征服黑暗,漫谈光电红外系统的军事应用

军用光电/红外系统市场在新技术发展方面拥有巨大潜力，增长态势稳定。军用光电/红外系统市场按类型分为图像增强技术、激光、红外；按系统分为成像与非成像系统；按传感器技术分为扫描、演示、多光谱、超光谱；按应用平台分为机载、地面、海上。光电红外系统为军队提供特定的战场能力，光电/红外系统在情报、监视、目标锁定和侦察能力，以及现代化军事力量部署中不可或缺。光电/红外能力被视为众中之重，能够准确及时地对目标部队的部署进行监视和侦察。

根据宇航防务新闻网站2017年2月6日报道，现在可在ASDReports获得，预计全球光电/红外系统市场在2015年价值91亿美元——这一数字预计在2025年将达到143亿美元。光电/红外系统在白天收集高分辨率光电（EO）数据，在夜间收集红外（IR）图像。在全球范围内，对先进态势感知和信息传播的需求不断增加，使光电/红外系统成为备受追捧的商品。许多国家正在投资开发和采购几种基于飞机、海军舰艇、地面车辆和无人机的光电/红外系统。

根据全球第二大市场研究咨询公司Markets & Markets的市场研究分析员们预测，未来六年内全球对于军用光电和红外传感器的需求将增长40%。

在Markets & Markets公司的一篇名为《军用光电/红外系统市场》的报告中，专家们对此发现进行了概述。他们将光电和红外市场根据平台、应用、制冷和非制冷技术、凝视或扫描技术、高光谱和多光谱成像技术以及区域进行了划分。

报告认为，在军用光电/红外系统市场中，成像技术的使用呈上升趋势。红外系统在预测期间快速增长。与其他地区相比，北美地区由于国防预算的削减导致市场份额略有下滑，印度、巴西、俄罗斯、沙特阿拉伯对光电系统的需求急剧上升。国防领域的“蓝海战略”（BlueOcean）将使市场快速增长。

主要有两大因素驱动了光电和红外市场的强劲增长，一个因素是国防军对战场感知方面的需求持续增加；另一个因素是技术进步带来的效率上的提高。此外对使用无人机（UAV）进行边境监视和态势感知这一需求的持续增加也是刺激光电红外市场规模增长的另一个因素。

无人机和飞机对光电/红外系统的巨大需求

冲突地区的大多数情报、监视和侦察活动由无人机（UAV）和飞机执行。这造成了全球对机载光电/红外系统的需求。飞机现在包括多个光电/红外系统，例如瞄准和导航舱，或红外搜索和跟踪（IRST）系统。“无人机的到来为光电/红外市场提供了巨大的推动力，因为这些无人驾驶飞行器是高度耐久的，并且因此能够在起飞期间承载更多的重量，”卡尔表示。

技术创新推动了光电/红外系统的采用

根据SDI，技术创新也是光电/红外系统广泛引入的原因。新版本的光电/红外系统提供了更高分辨率的图像，同时减少了尺寸和功耗，因此可以在更便宜的平台上使用更多的摄像机。“这也是为什么光电/红外系统——曾经只提供给精英特种部队——现在普遍存在于正规军队的主要原因之一，”卡尔表示。

对航天和国防研究规模的增加也促进了小型化和轻量级组件及国防设备的发展，尤其是在机载应用方面。

预测期间军用光电和红外系统市场的成像系统部分由于先进激光和红外技术的发展，可能会以最高年增长率增长。与现有光电系统相比，成像技术更有可能提供高清3D图像以对更远距离的目标进行定位和确认。

此外预计还将研发一些原型光学监视和观察系统，该系统可展示出远距离辨认和识别能力，这能够实现防区外交战并克服限制高清分辨率光学原件的大气湍流。

军队发展的持续挑战是保持光电红外传感器系统的技术优势

21世纪以来，战场空间日益网络化、数字化，数据量越来越大，对于作战人员的安全及作战胜利，态势感知能力比以往任何时候都更加重要。这正是光电红外传感器应用的舞台，这些传感器及其数据处理器通常被看作军队的眼睛。

军队发展的持续挑战是保持光电红外传感器系统的技术优势。面对战术和技术上更加成熟的敌手，美军在光电红外传感器系统的重要性和复杂性上增加了投入，以保持技术优势。

维修海军攻击机的机载光电传感器单元，该传感器帮助战斗轰炸机精确投弹

通常光电红外传感器的研发价值只在实际军事环境演练中体现。海军海上秩序指挥部现阶段主要致力于多任务和功能的交叉，例如导航、武装防范、水面战、防空及其他辅助领域的研究。主要推动力是可提供昼夜、大范围目标监视的光电红外传感器的运动图像，它能提升目标识别能力、提供威胁评估能力并通过自动跟踪和火控解算保障火力打击，也可支持打击效果评估。

