欧洲战机最新技术与系统的剖析

海盗系统

欧洲战斗机“台风”（Typhoon）于20世纪90年代开始进行红外搜索与跟踪/前视红外双工作模式的被动式红外机载跟踪装备（Passive Infrared Airborne Tracking Equipment，PIRATE，以下简称为海盗系统）研制，由意大利斯勒伽利略公司（Selex Galileo）领军的欧洲第一集团（Euro First Consortium）负责，团队成员包括法国泰雷斯公司（Thales）以及西班牙的技术组合公司（Grupo Technobit）。

海盗系统号称是西方国家有史以来最精良的系统，具备下述的功能︰

-在自然景物背景下分析任何角度、亮度的目标红外信号

-指示及跟踪此目标

-搜索空中目标及跟踪红外制导空空导弹

-夜间恶劣天气下在头盔显示器上显示跑道画面以协助飞行员降落

-在恶劣天气下执行空面作战模式时，提供导航及地貌跟踪画面

-在空面操作模式时，探测及跟踪所有发出红外线的物体

-提供平显及多功能显示器所需的画面影像

海盗系统于1992年开始研制，1999年开始原型硬件试飞，2000年到2001年间进行全系统测试，2003年12月签订生产合同，2007年8月第一套海盗系统正式安装在意大利的“台风”战斗机上，西班牙及英国的“台风”战斗机随后也跟进。

欧洲战斗机“台风”安装于机鼻左侧的“海盗”系统

海盗系统兼具红外搜索与跟踪及前视红外功能，原本是要设计成两个航电模块，后来为了机上安装方便合并成一体。海盗系统的探测头安装于机鼻上方，这是红外搜索与跟踪系统执行空空任务的最佳位置，并稍微偏左以获得有限的对地扫描视角，也因此对地功能稍逊一筹。为了让在前视红外工作时，机鼻吸收或反射红外所造成的干扰降到最低，欧洲第一集团也做了许多努力。

海盗系统的红外探测头、扫描仪和稳定装置放在机鼻偏左隆起的半球形体内，称为传感器前端。传感器有两组工作频段︰7.5到10微米在空面模式对迎面目标有最佳的性能表现；3到5微米用在加强型搜索、识别、跟踪模式上。目前官方对系统的最远探测距离未提出任何数据，有人猜测远达150公里，较合理的数字应该是70到90公里。

海盗系统使用中、长波红外，可探测全视野内50公里外的飞机红外信号。在红外搜索与跟踪工作模式时会自动进行探测及跟踪和扫描；在前视红外工作模式时则提供红外影像给座舱内的多功能显示器和飞行员的头盔显示器。

欧洲战斗机“台风”的“海盗”系统

海盗系统可同时跟踪最多200个空中目标，工作模式有︰多目标跟踪、单一目标跟踪、单一目标跟踪识别、区域搜索及受控搜索。在多目标跟踪模式下，系统会搜索特定的空域，寻找可能潜藏的目标；在单一目标跟踪模式下，系统会对特定目标进行精确跟踪，让飞行员以肉眼识别目标；区域搜索及受控搜索则是传感器融合下的工作模式，前者由机上的CAPTOR雷达指挥系统扫描某个空域，后者则是由其它飞机（如︰空中预警机）来指挥扫描。

在有限的空地模式时，海盗系统可以实现以下功能，导航︰在平显上呈现前视红外影像，与飞行员的对外视线相重迭；热提示（Thermal Cueing）︰对应飞行路径或头盔显示器的视线，标示出发热物体位置及地面目标的热对比；头盔操纵（Helmet Steering）红外影像︰目标的红外影像呈现于头盔显示器上，探测器的探测角度由跟踪飞行员头部运动的跟踪器控制；识别︰在单一目标跟踪模式下，座舱内低头显示器会呈现冻结的目标红外影像，让飞行员肉眼识别。

