偵察機的法寶

羅　杰

第一次世界大戰(zhàn)中，飛機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，讓敵方的軍隊盡收眼底。那時，飛行員的眼睛和機載照相機成了偵察機的主要武器。飛行員用肉眼判斷，并用相機將有價值的目標拍攝下來，再返回營地沖洗膠卷。這樣的方式雖然看似原始和低效，但膠卷相機性能穩(wěn)定，一直都在延續(xù)使用。自上世紀六七十年代以后，隨著科技的不斷進步，偵察機的法寶也不斷更新升級?，F(xiàn)代偵察機的機載設(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。而偵察機起到的作用也遠非當(dāng)年的“飛機+相機+人眼”能比。高效的偵察系統(tǒng)不僅可以在短時間內(nèi)同時發(fā)現(xiàn)并跟蹤多個目標，而且還可以通過偵察機功能強大的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)向各級指揮官提供實時的偵察情報信息，為各級指揮員的決策奠定信息基礎(chǔ)，從而大幅提升整個航空武器裝備系統(tǒng)的體系感知能力、精確遠程打擊能力、抗毀突防能力和生存能力。

機載偵察系統(tǒng)

偵察就要首先搞清楚目標的一些特征。偵察系統(tǒng)利用目標反射、散射或者輻射出的電磁、光、熱、聲等能量信號，獲取目標特征信息，測定目標位置和運動參數(shù)，判斷目標的屬性和類別等，從而形成一幅完整的戰(zhàn)場態(tài)勢圖。機載偵察系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從早期簡單的晝間偵察到今天的全天候、全天時、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、信號情報傳感器和機載監(jiān)視與偵察雷達等。

光電傳感器

20世紀60年代以前，機載偵察系統(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陽光、月光的反射差異來探測和發(fā)現(xiàn)目標。文章開頭提到的膠卷式照相機算是最早裝備的一種機載可見光傳感器了。后來又相繼出現(xiàn)了光電推掃式掃描相機、光電全景掃描相機和光電分幅式相機等光學(xué)照相機。其中，光電分幅式相機拍攝圖像質(zhì)量很高，而且在機內(nèi)還可加裝紅外傳感器使工作范圍由可見光擴展到紅外線，并具有立體成像的能力。較典型的如美國的CA-260、CA-26 1、CA-265和CA-270等設(shè)備。此外，電視攝像機是除航空相機外使用比較廣泛的另一種機載光電傳感器。隨著電子元器件水平的不斷提高，現(xiàn)在的機載攝像機不但體積小、重量輕、功耗低、靈敏度高而且還耐抗沖擊和震動。

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)出的紅外輻射信號進行探測和監(jiān)視。此外，紅外傳感器具有空間分辨率高、探測和識別距離遠等特點。目前，紅外傳感器是最為常用的夜間無源成像傳感器。

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處理電路集成在同一個芯片上，一次完成成像探測、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的作用距離。

機載激光傳感器屬于主動式傳感器，目前主要有激光測距儀、激光雷達等。激光測距儀是根據(jù)激光波束從目標反射回來的時間來探測目標的距離，至今已經(jīng)發(fā)展了三代。第一代激光測距儀采用的是紅寶石激光器和光電倍增管，這一代的測距儀僅僅是解決了從原理到應(yīng)用的問題，其工作效率低、隱蔽性差而且體積龐大；第二代激光測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。不過第二代激光測距儀發(fā)射的1.06微米波長的光束可經(jīng)人眼聚焦進入視網(wǎng)膜，若不采取防護措施可使人眼永久致盲；第三代激光測距儀解決了人眼的安全問題，如美軍研制的“藍汀”目標瞄準吊艙就應(yīng)用了第三代激光測距儀對目標進行距離測定。

激光雷達是傳統(tǒng)雷達技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其原理和激光測距儀類似。激光雷達可以精確測量目標位置(距離和角度)、運動狀態(tài)(速度、振動和姿態(tài))和形狀，并對目標進行探測、識別、分辨和跟蹤。其測量范圍比微波雷達更廣、抗干擾能力更強，有望成為重要的偵察手段。但是，激光雷達的技術(shù)難度很高，至今尚未成熟，而且在惡劣天氣時性能下降，也使其應(yīng)用受到一定的限制。目前，激光雷達大都用于飛行器低空飛行時躲避障礙物。

