【光電偵察專題】海上鷹眼:新一代偵察吊艙

偵察吊艙用在現代作戰飛機執行的各種空地任務中以獲得戰場上的瞄準優勢。隨著偵察圖片發展為數字圖像，裝在吊艙裡的成像傳感器在海上環境中扮演著越來越重要的角色。本分析主要闡述現代偵察吊艙的技術和戰術特性，介紹各種吊艙提供的瞄準方法。

機載偵察新技術機載偵察是獲得戰場高解析度圖像最常用的方法。新投用的偵察吊艙能使現代作戰飛機實時向地面發送高清晰圖像，以便從遙遠的距離令人滿意地探測、辨認和確定敵方目標的位置，評估對目標的毀傷效果，在必要的時候實施二次打擊。從各種國際項目中都可以發現，早期的膠片法現在已經被全新的傳感器技術代替。這些新技術包括新的計算機算法、更高的數據傳輸速度、複雜的通訊鏈、在可見光或紅外波段工作的光電傳感器。遠程間接攝影（LOROP）設備、望遠鏡光學系統、大尺寸焦平面陣列和高量子效率探測器都具有很好的遠距離探測性能。這些傳感器在戰場搜救（CSAR）、情報搜集、特種作戰（SPECWAR）等各種任務中都發揮著同樣的效用。最近的阿富汗和伊拉克衝突更加凸現了現代機載偵察傳感器越來越重要的意義。2002年3月，美國海軍太平洋司令部司令丹尼斯·布萊爾告訴美國陸海空三軍參議院委員會說，沒有給他的司令部分配足夠的情報、監視和偵察飛機來滿足作戰需要，而且「所需情報信息的收集率少得危險」，其它美國軍隊和許多北約國家也表達了同樣的觀點。因此，儘管無人機通過小型光電和雷達波段傳感器，已經成功執行了部分戰術偵察任務並將繼續，但有人駕駛的作戰飛機依舊是獲得高解析度戰場圖像的重要資源。由於海軍航空兵越來越重視基於效率的作戰（EBO）並向網絡使能能力（NEC）發展，基於膠片攝像技術的傳統偵察吊艙將不能滿足未來戰術偵察任務的需要。進行戰術空中偵察的情報周期分為三步，即收集過程、處理和生產過程、分發過程。收集過程指收集原始數據並傳給處理和生產設備。處理和生產過程指通過機載實時或近實時情報處理設備，把數據轉變成情報人員能用的格式。分發過程指把情報以可用的格式快速可靠地分發給整個戰場的各海上指揮員或其它司令部。伊拉克戰爭的最初階段主要是空地作戰，重點在探測敵方部隊的位置和行動並與之交戰。幾乎在美國地面部隊2003年4月15日到達提克裡特的同時，美國、英國和澳大利亞專門執行戰術偵察任務的飛機就在伊拉克戰場飛行，給決策人員提供情報偵察圖像，辨認在伊不斷發生的叛亂和動向。當時美國空軍把BAE系統公司的戰場空中偵察系統（TARS）吊艙搭載在Block30 F-16C作戰飛機上，在90天的部署期間一直執行上述任務。同時還有裝在F-16C戰鬥機上的LITENING AT吊艙，執行了大量發現和正確辨認目標任務，並與目標交戰。雖然沒有可行的數據鏈能力，但這些飛行任務也清楚地證明了F-16C機組人員在白天獲得緊急瞄準的偵察圖像，依靠捕獲的目標圖像做出快速反應、用精確彈藥與目標交戰，並再次攝取目標周圍的偵察圖像進行戰場毀傷評估（BDA）。根據「伊拉克自由」行動的教訓，已經升級了TARS吊艙，增加了光電能力以確保夜間作戰。但尚不清楚是否還集成了能給地面站實時傳輸圖像的數據鏈。英國皇家空軍給「颱風」（猛禽）戰鬥機使用的機載偵察吊艙能進行中高空遠程戰術偵察和戰後毀傷評估，該吊艙有一個數據鏈，能直接向地面傳輸數據以便進行快速信息處理和分發。幾十年前，要通過偵察員的眼睛用數月和數周時間完成的決策，現在用空中瞄準吊艙在幾分鐘或幾秒鐘內就能完成從傳感器到射手的整個過程。在伊拉克行動中，皇家海軍獲得了一系列獨有的能力。「颱風」戰鬥機的飛行員不僅能快速評估吊艙看到的偵察膠捲，飛機還搭載了一個低高度紅外偵察系統提供低高度白天/夜晚能力。傳到地面的光電圖像能放大在傳統膠捲圖片上無法看清的細節，使陰影區看得更清晰。「猛禽」偵察吊艙用的光電傳感器很少受陰霾和低雲幹擾，在微光和惡劣天氣條件下有更好的性能，此外還提高了對偽裝目標的探測能力。在這次戰役中，皇家海軍還部署了能執行陸上和海上戰術偵察任務的NIMRODR.1飛機，以補充「颱風」GR.4戰鬥機的能力。

