軍事研究學(xué)者和行業(yè)專家們將多種光電/紅外（EO/IR）傳感器組合使用，其組合性能遠(yuǎn)超各部件性能總和，態(tài)勢感知能力比之前也大幅提升。

縱觀戰(zhàn)爭史，態(tài)勢感知已成為交戰(zhàn)關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著21世紀(jì)戰(zhàn)場不斷朝向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、大數(shù)據(jù)戰(zhàn)場演變，態(tài)勢感知對于作戰(zhàn)者安全和作戰(zhàn)勝利的作用比以往任何時(shí)候都更加重要。這就是光電和紅外傳感器應(yīng)用的舞臺。這些傳感器及其數(shù)據(jù)處理器能為軍事部署提供前瞻。

軍方面臨的持續(xù)挑戰(zhàn)是如何保持光電/紅外傳感器系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)先。面對戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)上更加成熟的敵手，美國軍方在光電/紅外傳感器系統(tǒng)的重要性和難度上增加了投入，以保持其技術(shù)優(yōu)勢。

海軍作戰(zhàn)總署長官約翰?理查森在12月美國海軍研究所年度防務(wù)論壇上講到，“當(dāng)你看到潛在性能和交付性能之間存在的差距，這個差距才剛剛開始，目前差距并不明顯，可能小到有些時(shí)候我們甚至可以說服自己，認(rèn)為自己做的還不錯。但是可以看到，往前走，差距只會呈遞增趨勢越變越大?！?/p>

通常，光電/紅外傳感器的研發(fā)價(jià)值僅在真實(shí)軍事環(huán)境演練中才凸顯出來?！爱?dāng)技術(shù)在研發(fā)者手中實(shí)現(xiàn)，看到海員投入應(yīng)用，奇跡發(fā)生?！崩聿樯f道，“艦隊(duì)創(chuàng)造力無比巨大。”

華盛頓海軍海上系統(tǒng)指揮部（NAVSEA）海面光電/紅外傳感系統(tǒng)技術(shù)保證官基斯?雷南說，海軍艦隊(duì)認(rèn)識到了光電/紅外傳感器的價(jià)值，因此其需求越來越大。

雷南說，“海軍海上系統(tǒng)指揮部現(xiàn)階段海上任務(wù)的重點(diǎn)工作是多項(xiàng)任務(wù)和功能的交叉，如導(dǎo)航、武裝防范、水面戰(zhàn)、防空和其他保障區(qū)域。關(guān)鍵驅(qū)動因素是可提供目標(biāo)晝/夜、大范圍監(jiān)視的光電和紅外傳感器運(yùn)動圖像，它能提高用戶目標(biāo)辨識、威脅評估及根據(jù)交戰(zhàn)規(guī)則預(yù)判意圖的能力，并通過自動跟蹤保障武器使用，通過瞄準(zhǔn)線保障火控方案。傳感器還能評價(jià)作戰(zhàn)效果?！?/p>

美國海軍的試驗(yàn)性態(tài)勢感知系統(tǒng)（SAWS）利用置于航空母艦艦島前、后方的2個光電/紅外傳感器進(jìn)行360度偵察。

未來性能

對于未來性能，海軍專家正致力于使用新的光電/紅外技術(shù)提升現(xiàn)有傳感器的性能?！皯B(tài)勢感知目前發(fā)展重點(diǎn)是增強(qiáng)現(xiàn)有傳感器的性能（過去主要關(guān)注特殊武器用傳感器），配上用于態(tài)勢感知的附加傳感器，為船只提高態(tài)勢感知能力，”雷南表示，“不同船級存在一些差異，但也有相似點(diǎn)。我們正在對傳感器標(biāo)準(zhǔn)化做需求分析，以提升其性能并降低整個主艦船的成本?！?/p>

傳感器正在發(fā)展成同時(shí)為武器系統(tǒng)和態(tài)勢感知所用。海軍領(lǐng)導(dǎo)層希望將瞄準(zhǔn)和監(jiān)視傳感器用于特定作戰(zhàn)任務(wù)，因此，海軍海上系統(tǒng)指揮部正致力于加強(qiáng)上述傳感器的態(tài)勢感知能力，降低特殊用途傳感器上的損耗。

“目前，我們的傳感器被各種武器系統(tǒng)用作點(diǎn)方案，因此面臨如何將傳感器集成在艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)與視頻流傳輸中，例如提升整體互操作性。標(biāo)準(zhǔn)有助于開放式系統(tǒng)內(nèi)的集成，使傳感器和其他的作戰(zhàn)系統(tǒng)元件可更好地集成，”雷南說，“如果我們可以將傳感器標(biāo)準(zhǔn)化，使用通用模塊完成態(tài)勢感知和作戰(zhàn)保障將大有益處。有很多重點(diǎn)工作可以做，例如將系統(tǒng)接口和模塊等級標(biāo)準(zhǔn)化，并且將其他的技術(shù)更新周期和維護(hù)模塊標(biāo)準(zhǔn)化，這樣它們可以在多個平臺和系統(tǒng)中使用。標(biāo)準(zhǔn)化后，有助于實(shí)現(xiàn)海軍的開放式架構(gòu)目標(biāo)，并在使用周期保持競爭力。”

保持技術(shù)領(lǐng)先不僅依賴于提高單個傳感器技術(shù)，更需要將兩個或多個傳感器集成在一個元件里，融合原始數(shù)據(jù)，將平臺數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為可用信息，從戰(zhàn)場指揮官到單兵，實(shí)時(shí)分享整套裝置的信息。

