轰炸机光电探测系统发展研究

黄辰旭 王少白

（中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，河南 洛阳 471000）

0 引言

轰炸机平台作为“核常兼备”的中远程打击平台，可对敌大纵深目标实施精确打击和火力覆盖。轰炸机要具备生存能力高、作战半径大、远程精确打击、网络化协同作战和独立作战能力。光电探测系统具有被动隐蔽成像的能力，为远距离目标精确探测识别定位、大范围态势感知、夜视夜战、反隐身探测、协同作战和毁伤效果评估等提供有力支撑，通过激光测距和指示，可提供高精度目标瞄准、定位等功能，支持轰炸机的远距离高精确打击，是名副其实的战斗效能“倍增器”［1-2］。

1 光电探测系统基本原理

光电探测系统以可见光-近红外光、短波-中波-长波红外光、紫外光等光波谱为信息载体，利用光辐射和物质相互作用时产生的光电效应和光热效应，对目标形状、位置、速度、光谱特性等参量进行测量。

红外光电系统主要感应目标的红外辐射特性，与目标的温度及材料有关，对战场上典型军事目标，如飞机、舰船、装甲车、导弹等高温目标及地下掩体等潜在目标具备良好的探测和分辨能力［3］。相较于雷达系统，光电探测系统具有被动探测能力，即在工作时易于隐蔽；具有强抗电磁干扰能力，可在复杂电磁干扰环境中正常工作；系统的角分辨率、探测精度均优于雷达，实时性好；可独立引导武器完成闭环打击，是机载平台传感器系统的重要组成部分，与雷达系统形成并行的OODA环［4-5］。

2 国内外典型轰炸机光电系统

轰炸机具备航程远、载弹量大、突防能力强等特点［6］。目前，美国B-52H、B-1B、B-2A 三型轰炸机并存，且不断进行升级改造。F-117 隐身轰炸机设计于20世纪70年代，于2008年退役。最新B-21隐身轰炸机已于2022 年12 月2 日亮相。俄罗斯图-95、图-22、图-160 三型轰炸机并存，下一代轰炸机PAK-DA正在研制中。

光电探测系统作为轰炸机传感器系统的重要组成部分，可实现目标探测、识别、跟踪及武器引导等功能。随着点穴式精确打击任务的增多，光电探测系统正向探测距离更远、探测精度更高的方向发展。

2.1 F-117轰炸机IRADS光电系统

F-117 轰炸机是一款具备隐身能力的战斗轰炸机，主要对地攻击武器为激光制导炸弹、小牛空对地导弹和联合直接攻击弹药。F-117 轰炸机未安装雷达系统，仅装备IRADS 作为主传感器，包含FLIR、DLIR 这两个组件，如图1 所示。传感器包括红外热像仪和激光照射器，可引导激光制导武器对目标进行精确攻击，命中精度较高。红外热像仪采用中波焦平面阵列，基于隐身考虑，光学玻璃材料采用的是砷化镓+镀制金属的网栅，如图2所示。

图1 F-117轰炸机IRADS光电系统

图2 砷化镓导电平面光窗+金属丝网

2.2 B-1B轰炸机Sniper狙击手光电瞄准吊舱

B-1B 轰炸机主要执行战略突防轰炸、常规轰炸的海上巡逻等任务，对地武器包括小直径炸弹（SDB）、联合直接攻击武器(JDAM)、激光制导炸弹、联合防区外空地导弹、风修正子母炸弹和巡航导弹。B-1B 轰炸机装备的Sniper 光电瞄准吊舱是由洛克希德•马丁公司研制的，是美国空军目前唯一装备在对地攻击战斗机和轰炸机上的瞄准吊舱，如图3 所示，可装备在B-52 轰炸机和F-15、F-16、F/A-18战斗机等机型上［7-8］。

图3 B-1B轰炸机与Sniper光电瞄准吊舱

Sniper 光电瞄准吊舱头部采用4 块蓝宝石楔形拼接光窗设计，有利于前向隐身和气动整流，吊舱内部采用多光路共孔径设计，其集成了高分辨率中波红外、电视、激光测/照器、激光光斑跟踪器和激光指示器，口径为127 mm，红外工作波段为3～5 μm，使用640×512面阵探测器、宽视场为3.6°×3.6°，窄视场为1.0°×1.0°。

