海军机载光电装备的保障技术与发展分析*

石永山

(海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000)



海军机载光电装备的保障技术与发展分析*

石永山

(海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000)

光电装备主要包括光电侦察、光电干扰和光电防御,是用于对敌方光电设备及制导武器实施侦察、干扰、摧毁和致眩,保护己方人员安全和光电设备正常使用的光电设备和器材。论文阐述了光电装备、保障技术、发展动向、发展分析等。

光电装备; 保障技术

Class Number TN97

1 引言

光电装备作为海军机载装备中的较为复杂的部分,具有很高的精密性和维护复杂性,但由于光电装备大多数是为其它装备配套使用,属于分系统和部件,得不到各部门应有的重视,故虽然现在的维护性理论发展得很快,但光电装备的维护性水平却发展得很不平衡。

2 光电装备

光电装备主要包括光电侦察、光电干扰和光电防御,是用于对敌方光电设备及制导武器实施侦察、干扰、摧毁和致眩,保护己方人员安全和光电设备正常使用的光电设备和器材。

2.1 光电侦察

对敌方辐射或散射的光谱信号进行搜索、截获、测量、分析、识别以及对光电设备测向、定位,以获取敌方光电设备技术参数、功能、类型、位置、用途,并判明威胁程度等情报的一种电子对抗侦察。包括光电对抗情报侦察和光电对抗支援侦察。

1) 光电对抗情报侦察,指长期监测、截获、搜索敌方光电信号,经分析和处理,确定敌方光电设备的技术特征参、功能、位置,判别其类型、相关武器平台、变化规律及威胁程度等,为对敌斗争和光电对抗决策。

2) 光电对抗支援侦察指在作战准备和作战过程中,搜索、截获敌方光电辐射和散射信号,并实时分析,确定敌方光电设备的技术特征参数、功能、方向(或位置),判别相关武器平台及威胁程度等,为实施光电干扰、光电防御、反辐射摧毁和战术机动、规避等提供光电情报的光电对抗侦察。

2.2 光电干扰

光电干扰主要包括有源干扰与无源干扰、欺骗干扰。

1) 有源干扰与无源干扰。有源干扰指有意发射或转发某种类型的电磁波(或声波),对敌方电子系统(设备)进行压制或欺骗的一种电子干扰;无源干扰指利用散射(反射)或吸收电磁波(或声波)的器材,阻碍或削弱敌方电子设备正常使用的一种电子干扰。

2) 欺骗干扰指发射、转发、反射电磁波(或声波),使干扰信号与真实信号相似,以欺骗敌方电子设备或人员,造成敌方得出虚假信息以至产生错误判断和错误行动的一种电子干扰。例如,红外诱饵、红外干扰机、激光欺骗干扰、假目标、伪装都是欺骗干扰。

2.3 光电能量攻防装备

光电能量攻防装备是作战双方在光波段进行能量对抗所采用的武器装备。可分为强光武器系统与器材和强光防护措施。能量攻防是围绕打击能力和信息感知能力进行的,摧毁主要是削弱其攻击能力,致盲是破坏其信息感知能力,致眩是影响其信息感知的及时性。强光武器系统与器材指利用光能量对敌方武器系统进行攻击或干扰的武器系统或器材。强光防护措施是避免己方武器系统(主要指光电系统)和人员受到强光攻击所采取的措施。

3 光电装备的保障技术

光电装备是海军机载武器系统的重要配套设备,主要有光电跟踪仪(并通过它形成光电火控系统),其使用特点是把昼光电视摄像机、红外热像仪和激光测距仪一并组装在经双轴稳定的指向仪上。飞行员通过控制杆控制传感器和跟踪器、图像显示、弹道预测并控制对接的火控系统。机载光电装备具有独自的特点、具有很高的精密性和维修复杂性,其保障技术就显得越来越重要了。

3.1 光电装备的特点

1) 高效能。光电装备能执行早期警戒、自动搜索、探测浮雷、夜间导航等多项功能。另外,对目标的探测、跟踪和识别距离也有较大提高。整个系统,不仅抗干扰能力强,而且更加可靠耐用。