“台风”战斗机的头盔显示器

海盗系统的信号处理技术来自经实战验证的泰雷斯空防警告装备（Air Defense Alerting Device），能排除绝大部分的错误警告。由于采全被动式探测，因此载机能在敌方电子反制系统毫无所觉的情况下搜集信息，然后转移到有利战术位置遂行空空或空地任务，不论是在隐藏自身信号进行拦截，或是强化飞行员的态势感知上，都有很大帮助。

系统的数据处理单元将处理后的数据直接传送给机上的信息系统，进而在相关显示器及平显上产生影像画面。处理单元会排除错误或假信号，估计出目标的远近，并根据目标的红外信号大小或是雷达数据定出优先级。另外在单一目标跟踪或辨认工作模式时，系统能以类似导弹逼近警告器（Missile Approach Warning）的模式工作，警告载机红外导弹来袭的威胁。

前扇区光电

在 “台风”战斗机的海盗系统问世时，法国空军的“阵风”F2战斗机已在2007年5月前往阿富汗战场执行国际安全协助部队（International Security Assistance Force）任务。在2006年中期开始服役的“阵风”战斗机，其最大特征就是航电系统中的前扇区光电（Optronique Secteur Frontal，OSF）红外搜索与跟踪系统。

前扇区光电模块

前扇区光电系统由泰雷斯公司（负责电视摄影、全系统综合）和萨基姆防卫公司（Sagem Defense Security，负责红外摄影、中央处理单元）合作研制。前扇区光电与大多数的红外搜索与跟踪有些不同，它有两个传感器︰

机鼻右侧半球形体内的远距红外被动探测/高分辨率电耦合装置（Charge-Coupled Device）电视传感器工作于3~5及8~12微米两个波段，负责远距离目标探测（非官方数据为约100公里）、跟踪（红外搜索与跟踪功能）、影像显示（前视红外功能）；机鼻左侧整流罩内的电视/红外传感器，可对最远40公里的目标进行辨认及激光测距。前扇区光电还可以辅以“阵风”战斗机翼尖米卡（MICA）导弹引导头的图像，强化目标探测能力。两者共同合作下，可对多个目标同时进行搜索、识别、遥测，最大探测距离据说可达150公里。

法国“阵风”战斗机的前扇区光电传感器（右）及电视/红外传感器（左）

前扇区光电提供对空中及地面、海面目标的搜索、搜索、辨认、以及自动跟踪的功能，不论是空空、空地、空海，都有好几种可由飞行员手动选择的工作模式，也可由任务计算机依据任务性质自动选择。系统还另外提供导航（前视红外功能）模式，并与“阵风”战斗机的导航/攻击系统完全综合。

前扇区光电、频谱（SPECTRA）电子战系统、RBE2雷达是“阵风”战斗机导航攻击系统的三大支柱。“阵风”战斗机武器系统通过这些传感器完成空空及空地测距、跟踪、指示、红外/电视/激光测距。前扇区光电使用多种波段，所以述某些功能可以同时执行，不过就如其名称所暗示的，前扇区光电只能搜索有限的前方空域。

"阵风”在模拟空战中咬住F-22的OSF红外截图

AN/AAS-42

20世纪90年代中期，美国海军的F-14D“雄猫”（Tomcat）战斗机安装了AN/AAS-42红外搜索与跟踪系统，是当时美军唯一装有此种系统的战斗机，系统的作战需求是针对俄罗斯图-22M“逆火式”远程轰炸机上强大的电子战装备，当战斗机的雷达被图-22M干扰失效时，仍可利用红外搜索与跟踪系统引导AIM-54“不死鸟”导弹（Phoenix）拦截，因此对图-22M的探测距离必须超过“不死鸟”导弹的150公里射程。

F-14D“雄猫”战斗机的AN/AAS-42红外搜索与跟踪系统，右边是探测头，左边是光学放大识别传感器

AN/AAS-42可在极远距离外对发热目标进行多重扫描，弥补传统战术雷达提供的信息。它使用一系列复杂的滤波技术及软件运算，筛选出待探测目标，排除背景噪声，让飞行员在屏幕上看到确切的目标。

