關於機載光電系統的幾個問題 能看完的是真·軍迷

作者：兵器迷的天空

2014年3月1日，2011號J20首飛後，細心的軍迷發現機頭下方有一個鼓包。

2011號J20的下巴

2015年12月26日，黃皮2101號J20現身，2016年初首飛。隨後網上出現首飛清晰大圖。網友們再次指著同樣部位的鼓包驚呼「這有一顆痣，這裡明明有一顆痣！」

2101號J20的下巴

關於這個鼓包的作用，一時間議論紛起，什麼IRST,EOTS,EODAS,AUEODS,紅外搜索、光電火控、分布式孔徑系統……各種專業詞彙滿天飛，很多觀點還有相互矛盾之處，讓人摸不著頭腦：

各類機載光電探測系統的有什麼特點？

紅外光電設備能作為火控嗎？

EODAS和EOTS是什麼關係？

2011和後續J20試驗機上的這個鼓包，究竟是什麼設備？

J20會採用EOTS和EODAS嗎？

……

那麼今天，我們就機載光電設備領域的幾個問題，來做一點探討和交流。

首先，還是筆者的路子——先談基礎技術。

機載光電設備發展迅猛，技術集成化程度很高，如果不先了解一些必要的基礎知識，我們很難對EOTS/EODAS這樣的複雜前衛的系統做出深入的理解。對後文做出的相關結論，也難以給出合理的判斷。

走起！

問題一、機載光電設備大概涉及哪些主要技術？

機載光電探測系統，以其被動探測高度隱身為主要優勢，在機載探測技術領域佔有重要的一席之地。機載光電技術，僅從光譜這個維度來說，主要涉可見光和微光技術、紅外技術和雷射技術。這其中：

1 可見光和微光

波長範圍是380～760納米。

註：1納米=百萬分之一毫米，以下均用單位符號「nm」表示。

可見光探測技術屬於被動探測技術，隱身性非常好。其核心應用是成像，而且可見光成像技術比較成熟，解析度也極高。而且理所當然的，既然是（人眼）可見光，其圖像目標的人眼識別率是最高的。可見光技術的主要設備，包括了微光夜視鏡和微光電視、以及可見光高解析度連續變焦電視機等等。CCD相機主要針對對可見成像，但對紅外也大多敏感，也是重要的紅外成像設備。

2 雷射

波長範圍大致從氬氟雷射的193nm，一直到二氧化碳雷射器的10600nm。

註：1nm=1納米=千分之一微米

雷射探測屬於主動探測技術，需要對外發射電磁波。但是因為雷射定向發光，發散度極小，大約只有1毫弧度，因此相比雷達波仍屬於低可探測。

註：1毫弧度=0.001弧度=1密位，以下均用單位符號「mrad」表示。

目前其核心應用是測距。雷射技術的主要設備雷射測距機、雷射雷達和雷射光斑指示器，等等。

3 紅外線

波長範圍是0.75μm至1000μm。

紅外探測既有主動紅外探測，也有被動紅外探測，我們今天主要談被動紅外探測。被動紅外探測的隱身性也非常好，其核心應用是利用目標與背景的溫差所產生的紅外輻射信號，進行成像探測和熱點探測。機載紅外探測設備一般分為兩類：即機載前視紅外FLIR，和最近熱議的紅外搜索跟蹤IRST。也是我們今天討論的重點。

其實，機載光電系統的類別多，名詞也多，而且混用非常嚴重，內涵不清。因此，下面的討論重在技術原理和功能內涵的討論，名字叫什麼並不是最重要的。

問題二、什麼是FLIR

FLIR的全名是前視紅外系統。主要用於地面目標的探測。不難想像，其主要裝機設備是直升機，和具有對地攻擊能力的固定翼飛機、無人機等。

由於地面目標數量眾多，地質地形背景複雜，往往需要飛行員進行目標識別——就算是一輛坦克，如果是擊毀燒著的就不用打擊，如果是仍有戰力的就要打擊。因此其基礎應用是成像。成像式探測器能顯示紅外輻射目標的圖像, 將圖像與成像資料庫對比，便於制導系統對目標進行分類識別與抗紅外幹擾跟蹤。成像視場分為大小兩類（也有大中小三類），一般寬視場用於探測，窄視場用於識別和跟蹤。一般適合單目標識別，不適合多目標跟蹤。

按成像方式，成像制導可分為紅外光學機械掃描式成像和紅外凝視焦平面陣列式成像。同時，高端FLIR往往兼具空中目標的近距成像和遠距熱點探測。其主要工作波長為8-12微米（μm），即所謂的長波紅外。FLIR的空間解析度可達0.1-0.4mrad,熱靈敏度由於0.1℃，作用距離30km，最新改型可達50-60公裡。

既然FLIR的基礎功能是成像，那麼成像器件就是設備核心。所以才有我們軍迷普遍了解的三代紅外成像設備，即：

第一代掃描線列紅外探測器；

第二代掃描陣列紅外探測器；

第三代凝視焦平面陣列紅外探測器。

長波紅外探測器陣元器件大多為：製冷型量子阱探測器、製冷型長波碲鎘汞（HgCdTe）探測器、非製冷型多晶矽探測器和飛製冷型氧化釩探測器。

僅舉第三代成像探測器為例：如V-22魚鷹運輸機採用了640X480的焦平面凝視紅外傳感器，AH-1Z眼鏡蛇直升機採用了洛馬AM/AAQ-30的640X512紅外焦平面陣列探測器。而捕食者無人機的MTS光電跟蹤設備，採用了640X480的製冷型紅外焦平面陣列探測器。

問題三、什麼是IRST

IRST的全名是紅外搜索和跟蹤系統——筆者對此很有意見：僅僅從名稱上看，其實根本無法知道FLIR和IRST這些概念都意味著有什麼不同點。筆者啃牆皮的時候，發現連很多論文對此都模糊混用。因此我們下面還是側重談功能和應用吧。

