISS為例,它由位于機(jī)頭下方的光電/紅外組合傳感器和位于光電/紅外組合傳感器后方的合成孔徑雷達(dá)組成。其中,紅外傳感器是在AN/AAQ-16B直升機(jī)紅外傳感器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的;合成孔徑雷達(dá)采用的是休斯公司高清晰度成像合成孔徑雷達(dá)(HISAR)商用系統(tǒng)的成品硬件,可以同時(shí)和光電傳感器或者紅外傳感器一起工作。“全球鷹”在空中巡邏飛行24小時(shí),傳感器系統(tǒng)可以覆蓋13.7萬(wàn)平方千米的區(qū)域。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

偵察系統(tǒng)成功獲取目標(biāo)情報(bào)僅僅算將偵察任務(wù)完成了一半,另一半的任務(wù)就是將信息及時(shí)準(zhǔn)確的傳回。也就是說(shuō),偵察機(jī)起到的作用已遠(yuǎn)非過(guò)去意義上的高空拍照那么簡(jiǎn)單了。在如今的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,偵察機(jī)的機(jī)載偵察系統(tǒng)已經(jīng)與指揮控制系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)等作戰(zhàn)要素鏈接在一起構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這張信息網(wǎng)成為了作戰(zhàn)力量的“黏合劑”和“倍增器”。而機(jī)載戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)便是現(xiàn)代化通訊網(wǎng)絡(luò)的紐帶。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的建設(shè)始于20世紀(jì)50年代,首先是裝備于地面防空系統(tǒng)和海軍艦艇,之后才逐步應(yīng)用到飛機(jī)上。大家最為熟悉的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可能是美國(guó)的link 16數(shù)據(jù)鏈。Link 16是一種先進(jìn)的通信、導(dǎo)航與識(shí)別系統(tǒng),分別用于飛機(jī)、艦艇、地面部隊(duì)以及小型無(wú)人飛機(jī)。Link 16系統(tǒng)具有快速、機(jī)動(dòng)、無(wú)線、多用戶等特點(diǎn),將偵察機(jī)、艦艇、作戰(zhàn)飛機(jī)、地面部隊(duì)和指揮控制等系統(tǒng)有機(jī)地鏈接集成,完成了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和飛機(jī)控制、武器制導(dǎo)等功能,不但實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)信息的共享、飛機(jī)探測(cè)距離的延伸和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)監(jiān)視,而且有效地提高了部隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。目前,Link16已被美國(guó)和北約選定為戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御(TMD)的主要戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈,并裝備在美國(guó)、北約和日本等國(guó)的多種平臺(tái)上。不過(guò),Link 16數(shù)據(jù)傳輸效率較低,僅能進(jìn)行文本信息交換,不能實(shí)時(shí)傳輸圖像、視頻和信號(hào)等大信息量數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就明顯滯后于偵察系統(tǒng)。

這種數(shù)據(jù)鏈滯后現(xiàn)象引起了很多國(guó)家的重視,因此寬帶數(shù)據(jù)鏈的概念應(yīng)運(yùn)而生。寬帶數(shù)據(jù)鏈傳輸率很高,能夠?qū)崿F(xiàn)視頻和高分辨率圖像的高速傳輸。20世紀(jì)90年代美國(guó)國(guó)防部發(fā)展了一種名為CDL的通信系統(tǒng)。通過(guò)CDL,偵察機(jī)、無(wú)人機(jī)等平臺(tái)可以將光電、紅外、合成孔徑雷達(dá)等傳感器所獲取的圖像、視頻和信號(hào)等信息傳輸?shù)筋A(yù)警機(jī)、地面控制站或者艦艇。不過(guò),CDL只適用于U-2、“全球鷹”等大型戰(zhàn)略偵察機(jī),不適合小型戰(zhàn)術(shù)平臺(tái)。美國(guó)國(guó)防部又提出了TCDL研究計(jì)劃。TCDL最初是針對(duì)“捕食者”這樣的戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)而設(shè)計(jì)的。后來(lái),TCDL又?jǐn)U展到了其他有人駕駛和無(wú)人駕駛空中偵察平臺(tái),例如“護(hù)欄”RC,12、“鉚釘”RC,135、“獵人”、“先鋒”、E-8C、海軍P-3飛機(jī)、SH-60直升機(jī)和陸軍低空機(jī)載偵察系統(tǒng)等。

除此之外,美軍研制的“戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”(TTNT)也可能是未來(lái)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展方向。TTNT是一種高速、低時(shí)間延遲的通信鏈路,可以保證信息在作戰(zhàn)平臺(tái)之間傳遞時(shí)不出現(xiàn)或者少出現(xiàn)時(shí)間延遲。據(jù)報(bào)道,飛機(jī)一旦裝備TTNT,就具有向其他平臺(tái)以及地面中心高速傳輸戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)/戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知圖像、視頻的能力,又能避免被敵方的被動(dòng)無(wú)源射頻傳感器探測(cè)到。

責(zé)任編輯新浜

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