F-14D战斗机的AN/AAS-42安装在机鼻下方，内有光学组件及长波扫描线性阵列构成的红外探测组合件，以三轴式惯性稳定环架支撑，系统可自动或由飞行员手控进行精确的区域扫描，不论是水平、垂直扫描视角，或是扫描范围，都可由飞行员单独设定并独立操控。

随着F-14战斗机于2006年9月退役，也一并带走了美军战斗机的红外探测跟踪能力。不过AN/AAS-42被波音公司机载激光（Airborne Laser）项目的YAL-1A载台选中，做为早期导弹发射/跟踪探测器。韩国在2002年4月向波音采购F-15K“鹰”（Eagle）战斗机时，AN/AAS-42也被列入战斗机的光电传感器项目内；而2006年4月新加坡向波音采购的F-15SG也确定安装AN/AAS-42。F-15K和F-15SG的AN/AAS-42安装于左侧进气道下方的挂架前端。

AN/AAS-42安装在YAL-1A机头最下方

F-15K的AN/AAS-42被整合进“狙击手”吊舱的挂架前端

F-16系列战斗机中，外销阿联酋（United Arab Emirates，UAE）的F-16E/F战斗力最强，独具的综合式前视红外指示系统（Integrated FLIR Targeting System），包括座舱盖前方机鼻处的一个球型前视红外探测器和进气道下方外挂的指示吊舱，让F-16E/F的飞行员不需戴上夜视镜就具备夜间目视攻击能力；指示吊舱还内含激光指示器，可引导本机和其它战斗机投掷的激光制导炸弹。洛马在2008年2月新加坡航展上展出吊舱式AN/AAS-42，可供全球的F-16战斗机选用。

F-16E/F上的被动式传感器︰机鼻上方时导航前视红外；进气口侧面是前视红外指示吊舱

吊舱式AN/AAS-42

“超级大黄蜂”

美国海军于2006年春失去红外搜索与跟踪能力后开始寻求替代方案，2007年5月与波音讨论在F/A-18E/F““超级大黄蜂””（Super Hornet）战斗机上安装新一代红外搜索与跟踪系统，波音在2007年7月选定洛马为承包商，提供最多150套的红外搜索与跟踪系统给第二批次（BlockII）的F/A-18E/F。

在美国海军尚未正式签定系统设计发展（System Designand Development）合同前，波音和洛马在2007年就开始进行降低风险验证，在一架美国海军的F/A-18F中线挂架副油箱前端安装一具测试型红外搜索与跟踪系统，执行6架次试飞以搜集数据。这种修改副油箱做为安装空间的方式成本效能甚佳，载机只需修改软件，结构及线路都不必更动，且很容易应用于现役或未来服役的F/A-18E/F战斗机上。

美国海军以F/A-18F测试安装于中线挂架副油箱前端的红外搜索与跟踪系统

2008年12月波音获得1,200万美元的经费以继续进行技术验证阶段的先期研发工作。2009年3月完成进一步的降低风险试飞，证实F/A-18战斗机上的红外搜索与跟踪系统具备兼容性与作战效能，试飞结果显示在中线副油箱内容纳系统完全可行，不但探测距离远，探测数据还能与机上其它传感器的数据顺利融合。波音也在2009年9月拨发400万美元经费给洛马，开始进行技术验证。

副油箱改装的红外搜索与跟踪系统吊舱

探测头组件

F/A-18E/F红外搜索与跟踪系统使用长波红外汞镉碲探测阵列，可搜索大角度视野内的一切热源。系统装在480加仑的机身中线副油箱前端以获得最大的探测视角，而副油箱还能装载330加仑的燃油。与吊舱式红外搜索与跟踪系统比不会占用武器挂架。组件分为三部分，分别是三轴惯性稳定环架支撑的探测头及探测器组合件、内置信号处理软件及大容量内存的商用微处理器、以及热交换器型态的环境控制子系统。