與對地為主的FLIR不同，IRST探測系統主要用於對空熱點目標探測。點源式探測器把目標當作輻射紅外線的點, 只能顯示目標的紅外輻射能力, 不能反映目標的實際結構與形狀, 按響應方式可分為光子探測器和熱探測器。主要裝備固定翼戰機。其中，中國軍迷最熟悉的，應當是蘇27的「OEPS-27光電雷達」。

蘇-27的OEPS-27

其實，將IRST叫做「光電雷達」是有幾分神似的。因為IRST的工作方式大範圍搜索多目標點源，與雷達的工作方式確有幾分相似——想想雷達屏幕上密密麻麻的目標點。當然前者是被動的，後者是主動的。而有些文獻把單目標成像為主的FLIR也稱作光電雷達，就有些不合適了。當然，較真的人會說也有成像雷達啊……好吧，我們不談名詞了，談功能，繼續。

老毛子最新的IRST，是即將裝備SU-35的OLS系統，正面觀測165°。俯仰角度分別為：15°和60°。最大觀測距離對戰鬥機為100-150公裡。對空空飛彈觀瞄距離則可以達到50-100公裡。模塊化生產總計重量不超過60公斤。

由於空中目標相對少，背景簡單，成像需求相對小於地面搜索，因此其基礎應用是點源探測，以發現熱點目標為主。如發動機噴口、圍棋和熱蒙皮進行探測、搜索和跟蹤。目標飛得越快，表面溫度越高，這時IRST對目標的探測距離就越遠。所以，非常適合高空高速多目標的探測。同時，兼具對地熱成像和輔助導航。主要工作波長為3-5μm波段，即中波紅外。

中波型紅外探測器陣元器件大多為：硫化鉛(PbS)探測器（已淘汰）、製冷型中波碲鎘汞（HgCdTe）探測器和製冷型中波銻化銦（InSb）探測器

說到這裡，網上爭論的問題來了——

問題四、中波紅外和長波紅外哪個更有優勢？

點評：撓撓頭……這個問題還真不好說。因為二者的確各有所長。根據軍方某研究院2014年的公開文獻，分別做出二者的優劣勢介紹如下：

3-5微米的中波紅外更加適用的場景：

低空背景的觀察

高熱高溼環境——所以，在熱帶叢林地帶，或者水上艦船平臺，相對比較適合。

300K以上的高溫目標——這個特點也很贊。因為，常規戰術飛彈發動機，其光輻射能量主要集中在近紅外1-3μm和中紅外3-5μm波段範圍內。特別在2.7μm和4.5μm有兩個較強的輻射峰。

大範圍多目標探測

看到沒？後一個輻射峰4.5μm正處於中波紅外探測器3-5和4.5μm的範圍內。這就是為什麼中波紅外常用於反導偵查的緣故。

8-12微米的長波紅外更加適用的場景：

高空背景的觀察；

有煙霧需要更好的透視能力的場景；

300K以下的低溫目標；

小範圍甚至單目標探測

長波紅外器件的罩體材料比較難找；

還有很重要的一點，長波探測器的價格一般是中波探測器的2倍到3倍。

用中國兵工集團首席光電專家紀總的話來說：中波和長波紅外，二者孰優孰劣，還是一個爭議中的課題。瞧，連首席都這樣講，咱軍迷對此有爭論，那也是再正常不過了，呵呵。

問題五、目前，紅外光電探測器的發展趨勢如何？

目前在技術發展上，有三個比較明顯的趨勢。

一是多波段探測，即長波紅外和中波紅外甚至短波紅外可以同時探測。長波紅外FLIR和中波紅外IRST設備，分別側重對地成像和對空點源，其跟蹤方式、軟體算法、器件材質、硬體結構都有不同。隨著寬頻紅外敏感的材料和器件的研發獲得進展，多波段、多功能合一的紅外探測器，將成為新趨勢。

二是非製冷器件：採用非製冷焦平面陣列探測器。這個大家都知道，而且會拿製冷與否來衡量國產紅外探測器的技術優劣。這個判斷的大方向是不錯的，不過還是要補充一點：至少以目前的技術水平，從紅外探測器的核心指標——靈敏度NETD來看，製冷器件依然明顯優於非製冷器件。舉例來說，製冷器件的幀頻可達200Hz以上，而非製冷器件普遍在100Hz以下。而幀頻越高，自然數據處理越精細，探測效果越好，所以高性能探測還是用的製冷器件。

三是高解析度：百萬像素甚至更高階的高解析度成像能力正在投入工程應用。由於精確制導武器和各種對抗性幹擾技術的對立螺旋式發展，簡單的點源制導越來越無法滿足複雜戰場環境的要求。精確光電制導武器的威力在很大程度上依賴於目標識別和目標跟蹤的結果。因此，高解析度紅外成像制導的第四代紅外導引頭，必將對基礎的點源制導IRST形成超越之勢。

筆者說這些趨勢，是啥意思呢？就是一句話，如果上述目標都能在經濟科承受的範圍內達到，估計FLIR和IRST就完全可以合併了。

問題六、IFLIR、IRST能作為火控系統嗎？

這個，也是網上很糾結的一個話題。筆者對此的回答是否定的。

這是因為，從前文的技術來看，基礎的FLIR和IRST都只是運用了被動紅外技術。二者都可以在不暴露自身無線電信號的情況下，進行隱蔽的搜索，跟蹤成像或點源，以保護載機的隱身性。

但是——均無法精確測距。

而無法精確測距，就難以作為火控瞄準系統使用，特別是對空中移動目標。不但進行火控級別的武器引導困難，就連偵查警戒時的多目標威脅排序都很難。因為沒有精確測距能力的系統，如果連目標遠近都分不清，當然也就無法做威脅排序。