美國F/A-18E/F「超級大黃蜂」戰鬥機搭載共用偵察吊艙（SHARP）伴隨著現代作戰飛機要使用專用偵察吊艙的理論，瞄準吊艙也廣泛用於搜集高解析度圖像，並能將其直接下傳給地面部隊和地面應用站。雷聲公司的AN/ASQ-228先進瞄準前視紅外吊艙（ATFLIR）和洛馬公司的「狙擊手」(SNIPER XR)先進瞄準吊艙（ATP）都執行戰術偵察和精確瞄準兩項任務（見圖3和圖4）。這一點在阿富汗辨認武裝叛亂分子期間已經得到證明。「狙擊手」(SNIPER XR) 先進瞄準吊艙經常被描述為緊隨上世紀八、九十年代的LANTIRN吊艙的第三代吊艙。該吊艙有超音速、低可觀察設計、藍寶石窗口（降低破壞影響）和高解析度中波瞄準FLIR和最先進的圖像處理能力。新的精確瞄準系統已經部署在伊拉克。最近在挪威的F-16戰鬥機上，已經成功試飛了SNIPERXR/PANTERA先進瞄準吊艙的數據下傳能力，這是基於SNIPER XR吊艙的下傳能力的第一次飛行。測試期間，下行系統在遙遠的戰術距離從飛機向地面站下傳了一個實時PANTERA吊艙視頻流。2008年2月，在空軍國民警衛隊和空軍預備役部隊測試中心試飛了諾格公司的第四代LITENING全數字精密瞄準系統，證明它具備了其它吊艙無法超越的先進監視和瞄準能力。固定翼飛機使用的早期吊艙傳感器由於視場窄、解析度不足、不能傳遞精確目標坐標，無法準確執行戰術偵察任務，因而把戰鬥機前視紅外或光電系統與合成孔徑雷達傳感器結合起來以進行多光譜感應可能會是個趨勢。在阿富汗戰爭開始之前和之後，就報導過對改進後的FLIR傳感器組件（有640x512元的探測器陣列）進行的作戰試驗，其目的是辨別阿富汗中南部和北部的蓋達組織和單個恐怖分子的位置並與之交戰。在這種戰爭以及對稱戰爭中，敵軍可能利用近距離作戰中用其它辦法抵消機載偵察系統的效果。

F/A-18E/F「超級大黃蜂」機腹下掛載的ATFLIR瞄準吊艙，它兼有導航和瞄準功能，能全天候工作，使F/A-18戰鬥機的飛行員能定位目標、辨認目標、遠距離攻擊目標、確保彈藥精確命中。

