王大鵬，范惠林，侯滿義，陳丹強，劉成亮

（空軍航空大學(xué)作戰(zhàn)指揮系，吉林長春130022）

轟炸光電瞄準系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展

王大鵬，范惠林，侯滿義，陳丹強，劉成亮

（空軍航空大學(xué)作戰(zhàn)指揮系，吉林長春130022）

光電瞄準系統(tǒng)正在取代傳統(tǒng)型純光學(xué)瞄準系統(tǒng)，成為滿足全天候快速精確轟炸要求的新一代轟炸瞄準設(shè)備。主要從系統(tǒng)組成、系統(tǒng)模型及實現(xiàn)途徑三方面給出了轟炸光電瞄準系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了轟炸光電瞄準系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（外形與載機共形、合并至分布式綜合光電系統(tǒng)），從而為發(fā)展新型轟炸光電瞄準系統(tǒng)、提高信息化戰(zhàn)爭背景下轟炸作戰(zhàn)能力提供了一定的理論依據(jù)。

轟炸瞄準；光電瞄準系統(tǒng)；分布式綜合光電系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

1 引 言

從二戰(zhàn)后期到20世紀80年代末，由電子計算機、轟炸雷達和光學(xué)瞄準具組成的傳統(tǒng)型光學(xué)轟炸瞄準系統(tǒng)一直是轟炸機的標準配置［1］。在轟炸作戰(zhàn)中，光學(xué)瞄準具實現(xiàn)對目標的觀測與瞄準，轟炸雷達自動測出飛機與目標的位置信息，電子計算機計算出領(lǐng)航和轟炸所需的各種參數(shù)。隨著以信息技術(shù)為主的軍事高新技術(shù)飛速發(fā)展，情報、偵視和偵察在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和安全中顯得日益重要，近幾次局部戰(zhàn)爭結(jié)果表明，在復(fù)雜電磁環(huán)境下對敵地面、海面目標遂行全天候快速、精確打擊已經(jīng)成為軍事強國的一種常態(tài)化打擊方式，而傳統(tǒng)型轟炸瞄準系統(tǒng)顯然已經(jīng)無法滿足作戰(zhàn)要求，主要表現(xiàn)在以下3個方面：

（1）目標信息獲取難。純光學(xué)瞄準具在夜間及復(fù)雜氣象條件下難以觀測到目標，瞄準時機組人員常需俯身半趴在瞄準具上，空中氣流大時很難保持準確觀測、瞄準；

（2）轟炸精度低。傳統(tǒng)型轟炸瞄準系統(tǒng)無法使用制導(dǎo)武器，一般轟炸誤差在200m左右；

（3）載機生存率小。純光學(xué)瞄準具一般為純機械結(jié)構(gòu)，靠人工操作凸輪、齒輪等轟炸瞄準諸元進行瞄準，操作繁瑣，瞄準時間長，同時隨著被動式探測雷達技術(shù)的快速發(fā)展，轟炸雷達的高頻信號易被捕獲，這無疑都使得載機的生存率減小。

光電瞄準系統(tǒng)（EOTS）集光機電高新技術(shù)于一體，其可見光及紅外熱成像模塊可實現(xiàn)對目標的全天候觀測，激光模塊可實現(xiàn)對目標位置信息的測量以及對激光制導(dǎo)武器的導(dǎo)引。EOTS使載機能夠在機載雷達關(guān)機、處于無線電靜默狀態(tài)下快速對目標進行全天候自動搜索、跟蹤、瞄準，有效地解決了以上問題，使戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生了革命性改變［2］，EOTS已成為信息化戰(zhàn)爭下的新一代轟炸瞄準系統(tǒng)。文獻［3］從總體上介紹了機載光電瞄準系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，文獻［4］側(cè)重介紹了直升機光電瞄準系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，本文主要介紹機載光電瞄準系統(tǒng)在轟炸作戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展。

2 轟炸光電瞄準系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

轟炸光電瞄準系統(tǒng)最突出的作用是實現(xiàn)了對目標的全天候精確打擊，突破了氣象條件對于轟炸作戰(zhàn)的限制，減小了轟炸誤差（常規(guī)炸彈誤差約為10m［5］），同時還可輔助載機夜間起降。轟炸光電瞄準系統(tǒng)目前已成為集紅外搜索和跟蹤（IRST）、前視紅外成像（FLIR）和激光指示瞄準（LTD）等功能于一身的綜合系統(tǒng)，相當于將傳統(tǒng)的前視紅外成像吊艙、光電雷達以及目標指示瞄準吊艙功能融合為一體。