比如，《中國航空報》文章報導了我國中航工業洛陽光電所，2014年競標某型預警系統研製，團隊進行了競標。網上分析認為，這是安裝在預警機上的前視紅外搜索與跟蹤系統（IRST），其技術特徵可能與美國E-2D預警機上使用的SIRST系統相似。

如果上述分析是正確的，那麼，需要補充的就是：即便是21世紀的SIRST系統，也僅具有角度跟蹤能力，而不具備測距能力。也就是說，SIRST仍屬被動紅外技術，只能對發現的目標測角，包括方位角和高度角，但依然無法精確測距。

被動探測技術無法測距，或者無法高精度測距，這是目前的技術水平限制造成的。雖然被動測距技術也在發展，並創造了角度幾何測距、圖像測距和輻射衰減測距三類近十幾種被動測距法，但成本高昂、算法複雜、限制條件多、測距精度差的問題始終沒能有效解決。

舉例來說：有些IRST是可以被動測距的。西安某大學近年來對中波和長波紅外為基礎的研究表表明，IRST系統被動測距時的誤差在7%左右。這還是對海上勻速直線運動的情況下得出的計算結果，自然難以達到火控系統的精確要求。

那麼，怎樣才能讓光學偵查達到火控要求呢？

問題七：什麼是光電火控系統？

其實，很多網友已經找到了解決的辦法，這就是——取長補短唄。可見光電視白天解析度高，微光和紅外對夜間成像有利，雷射精確測距最佳，將它們整合起來，就是晝夜合一的搜索-跟蹤-瞄準的精確光電系統了。

對的，這種整合的系統，工作原理為：

1 電視跟蹤儀和紅外跟蹤儀等戰場監視及目標捕捉裝置，發現並鎖定目標。此時光電火控系統紅外、電視跟蹤儀跟蹤精度通常為0.2~0.5 mrad。

2 調整轉動機構對準目標中央位置，利用雷射測距機和光電測角儀，發射雷射測定目標距離和方位信息，雷射測距精度通常小於±5 m

3上述信息通過數據線傳到火控計算機

4 火控計算機結合目標數據、氣象數據、彈藥數據、載機飛行數據等，計算目標射擊諸元

5 射擊諸元傳到終端機，終端機計算並裝定射擊諸元並傳至伺服系統

6 裝定射擊諸元實施射擊

因此，網上很多文章說的所謂FLIR火控系統或者IRST火控系統，其實都是將被動紅外與可見光、雷射等技術集成，然後再廣義的命名為光電火控系統或紅外火控系統。兵器迷只是為了說清楚其中的道理，大家也就了解其中的內涵就好。

有朋友說，那麼這種集成多種技術設備的光電系統，究竟長啥樣呢——

問題八: 什麼是多光路光電設備？

如前文所述，可見光+紅外+雷射的集成紅外光電探測思路，誕生了多光路光電設備。這類設備大多有兩種形態

一、 多探測器轉塔（Multi-Sensor-Turret）。

即將FLIR的前視紅外、電視攝像機、雷射測距/照射器甚至地形跟蹤雷達等多種設備，綜合到轉塔形式的多軸陀螺穩定平臺上，其穩定精度可以達到10mrad-10urad。

光電轉塔在固定翼和直升機都有很多應用。實例如MQ-9無人機初期型的AAS-52轉塔，AH-1Z蝰蛇的TSS，以及AH-64阿帕奇的TADS/PNVS轉塔。

中國典型的FLIR吊艙，自然非武直10莫屬。

武直10的FLIR 吊艙

看不到光窗？呵呵，藏起來了，見下圖

武直10FLIR轉塔的兩種布局方式

二、 導航和瞄準吊艙（Navigation & Targeting Pod）

吊艙式FLIR多用於固定翼戰機。其中最出名的是美軍藍盾吊艙AN/AAQ-14 Lantirn。該系統包括導航吊艙和瞄準吊艙。

導航吊艙可以實現2個功能：

1 導航功能：寬頻前視場紅外傳感器，負責顯示地形圖併疊加到飛行員的平顯上。

2 搜索識別： 前視窄視場紅外傳感器搜索目標，並將信息輸入目標識別系統後導入小牛飛彈中。

而瞄準吊艙可以實現跟蹤瞄準功能，就是窄視場紅外傳感器捕獲目標後，指示雷射測距/指示器進行測距和目標指示。當然，除了雷射測距，也可以用測距雷達進行測距後進行數據整合。前文問題三談到的E-2D預警機，就是利用雷達測距整合SIRST進行目標跟蹤的。

美軍的F15/F16/F18等戰機，都大量裝備了不同形式的FLIR吊艙。根據美軍的半日波理論，午夜過後的地表溫差是一天中最大的，這正是以溫差探測原理為基礎的紅外探測大顯身手的時候。根據中國試飛院的資料，FLIR等多光路光電設備的採用，使得美軍對地攻擊戰機的缺勤率從平均每月17-15天下降到每月4天，每天作戰時間從4-5小時上升到21小時。充分體現了光電系統的作用和優勢。

中國與藍盾類似的設備是21世紀初研製的藍天吊艙，由607雷華所和613洛光所分別研製晝夜全天候精確導航吊艙和光電瞄準備吊艙組成。其簡化出口版，中航工業的WMD-7光電瞄準吊艙2012年在新加坡航展上公開露面後，大家都很熟了，不贅述。

梟龍戰機掛載的WMD-7光電吊艙

問題九：多光路設備的窗口為什麼有不同顏色和大小？

光電轉塔和吊艙上，有不同的光路窗口，即光窗。光窗的大小和顏色各有不同，這主要是與光學偵查設備工作的不同波段有關。為了讓可見光、紅外中波、紅外長波、雷射等不同光路的透射達到最佳效果，需要採用不同材質的鏡片和膜層。同時，為了保證光學設備在風雨、沙暴、寒熱等不同氣候條件下工作正常，膜層除了透波，耐磨耐溫耐溼等耐候性指標也很重要。這些因素共同作用，讓各自的光窗呈現出不同的顏色：

