現(xiàn)代戰(zhàn)爭應用的武器系統(tǒng)性能越來越先進，戰(zhàn)場環(huán)境越來越復雜，干擾和抗干擾、隱身和反隱身等將成為未來戰(zhàn)場環(huán)境的主要特征；未來，對敵方目標信息的獲得就變得越來越困難；如何在保持不被敵方探測到的同時還能探測到所有潛在威脅，成為我們研究的一個主要目標。高性能光電系統(tǒng)能夠通過它們的高信息量、實時特征和機動性，提供關于敵方目標的幾乎所有數(shù)據(jù)，即具有提供重要的態(tài)勢感知、監(jiān)視、瞄準和搜跟能力。

作為 “軍隊的眼睛”的光電系統(tǒng)，不但要求它能保護人員和設備，監(jiān)視甚至能毀傷敵人，因此是至關重要的需求。研發(fā)具有辨認、跟蹤和瞄準敵人的新方法，將老系統(tǒng)用新能力升級，使光電系統(tǒng)變得更加精準、輕便小巧、可靠具有十分重要的意義。

光電設備廣泛應用于：各種飛行器（飛機、直升機、無人機等）、艦艇、車輛等平臺，用來執(zhí)行各種類型偵察、目標捕獲、跟蹤、測距、導航、激光制導武器提供目標指示、紅外搜索與跟蹤以及各種光電對抗等任務。以下針對未來高性能光電設備的技術發(fā)展趨勢做簡要介紹。

1 目前國外典型的高性能光電設備

1.1 高能激光武器

激光武器主要指高功率強激光武器，它是一種利用激光束摧毀飛機、導彈、衛(wèi)星等目標或使其失效的定向武器，是一種新概念武器；可用于多種軍事任務，如重要固定目標保護、地面機動部隊、艦船和飛機的保護，以及對有人機和無人機的精確打擊。

隨著全球新的非對稱威脅（例如無人機技術的擴散、彈道導彈系統(tǒng)和小船對美國和盟軍船只的威脅）不斷增加，部隊應對這些威脅時，激光武器提供了一種摧毀目標的替代方案，可連續(xù)快速發(fā)射、減小成本并提升精度。舉例來說，激光武器的一個主要優(yōu)點是它能夠在不引發(fā)爆炸的條件下，熔化或燒毀來襲導彈或其他敵方目標，這一優(yōu)點目前特別適用于將***從普通平民中清除出去而不傷害無辜平民，不引發(fā)爆炸的精確打擊是一項非常有用的戰(zhàn)術選擇。另一個優(yōu)勢是大大擴展了飛機的攻擊次數(shù)。一架飛機只能攜帶六到七枚導彈，而定向能武器系統(tǒng)只需要消耗一加侖航空燃料，就能進行幾千次射擊。

激光武器系統(tǒng)比常規(guī)彈藥具有更大優(yōu)勢。首先，激光以光速射擊，敵方目標難以躲避。激光發(fā)射時保持靜默，肉眼看不見，使武器系統(tǒng)的操作者在作戰(zhàn)過程中能夠很好地隱藏自己。其次，盡管開發(fā)定向能武器的成本較高，但一旦開發(fā)成功，單次射擊的成本將降低為武器產(chǎn)生的能量的成本。再次，這一武器能夠簡化物流鏈，船舶可在海上停留更長時間，并且降低了地面部隊進行地面和空中補給操作的頻率。從長遠來看，這也意味著遠征部隊的成本降低，因為降低了存儲和維護重型危險爆炸物的需求。

隨著高功率固體激光器技術的突破和激光功率輸出的提高，特別是目前出現(xiàn)了光纖激光器，高能激光武器系統(tǒng)裝備進程明顯加快，世界各國的陸、海、空等多平臺激光武器系統(tǒng)的研發(fā)明顯加快，可以預見在不久的將來，激光武器系統(tǒng)將步入戰(zhàn)場，成為未來戰(zhàn)場的新寵和“游戲改變著”。

美國海軍“水面艦激光武器系統(tǒng)”項目，研發(fā)高能激光及集成光學炫目監(jiān)視系統(tǒng)，研發(fā)的“激光武器系統(tǒng) LaWs SEQ-3” 樣機已于2014年安裝在龐塞號兩棲艦上，成功測試了其應對一系列小船和無人機的能力；并計劃于2018年晚些時候安裝到“圣安東尼奧”級“波特蘭”號兩棲艦。

圖1 水面艦載激光武器系統(tǒng)

美國空軍正在研發(fā)用于飛機的激光武器的大功率光纖合束激光器、合束和放大的技術，研究重點為相干或光譜合束架構；以支持對尺寸、重量和功率（SWaP）有嚴格要求的未來戰(zhàn)斗機。通過激光器的進一步小型化后，使其可安裝到F-15、F-16、復仇者無人機及F-35等噴氣式飛機上。