2.1 系統(tǒng)組成

通常光電瞄準系統(tǒng)被集成到一種機載式、雪茄狀的瞄準吊艙中。瞄準吊艙最早于20世紀80年代末在戰(zhàn)斗機上掛載，包括美空軍F-15E和F-16戰(zhàn)機的藍盾吊艙（LANTAIN）以及美海軍F／A-18的夜鷹吊艙（Nitehawk）［3］。光電瞄準系統(tǒng)功能上主要由光電探測設(shè)備和電子計算設(shè)備組成，分別完成目標信息獲取和目標信息處理。轟炸光電瞄準系統(tǒng)屬于光電瞄準系統(tǒng)的子系統(tǒng)，在系統(tǒng)組成上也是由光電探測設(shè)備和電子計算設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 典型的光電瞄準系統(tǒng)分解圖

光電瞄準系統(tǒng)在目標信息獲取方面的技術(shù)是通用的，然而與戰(zhàn)斗機以先進的制導(dǎo)武器為主要攻擊方式不同的是，轟炸機常要使用大量非制導(dǎo)武器。在打擊大規(guī)模低價值面目標時，常規(guī)炸彈或常規(guī)炸彈結(jié)合制導(dǎo)炸彈依然是效費比最高的打擊方式，因此轟炸光電瞄準系統(tǒng)的獨特之處在于能夠控制機載常規(guī)武器的自動投放。典型的轟炸光電瞄準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在目標信息處理過程中，光電瞄準處理計算機實時獲取載機航行信息及目標位置信息，計算投彈點，適時啟動自動駕駛儀，穩(wěn)定攻擊前的飛機姿態(tài)和航路，適時發(fā)出自動投彈信號給電動投彈器。

圖2 轟炸光電瞄準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 轟炸瞄準模型

在應(yīng)用常規(guī)炸彈遂行轟炸作戰(zhàn)時，同傳統(tǒng)型光學(xué)瞄準系統(tǒng)一樣，轟炸光電瞄準系統(tǒng)也是依據(jù)水平空投系統(tǒng)瞄準原理，依次按照水平空投原理所要求的方向瞄準和距離瞄準兩個過程對目標進行瞄準，電子計算設(shè)備通過實時將觀測線和瞄準線相比較來決定開艙點和投彈時刻。

（1）方向瞄準，修正偏流角

方向瞄準過程中，載機不停轉(zhuǎn)彎以選擇一條正確的空投航向，在該航向上投彈，炸彈將會落在地面上通過目標并與航跡線平行的一條直線上。

發(fā)現(xiàn)目標后，首先進入方向瞄準，修正偏流角，轟炸瞄準系統(tǒng)通過自動駕駛儀控制載機航向，保持目標沿該縱標線移動，則方向瞄準結(jié)束，該偏流角為準確值。

（2）距離瞄準，修正速高比

距離瞄準的過程是載機在正確的轟炸航向上選擇一個正確的時刻，即距目標的水平距離等于炸彈的縱向射程。

方向瞄準結(jié)束后，載機保持原飛行方向不變，通過修正速高比將目標一直穩(wěn)定在視場中心。實質(zhì)上，方向瞄準為調(diào)整瞄準線傾斜角的過程，而距離瞄準為調(diào)整瞄準角的過程。

實際過程中，轟炸瞄準系統(tǒng)操縱載機修正航向，實時測量目標相對載機的觀測角和觀測線傾斜角，當測量值等于計算值時，即觀測角等于瞄準角，瞄準線傾斜角等于觀測線傾斜角時實施投彈，炸彈就能命中目標。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

轟炸光電瞄準設(shè)備一般直接使用戰(zhàn)斗機光電瞄準吊艙的光電探測設(shè)備，電子計算設(shè)備則需進行以實現(xiàn)常規(guī)炸彈投放為主的軟硬件改造，同時對載機進行以實現(xiàn)與光電瞄準系統(tǒng)通信為主的改裝。美軍B-52轟炸機機翼下所掛載的光電瞄準吊艙就是由F-16戰(zhàn)斗機的萊特寧-Ⅱ型吊艙直接改造而來［6］。在伊戰(zhàn)中，該吊艙成功指引激光制導(dǎo)炸彈對伊拉克的雷達設(shè)施和機場指揮中心進行了打擊。通過改裝，B-52作戰(zhàn)能力大幅提升，具有與戰(zhàn)斗機相近的戰(zhàn)術(shù)打擊能力，結(jié)合其他系統(tǒng)升級，美國防部計劃將這款服役于1955年的老飛機服役期延長到2040年左右，成為老舊轟炸機加裝轟炸瞄準系統(tǒng)成功的典型。