2) 轻型。小型光电瞄准设备的头部,重量较轻,外形多呈球状或锥状,可安装在飞机头或腹部。

3) 智能化。充分利用了计算机技术和网络技术使光电设备智能化。

3.2 存在的的问题

1) 光电装备的特殊性,光电装备大都是高精度、高密封性的装备。既要达到高精度、高密封性,又要有很好的维修性,确实是一件非常难的工作。

2) 我国的整体工业水平不高,各种零部件的加工精度也不是很高,这也为设计维修性增加了难度。

3) 执行的标准的操作性较差,现在关于维修性方面的标准,多是为其它专业的装备编制的,缺少一部专为光电装备的维修性的有较好操作性的标准。

4) 重视不够,由于光电装备大多数是为其它装备配套使用,属于分系统和部件,所以不论是军方还是工业部门,对光电装备的的维修性的重视程度是远远不够的,每次对维修性的指标的要求只是很模糊地提到要符合某标准,而并没有下达真正可行的要求,所以不论是在设计时还是在各种评审时,大家也都觉得不好操作或没有引起重视而作为一个问题提出来。

5) 基层缺少专责的技术维修人员,在维修体系的下层,要求维修人员对各种武器装备都要能进行维修,这样在新装备日益增多,结构日益复杂的形势下,维修人员是很难达到对各专业都精通,尤其是光电装备,其技术上的特殊性要求维修人员要有较高的专业技术水平才能胜任,培养一名光电装备的维修人员要比其它专业要难得多。

6) 维修设备、仪器跟不上装备的发展需要。新装备列装需要购置新的维修设备、仪器,特别是维修白光、微光、激光类装备。

3.3 解决方案

针对光电装备的设计和维护现状,提出相应的解决方案:

1) 虽然大多数光电装备对系统来说是一个分系统或部件,但它是有别于其它的分系统和部件的,由于它的价值大都比较高,如果以对其它分系统和部件的方法来待光电装备,必然要付出高昂的代价,况且还有一部分光电装备是独立的装备,所以有必要研究其维护性问题。

2) 针对设计生产时维护性理论应用不多的情况,应有一个机构来专门研究维护性理论在光电领域的应用问题,找出光电专业与其它专业的差距,应该在哪些方面进行改进等问题,并编制切实可行的标准来指导设计单位进行设计,同时,应在装备的合同条款中明确维修维护的要求。

3) 针对光电装备的维护工作现状,首先要改变观念,不论是白光、微光、激光装备,都是海军机载的重要装备,必须高质量高可靠性;其次要将技术人员请进来、送出去,培养一支能胜任现代光电装备维护任务的技术保障队伍。

4) 应针对列装的光电装备,采购相应的维护仪器设备,以备部队维护用,这些仪器设备可与装备一起采购,根据光电装备数量,按比例配给维护仪器设备。

4 光电装备的发展动向

1) BAE系统公司向英国皇家海军交付首套“山猫”直升机的光电头盔显示仪。美国海军技术网2010年11月22日报道:BAE系统公司向英国皇家海军交付第一套新型光电头盔瞄准系统,供“山猫”Mk8直升机使用。皇家海军“山猫”直升机能力项目经理证实已接收首套Q-Sight机枪手远距离瞄准系统。

Q-Sight头盔显示仪是一种低成本、轻型、夹持式系统,只需用一个小型驱动单元连接在直升机的主电源即可工作,也可以依靠电池组工作。系统采用了一种可快速连接/断开的猪尾式导线,不会影响乘员的紧急通过。皇家海军将在“山猫”直升机上使用该系统现有的热成像瞄准具以增强舱门处的机枪手的态势感知能力。

BAE系统公司早在2010年3月就交付了最初的Q-Sight系统供论证和训练。

2) Aurrion公司为美国国防高级研究计划局开发光电多元件/部件集成技术。美国《军事与航空航天电子学》2011年11月13日报道:2011年11月10日,美国Aurrion公司获得了美国国防高级研究计划局价值1390万美元的光电多元件/部件集成(E-PHI)项目合同,将为其开发军用微电子技术。这项技术可用于制造多种光电子微系统,如电信业使用的收发机、激光雷达传感器和激光通信上使用的相干光学系统、光学随机波形发生器、带有集成图像处理和读出电路的多波段成像仪等。