圖2 機載近程激光武器系統(tǒng)（ATL）

美國陸軍利用2KW車載激光武器系統(tǒng)成功摧毀23個無人機中的21個；利用30kw的“雅典娜”地面機動式光纖激光武器系統(tǒng)擊落5架無人機，未來將以應對無人機、火箭炮、迫擊炮以及巡航導彈等目標。

圖3 車載激光武器系統(tǒng)

歐洲導彈集團公司的40kw地面防空激光武器系統(tǒng)，激光源采用幾何合成多個10kw的單模激光器。見圖；

圖4 歐洲導彈集團(MBDA)正在研制的40kw地面防空激光武器系統(tǒng)

德國的天空衛(wèi)士先進激光武器，功率50kw，見圖；

圖5 萊茵金屬公司的“天空衛(wèi)士”激光武器系

以色列鐵束（ironbeam）激光武器系統(tǒng)，能夠在4s-5s鐘之內(nèi)摧毀機載目標。見圖；

圖6 “鐵束Iron Beam”激光武器系統(tǒng)

1.2 新型紅外對抗系統(tǒng)

現(xiàn)代紅外便攜式防控系統(tǒng)性能越來越先進，其對直升機、戰(zhàn)斗機、裝加車輛及人員威脅的增大，研制新型紅外對抗系統(tǒng)成為現(xiàn)實需要。

1.2.1 定向紅外對抗ADIRCM系統(tǒng)

ADIRCM系統(tǒng)是為美陸軍與海軍研發(fā)的新型通用紅外對抗和攻擊紅外對抗系統(tǒng)，已海軍陸戰(zhàn)隊的AH-1Z和UH-1Y以及海軍的NH-60上。

圖7 定向紅外對抗ADIRCM組件

激光基紅外對抗系統(tǒng)是發(fā)展方向，具有多功能能力（如導彈探測、導彈擊毀、敵方火力探測和態(tài)勢感知）。

1.2.2 AAR-57 CMWS：AAR-57全套設備包括一個電子控制單元和外加4到6個光電導彈傳感器（EOMS），主要對紅外制導導彈造成的威脅進行告警。

圖8 機載紅外制導導彈威脅告警系統(tǒng)

1.2.3 AAQ-24 DIRCM是諾斯羅普·格魯曼公司制造，它是一個集成導彈告警和定向紅外對抗系統(tǒng)。

圖9 AAQ-24 DIRCM 模塊

1.2.4大飛機紅外對抗（LAIRCM）：是基于激光的紅外對抗系統(tǒng)，用于防止精確熱尋的導彈對軍用飛機的威脅。LAIRCM能自動探測導彈發(fā)射，確定它是否是威脅，能啟動高光強激光基對抗系統(tǒng)跟蹤，并將高光強激光能聚焦到來襲導彈的紅外導引頭上，致盲導彈并迫使它偏離目標。

圖10 LAIRCM模塊

圖11 大飛機上紅外對抗LAIRCM模塊

1.3 多頻譜探測系統(tǒng)

1.3.1 紅外搜索與跟蹤/前視紅外雙工作模式的被動式紅外機載跟蹤系統(tǒng)；

歐洲的海盜系統(tǒng)：兼具紅外搜索與跟蹤/前視紅外功能，號稱是西方國家有史以來最精良的系統(tǒng)，安裝在陣風式戰(zhàn)斗機上，可探測全視野70到90公里外的紅外目標；傳感器使用兩組工作頻段：7.5到10微米，其對迎面目標有最佳表現(xiàn)；和3到5微米，用于目標的搜索、識別和跟蹤模式；前視紅外工作模式則提供紅外顯示影像。

1.3.2 F-35 EOTS光電瞄準系統(tǒng)

F-35 EOTS是世界上首個結合了前視紅外與紅外搜索跟蹤功能的傳感器，由洛馬公司導彈與火控部研制，為F-35戰(zhàn)機飛行員提供了精確的空空與空地瞄準能力。EOTS能幫助機組人員辨認關注區(qū)域、執(zhí)行偵察以及精確發(fā)射激光與GPS制導武器。

系統(tǒng)由前視紅外系統(tǒng)（640x512元銻化銦凝視探測器）、晝用電視攝像機、激光測距指示器、點跟蹤器等組成，使用最新的傳感器技術，搭配具有聚焦平面陣列的第三代insb紅外探測器、目標識別激光、以及日間電視攝像機，EOTS組成圖；