電視和雷射採用石英玻璃光窗，人眼看上去是透明的，外表加有增透硬碳膜，即金剛石膜，外表多呈現黃色或紫色。

長波紅外光窗採用硫化鋅、鍺玻璃、硒化鋅，鏡片呈現黃色或藍色。

中波紅外，則多用氟化鎂、藍寶石和尖晶石矽單晶光窗，因此鏡片呈現出紫色、藍色或紅色。

當然，某一個光窗的具體顏色，除了與光窗材質有關外，鏡片的微量金屬（如鉻、鐵、鋅）、膜層的厚度以及入射光的角度等等因素，也均有一定關係。

除了顏色，還有大小：

熱像儀的光窗則像鏡子，在眾多光窗之中，口徑一般是最大的。因為熱像儀的作用距離與接收能量多少有關。光窗口徑越大，接收能量越多，偵查距離就越遠。雷射的窗口通常很小，因為雷射光束的定向性很好，測距機不需要很大的窗口。

有朋友問：一路波長的光學偵查，就要一個光窗，這樣是不是太複雜了，能否在一個光窗之中包含各種光學偵查光路呢？

您說的沒錯，這就是我們下一個要討論的問題——

問題十、什麼是共光路光電設備？

前述多光路光電設備是分立體質，即各光電設備有各自獨立的光軸和獨立的光窗。而火控系統要跟蹤目標，必須機動性強、反應迅速，能跟蹤高速度和高加速度的動態目標，這種分立結構難以滿足攔截火控系統跟蹤的要求。特別是轉塔，設備結構迴轉半徑大、轉動慣量大、質量大、機動性差。

因此，機載光學系統，正在向電視、紅外、雷射3 種傳感器「共光路」方向發展。也就是說，這3 個傳感器共用主鏡和主光路，光軸合一，並用分光、反光鏡將其接收的光信號引至相應的傳感器上。這樣就有效減少了設備體積，同時可以增大光窗面積，克服了三種傳感器三軸分離的缺點。

比如：美軍MQ-9無人機的光電設備MTS-B吊艙就採用了共光路窗口,同時具有: 0.23°X0.31°,0.47°X0.63°，2.8°X3.7°，5.7°X7.6°，17°X22°，34°X 45°小、中、大多種工作視場。

當然，談到共光路，自然少不了這種技術最著名的實例：美軍固定翼飛機F15/F16/F/A-18上的「狙擊手」(Sniper)吊艙。

美軍狙擊手吊艙

狙擊手吊艙集成了中波紅外傳感器、雙波段雷射測距指示器和光斑跟蹤儀、CCD可見光攝像機和數據鏈，是目前共光路光電設備的典型代表。注意上圖中的楔形光窗面，避免了轉塔的球形頭部和空腔因氣流誘導而產生振動的可能，這對於載機超音速飛行的氣動優化非常有利。

國內的類似產品也出來了，2015年7月19日首屆「軍民融合」北京科技展上，江蘇中陸航星航空工業公司（A-Star）展出了一款AUEODS光電設備。

從展板說明上看，其2號艙段是一個對空長波IRST，而1號艙段是一個對地中波多光路FLIR（這是兵器迷第一次看到中國將IRST和FLIR集成在一個設備上）。提供±60°前視搜索能力，空中探測距離200公裡。注意上圖中的楔形窗口，是不是神似美軍的狙擊手？

有朋友說了，有個楔形窗口就是狙擊手啦，又是山寨的不成？

還真不是筆者東拉西扯，一廂情願。您看AUEDOS展板的這張配圖，明明是中陸航星的產品特點及功能描述，卻偏偏配了一個美帝的圖，還寫著：「美國狙擊手吊艙的楔形頭部」，一副愛咋咋地的樣子。

也不知美國人看了什麼趕腳，呵呵

需要指出，一方面，共光路是目前光電設備發展的一個重要趨勢；另一方面，目前共光路設計仍然有技術上的困難，主要是：

1 共光路膜系設計：保證所需多波長的增透減反，和其他無關光路的減透。

2 寬光譜鏡片材料：保證所需多波長的高透射率

3光軸穩定問題：各種探測裝置的光學系統對光軸的穩定性要求不一，需要解決光軸穩定的實時性優化問題。

4 高精度分光路光學設計：將所需各波長，分別導入不同的傳感器。

5 共口徑成像技術：運用高光譜技術和數據融合系統，通過分析、處理所獲得高光譜數據，參照地物波譜資料庫，就能夠識別出目標的表面物。

共光路設備確實比多光路有很大進步，但仍然面臨著一個問題。

就是機載方式依然是外掛。對於四代機，這會破壞隱身性能。而將多光路光電設備進行隱身處理的過程中，終於誕生了內埋布局的光電系統設備——就是我們開頭提到的EOTS和EODAS系統。

已經有朋友不耐煩了，婆婆媽媽都嘮了十個問題，咋還不到EOTS/EODAS呢？

別急，您要的菜——來了：

問題十一、什麼是EODAS？

問題10談到的「光軸合一」共光路光電設備，比問題8的分立式的FLIR/IRST有了很大進步，但隱身性依然欠佳，隨著四代機的興起，光電設備的隱身布局，終於催生了我們文章開頭提到的分布式孔徑探測技術。

EODAS（electro-optical distributed aperture system），光電分布式孔徑系統，就是美國諾格公司為四代機設計的內置綜合光電設備。曾經一度希望能用在F22上，但因為技術成熟度不足，未能實現F22的早期批次實裝，卻終於用在了F35上。

EODAS在F35上的正式設備型號是：AN/AAQ-37。其核心器件是先進1024X1024百萬像素級二維大面陣銻化銦紅外焦平面陣列，可提供90°X 90°視場。F35用了這樣6個相同的傳感器，採用分布式孔徑技術，分別布置於機身的上前方（機頭）、左方（機頭下腮）、右方（機頭下腮）、下前方、上後方、下後方。這6個傳感器，取消了前輩們用於支撐、轉向和穩定的萬向支架，以機身為平臺，即直接固定在飛機結構上。