由于轟炸機機體相對較大，光電瞄準系統(tǒng)除了以吊艙形式直接掛載于機翼下之外，還可將探測設(shè)備與電子計算設(shè)備分開，將探測設(shè)備以光電轉(zhuǎn)塔形式半埋于機身下，電子計算設(shè)備置于機身內(nèi)，光電探測設(shè)備、電子計算設(shè)備、載機三者通過機載計算機總線進行通信，直升機、無人機一般采用這種實現(xiàn)方式。兩種實現(xiàn)形式對比如表1所示。

表1 兩種轟炸光電瞄準系統(tǒng)實現(xiàn)方法對比

然而，對于隱身飛機而言，要盡可能地消除飛機表面各種突出物、鼓包，光電瞄準系統(tǒng)需要與載機進行結(jié)構(gòu)共形設(shè)計，表1中兩種實現(xiàn)方法均不能采用，目前的解決方法是采用分布式綜合光電系統(tǒng)，在機身多個方向布置光電器件窗口以得到全方位的圖像（特別是對于轟炸作戰(zhàn)而言最重要的正下方）。

目前國外只有美國F-35戰(zhàn)機采用了分布式綜合光電系統(tǒng)，F(xiàn)-35的AAQ-37型分布式綜合光電系統(tǒng)是在Sniper XP型吊艙的技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)而來（65%硬件相同，技術(shù)完全相同），由光電瞄準系統(tǒng)（EOTS）和光電分布式孔徑傳感器系統(tǒng)（EODAS）兩部分組成。EODAS依靠安裝在機身特定部位的6個光電傳感器搜集360°范圍內(nèi)的各種信息，為飛行人員提供一個球形視野，實現(xiàn)了在雷達不開機的情況下對周圍戰(zhàn)場態(tài)勢的感知，可以對目標進行遠距離（大于1000 km）放大確認。由于EODAS探測精度目前還無法滿足對地攻擊要求，因此F-35在機頭下裝備EOTS專門負責對地攻擊，如圖3，EOTS設(shè)備艙由7塊表面鍍膜的藍寶石玻璃組成，用以散射雷達電波，減小對飛機RCS的影響，但這種結(jié)構(gòu)同時也產(chǎn)生了動態(tài)像差。EOTS是世界上首個也是唯一一個集第3代FLIR、IRST及激光指示、測距和激光點跟蹤功能于一身的高集成度、高效費比的傳感器系統(tǒng)［7-8］。

圖3 F-35戰(zhàn)機的EOTS設(shè)備艙

目前投入過實戰(zhàn)使用的具備轟炸作戰(zhàn)能力的隱形飛機只有美國著名的F-117戰(zhàn)斗轟炸機和B-2轟炸機。受研發(fā)時期技術(shù)水平限制，F(xiàn)-117和B-2均未采用分布式綜合光電系統(tǒng)。

F-117憑借其性能優(yōu)越轟炸光電瞄準系統(tǒng)，在海灣戰(zhàn)爭中承擔了盟軍攻擊總數(shù)的40%，為后續(xù)隱形飛機轟瞄準系統(tǒng)提供了重要的參考意義。F-117沒有機載雷達，在對地轟炸瞄準時，主要依靠安裝在飛機風擋玻璃之下的雙視場前視紅外（FLIR）探測器和前輪艙左側(cè)的可收放下視紅外（DLIR）探測器，F(xiàn)LIR負責遠距離搜索、捕獲目標，DLIR負責在接近目標時的具體瞄準，探測器轉(zhuǎn)臺操縱部件設(shè)在座艙左側(cè)的飛機油門上。

B-2和F-22一樣，主要是通過低截獲率的有源相控陣雷達對地面、海面目標進行探測，而未裝配光電瞄準系統(tǒng)，這種采用主動式信號進行目標信息捕獲的方式很有可能暴露自己的行蹤，為敵方提供捕獲途徑，尤其是被動探測雷達技術(shù)的快速發(fā)展（探測距離大于500 km）更是增大了其被捕獲幾率，在一定意義上限制了B-2的作戰(zhàn)使用。

3 轟炸光電瞄準系統(tǒng)發(fā)展趨勢

作為機載設(shè)備，轟炸光電瞄準系統(tǒng)的發(fā)展是在新一代飛機強調(diào)隱身性和信息戰(zhàn)能力的大背景下進行的，其發(fā)展趨勢是外形與載機共形、合并至分布式綜合光電系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為小體積、高分辨率、高運算速度。

3.1 小體積

為了最大限度減小對飛機RCS值的影響，轟炸光電瞄準系統(tǒng)必須盡可能減小體積，合并結(jié)構(gòu)以便于器件布置，紅外傳感器系統(tǒng)可以通過紅外焦平面陣列實現(xiàn)，這樣就能省去價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的穩(wěn)定與瞄準及光機掃描機構(gòu)。