信號情報傳感器

信號情報(SIGINT)傳感器是指對電磁輻射進行截獲、表征、處理和分析的傳感器，可以實現(xiàn)包括探測、方向確定、信號復(fù)制、地理定位和自動信號識別等在內(nèi)的功能。一般來說，硬件部分由天線、接收機和處理器三個部分組成，天線可以由信號情報系統(tǒng)單獨使用，也可以和其他系統(tǒng)共用。其中，電子情報主要是通過截獲和分析敵方雷達信息獲得，通信情報主要是通過截獲敵方語音通信和數(shù)據(jù)通信的信息。

機載信號情報傳感器的種類很多。如由P-3C改裝而成的EP-3E電子偵察飛機，其裝備的信號情報傳感器就有AN／ALD－9(v)測向儀、AN／ALR-44“干擾”接收機、AN／ALR-76雷達信號偵察系統(tǒng)、AN／ALR-81(V)電子情報偵察系統(tǒng)、AN／ARR－81通信情報偵察接收機等?，F(xiàn)役的機載信號情報傳感器多數(shù)都是專門為某一特定平臺設(shè)計的，不是通用的。目前，美軍已經(jīng)啟動了一些通用的信號情報系統(tǒng)計劃，如美國空軍的高級信號情報有效載荷(ASIP)計劃和美國陸軍的戰(zhàn)術(shù)信號情報有效載荷(TSP)計劃。這些計劃雖然還都處于開發(fā)階段但正逐步趨向于成熟，部分信號情報傳感器已經(jīng)進入裝備。

機載監(jiān)視與偵察雷達

20世紀60年代以后，機載監(jiān)視與偵察雷達由于能夠克服光電傳感器探測距離短、受云霧雨雪氣象條件限制等弱點而得到了較好的發(fā)展。機載實孔徑側(cè)視雷達是機載監(jiān)視和偵察雷達最早使用的體制。它利用雷達載機的前進運動對飛機下方兩側(cè)地帶進行掃描，實現(xiàn)對目標的成像。但實孔徑側(cè)視雷達由于受天線長度和波長的限制，分辨率不是很高，難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求。解決這一問題的唯一途徑就是采用合成孔徑雷達(SAR)技術(shù)。

合成孔徑雷達采用側(cè)視天線陣，利用載機向前運動的多普勒效應(yīng)，使多陣元合成天線陣列的波束銳化，從而提高雷達的分辨率。它用飛機航跡仿真特大天線或孔徑，向目標發(fā)射信號并測量回波能量，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能量返回天線的強度。同時，飛機速度越快，多普勒頻移越大，距離分辨率也就越高。逆合成孔徑雷達(ISAR)是利用目標而不是載機(發(fā)射機)移動造成的多普勒效應(yīng)來產(chǎn)生合成孔徑，導(dǎo)出相對載機的周期性移動。再通過自動數(shù)據(jù)處理方法對目標特征進行識別、分類，從而形成運動目標指示能力。