“超级大黄蜂”的红外搜索与跟踪功能强大，在各飞行阶段以被动方式探测多种目标，无需担心电子探测及无线电频率的反制，提供机上任务计算机各目标的跟踪数据，同时将图像提供给座舱内显示器。它可工作于边跟踪边扫描或单目标跟踪模式，飞行员通过全功能飞行操纵杆（Hands-On-Throttle-And-Stick，HOTAS），控制水平及垂直扫描角度。系统的人机接口与机上其它传感器相同，可减轻飞行员的工作负荷。

“超级大黄蜂”的红外搜索与跟踪须返厂安装，而洛马的F-35未来正式服役时，机上将会内置现正由洛马研制中的光电指示系统（Electro-Optical Targeting System，EOTS），可对陆地及空中目标进行远距精确探测。

F-35 EOTS

F-35的光电指示系统（Electro-Optical Targeting System）重量不到90公斤，可进行主、被动式测距，还能提供对地攻击所需的极精确地理坐标，赋予F-35全天气24小时，敌方警示系统无法察觉的被动式探测能力。

EOTS组件

加上人工蓝宝石玻璃罩的样子

第一套光电指示系统于2009年7月30日出厂，洛马并展开低速率初期生产（Low-Rate Initial Production），预定年产200套，总生产量会超过3,000套，不论是美国自用或是外销的F-35都会安装此系统。

光电指示系统衍生自洛马的增程型“狙击手”（Sniper XR）红外指示吊舱，使用最新的传感器技术，搭配具备聚焦平面阵列的第三代锑化铟（Insb）红外传感器、目标识别激光、以及日间电视摄影机，全容纳于一多面体人工蓝宝石玻璃罩内。系统还与机上的综合式中央计算机以高速光纤相连接，具备自动校靶及飞机对正的功能，担负空空红外搜索与跟踪及空面前视红外的双重任务。

此系统在空面时使用前视红外模式，空空则使用红外搜索与跟踪模式，并提供信号处理软件强化过的高分辨率红外图像，具备多方面的功能︰导弹逼近警告、反制、被动式侦察、离轴空空红外制导导弹指示、以及日间和黑夜的宽视野画面。

F-35主要任务为对地攻击，故光电指示系统安装于机头下方

F-35红外搜索与跟踪系统摄得的画面非常清晰

F-35的主要任务是对地攻击机，因此光电指示系统的位置安排于机头下方而不是机鼻上，主要功能是让飞行员清楚观察雷达发现的地面目标。在这个工作模式下，雷达先对地面目标做远距离确认，再将目标坐标传给光电指示系统做更进一步的远距离识别、探测、及精确指示。

F-35机上还有一个开创性的被动式探测系统︰AN/AAQ-37分布孔径系统（Distributed Aperture System），在机身6处不同的位置上各安置一红外传感器，分别负责飞机的左侧、右侧、机背前方、机背后方、机腹前方、机腹后方的视野，使用先进的信号处理运算法，对全机360度范围内来袭的导弹或逼近的飞机进行红外探测及跟踪，并将探测画面显示于飞行员的头盔显示器上，让飞行员能够看见飞机周围的空域情况，因此除了让飞行员具备全空域态势感知外，也能提供导航、导弹警告、以及红外搜索与跟踪的功能。

F-35的AN/AAQ-37分布孔径系统，可同时执行多种被动式侦察

AN/AAQ-37的摄像机组件

AN/AAQ-37的高清红外影像

F-35各传感器传送的数据以及友机由高速数据链中继而来的信息，都由机上的先进综合式核心处理器（Integrated Core Processor）进行传感器融合。综合式核心处理器是F-35的大脑，负责综合所有的航电系统，协调呈现给飞行员的画面。