Sniper 光电瞄准吊舱可全天候对地面目标进行精确探测、识别、定位，可引导激光制导炸弹对地面目标实施精确打击，具备独立打击地面移动目标的能力。

为进一步提升探测及侦察能力，美国在2014年完成SniperATP-SE 吊舱的研制，如图4 所示，设计参数见表1。该吊舱是国外先进瞄准吊舱代表中重量和体积最小的一款多功能型吊舱，可实现对防区外目标的精确打击，增强型目标识别、海上跟踪及NTISR（非传统情报、监视和侦察）、近距空中支援等功能，并能提供双向通信。

表1 SniperATP-SE吊舱设计参数

图4 SniperATP-SE吊舱

2.3 B-52轰炸机Litening吊舱

B-52 轰炸机是美国目前轰炸机主力，主要执行常规战术轰炸和远程战略轰炸任务。B-52 轰炸机挂载的Litening 吊舱是一个高精度红外激光瞄准和导航系统，该系统把瞄准和导航能力集成在一个吊舱里，可实现远程探测、精确打击、情报搜集、侦察监视、毁伤效果评估、辅助导航、空地协同等功能，可在昼夜对目标进行精确打击，如图5、图6 所示。

图5 B-52轰炸机及Litening吊舱

图6 Litening吊舱

Litening 吊舱集成3～5 μm FPA、电视及激光传感器，具有激光制导炸弹引导能力，相关设计参数见表2。红外有3 个视场（FOV），宽视场（23°×23°）用于导航、中视场（3.8°×3.8°）用于远距目标探测和跟踪、窄视场（1.5°×1.5°）用于识别，电视主要用于照度良好时对目标进行高精度探测和识别。

表2 Litening吊舱设计参数

为持续提升作战能力，Litening 吊舱的改进型号有LiteningⅡ、Litening Ⅲ、Litening ER、Litening G4 和Litening 5。其中，Litening 5 瞄准吊舱采用大口径与高缩放比的新型光学系统，中波红外探测器为1 280×1 024，增加1.5 μm 的短波红外传感器，具有0.3°的视场角，能实现高分辨率清晰成像，可探测和跟踪60 km 外的车辆目标。Litening 5 瞄准吊舱具有激光光斑跟踪、激光指示、动态校靶、红外大视场导航和时数据链传输功能，采用新型自动移动目标识别算法，提升了目标识别与跟踪的能力。采用OpenPod（TM）开放式架构设计，同时具备瞄准吊舱和IRST 功能，能提供更高的探测精度和定位精度，可辅助飞行员识别目标。

2.4 俄罗斯轰炸机光学投弹瞄准具

图-160 轰炸机是俄罗斯现役最先进的战略轰炸机，装备的武器有近距攻击导弹、巡航导弹、自由落体炸弹［9］，如图7所示。

图7 图-160轰炸机

图-160 飞机装备OPB-15T 光电投弹瞄准器，如图8 所示，采用前视可见光系统，可在光学能见度弱和雾霾条件下对静止和移动目标进行水平轰炸、布雷和投掷鱼类，辅助飞行员完成常规自由落体炸弹的瞄准，提高投弹准确性，具备与机载雷达交联的能力，能半自动跟踪目标。

图8 OPB-15T光电投弹瞄准器

图-95轰炸机装备光学瞄准具OПБ-11P和“卡里”式电视侦察设备，与OPB-15T 光电投弹瞄准器功能类似，可辅助完成投弹。图-95 轰炸机如图9所示。

图9 图-95轰炸机

2.5 轰-6K轰炸机光电转塔

中国现役轰炸机为轰-6K，包含一系列改型，可执行战术战略轰炸、侦察、反舰、巡逻监视等任务，是中国战略轰炸力量的核心。轰-6K 轰炸机在机头下方安装了光电转塔，如图10所示。

图10 轰-6K挂载光电转塔

该光电转塔集成了红外、可见光、激光测距/照射系统，具有在昼夜环境下对地/海面目标持续探测、跟踪、监视的能力，可引导精确制导炸弹对目标进行高精度打击，也可为普通炸弹投放，提供火控解算，同时辅助提供空中目标态势感知、辅助导航能力。