這裡打個岔：有些文章上說，理論上需要4個就可以實現全部覆蓋。筆者對此有異議：因為按照立體幾何的球形空間計算，90°X90°相當於(π/2)X(π/2)的八分之一球體。如果要完全覆蓋整個球體，理論上需要8個傳感器。還要上機身克服機頭、垂尾等氣動外形的遮擋，嚴格來說是不完全覆蓋的。這一點，非常歡迎大家的補充和評判。

EODAS的主要優勢在於：

1、提高隱身性：採用分布式孔徑系統的內埋方式，基本沒有突出物，表面相對光順。因此有利於載機的RCS的降低和氣動性能，特別是超機動和超音速巡航時的氣動改善。

2、降低體積重量。取消了支撐、轉向結構，因此重量、體積都比傳統的分立式甚至多光路光電設備大幅度降低，大約只有後者傳感器的5%。（原文如此，筆者表示懷疑）。

3、降低成本：運行功耗降低，而且裝備價格只有50萬美元左右，大約只有傳統光電設備的10%（原文如此，筆者表示懷疑）。

4、全方位態勢感知：這一組6個傳感器的準球形覆蓋，實現了四代機的全方位態勢感知和全空間敏感。EODAS可以同時輸出多個波段的高幀頻圖像,並通過後續圖像和數據融合，將全向信息提供給頭盔顯示器HMD、HUD或全景多功能顯示器，呈現在飛行員面前，建立了「透明座艙」。比如，在飛行員垂直起降時，傳感器圖像將前後左右和下方的情況直接展示在眼前，成為一種名副其實的電子「後視鏡」和「下視鏡」，從而提供了「甲板穿透」功能。

5、替代效應：EODAS可以提供對空和對地目標搜索、目標指示與飛彈告警、殺傷效果評估、輔助晝夜導航和起飛著陸防撞等多種功能。在很大程度上，代替了傳統對地FLIR的成像跟蹤和對空IRST的點源跟蹤功能。（注意：有網友說EODAS只能對空不能對地，略有偏頗。結合上述第4和第5點，EODAS是可以提供有限的對地探測的。）

媒體報導：2010年的測試中，F35上的EODAS系統成功地探測到了1300km以外發射的一枚二級火箭，並隨後對其進行了長達9分鐘的跟蹤，直至火箭發動機熄滅。在2011年的測試中，EODAS系統再次成功探測並跟蹤了一架90公裡以外迎頭接近的F16戰鬥機。EODAS可將目標方位數據上傳至中央計算器，引導APG-81雷達對目標進行視場2*2度的窄視場精確照射，然後發射中距空空彈進行攻擊。這種攻擊方式，APG-81不需要大範圍搜索，從而降低了被敵方防空雷達捕獲的可能性，實現了F35在攻擊過程中的低可探側性。

問題十二、EODAS的主要缺陷是什麼？

1 視場較窄：

由於沒有轉向機構，EODAS的傳感器只有理論上90°的視場。而傳統機頭上方IRST都有120°（±60°）的探測範圍，FLIR球形吊艙探測角度更大,可達360°。

有朋友為EODAS叫屈了，一個傳感器視場角度不夠，那人家不是有6個傳感器嗎？

說的對，F35就是這麼做的，多傳感器相互配合使用，但這恰好帶來了另一個問題——

2 圖像移動：

首先，EODAS的平臺是載機本身，不同傳感器在載機的不同部位。這些部位的振動、扭轉各有不同；再有，飛機的感應角運動（橫滾、俯仰和偏航）和平移運動（速度）會引起傳感器看到的景象發生移動；同時，載機瞄準的飛彈、敵機等空中目標也在運動。當多個目標從一個傳感器的搜索範圍運動到另一個傳感器範圍內的時候，EODAS系統必須識別清楚它們之間的對應關係。而且這個運動過程中，隨著載機和目標都有空中速度和加速度，那麼新傳感器中的目標的運動要素與第一個傳感器相比會有所變化。

因此，EODAS系統必須保持對每個傳感器瞄準線的最佳了解，要使用局部慣性傳感器來評估參照飛機慣性參照系的局部瞄準線。通過比較傳感器之間重疊區域的圖像數據，對瞄準線進行良好的調整。對不同傳感器的圖像，要實時運用「圖像縫合算法」，彌補位於不同方向傳感器測量的視差。

上述種種，對EODAS的圖像處理能力提出了很高的要求，這又帶來了我們要提出的第三個問題：

3 圖像處理能力：

EODAS使用百萬級高像素探測器，又一組用了6個，還要實時縫合圖像——這給圖像處理帶來了巨大的壓力。以每個像素每秒運算10次，每秒100幀圖像計算，僅僅處理1個探測器圖像的能力就要達到100萬X10次X100幀=每秒十億次（BOPS）的級別甚至更高。這還不算完，計算完的融合圖像信息，必須準實時在HMD或HUD上疊加，呈現給飛行員。為了避免使用HMD時產生的錯誤贗像，無畸變或極低畸變的無縫圖像至關重要，因此0.5~1.0mrad 的高解析度圖像被認為是最低可接受的範圍。這給數據傳輸和圖像顯示又帶來了巨大挑戰。

圖像計算-數據傳輸-數據融合-圖像展現，這就是EODAS面臨的圖像處理能力問題。

4 內部冷卻

由於上述高性能傳感器、高速處理器都在載機內，四代機的超巡又帶來的高速高溫的問題，因此，EODAS的內部冷卻，即環控問題，超出了低速固定翼飛機的設計範疇，更是低空低速直升機的光電設備所無法想像的難題。

這也是為什麼，EODAS在F35上實際使用後，被這些問題限制了其很多功能和性能的發揮，目前還是主要被當做態勢感知（即視覺包絡）在使用，而無法主導對地攻擊這樣的功能。資料顯示，EODAS的問題，已經成為F35戰鬥力生成遲緩，項目拖延的原因之一。