根据光电多元件/部件集成项目合同,Aurrion公司将开发新型技术和新型结构,以便能够在普通硅衬底上制造芯片级光电/混合信号集成电路。光电多相集成项目是国防高级研究计划局多种元件/部件集成(DAHI)大型计划的一部分,这项计划旨在为电子、光电和微机电系统等多种材料和器件领域开发可制造的器件级技术,在普通硅衬底上制造出复杂的结构。这些技术应当显著改善先进高带宽射频和混合信号芯片集成系统的光学陀螺、测向、光学通信和频率基准同步的性能。

根据光电多元件/部件集成项目项目,Aurrion公司的专家首先将开发制造和器件技术,在硅CMOS兼容衬底上集成多种不同的光学和光电材料;然后将研究多种材料以及电子和光电器件异质集成的结构和设计方法;最终将对连续波和脉冲激光光源、射频光电信号源等微系统进行演示。

3) 赛峰公司和泰利斯公司签署光电领域合作协议。法国《航宇防务》2011年12月21日报道:法国赛峰公司和泰利斯公司于12月20日签署了建立各自持有相同股份的光电系统与装备合资公司的谅解备忘录,法国国防部长隆盖出席了签字仪式。

通过这一合资公司,泰利斯和赛峰将联合各自在光电领域的专业能力,扩展其提供的产品和服务,以满足包括现代化项目和原始设备在内的新的防务系统需求。目前考虑中的新系统包括用于现代化的“大西洋-2”海上巡逻机的光电吊舱、用于即将到来的英法联合研制的中空长航时无人机的图像系统、用于陆军地面车辆的模块化光电系统,以及用于未来直升机的光电设备。

这两家公司的合作将采取成立合资公司的方式,该合资公司覆盖技术、商业和项目领域,而工业资产仍由两家母公司控制。

通过这项合作,泰利斯和赛峰以增强法国在红外探测器领域的国家技术基础为目标,其成本有效性是竞争力的关键。这两家公司还希望增强双方各持股40%的Sofradir公司,该公司的目的是为了满足双方的战略需求,并扩大其在国际开放市场上的存在,而且仍是确保其技术的经济生命力的关键。

赛峰和泰利斯最终将把双方各自正在开发的红外探测器技术转移到这一新的合资公司中。

泰利斯公司董事长兼首席执行官维涅隆赞扬这是一项双赢的合作,将为客户提供一流的技术,并提升双方在国际市场上的地位。赛峰公司董事长兼首席执行官赫特曼表示,这项合作将使双方避免重复投资,并能整合双方在光电领域的最佳技术,并促进双方团队的动态协作。

4) IAI公司推出MOSP3000多任务光电稳定系统。以色列航空航天工业公司网站2012年3月20日报道] 以色列航空航天工业公司(IAI)将为3家客户提供升级FLIR变焦多任务光电稳定有效载荷系统—MOSP 3000。合同总价值为2000万美元。

该系统于2012年3月20日至22日在无人机系统国际(AUVSI)协会展示。MOSP3000由IAI公司的Tamam部门开发,采用开放式结构设计,最多可容纳5个传感器。传感器包由一台昼夜彩色变焦摄像机,一台连续变焦热成像摄像机(640×480探测器格式),一个激光指针和一台护眼激光测距仪组成。MOSP3000也可安装激光指示器和激光测距取景器(LDRF)。所有配置含一个内置自动视频追踪系统(AVT)。此外,该系统采用先进的图像处理能力,加强了目标抓取范围。

MOSP3000是一种多传感器电光和红外(EO/IR)有效载荷系统。14英寸系统主要为无人机和航空器设计,15英寸系统则主要用于直升机、固定翼飞机、舰艇和需加强结构的地面应用。

IAI公司还介绍了新产品,一种轻型光电稳定有效载荷中的插头(MicroPOP)稳定有效载荷系统。新的MicroPOP系统包括基于大幅面探测器和一台连续光学变焦摄像机的新型热成像仪。此外还增加了自动视频追踪系统(AVT)以提高作战能力。

MicroPOP用于短距侦察,为小型无人飞行器(小型UAV)提供了先进的图像增强功能。它是一种陀螺稳定的单传感器有效载荷,可用于日间或夜间观察,并且操作简单,维护成本低。