20世紀90年代，美國海軍和海軍陸戰隊專用的戰術偵察機數量大大減少，其中海軍陸戰隊需要的ATARS飛機從120架降到了31架，將來搭載共享偵察吊艙的飛機可能有50架。這個總數不是因為需求下降，而是平臺、傳感器系統的可獲得性和需求量變化的反映。但預算萎縮也影響到老設備和對後續傳感器的採購。近年來這種情況已經有所改觀，新技術（如GPS和自動目標識別軟體）在不斷應用到新的傳感器（像SHARP吊艙）中。像SHARP一樣的數字全色傳感器的數據傳輸速度將不斷提高，用在吊艙中進行偵察、精確彈藥的戰場毀傷評估和瞄準的多任務系統也在不斷增加（見圖6）。其中一個例子就是升級一些新的、搭載在美國海軍的F-15E戰鬥機上的LANTIRN（夜間低空導航瞄準紅外）吊艙，增加進行戰場損傷評估的數字記錄能力。這個由洛馬公司承擔的戰術前視紅外吊艙改進研製項目需要一個兩波段輻射計（3-5微米波段）和一個數字戰術磁碟記錄系統，後者能比較設施裡的爆炸羽煙中所含的一氧化碳和二氧化碳量，使飛行員能確定炸彈是在建築物裡或土裡爆炸了還是個啞彈。雷聲公司的AN/ASD-12(V) SHARP系統是在全世界海軍作戰飛機中服役的最新偵察吊艙。該吊艙由雷聲技術服務公司研發和製造，替換了在役的完全數字圖像（DCI）吊艙，成為改進型中低空高解析度大視場戰術偵察吊艙。DCI吊艙是原先由美國海軍F-14戰鬥機使用的戰術機載偵察吊艙系統（TARPS）的改型吊艙。每個SHARP偵察套件都有一個中空（CA-279/M）和一個高空（CA-279/H）攝像機，覆蓋範圍從650m到16550m多，傾斜範圍達50nm。CA-279攝像機使用偵察光學公司的單片前方運動補償（FMC）技術，消除飛機運動產生的圖像模糊，生成同步可見光和紅外圖像，增加了有限的多光譜判定能力。SHARP系統現在裝備在艦載F/A-18E/F戰鬥機上，其第一個具備初步作戰能力的例子是2003年伊拉克戰爭期間尼米茲級航空母艦(CVN-68)的艦載機。在其最新配置中，SHARP系統的完全可更換傳感器能在80km遠的距離探測、辨認和定位單個目標，傳遞立體圖像和單一圖像。海軍實驗研究室（NRL）和雷聲公司聯合作為聯合政府/工業界集成產品公司（IPT）的一部分集成SHARP原型吊艙的可見光/紅外偵察系統載荷。根據海軍研究實驗室的消息，SHARP系統將容納更多的偵察傳感器（如全天候SAR）以便進行精確空地瞄準。另一個美國系統是先進戰術機載偵察系統（ATARS），也是由洛馬公司研製的。該傳感器裝在海軍陸戰隊的F/A-18D戰鬥機前端。其配置是為了安放中高空光電傳感器和偵察光學公司的CA-260/25A前向傾斜取景傳感器，以便對海上行動或陸基遠徵行動進行白天/夜晚、全天候、高質量、重要的實時和近實時精確戰術偵察。ATARS數字傳感器使機組人員能獲得8km的水平高解析度圖像。偵察管理系統控制傳感器、記錄儀和數據鏈，管理從傳感器到數字記錄儀的為時92分鐘的數據流圖像和從傳感器到地面站或到飛行員機艙、供機組人員查看的數據。除了飛行員可以手動選擇的20個目標外，還可以對系統進行預編程，以便自動搜集12個點、線、面目標的的圖像。為了便於SAR收集圖像，還有一個能記錄SAR圖像的APG-73雷達升級（PhaseII）接口。從裝在中間站的一個小數據流吊艙發出的數據鏈能使機組人員把圖像和輔助數據傳給地基圖像處理站或任何設在海岸上的海上戰術開發組（TEG）的通用成像地面站。TEG（戰術開發組）是地基圖像處理站，有三輛帶拖車和一個戰術庇護所的「悍馬」車，三輛車連在一起成為一個單元。Goodrich公司的監視&偵察系統分部正在給升級後的海軍「狂風」GR.4/4A戰鬥機生產「猛禽」系統。該系統代替了泰勒斯光電公司原先基於膠片的VICON18(GP-1)光電/紅外偵察吊艙。