問題十三、 為什麼EODAS系統之外還需要EOTS系統？

EOTS（Electro-Optical Targeting System，電光瞄準系統）是美國洛馬研製裝備F35的機載光電設備，採用第三代紅外焦平面陣列器件和模塊化設計。而且，其安裝方式與J20的那顆痣一樣，就在F35的下巴上。

F35的ETOS光窗

這個圖對大家肯定是臉熟了。

如圖所示，EOTS屬於半埋設計，設備基本上在機內，外露的只有由7塊表面鍍膜的藍寶石平面玻璃組成的光窗，以散射雷達信號，減小飛機的RCS，比傳統外掛式設備隱身性有很大提高。當然，比較EODAS，這個優點就成為缺點了。

EOTS內部結構（除了最下面的傳感器，絕大部分機構在機體內）

隱身比不了EODAS，那EOTS真正的優勢在哪裡呢？

1、共光路對地高精度探測設備：

在問題十中，我們介紹過共光路這個給概念。EOTS設備用單一口徑光窗，集成可見光攝像機、紅外成像、雷射器測距機、雷射光斑跟蹤器、雷射指示器等全套行頭，全重90. 8 kg。具備可見光高解析度成像、自動跟蹤、紅外搜索和跟蹤、雷射指示、測距功能，提供了強大的對地攻擊功能。根據前文問題1到問題6的介紹，大家可以判斷出，EOTS具備從搜索到跟蹤、從發現到識別、從測角到測距的全套光電火控功能。這一點勝過了EODAS。

2、大視場

EOTS的光學探測器可以通過轉動，不需要圖像縫合的複雜處理技術與計算能力，就能夠輕鬆提供360°全向視野。這也比EODAS要方便實用。

3 先進穩瞄系統

前文說過，機體振動和位移將導致圖像畸變，而EODAS靠複雜的圖像處理來解決這個問題。但仍然無法滿足對地攻擊的性能。EOTS不像EODAS直接安裝在機體上，而是具備獨立的穩瞄設備。穩瞄設備並不是新鮮事，直升機的穩瞄設備就是最通常的例子。直升機為應對旋翼揮舞導致的振動，採用兩軸四框架穩定平臺的萬向支架隔離擾動。美軍二代FLIR採用的穩瞄系統，穩定精度就已經達到20-50微弧度，最新一代直升機甚至達到5-10微弧度。

而EOTS的穩瞄系統，其穩定度在2-5微弧度。

註：1微弧度(urad)=1/1000毫弧度（mrad）1毫弧度=1度

微弧度，這是什麼概念呢？ 舉個例子，1微弧度的穩定精度，意味著10公裡距離晃動幅度為：1釐米。再舉個例子對比一下，人眼對角度的最高解析度為0.15毫弧度。

EOTS的這個超級穩瞄精度，為其地面精確打擊提供了光電神眼，彌補了EODAS缺乏對地攻擊能力的缺陷。

EOTS的上述三大優勢，在很大程度上回答了網上爭論的一個「既生瑜，何生亮」的問題，即在F35已經有全內埋方式EODAS的情況下，為什麼還要一個半埋的EOTS？

個人觀點認為，EODAS的分布式、內埋式光電系統的技術領先，代表了機載光電探測的未來。但是就目前而言，缺乏高級穩瞄系統和縫合大視場的EODAS，依靠尚不完美的圖像處理技術，很難提供精確光電火控的閉環跟蹤功能。而EOTS恰恰利用數十年來幾代FLIR/IRST的技術經驗積累，提供了次佳但更可用的光電火控技術。反之，如果EODAS已經足夠成熟，就難以解釋：F35這一種戰機，為什麼要選擇諾格-洛馬兩個廠家的兩套光電系統？為什麼要在已經具有更高技術水平的分布式孔徑光電系統的情況下，仍然要裝備RCS更大的EOTS。

問題十四、EOTS的主要缺陷在哪裡？

1 動態像差

EOTS提供360°全向視野，多平面半埋光窗滿足了與F35結構共形的要求，但同時也產生了動態像差。也就是說，當光學系統通過不同角度的窗口鏡塊之間的接合面成像時，會導致光程（optical path length ：OPL）隨瞄準角變化而變化。在窗鏡塊之間會有不同的光程差( optical path difference ：OPD) ，使得分割波面產生一定位相差。再有，光窗的透射率可能因入射角變化而變化。最後高速飛行時的高溫影響成像效果。

解決上述問題的主要手段是：實現透過不連續窗口分段波前的共相位校正；窗口平板的精準拼接；抑制拼接窗口內部的雜散光；消除平板拼接處高速飛行與空氣磨擦產生的熱梯度；高超音速高速飛行後的光學自適應，等等。

2 對空探測受限

由於EOTS安裝與機頭下方，限制了對空探測能力，無法對前上方空域進行探測。但是，EOTS還是能夠提供遠距離窄視場的對空探測能力，如遠距離飛彈告警能力。（注意：正如EODAS在對空為主的情況下，仍具備有限對地探測能力；而EOTS是對地為主，卻也能對空為輔。因此並非像有的網友所說，EOTS完全對地，EODAS完全對空）

聊完了美國人的EOTS/EODAS，中國的機載光電設備又有什麼發展，說好的中國J20的那顆痣呢？

問題十五、J20的那顆痣，究竟是什麼？

做了前置這麼多鋪墊，終於要說說這貨了。

這應該就是搜索瞄準一體化的機載光電設備——中國版EOTS。

首先，J20已經具備了裝備EOTS的可能性。從2011和黃皮機的照片中，如果還不能完全得出這樣的肯定，那麼簡氏防務周刊和觀察者網、超大等國內外媒體大幅報導的2015年7月19日，中國軍民融合技術裝備北京博覽會上，中陸航星的EOTS-86，則直接將結論打上了牢牢的印鑑。