F-22的对策

F-22没有红外搜索与跟踪系统，但洛马宣称机上的AN/ALR-94综合式电子支持措施是有史以来战斗机上效能最好的被动式传感器系统，也是机上技术最复杂的装备。

AN/ALR-94是由桑德斯（Sanders）及通用电气公司（GE）共同研制，通过机身及机翼内嵌的30余个先进天线提供360度的全波段警示。敌机以雷达搜索F-22时，雷达尚未发现F-22，AN/ALR-94在450公里外就能探测、识别、跟踪发射雷达波的敌机。AN/APG-77雷达上的先进数字处理器把雷达、AN/ALR-94、以及由数据链中继而来的目标方位信息综合成单一跟踪档案，并以最准确的传感器读值做为目标的最终数据，例如AN/ALR-94提供的水平方位最精确，而雷达提供的距离数据最精确。F-22也因此具备提示跟踪（cued tracking）的功能，凭借单一被动式传感器（如AN/ALR-94或数据链）的数据，指挥雷达以极窄的波束（水平及垂直方向各不超过2度）探测及跟踪，更进一步强化雷达低拦截率的性能。

ALR-94的传感器阵列

传感器融合与电磁波发射管制息息相关，若能通过AN/ALR-94及数据链来建构及更新态势感知就无需动用雷达。F-22的飞行中数据链让战斗机在雷达静默的情况下接收来自其它F-22的雷达画面，更进一步降低泄露行踪的顾虑。

他国情况

英国在20世纪90年代初期开始发展红外搜索与跟踪系统，该国的马可尼航电公司（Marconi Avionics）在1995年3月为英国国防部研制出一套红外搜索与跟踪技术展示系统，包括指向/稳定器、新型高性能望远镜、红外搜索与跟踪演算组、目标探测及跟踪演算软件、以及高性能热成像仪。

当时此系统安装在了一架“狂风”战斗机（Tornado）上展示了三种主要操作模式，自动搜索模式︰在宽阔的视野内指示及跟踪多种目标；驱使获得模式︰飞行员的全功能操纵杆、头盔瞄准系统、或是其它的传感器（如雷达）透过机上任务计算机要求目标方位时，搜索、跟踪所发现的目标；单目标跟踪模式︰跟踪视野内的单一特定目标。

瑞典的萨博公司（Saab Dynamics）在20世纪90年代晚期设计研制一种多功能红外搜索与跟踪原型系统，称为光学跟踪识别系统（Optical Tracking and Identification System，IR-OTIS），以使JAS-39“鹰狮”（Gripen）战斗机不分昼夜、不论对空中或地面目标，都能具备远距离的被动式态势感知。系统的长波红外探测器可工作于红外搜索与跟踪及前视红外模式，具备宽阔的视野，不过此研制项目在2000年代初期遭搁置。

瑞典JAS-39战斗机的IR-OTIS，安装位置稍微偏左，以允许有限的对地下视

萨博在2008年推出改进型新一代“鹰狮”（Gripen NG）时，改用意大利斯勒伽利略公司研制的红外搜索与跟踪系统，该公司根据欧洲战斗机海盗系统的研制经验，为新一代“鹰狮”研制“天空G”型（Skyward G）系统。

以色列的国防工业举世闻名，在红外搜索与跟踪系统的研制上当然也不例外，只是迄今还未推出任何相关产品。据说以色列的埃尔比特光电系统公司（Elbit System Electro-Optic）目前正以该公司自有的热显像、激光、信号处理…等技术为基础，研制一型适用于多型飞机的红外搜索与跟踪系统。

以色列另一家在红外搜索与跟踪领域相当活跃的拉斐尔先进防卫系统公司（Rafael Advanced Defense System），已经推出使用凝视聚焦平面阵列的海军型红外搜索与跟踪器，称为海上探照灯（Sea Spotter），该公司正以此型为蓝本，研制机载型红外搜索与跟踪。