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)。機載偵察系統(tǒng)向多用途、綜合化方向發(fā)展的趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的。因為，在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境中，任何一種單獨的傳感器是很難具備晝夜、全天候和全方位的戰(zhàn)場探測功能的，從而無法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對戰(zhàn)場信息的需求。此外，對各個獨立的機載傳感器進行綜合也是為了適應(yīng)用戶對進一步降低機載偵察系統(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、激光測距／照射器、合成孔徑雷達等兩三種傳感器集成，形成多任務(wù)探測系統(tǒng)。它能取長補短，充分利用各種傳感器的優(yōu)點和應(yīng)用范圍，在小視場內(nèi)觀察目標，在大視場內(nèi)監(jiān)視戰(zhàn)場情況。例如，電視攝像機和前視紅外兩種無源成像設(shè)備結(jié)合就能夠晝夜24小時執(zhí)行監(jiān)視和偵察任務(wù)；如再與激光測距儀相結(jié)合，無源探測系統(tǒng)就升級為精確制導(dǎo)武器瞄準系統(tǒng)，極大地提高了機載平臺在戰(zhàn)場上的任務(wù)能力。比較典型的機載綜合傳感器系統(tǒng)有U-2飛機的“高級眼鏡”偵察系統(tǒng)、“捕食者”無人機的“天球”多傳感器監(jiān)視系統(tǒng)、AN／AAS－52多頻譜瞄準系統(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組成。其中，紅外傳感器是在AN／AAQ－16B直升機紅外傳感器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進的；合成孔徑雷達采用的是休斯公司高清晰度成像合成孔徑雷達(HISAR)商用系統(tǒng)的成品硬件，可以同時和光電傳感器或者紅外傳感器一起工作?！叭蝥棥痹诳罩醒策夛w行24小時，傳感器系統(tǒng)可以覆蓋13.7萬平方千米的區(qū)域。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

偵察系統(tǒng)成功獲取目標情報僅僅算將偵察任務(wù)完成了一半，另一半的任務(wù)就是將信息及時準確的傳回。也就是說，偵察機起到的作用已遠非過去意義上的高空拍照那么簡單了。在如今的信息化戰(zhàn)爭中，偵察機的機載偵察系統(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)成了一個有機的信息網(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)用到飛機上。大家最為熟悉的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可能是美國的link 16數(shù)據(jù)鏈。Link 16是一種先進的通信、導(dǎo)航與識別系統(tǒng)，分別用于飛機、艦艇、地面部隊以及小型無人飛機。Link 16系統(tǒng)具有快速、機動、無線、多用戶等特點，將偵察機、艦艇、作戰(zhàn)飛機、地面部隊和指揮控制等系統(tǒng)有機地鏈接集成，完成了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和飛機控制、武器制導(dǎo)等功能，不但實現(xiàn)了戰(zhàn)場信息的共享、飛機探測距離的延伸和戰(zhàn)場態(tài)勢的實時監(jiān)視，而且有效地提高了部隊協(xié)同作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)場生存能力。目前，Link16已被美國和北約選定為戰(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、北約和日本等國的多種平臺上。不過，Link 16數(shù)據(jù)傳輸效率較低，僅能進行文本信息交換，不能實時傳輸圖像、視頻和信號等大信息量數(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)象引起了很多國家的重視，因此寬帶數(shù)據(jù)鏈的概念應(yīng)運而生。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90年代美國國防部發(fā)展了一種名為CDL的通信系統(tǒng)。通過CDL，偵察機、無人機等平臺可以將光電、紅外、合成孔徑雷達等傳感器所獲取的圖像、視頻和信號等信息傳輸?shù)筋A(yù)警機、地面控制站或者艦艇。不過，CDL只適用于U-2、“全球鷹”等大型戰(zhàn)略偵察機，不適合小型戰(zhàn)術(shù)平臺。美國國防部又提出了TCDL研究計劃。TCDL最初是針對“捕食者”這樣的戰(zhàn)術(shù)無人機而設(shè)計的。后來，TCDL又擴展到了其他有人駕駛和無人駕駛空中偵察平臺，例如“護欄”RC，12、“鉚釘”RC，135、“獵人”、“先鋒”、E-8C、海軍P-3飛機、SH－60直升機和陸軍低空機載偵察系統(tǒng)等。

除此之外，美軍研制的“戰(zhàn)術(shù)瞄準網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”(TTNT)也可能是未來數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展方向。TTNT是一種高速、低時間延遲的通信鏈路，可以保證信息在作戰(zhàn)平臺之間傳遞時不出現(xiàn)或者少出現(xiàn)時間延遲。據(jù)報道，飛機一旦裝備TTNT，就具有向其他平臺以及地面中心高速傳輸戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)／戰(zhàn)場態(tài)勢感知圖像、視頻的能力，又能避免被敵方的被動無源射頻傳感器探測到。

責(zé)任編輯新浜