5) 法国泰勒斯公司在光电与通信领域的新举措。法国《泰勒斯公司》网站2012年8月8日报道:法国泰勒斯公司将通过同欧洲防务企业建立新的合资企业并签订合作协议扩大其防务与安全产品范围。泰勒斯已同法国萨吉姆公司成立合资企业OPTROLEAD,双方将通过OPTROLEAD公司实现在光电系统领域的市场和技术的融合。这是泰勒斯为巩固并增强法国光电产业协同效应的重要举措。

泰勒斯公司表示,OPTROLEAD公司将负责未来光电系统的销售,特别在国防领域,将参与大型国防项目,包括法国海军“大西洋”2海上巡逻机的光电载荷的升级项目、英法对中空长航时无人机成像系统的联合制造以及陆军战车的模块化光电系统和未来直升机的光电产品研制。OPTROLEAD公司将有效地结合两家母公司的领先技术。

除此之外,泰勒斯正加强同美国思科公司在网络和通信创新领域的合作。包括以思科的技术为基础开发泰勒斯的解决方案,在移动和宽带无线网络开发防务与安全市场的机会。

6) 航空航天公司选择AVO光电公司半导体激光器。美国《军事与航空航天电子学》网站2012年1月4日报道:航空航天公司(Aerospace Corp)为其“立方体纳”(CubeSat)微型卫星选择了AVO光电公司的星载半导体激光照明光源。

AVO光电公司的半导体激光器在精密光学校准、焊接和环境密封等方面均有独特的功能。

按照CubeSat的坐标轴系统,对激光器的要求是能产生10瓦连续波束,波长为795nm。航空航天公司为美国空军和国家侦察办公室研究和发展中心(FFRDC)工作的资深科学家菲尔茨说:“我们选择AVO光电公司是因为他们有足够的经验提供具有成本效益的、可靠的、坚固的飞行硬件。

Cubesat是一种用于空间研究的微型卫星,体积通常只有1kg,重量不超过1.33kg,并使用商业现货(COTS)电子元件。

AVO光电公司的高功率激光光源工作效率为30%,可在多种照明周期下运行,其耐温、抗振和抗冲击等光电性能测试超过了规定的标准。

用先进组件,减少CubeSat航天器的尺寸和质量可降低发射成本。大型卫星一般需要5年～10年的设计、制造和发射周期,而Cubesat可在1年～2年内完成制造并发射。

7) 未来十年美军光电开支将达到135亿美元。美国军事与航空电子网站2014年2月10日报道:据国际预测公司分析,在未来十年,美军将斥资135亿美元用于光电系统和技术,将采购30万套光电系统。

国际预测公司在题为《陆基和海洋光电系统市场》的报告中指出,到2022年,美军将花费约135亿美元用于光电项目的研究、开发和制造。未来10年将生产29.6036万个光电系统,其中,2013～2017年期间将生产15.6561万个光电系统,2018～2022年期间将生产13.9475万个系统。

国际预测公司高级国防分析师表示,尽管伊拉克部队缩编和驻阿富汗部队的减少,在未来几年,对光电系统的高需求将只会略有下降。未来几年,雷声公司生产的VAS-5驾驶员用视觉增强器(DVE)的生产将持续稳定。此产品将在美军的其他服务中得到扩展应用,包括海军、海军陆战队、空军,以及特种作战司令部。

在美军对先进监视系统需求的推动下,夜视设备将得到大量需求。未来十年,PSQ-20增强型夜视护目镜(ENVG)的生产将相对稳定,2013年5月陆军为此系统授予主承包商Exelis价值4800万美元的合同。

截止到2018年,美军将在夜视设备上斥资11亿美元。同时,海基光电系统的发展重点将转向监督和定位小型海上威胁。例如,位于北安普顿的L-3 KEO公司于2013年8月获得了价值970万美元的合同,将升级和翻新MK46光学瞄准系统,以及MK20光电传感器组件和子组件。