圖12 EOTS組成圖

結構特點：EOTS采用7片藍寶石玻璃拼接而成的單口徑共光路形式，以散射雷達信號，減小對飛機的RCS的影響；具有被動式探測能力，利用激光對目標進行識別和探測，能夠為地面和海上目標晝夜24小時精確打擊提供瞄準，即可以在雷達靜默下完成對目標甚至是隱身目標的搜索和探測，以便最大限度的隱蔽自己；與頭盔顯示器結合可以把探測信息投影到頭盔上；EOTS安裝在機頭的下方，具有有限的對空探測能力，可以提供遠距離、高精確的識別、探測。

圖13 F-35戰(zhàn)機上的EOTS光電瞄準系統(tǒng)

1.3.3 AN/AAQ-37分布孔徑系統(tǒng)，是一種被動式探測系統(tǒng)，安裝在F-35上，機身周圍6處不同位置上各安裝一個紅外傳感器，對機身周圍進行成像，使用先進的信號處理算法，對全機360度范圍內(nèi)來襲的導彈或逼近的飛機進行紅外探測跟蹤，并將探測畫面顯示于飛行員頭盔顯示器上，故其可讓飛行員具有全空域態(tài)勢感知外，也能提供導航、導彈告警、以及紅外搜索與跟蹤功能。見下圖

圖14 AN/AAQ-37攝像組件及分布孔徑系統(tǒng)

1.3.4美國海軍機載平臺配裝 “雷聲”公司生產(chǎn)的 “光電多光譜瞄準系統(tǒng)（MTS）” 系列產(chǎn)品, MTS配有光電紅外全動態(tài)視頻攝像機系統(tǒng)，可以進行遠程監(jiān)視、高空目標捕獲、跟蹤及激光指示、激光測距；這些系統(tǒng)為有人和無人機在晝夜操作中提供情報、監(jiān)視與偵察（ISR），以及探測、識別和瞄準性能，同時，可為精確制導導彈提供監(jiān)視、目標捕獲、跟蹤，測距和激光指；另外，其有很好的兼容性，傳感器可以與多波長傳感器、近紅外彩色電視攝像機、照明器、人眼安全測距儀、圖像融合、光斑跟蹤器和其他航電設備配套。

圖15 光電多光譜瞄準系統(tǒng)（MTS）

1.3.5“狙擊手”先進瞄準吊艙Sniper ATP

Sniper ATP是洛克希德。馬丁公司設計、開發(fā)并制造。系統(tǒng)集成了高分辨率中波第三代前視紅外、雙波段激光器、CCD電視攝像機、激光光斑跟蹤儀和激光指示器等探測器，極大的改進了目標探測、識別能力；具有探測距離遠、探測精度高、可提供高分辨率的目標圖像，同時還具有夜間作戰(zhàn)的低海拔導航能力和紅外瞄準能力；激光光斑跟蹤儀還可以利用另一家飛機的激光器進行瞄準，并投放精確炸彈；吊艙加裝有數(shù)據(jù)鏈，具有很強的信息傳輸能力，可以將圖像等信息通過數(shù)據(jù)鏈傳給地面部隊，為其提供戰(zhàn)場環(huán)境信息。內(nèi)置有自動檢測功能和診斷能力，便于維護，可以使維護人員在20 分鐘內(nèi)完成獨立部件的替換工作。

設計特點：

a采用了光學系統(tǒng)共孔徑設計方案，所有傳感器共用一個孔徑，有效減小了體積；

b.光學系統(tǒng)采用獨特的楔形設計，避免了球形頭部和空腔因氣流誘導而產(chǎn)生振動的可能（特別是在高超音速轉臺下）。

圖16 裝在B-1B機身上的AAQ-33“狙擊手”吊艙

1.3.6Epsilon 175光電傳感器

Epsilon 175是Octopus ISR 系統(tǒng)公司開發(fā)的小型陀螺穩(wěn)定電光傳感器，見下圖

圖17 Epsilon 175

物理配置：

外形尺寸和重量： 重5.7磅（約2.585千克），尺寸6.8×8.1英寸（172.72mm x 205.74mm）。

傳感器配置：

它包含4個傳感器，即30倍光學變焦電光（EO）傳感器、15倍光學變焦中波紅外傳感器、激光測距儀和激光照明器；其中紅外傳感器采用3至5微米的冷卻凝視陣列，具有18~ 275毫米的15倍變焦鏡頭、24.5×1.5度的垂直視野、640×512像素的分辨率，并以每秒30幀的速度運行。

萬向節(jié)穩(wěn)定平臺：

無人機傳感器有效載荷能在-40 ~ 50攝氏度溫度范圍內(nèi)工作；提供360度連續(xù)旋轉，-90 ~ 30度升降；轉換速率每秒120度，功率通常采用35瓦。