EOTS-86

在展板上我們能夠看到這樣的說明：

「EOTS-86系統是一款最新設計的機載內埋式光電搜索瞄準系統」

——半內埋好吧，謙虛點

「適裝於殲20、殲31、SU-27系列、T-50、蘇34、轟6K、圖-160等機型」

——第一個適裝對象就是J20/J31，看來裝備四代機那是妥妥的；SU-27系列，意味著我軍大量三代機的中期改裝是可能的，轟六K平臺大更不在話下。但看來看去，沒有輕型的J10系列。而且，近期J10B的圖流出來也還是傳統IRST的模樣。也對，J10主要是對空，對地EOTS急迫性不強。等一等……還有T50啊，出口導向很明確嘛。

「含遠紅外搜索、中紅外跟蹤、雷射測照等多種探測模式」

——長波+中波+雷射經典集成模式（複習問題4-5）

「主要用於對空、地、海晝夜搜索、精確跟蹤和瞄準以及武器制導。可以在雷達關機的情況下以空空、空面模式搜索和跟蹤目標，並能夠為飛行員準確指示目標位置。可與紅外全景搜索系統、機載火控雷達配合使用，可對紅外全景搜索系統或機載火控雷達搜索的目標進行精確跟蹤、定位及瞄準，引導機載武器系統攻擊目標。可與頭盔瞄準具聯動工作」

——搜索+跟蹤+制導+聯動頭描（複習問題6-7）。估計和洛馬那邊的說明書一個字不差啊，呵呵。注意，有空空模式，可以對空搜索啊，側面說明了F35的EOTS也不會是只能對地吧。

「對F22發現距離110公裡，對B2發現距離150公裡」

——以EOTS-86的精確紅外測角數據給機載AESA雷達，後者再做窄視角凝視掃描，就可以引導中遠程空空飛彈攻擊隱身目標。說這是中國反隱身裝備的一大突破，絕不為過。同時，說EOTS只能對地的同學，可以思考一下這個功能。最後，這個說明應該這是給美軍看的，要不完全可以說「對大型/典型隱身目標」這樣的字眼。現在這麼直白，完全是氣死人不償命啊.

「重量48公斤，壽命10000小時（20年）」

——咦?比F35的EOTS90.8公斤，輕了差不多一半（複習問題13），什麼古怪的思密達？

這位問了，我兔把EOTS搞定了，那麼，EODAS呢?

問題十六：J20是否會裝備EODAS?

這是討論中最艱難的一部分，信息有限，爭議無限。

網上有名博認為「考慮到控制飛機重量及對RCS影響等問題，殲-20可能不會裝備EOTS這樣的系統……殲-20採用分布式光電系統表明其外形隱身已經達到一定的高度，突出的光電系統已經成為一個主要的散射源需要給予消除」。意思是J20將只有EODAS類似的系統，而EOTS將被淘汰出局。

筆者遠沒有這樣樂觀，個人判斷如下：

1、J20的2011和黃皮機上，均有EOTS這顆痣。裝備EOTS的可能性很大（複習第一篇）。

2、從F35目前的情況看，EODAS的相關技術顯然尚未成熟。以國內的光電器件水平，就算有了類似產品，恐怕性能也還力有未逮。J20隻依靠EODAS，未見得是穩妥的方案（複習問題11-14）

3、網上關於J20預留的分布式孔徑位置圖，確實有EODAS的趕腳，但要知道，J20經過隱身設計，很多原來的天線、空速管、傳感器什麼的突出物都完全可能被半埋、扁平化甚至完全平面化了。因此只是根據幾個表面窗口，結論不是那麼好下的。

J20的2013機頭的各種窗口

以2013機頭圖為例，如果只是外表噴塗色塊，則可能是高速攝像標記。在看著像窗口的位置中，較小的可能是機內數據鏈天線、飛彈告警窗口；而較大的可能是分布式壓力傳感器、亦或就是EODAS光窗。

4、即便J20留了分布式光窗，初期批次是否一定實裝EODAS，也不好說。F22表面也有不少孔徑，可是直到2006年的批次，都未實裝EODAS。美軍也一直在考慮加裝，但並無實裝的消息。

綜上所述，按保守的估計，J20的初期生產型，可能只有EOTS，但無EODAS，而用其他光電設備替代，亦未可知。按樂觀的估計，J20的初期生產型，就將採用類似F35的EODAS+EOTS的方式。但是，J20不會一次就完成以分布式孔徑系統完全替代半埋式光窗的技術飛越。

如果J20首批暫不裝備EODAS，或者即使J20裝備了，出口型的J-31縮水版，又有什麼EODAS的替代方案呢？

問題十七：J20/J31如果有EODAS的替代者，那會是誰？

在中陸航星的展板上，還有一個產品——EORD-31。

EORD-31前視紅外搜索跟蹤系統

雖然名字還叫IRST，但是性能已經與傳統IRST有脫胎換骨之感。產品性能如下：

「專門為四代機設計，適裝J20，J31，T/50，SU-35」

——看看吧，專門為四代機設計，因此不排除做EODAS的低端備胎。

「短波線陣、中波面陣、長波線陣紅外傳感器，伺服穩定平臺」

——多波段，線陣搜索+面陣成像，目標搜索好識別能力均很強大（複習問題1-4）。伺服穩瞄，有利於對目標的穩定跟蹤（複習問題13）。無雷射測距和光斑跟蹤器，因此只能測角（複習問題6）