未来性能

对于未来性能，海军专家关注利用新的光电红外传感器技术优化现有传感器。传感器正发展为能同时为武器系统和态势感知系统所用的。海军领导希望瞄准监视传感器能够执行特定任务，因此海军海上秩序指挥部正致力于增强上述传感器的态势感知能力，以便降低特殊用途传感器的损耗。

保持技术优势不仅依靠提升单个传感器的技术，还需要将两个或多个传感器集成在单个装置中并进行原始数据融合及平台数据处理，将数据转化为可用信息并实现从战区指挥官到单兵的实时信息共享。光电红外监视的发展潮流是分布在整个战场网络间的总体态势感知能力。

缩减尺寸

光电红外传感器的一个普遍趋势是缩减尺寸、重量及功耗。如果有性能较好的小型系统，就可派出小型无人机代替大飞机执行任务。随着更多的平台成为便携式系统，就可在地面执行任务，而不需要在空中完成任务。

光电和红外现在或多或少地绑定在一起，光电传感器提供昼间观察能力，红外提供昼夜观察能力，但光电传感器的观测范围更广。未来我们需要更好的传感器及传感器融合技术和辅助目标识别技术，我们需要分辨率更高、防区外距离更远传感器，这就要求更大更好的焦平面阵列。

军用实验性态势感知系统（SAWS），包括两个放置在航空母舰舰头和舰尾的光电红外传感器，能提供360°监视能力

军用光电红外传感器技术的发展趋势是传感器融合，多种类型的传感器融合及建立相对数据提供产品的软件是长远发展的关键。它和传感器一样成本高昂，解析更多数据需要缩减原始数据与实用信息之间的时间。

传感器处理

最常见的处理技术是使用现场可编程门阵列（FPGA），首先抓取光纤流，进行预处理，然后交由通用图表处理装置（GPGPU）处理每秒亿万次的浮点运算。高吞吐量处理和英特尔元件（如XeonD）分析数据及更改模式。

美国海军装于航空母舰上的态势感知系统，采用两个光电红外传感器，一个笔记本电脑控制站和多个数字视频录像机提供环舰360°视觉覆盖，用于武装防范、导航、搜索和捕获操作

军队在复杂环境中制胜需要充分了解态势，这种理念要求光电红外传感器执行瞄准任务。更广泛的态势感知可通过画中画和步进凝视实现。我们希望今后有集成性更好的负载，覆盖多种不同带宽的传感器，一些软件组件能将输入数据转换为信息，或至少为操作员提供线索。

技术嵌入

随着军用技术的增加，许多来自商业领域的尖端研究迎面而来，它们为迎合战争需要进行了调整，比特制军用硬件设施反应更快。制造更直观新系统，使战场识别易于使用，密切合作是关键。

装在奥古斯塔威斯特兰(AgustaWestland)公司AW189直升机上的SAFIRE380-HD光电红外传感器吊舱

首先是在商业领域开发了用于广泛部署的高清成像技术。在军方广泛采用之前，高清成像就已出现在消费电子产品领域，但目标的高清热成像是一项更难的技术。去年FLIR公司推出了装配突击步枪的高清热像仪HISS-XLR，具有以前只能用于高端机载和车载级别的性能。

海军海上系统指挥部专家已经检验了大视场分布式孔径传感器和持续360°监视的潜在性能。包括了大格式、小像素焦平面阵列技术、拼接传感器图像、集成大视场传感器和常规传感器用于远距离目标识别和分类。

增大视场

使用大视场的目的是加入自动探测和多目标跟踪性能以增强态势感知并用于武器系统和作战保障。大视场和互操作性的优点是可进行更近距离的识别、威胁评估、辨别虚假警报等等。我们的另一个关注点是采用短波红外传感器改进可见光传感器在海上环境的性能，以辅助视觉环境较差的情况及带内激光成像。图像能缓解一些工作负荷并提升嘈杂环境的态势感知，有了这些图像，我们就能了解它们的管理与显示方式以避免信息超载。

光电红外系统（或类似超光谱成像传感器）通过辨别陆地地形、海洋及航道特征和接触点（例如在平面雷达性能受限的近海岸区域的小型船只和巡逻艇），能极大地提高操作员的态势感知。带有热对比度的超光谱成像系统，能够探测识别雷达特征非常弱的海面及海滩陆地威胁。光电成像、红外成像、夜视系统及激光测距系统的结合能提升气垫船的作战操作性。

征服黑暗

同时，陆军通信电子研究开发和工程中心的夜视与电子传感器理事会（NVESD）正致力于超越美军士兵1990-2000年代使用的夜视系统。这种夜视系统安装在夜视镜上，作为单兵装备的关键部件，夜视镜征服黑暗需要更先进的技术。

夜视镜通常具有操作局限性：没有热容量，没有昼夜之间的无缝转换，远距离观察时没有近摄或特写功能。NVESD的增强型夜视镜使用了一个像增强通道、一个热通道和可与相机输出相组合在一起的光学覆盖范围，在小型显示器上进行图像增强。目前的增强型夜视镜仍然不具备完全的数字化性能。