F-35的EOTS傳感器是一個簡潔的單孔徑器件，本身體積較小，突出蒙皮較少，對飛機RCS影響也相對較小。相比之下，俄羅斯T-50采用的傳統(tǒng)鼓包形紅外搜索跟蹤系統(tǒng)勢必會增大飛機的RCS值，不利于隱身性，同時也增大了飛行阻力。

3.2 高分辨率

系統(tǒng)體積的縮小、偽裝技術(shù)的快速發(fā)展、轟炸高度及作戰(zhàn)距離的增大等都對系統(tǒng)光電探測設(shè)備的成像分辨率提出了更高的要求，目前提高光電探測設(shè)備分辨率的主要新技術(shù)如表2所示［9-10］。

表2 提高光電探測設(shè)備分辨率的主要新技術(shù)

3.3 高運算速度

轟炸光電瞄準系統(tǒng)需要快速準確地交換、處理海量數(shù)據(jù)：

（1）對目標進行全天候自動搜索、跟蹤、瞄準會產(chǎn)生大量需要實時處理的數(shù)據(jù)；

（2）需要實時獲取慣導(dǎo)、大氣機等機載設(shè)備信息，依據(jù)水平空投系統(tǒng)的瞄準原理，計算輸出飛控信息和投彈控制信息數(shù)據(jù)到載機自動駕駛儀；

（3）分布式綜合光電系統(tǒng)至少有四個紅外器件窗口，而每個紅外器件又都包含一個大面積紅外焦平面陣列，較傳統(tǒng)型光電瞄準吊艙產(chǎn)生約10倍以上數(shù)據(jù)，這也是分布式綜合光電系統(tǒng)實現(xiàn)的難點。

只有擁有高的運算速度才能縮短作戰(zhàn)時間，提高轟炸精度，提升打擊效率，有效完成預(yù)期功能。提高系統(tǒng)運算速度需從軟硬件兩方面入手。硬件方面，采用光纖為傳輸介質(zhì)，以GPU或CUDA圖像處理芯片進行高性能并行運算［10-11］，以綜合射頻傳感器系統(tǒng)作為載機核心處理系統(tǒng)，孔徑綜合，天線復(fù)合；軟件方面，優(yōu)化圖像融合、圖像去模糊技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理算法，在綜合射頻傳感器系統(tǒng)下進行軟件融合［12］。

4 結(jié)束語

光電瞄準系統(tǒng)由于其強大的信息捕獲能力，將取代傳統(tǒng)型的純光學(xué)瞄準系統(tǒng)，成為轟炸作戰(zhàn)的新型瞄準方式，未來無人轟炸的實現(xiàn)將更加依賴光電瞄準系統(tǒng)。

轟炸光電瞄準系統(tǒng)的獨特之處在于能夠控制常規(guī)武器的自動投放。對于非隱身轟炸機而言，直接應(yīng)用經(jīng)改進的戰(zhàn)斗機光電瞄準吊艙是理想的途徑，主要有兩種方式，一種是直接以吊艙的形式掛載到機翼下，另一種是將電子計算設(shè)備置入機身內(nèi)，將光電探測設(shè)備固定到機身下；隨著隱身飛機的發(fā)展，轟炸光電瞄準系統(tǒng)將與載機實現(xiàn)結(jié)構(gòu)共形，這驅(qū)使系統(tǒng)朝著體積小、分辨率高、運算速度快的方向發(fā)展，也使得系統(tǒng)性能的提高不僅依賴于光、機、電等領(lǐng)域的進步，還將更加依賴新工藝、新材料的發(fā)展。

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Status and development of bombing electro-optic targeting system

WANG Da-peng，F(xiàn)AN Hui-lin，HOU Man-yi，CHEN Dan-qiang，LIU Cheng-liang
（Campaign and Command Department of Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China）

The Electro-Optic Targeting System（EOTS）is replacing the traditional all-optical targeting system as the oncoming generation targeting system to meet all-weather fast and precise bombing.The applying status through its system composition，model and realization approach is presented，andmeanwhile the development trend of electro-optic bombing targeting system is analyzed（appearance blending into the aircraft，incorporated to Distributed Integrated Electro-Optic System）.The thesismay be helpfully to research new bombing electro-optic targeting system and consequently boost the bombing function.

bombing targeting；EOTS；DIEOS；development trend

TN216

A

10.3969／j.issn.1001-5078.2013.09.03

1001-5078（2013）09-977-05

王大鵬（1989-），男，在讀碩士生，主要從事制導(dǎo)武器的作戰(zhàn)使用與仿真研究。E-mail：ajwzajwz＠163.com

2013-02-28；

2013-03-15