在空军取得制空权的情况下，轰-6K 利用夜晚及恶劣气候条件作为掩护进入战场，利用光电转塔对地面目标进行探测，可以进行地毯式轰炸，或利用精确制导炸弹对目标进行外科手术式打击。

3 轰炸机光电探测系统发展趋势

3.1 国内外轰炸机光电探测系统性能对比

通过对中美俄三国典型轰炸机的光电探测系统进行分析，可以看出，美国轰炸机的光电系统发展较早，在轰炸机传感器中的技术发展水平较高，综合化程度和多波段融合探测能力较强。中国轰炸机光电探测系统采用转塔构型，也集成多波段传感器，实现态势感知和目标引导攻击能力，可全天时使用。俄罗斯轰炸机功能较为简单，主要用于自由落体武器的瞄准，集成度较低，夜间无法使用。

作为轰炸机平台的重要组成部分，光电探测系统在满足目标精确探测打击、战场态势感知、传统/非传统情报监视侦察等方面将发挥着重要作用，是各国战机技术发展的重要方向［10］。

3.2 轰炸机光电探测系统发展趋势

随着各大国天基、空基、地基等多层次立体防空体系的完善，远程轰炸机面临的威胁也越来越大。光电探测设备具有被动探测隐蔽性好、抗电磁干扰能力强等优势，在高烈度的拒止环境中，光电探测系统对轰炸机的作战效能提升的作用将越来越明显。

根据国内外轰炸机光电探测系统发展情况，其技术发展现状及趋势如下。

3.2.1 高灵敏度、高动态多传感器融合探测。随着红外探测器件的发展，光电探测系统向更大面阵（1 000×1 000、2 000×2 000、4 000×4 000）、更小像元（8 μm、10 μm）、超高分辨率、更高灵敏度、双/多色宽光谱方向发展，其智能化、集成度也越来越高。新一代轰炸机光电探测系统集成了红外、短波、电视和激光等多波段传感器，由于目标在不同谱波段表现的反射或辐射特性信息有较大差异，多谱段成像系统可综合利用不同谱段的图像信息，发挥各谱段的探测优势，从而极大提升目标的探测距离和识别概率，在强对抗或拒止空中作战中能更好地打击大量移动和固定/深埋目标。此外，与异源传感器（如合成孔径雷达）的综合探测功能相结合，可充分发挥光电及合成孔径雷达的成像优势，提升平台在复杂环境中的作战能力，克服传统光电载荷在复杂气象条件中使用受限的弊端，实现对地探测载荷从全天时到全天候的作战能力提升。

3.2.2 开放式架构、模块化设计。采用开放性系统架构，便于轰炸机光电探测系统支持多种作战任务及升级和增加新的功能。同时，采用模块化设计的光电探测系统具备优越的可靠性、测试性、维修性，可保证在外场快速拆装维修。

3.2.3 协同作战能力。轰炸机光电探测系统具备多种传感器，将光斑跟踪器、激光指示器、图传数据链等功能进行整合，使得光电探测系统空地协同能力得到显著加强。同时，可在双机/多机间，利用光电探测系统进行协同探测定位。光电探测系统也可和雷达协同工作，从而保证轰炸机突防和打击性能，提升战场决策效率。

3.2.4 大范围态势感知能力。利用光电探测设备具备被动探测隐蔽性好、抗电磁干扰能力强等优势及覆盖范围广、探测距离远的特点，可增强大范围态势感知能力，实现先敌发现、先敌攻击，保障在轰炸机的突防安全。

4 结语

轰炸机光电探测系统的集成度越来越高，正朝着多波段融合探测、大范围态势感知、开放式架构和协同作战方向发展，通过红外/可见光等多波段成像探测，可独立实现目标远距离探测、识别、大范围态势感知及协同作战等功效，进一步保证飞机在高烈度复杂战场环境中的作战能力。光电探测设备可形成与射频并行的OODA环，构建探测、识别、打击、评估全光作战链路，大幅提升飞机平台的综合作战效能，充当隐蔽突防中的“盾”、精确打击中的“矛”，对轰炸机实现隐蔽突防、精确打击具有重要意义。