美國空軍和新加坡空軍選用的SNIPER XR吊艙裝有遠距離精確瞄準傳感器，它有一個三代中波FLIR傳感器、一個能在12500m高空工作的二極體泵浦雷射器、一個雷射光斑跟蹤器、一個雷射標識器、一個CCD電視攝像機和作戰辨認能力。VICON 18(GP-1)光電/紅外偵察吊艙中裝有一個帶18英寸Leitz鏡頭的690（F144）型旋轉頭取景攝像機和一個焦距7.5cm的水平900型（F143）周視80mm攝像機。「猛禽」吊艙中有Goodrich公司的DB-110雙波段LOROP攝像機系統，其中有一個由120x64（0.5-1.0μm）線陣組成的CCD和一個512x484像素（3-5μm）的中波碲化銦（InSb）紅外傳感器。經過重新配置，還將用在交付給希臘和波蘭的F-16C/D Block 52的飛機上，其整體配置能提供實時白天/夜晚偵察、瞄準能力及光電72km和紅外36km的戰場毀傷評估。「猛禽」吊艙於2002年9月具備初步作戰能力。使用Goodrich公司的DB-110攝像系統後，坐在「狂風」GR.4A飛機後座上的武器系統人員就能用「猛禽」系統的左手TVTAB(機艙視頻)顯示器控制它。這使飛行員能校驗目標捕獲，完成像BDA這樣的任務，手動控制DB-110傳感器組件捕獲機會目標或選擇指向目標的不同路線。

新一代LITENINGG4吊艙使用1024x1024像素的FLIR傳感器，能顯著提高識別距離和圖像質量，使操作員有更多時間辨認和跟蹤目標。「猛禽」吊艙集成在「颱風」飛機的紅外成像機載雷射指示器接口上，使飛行員能24小時捕獲圖像並將其實時傳送給地面圖像分析中心。「猛禽」吊艙也是英國皇家海軍唯一的聯合戰術信息分配系統（JTIDS）型偵察吊艙。在「伊拉克行動」中，四個「猛禽」偵察吊艙都在工作。但在為期30天的戰鬥中，皇家海軍採用後果評價法（EBO）進行戰場損傷評估。對源於政策目標而不是目標清單的軍事計劃來說，EBO是完全不同的方法。因此，沒有可靠的、反應迅速的過程來確定在執行航空任務次序（ATO）後優先目標是否受到攻擊。在EBO概念中，唯一需要知道的參數就是對一幢建築的破壞效果是否與整體戰略相符，其毀傷狀態可以用NIMBODR.1飛機這樣的監視平臺證明。除皇家空軍外，Goodrich公司的DB-110偵察系統還供給日本海上自衛隊，用在更新的P-3C海上巡邏機上。在皇家海軍服役的另一個戰術偵察吊艙是聯合偵察吊艙（JRP），該吊艙已經配置到皇家海軍的「鷂」HARRIER GR.7近空支援飛機上。隨著轉換和更新為EOGP-1標準，也用一對泰勒斯光電公司的Type8010 CCD型光電傳感器代替原來或裝在吊艙傾斜位置旁邊、或裝在垂直的VintenVigil IRLS邊上的兩個膠片攝像機。Vinten VigilIRLS用熱敏探測器提供水平覆蓋。JRP的實際改型吊艙是一個帶12.4°視場的單個8040型LOROP光電傳感器，它代替了以前的一對8010型光電傳感器，使用同樣的旋轉反射鏡頭和以前GP-1吊艙的F144取景照相機的光學元件，使攝像機可以定位在水平的任意位置上。在該吊艙後部有一個VigilIRLS系統。在這種配置中，JRP吊艙使飛行員能從機艙顯示器上看到圖像。據說機艙顯示器也支持NEC工作。在伊拉克衝突中，JRP吊艙（以前叫做Jaguar替換偵查吊艙或JRRP）也用在陸基「鷂」式飛機上，而新的JRP吊艙也用在皇家海軍Marham的偵察圖像情報翼（TIW）飛機上。皇家海軍Marham飛機也使用「猛禽」吊艙。可以預見，將來會出現一個能包括「猛禽」和JRP吊艙、以及從CanberraPR.9飛機、NIMRODMRA4飛機和WK450(「守望者」) 無人駕駛攻擊系統（UAS）演變出來的的機載遠程雷達圖像在內的通用圖像應用系統。