目前全世界许多国家相继投入红外搜索与跟踪系统的研制与制造，此系统原本只是想让战斗机拥有被动式探测目标的能力，但在作战应用的需求下，原属次要的空对地功能将会成为未来发展的优先目标。

后续发展

红外搜索与跟踪系统虽然不会向外界发射电磁波，没有泄露本身信号的顾虑，但最大弱点是探测距离会受到高度及天气的影响，在1万米以上的高空，红外探测距离可达100公里以上，但在低空或天气不佳时，探测距离就会剧降为10到30公里，因此在实际操作时，常需与雷达相互配合。而毫米波（millimeter wave）在光谱中介于红外与雷达微波之间，频率大约100亿到1,000亿赫兹，兼具红外系统及雷达系统的长处于一身，使用限制最少，也最受期待，是战斗机先进传感器设计最后一块未研制的领域。

相对于雷达而言，毫米波的波束较窄，在跟踪目标、锁定及识别的过程中，具有较高的信号分辨率，可分辨很接近的多个目标，且因为波束较窄，不易受到敌人干扰，加上系统组件较小，因此天线可缩小、整体重量也较轻。相对于红外系统而言，毫米波对云雾及灰尘的穿透力是红外的数百至数千倍，完全不受天气的影响。毫米波系统还有另一项优点︰在大气中的衰减程度远大于雷达波，发射出的旁波瓣很低，可以减低机上传感器间的干扰，也可防止泄露本身的信号。

AH-64D“阿帕奇”直升机旋翼上方圆饼状的毫米波雷达

毫米波传感器不仅可研制成被动式的红外系统，也可研制成主动式的雷达系统，较开创性的概念是将红外影像与雷达系统信号处理相结合。美国航天局（NASA）兰利研究中心已与工业界展开合作，研究使用毫米波的主动式传感器，成为机上影像和侦察/跟踪系统。早期的实验性系统由于天线与镜头尺寸的限制，影像分辨率很差。现在最新的毫米波系统通过先进的数字处理技术及空间频谱外差这类复杂的技术，已能提供所谓的“超级分辨率”影像，这些画面经过分析后，足以提供警示信息、警示画面、及完整的信息给飞行员。“超级分辨率”画面可提供地面电线警示，让低空飞行的战斗机躲避最危险的地面电线。

美国国防先进研究计划局（DARPA）的战术技术办公室（Tactical Technology Office）更展开了前瞻的先进系统研究规划，要经由高技术让战斗机的效率及效能有革命性的进步。研究项目中还包括被动式及低拦截率系统，这些系统将会统合多种传感器及相关技术，其中较为人知的有︰

-基于多频或频谱分类技术的光学传感器，用于指示及瞄准

-目标探测跟踪的先进低拦截率雷达

-目标跟踪及识别的激光雷达

-目标方位提示及识别的电子支持措施

-接收及传播目标信息，以及安全传输目标影像及跟踪数据的指挥、管制、通信、信息与情报（C4I）

结语

新一代战斗机的设计及作战需求越来越强调躲避探测，但又必须对战斗机周围情况有完整的态势感知，因此必须尽可能不用雷达，改用被动式传感器；而为了具备最佳的战场态势感知，这些被动式传感器必须具备多样性、多频谱的隐身技术。

现代航电系统已可满足这样的需求，如果战斗机上有一套低拦截率的主动式电子扫描阵列雷达、一部红外搜索/跟踪系统、以及一部智能型接收警告机，飞行员就有3套探测系统可以使用，其中2套是被动式，当这些系统的性能发挥到极致时，要探测到我机将极端困难。美国空军进行的F-22与F-15、F-16、F/A-18模拟空战中，一架F-22以144比0的悬殊比分大获全胜，被击败的其它战斗机飞行员均表示在载机被导弹击落前，皆未发现有被任何敌机导弹锁定的情况，这应该就是被动式探测系统威力的最好说明。