技術特點：無人機用電光傳感器Epsilon 175減少了傳感器有效載荷的重量，提高了無人機耐久性，因而支持更長久的任務或者具有更多空間容量的其它設備。

應用：，可用于邊境管制、軍事目的和各種民用應用，因而它是一種理想選擇。

1.3.7 更加智能先進的態(tài)勢感知及探測系統(tǒng)

美國陸軍的新一代坦克將提供改進的360度態(tài)勢感知和敵方炮火探測工具，如：紅外和可見光混合相機；既可以定位車輛周圍情況，也可以提供所需的高分辨率圖像；另外，還將擁有先進的敵方炮火探測系統(tǒng)，目前正在研發(fā)中的多功能非制冷傳感器，減小噪聲，生成高質(zhì)量的圖像。通過不同的先進算法來提高探測能力，提高探測概率而使虛警率降到很低。也將具有一定程度的自主性或智能性。雖然它還達不到自動駕駛的程度，但將足夠智能以幫助駕駛員執(zhí)行任務。

圖18 新一代坦克用的360度態(tài)勢感知和敵方炮火探測系統(tǒng)

2 主要技術性能指標

2.1高能激光武器系統(tǒng)主要技術

a．綜合控制系統(tǒng)：精、粗復合控制；

b．千瓦至兆瓦功率級高能激光器（HEL）：2kW- >1MW；

c．快速精確指向/跟：快速轉向反射鏡（適用激光能量密度> 20kW/cm2），小運動范圍（± 8 mrad）內(nèi)實現(xiàn)動態(tài)高頻（> 750 Hz）、高精度控制；

d．穩(wěn)定、低抖動跟蹤：萬向架穩(wěn)定及跟蹤控制；

e．高能激光光學系統(tǒng)：擴束望遠系統(tǒng)(軸上反射式、離軸反射式，折射式)；

f．光束穩(wěn)定：穩(wěn)固的光學系統(tǒng)(在10g沖擊下光軸保持在多個戰(zhàn)術平臺上)；

g．傳感器集成：多波段光路集成；

h．抗電磁干擾/射頻干擾：符合相關標準；

2.2 隱身設計

從氣動效率、平臺整體一致性和降低可探測性方面考慮，由于產(chǎn)品的安裝平臺的外形正在變得更加復雜（包括隱身飛機、隱身艦艇等），為避免探測，高性能光電設備應具有對雷達隱身特性的窗口和保形結構設計，提高產(chǎn)品的適應性和使用效能。如F-35上內(nèi)置光電系統(tǒng)。內(nèi)置光電單元已成為大多數(shù)下一代戰(zhàn)斗機和隱形飛機的默認要求。

2.3 傳感器融合技術

鑒于未來的威脅具有種類更加多樣、速度更快和抗干擾能力更強的特點，光電產(chǎn)品朝雙/多光譜的方向發(fā)展；隨傳感器技術（如紅外焦平面陣列技術）以及信息處理軟硬件技術水平(具體體現(xiàn)在速度和容量兩個方面)的不斷提高，以及先進算法、人工智能技術的不斷進步，通過融合可見光、紅外、多光譜和高光譜傳感器等光電技術來提高監(jiān)視雷達的有效性；即通過改進雷達信號處理，并將其它傳感器與雷達融合，打破目標識別模糊不清的局面并提高目標遠程識別的能力，對平臺和作戰(zhàn)人員提供全方位的“隨時隨地”監(jiān)視、偵察、精確瞄準和電子戰(zhàn)的能力。

2.4 瞄準線高精度穩(wěn)定技術

采用精-粗二級穩(wěn)定技術，即平臺實現(xiàn)粗級穩(wěn)定，快反鏡實現(xiàn)精級穩(wěn)定，即粗級的殘余誤差作為精級快反鏡的輸入，實現(xiàn)瞄準線的精穩(wěn)，穩(wěn)定精度可達到幾個微弧。

圖19 精級穩(wěn)定的快反鏡組件

2.5 寬光譜共光路技術

可見光、近紅外、中波紅外等采用共光路技術和自動校軸技術，保證系統(tǒng)光軸的穩(wěn)定性和制導精度。

圖20多光譜共光路系統(tǒng)

2.6 多功能光學傳感器（MOS）

高靈敏度焦平面陣列和近/中/長波紅外波段的緊湊型多頻激光系統(tǒng)技術,實現(xiàn)多光譜感知及探測系統(tǒng)。

2.7 通用性

隨著向通用性和簡化后勤備件需求方向發(fā)展，陸?？栈怆娫O備的可更換性也正在成為軍隊采購這類系統(tǒng)的關鍵要求。

2.8 高可靠性及物理特性

光電設備發(fā)展的主要目標永遠都是持續(xù)減少尺寸和縮小體積、延長壽命、提高可靠性、降低功耗和成本。