F-16的LANTIRN吊艙（夜間低空導航瞄準紅外系統）能提供精確打擊泰勒斯光電公司新研製的機載偵察觀察系統（AREOS）/RECO-NG吊艙被法國空軍和海軍選中（見圖7）。據說，AREOS/RECO-NG吊艙的系列生產已經在2005年開始，用以裝備「幻影」2000和「陣風」作戰飛機。裝上新研製的雙波段DB-STARS遠程機載偵察傳感器後，200kg的RECO-NG吊艙將在2009年年初開始服役。仍然由泰勒斯光電公司研製的DB-STARS攝像機含有兩個焦平面陣列，一個是2048x2048像元的可見光近紅外陣列（0.14~1.5μm），一個是640x512像素（3~5μm）的紅外探測器陣列，提供清晰圖像和高解析度圖像。由法國公司Sofradir研製的更高像素的探測器以最新的CCD/CMOS和紅外碲鎘汞（MCT）探測器技術為基礎。已經確認，DB-STARS傳感器也能配置到高空長航時（HALE）UAS飛機上進行圖像情報（IMINT）工作。

丹尼斯防禦電子公司的模塊式偵察吊艙（MRP）TermaA/S是優化後用於白天、中空、水平對水平偵查範圍的吊艙。MRP-II吊艙在其前端和尾端帶有數據鏈天線，還帶一個理光公司的CA-270V取景攝像機，該攝像機有一個360°旋轉的小型紅外半透明窗口。MRP-II吊艙最終將與地面支持站連接。地基圖像利用系統將有基於COTS的圖形圖像處理硬體、監視器、印表機、CD讀寫器和專用的處理、增強和目標識別工具，以便快速處理、分析和分發從飛機的大量內存中獲得的圖像。數據還可以再傳回飛機，疊加到機艙裡的戰術態勢顯示器的電子地圖上。EIOp（Elbit系統公司的一個分公司）公司正在利用以色列把現代瞄準和偵察吊艙技術用到作戰飛機上的經驗，提供其很先進的「禿鷲」(CONDOR 2)吊艙。重700kg的吊艙裝有白天/夜間、LOROP攝像系統，用於在1500m到15000m高空進行戰術偵察。「禿鷲」吊艙中有一個利用卡塞格倫-裡奇-克裡斯反射鏡的雙/多光譜望遠鏡，一個CCD線性探測器陣列和紅外焦平面探測器，用於同時獲得可見光和紅外圖像。該吊艙還有一個慣性導航系統/全球定位系統（INS/GPS）嵌入在攝像系統上、一個系統管理單元（SMU）和一個視頻處理單元（VPU）。「禿鷲」吊艙現在已經交付給F-16戰鬥機。當在中高空進行偵察時，可以在飛行中記錄搜集到的圖像，也可以實時傳送到地面圖像利用站進行分析和分發。移動地面站裡有跟蹤天線、數據鏈發射器和接收器、圖像增強工具、存檔文件、硬拷貝和軟拷貝顯示器。歸入這一類的還有以色列一個系統，即RECCELITE系統，是以色列的拉斐爾公司研製的。RECCELITE吊艙有一個CCD電視攝像系統和一個基於凝視焦平面陣列的瞄準FLIR傳感器，FLIR圖像顯示在飛行員面前的平視顯示器上。雖然沒有數據鏈裝置，但它在中波紅外波段工作，能很容易地配置到各種使用LITENING吊艙的飛機上，監視在限制區或靠近限制區周圍的已探測移動目標和靜止目標。為了縮短從傳感器到射手之間的時間，RECCELITE地面站使用能自動識別目標的計算機算法。一旦自動系統捕獲了一個地面目標、操作員辨認出並確認了目標，目標的坐標和圖像就會被上傳給在戰區作戰的攻擊飛機。現在軍事行動的成功取決於天上的傳感器。現代作戰飛機搭載的偵察吊艙在不斷得到優化以用於網絡中心戰。旨在遠距離收集清晰圖像和縮短傳感器到射手之間時間的機載偵察系統有著特殊的設計特性。其中一個特性就是它們能集成到完全自主的多功能系統中，供情報部門迅速進行圖像開發和分析並分發給各級指揮部。這種實時或近實時圖像會確保更好的目標辨認，減少友軍之間的誤傷。給用戶提供情報的方法和能力必須大力加強。只有改變偵察的四個環節（設備、理論、組織和訓練）才能解決機載偵察系統反應遲鈍、數量不足和體積龐大的問題。最終結果將是在一個網絡中心戰結構中可以部署的互補型偵察平臺，以有效地傳遞數字圖像，辨認時間敏感目標並與之交戰。

（西安應用光學研究所  新光電）

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