5 光电装备的发展分析

海军光电装备的发展趋势:采用复合光学通道、选择先进的红外焦平面阵列探测器件、光电跟踪仪采用3μm～5μm中波段热像仪、采用目视安全激光测距仪。

1) 采用复合光学通道。对光电跟踪仪来说让电视、红外和激光三个探测器共用一个复合通道,即“三光合一”,而不是过去普遍采用的三个独立的光学通道。对红外搜索和跟踪系统来说,则是中红外波段探测器和长红外波段探测器共用一个通道,即“二光合一”通道,光学通道的减少势必导致重量和体积的减少。

2) 选择先进的红外焦平面阵列探测器件。采用红外焦平面阵列器件,为实施复合光学通道提供了可能性。

3) 光电跟踪仪采用3μm～5μm中波段热像仪。3μm～5μm热像仪,主要采用硅化铂探测器或锑化铟探测器,其特点是适合于在炎热和潮湿条件下使用,而且对高速反舰导弹的探测距离比8μm～12μm热像仪更远。

4) 采用目视安全激光测距仪。1.06μm的Nd∶YAG激光测距仪对人眼造成严重伤害。法国激光工业公司和瑞典爱立信公司已研制出工作波长为1.54μm的喇曼频移型Nd∶YAG目视安全激光测距仪,并已交付部队使用。目视安全激光测距仪投入使用是对沿用几十年的对人眼有损伤的激光测距仪的一次重大技术革命。

5) 采用模块化结构。模块化结构可根据需要灵活组装,如只采用红外探测器,可构成单一的红外瞄准具。也可加上电视,或再加上激光测距仪,从而可构成满足不同要求的“小光电”。

6) 智能化。采用最新型的智能型数字自动跟踪仪等。

6 结语

从设计和在海军的使用情况来看,机载光电装备的维护性从设计到运用都存在较大的问题,不仅与国外的运用水平有较大的差距,而且与国内其它专业的装备的运用水平也有较大的差距,只有通过采取切实有效的措施,更新观念,解决问题,才能将海军机载光电装备的维护性提高,同时要跟上国内外维护性发展的新动向,用新的理论来指导海军机载光电装备的维修维护的发展。

[1] 柳盛波,李清.着眼装备保障指挥特点,探索建立相对独立装备保障指挥体系[J].装备,2006(2):23-24.

[2] 郭建胜,冯继宁,刘雪峰.装备技术手册的数字化研究[J].装备指挥技术学院学报,2004,15(6):21-24.

[3] 李本威,苏珉,王国才,等.航空装备交互式综合维修信息集成系统设计和维修模式[J].海军航空工程学院学报,2005,20(4):421-424.

[4] BAE系统公司向英国皇家海军交付首套“山猫”直升机的光电头盔显示仪[N].每日防务快讯,2010-11-26.

[5] Aurrion公司为美国国防高级研究计划局开发光电多元件/部件集成技术[N].每日防务快讯,2011-11-17.

[6] 赛峰公司和泰利斯公司签署光电领域合作协议[N].每日防务快讯,2011-11-24.

[7] IAI公司推出MOSP3000多任务光电稳定系统[N].每日防务快讯,2012-03-23.

[8] 法国泰勒斯公司在光电与通信领域的新举措[N].每日防务快讯,2012-08-09.

[9] 航空航天公司选择AVO光电公司半导体激光器[N].每日防务快讯,2013-01-08.

[10] 未来十年美军光电开支将达到135亿美元[N].每日防务快讯,2014-02-20.

[11] 朱家元,张恒喜,杨云.交互式电子技术手册的研究与发展[J].航空维修与工程,2004(4):19-22.

Security Technology and Development Analysis of the Navy Airborne Photoelectric Equipment

SHI Yongshan

(Navy Faorce Representative Office in Jinzhou, Jinzhou 121000)

Photoelectric equipment mainly comprises a photoelectric reconnaissance, photoelectric jamming and photoelectric defense, and is used for the implementation of reconnaissance, jamming, destroy and dazzling on enemy photoelectric equipment and guided weapons, optoelectronic devices and equipment to protect allied personnel safety and the normal use of the photoelectric equipment. This paper expounds photoelectric equipment, security technology, development trends, development analysis.

photoelectric equipment, security technology

2014年10月7日,

2014年11月27日

石永山,男,高级工程师,研究方向:电子工程。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.003