「適用飛機前方及側上方掃描探測搜索定位，正前方±60°，俯仰-20°到+50°」

——標準的IRST搜索範圍，顯然是對空的（複習問題3），與EOTS-86形成互補。缺點是只有前機身探測範圍，後大半球240°不在探測範圍內，無法形成視覺包絡。

「大口徑共光路光學系統，楔形整流罩」

——這是中國掌握大口徑共光路設備的最佳例證（複習問題10）。

「夜間霧霾等低能見度條件下輔助進場導航」

——類似F35的透明座艙輔助導航功能（複習問題13），但範圍有限。

EOTS-86和EORD-31，正在成為中國四代機對地和對空光電設備的尖兵。

很有意思的是，在中陸航星的展板上，EORD-31裝在了J31的機頭上部。筆者寫到這裡，不禁抬頭走神兒：未來J31如果同時裝EOTS-86和EORD-31，豈不是腦門一顆痣，下巴又一顆痣……什麼形象啊……又或者說，J31肚量小，基本對空不對地所以只裝EORD-31?不是說2016年出J31的第二架原型機嗎……咱們等著看看吧。

總之，EOTS裝J20甚至雙座三代機，應該是手拿把掐的事兒。至於分布式孔徑系統，難度很大，希望也很大，大家見仁見智。

當然，無論我們的判斷是什麼，中國的EODAS，一定，在路上。

小結

我們討論的十七個問題，像是現下春天的十七個瞬間，映畫著機載光電設備不同角度的風採。

機載光電設備正在向全天候、全空域、多光譜、多模式、兼地空的綜合模式演進。正如中波與長波探測融合，分立式多光路向單光軸共光路方向融合，點源探測與成像探測融合、FLIR與IRST逐步融合一樣，相信EOTS與EODAS的融合也一定會在技術發展的前方道路上，等待著探索者們有朝一日的奮力超越；

機載光電設備與計算機處理和存儲技術的結合密不可分，信號和圖像誤差、信號識別和方位預測，信號傳輸與融合展示都越來越依賴計算機技術的進步才能取得實質上的突破；超分辨力、圖像融合、圖像去模糊，以及雷射3D成像等等，正在成為機載光電系統的關鍵技術。而隨著精確打擊的發展，對偵察圖像的清晰度、目標定位精度的要求不斷提高，也對伺服穩定控制技術和像移補償技術提出了新的要求；

光電系統的被動紅外體制和內埋布置，不但提高了載機自身的低可探測性，又能破壞敵方的雷達隱身效能。加強隱身-反隱身的雙重功效，也是機載光電設備發展的重要趨勢。

在即將擱筆之際，我們必須再次承認，美國在機載光電設備這個領域無可置疑的領先地位，而且已經將德、日、英第二集團拉開了相當的距離。對此，我們必須有高度清醒的認識。

當有人因為最近美國軍方爆料F35頭顯的投影圖像抖動和延遲大約0.13秒，超出設計指標0.04秒2倍多，而嘲笑F35是問題產品的時候，筆者卻依然對美國軍工的深厚科研和工業實力表示極大的關注。客觀的說，上述問題確實是因為EODAS的創新性設計造成的（回顧一下問題12）。只要選擇了這樣一條艱難的未知之路，它的解決難度就將是空前的，因此所面臨的困境也是正常的。

但我們不要忘記，敢於面對這樣的技術壓力迎難而上的專業人員，值得每一個中國軍迷的最高敬意；敢於在如此高風險的項目泥潭中奮力前行的美國廠商，是每一個中國軍工人的最大動力；而這些問題一旦解決，所帶來的作戰模式變革和戰力優勢確立，更是中國軍隊最悽厲的戰鬥警報。

持那種沾沾自喜觀點的人，應當看到：

不要說顛覆性的EODAS，就以EOTS為例：以國內穩瞄系統的穩定精度水平，比美軍的最高水平2-5urad差一個數量級。這意味著什麼？對光電穩瞄系統，這意味著代差。也就是說，國內採用的機電框架控制技術，穩瞄精度達到美軍第二代FLIR的水平，也已經接近傳統機電控制的極限，很難再有大的突破。而類似採用柔性鉸鏈的快速反射鏡設計快速反射鏡(ast steering mirror: FSM) 穩定技術在內的新一代前沿科技，才是彌補這一差距的必經之路。

技術代差意味著裝備代差，而裝備代差，又意味著什麼？

持那種悲觀失望觀點的人，應當看到：

下一個十年四代機包圍中國的態勢，讓中國軍隊自我隱身-對敵反隱身的需求日益迫切。而中國的機載光電技術水平，正是在這樣的大背景下，得益於國力發展和國防投資，以最高水平為目標快速追趕。

根據豬大的博文，軍用電子元器件手冊一書披露，我國已經研製成功6000元左右的線陣和1024*1024的面陣等CCD器件；

2014年，公開文獻報導，洛陽光電所針對未來高超音速中波紅外窗口適應多色、多模複合,超視距、寬視角,以及隱身化和抗電磁幹擾等需求，研究Y2O3陶瓷材料；

2015年5月，科技日報報導，武漢軍械士官學校光電技術研究所所長程勇團隊，研究「雷射沉積類金剛石膜」技術，解決了紅外窗口硬度低、易劃傷、化學穩定性差、易腐蝕，特別是在高超音速飛行條件下會「失明」的問題，獲我國光學工程創新技術一等獎，該技術用於高速反導攔截彈的紅外窗口，讓我國一種新型飛彈提高速度30%；

2015年8月，公開文獻報導，西安某所建立快速反射鏡FSM壓電陶瓷控制系統傳遞函數，對基於分立元件的驅動器和基於位置閉環的驅動器，驗證了可行性和有效性，最小響應的角位移為5urad，為中國下一代超精度穩瞄系統的建立邁出了重要一步；

近期，官媒報導：洛陽光電所副所長、首席專家車宏，創新性地提出「綜合光電演示驗證」項目，突破一系列關鍵技術，經過幾十架次艱苦的驗證試飛，多項指標達到國際先進水平，極大地縮小了我國機載光電技術與國際先進水平的差距。

正如那穿透暗夜中厚厚雲層的紅外信號，雖然微弱，雖然遙遠，但在凝視焦平面的大陣面圖像中，依然可以清晰的識別出：中國機載光電設備全面突破的時代，正在到來……