“我們研發(fā)的大方向是在作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全態(tài)勢感知?！蓖栠d維FLIR系統(tǒng)公司光電/紅外監(jiān)視產(chǎn)品部市場經(jīng)理的安德魯?薩克斯頓說，“未來5年中，將會看到每套戰(zhàn)場裝置的性能發(fā)展顯著，不僅可以分享指揮中心的視野，還可將之傳送到其他戰(zhàn)域，我認(rèn)為（相關(guān)傳感器）的用途將保持相對穩(wěn)定，但會使用不同的裝置指揮它們?！?/p>

縮減尺寸

光電/紅外傳感器的一個普遍趨勢是縮減尺寸、重量和能耗（Size, Weight, and PowerConsumption, SWaP）。“當(dāng)從更小系統(tǒng)上獲得更佳性能，就可以用小型無人機(jī)代替大飛機(jī)，或用輕型戰(zhàn)車代替大型平臺。隨著更多傳感器成為便攜式系統(tǒng)后，更多的任務(wù)可以在地面而不是在空中完成。距離和操作條件促成的新系統(tǒng)能夠讓指揮者更靈活地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)?！?/p>

上述發(fā)展的領(lǐng)跑者是光電/紅外傳感器聯(lián)合體的新應(yīng)用，應(yīng)用范圍從海軍艦艇到特殊操作員?！肮怆姾图t外目前或多或少連在了一起，”貝爾沃堡的美軍情報(bào)及電子戰(zhàn)與傳感器項(xiàng)目執(zhí)行辦公室的傳感器專家彼得?津斯說，“光電傳感器白晝工作，紅外傳感器晝夜工作，但是光電傳感器的觀測范圍更廣；它更具備互操作性。從長期來看，我們關(guān)注更好的傳感器、更多的傳感器融合和輔助目標(biāo)辨識（Aided TargetRecognition，AITR）。持續(xù)追求有著更大焦平面陣列（FPA）的分辨率更大、能在防區(qū)外距離更遠(yuǎn)工作的傳感器。我對真正新型光學(xué)啟動持懷疑態(tài)度。在這些傳感器上加入更大孔徑是個難題?！?/p>

在軍用光電/紅外傳感器技術(shù)中傳感器融合是一個大趨勢?！八蓄愋偷亩鄠鞲衅魅诤希约敖⑻峁┓菙?shù)據(jù)產(chǎn)品的軟件，是長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。它和傳感器一樣成本高昂，也需要更多的人力觀測每個傳感器。解析更多數(shù)據(jù)需要縮減原始數(shù)據(jù)和實(shí)用信息之間的時(shí)間，否則就要投入更多人力。”

幾個主要合同商搭建了種類繁多的平臺，融合了大量的焦平面陣列、光電/紅外傳感器、不同的幀速率、以及許多噴涌大量數(shù)據(jù)的通道。如柯蒂斯-萊特防務(wù)公司此類的一些公司在分系統(tǒng)建立了數(shù)字信號處理高性能嵌入式計(jì)算模塊，用于捕獲數(shù)據(jù)，通常為預(yù)數(shù)字化，一些是以高帶寬格式。一些公司購買了獨(dú)立模塊，一些公司預(yù)裝了分系統(tǒng)。

傳感器處理

“通常沒有一種處理技術(shù)適用于所有應(yīng)用，” Curtiss-Wright防務(wù)公司的數(shù)字信號部高級產(chǎn)品經(jīng)理馬克·科圖雷說道，“最常見的組合是采用現(xiàn)場可編程門陣列（FieldProgrammable Gate Arrays，FPGA），首先抓取光纖流，進(jìn)行預(yù)處理，然后交由通用圖表處理裝置（General Purpose Graphicsprocessing units，GPGPU）處理—每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算，高吞吐量處理和如Xeon D（認(rèn)知力更強(qiáng)）的英特爾元件可以分析數(shù)據(jù)和更改模式，像是一個能夠進(jìn)行處理的指揮器或指揮官?！?/p>

美國海軍裝于航空母艦USS Dwight D. Eisenhower上的態(tài)勢感知系統(tǒng)使用了2個光電/紅外傳感器，一個筆記本電腦控制站和多個數(shù)字視頻錄像機(jī)提供環(huán)艦360度視覺覆蓋，用于武裝防范、導(dǎo)航、搜索和捕獲操作。

需將不同的處理技術(shù)進(jìn)行特殊混和，以處理光電/紅外傳感器的高分辨率圖像快速數(shù)據(jù)流?！吧厦嫣岬降氖且环N“技術(shù)組合”，（但）每個應(yīng)用采取的是現(xiàn)場可編程門陣列、圖形處理器等的不同的組合。而且不同的主事者傾向于不同的組合，”科圖雷說，“防務(wù)中最常見的封裝是VPX。如果需要還可以使用更小封裝技術(shù)，我們通常采用工業(yè)級芯片并使其適應(yīng)極端溫度、不同的振動剖面，并密封防止外來顆粒物?！?/p>

陸軍同樣在為加強(qiáng)戰(zhàn)地態(tài)勢感知做努力?！败婈?duì)在復(fù)雜環(huán)境中制勝應(yīng)充分了解態(tài)勢，這種理念要求光電/紅外傳感器執(zhí)行瞄準(zhǔn)任務(wù)。還需要更廣泛的態(tài)勢感知，可以用畫中畫和步距凝視（本質(zhì)即拼接）來實(shí)現(xiàn)。在這里向四周轉(zhuǎn)動傳感器并拍攝多幅圖像，然后將其拼接，”津斯說，“我們希望今后有集成性更好的負(fù)載?？赡苡懈采w許多不同帶寬的傳感器，但有一些AITR帶有的軟件組件可以將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，或至少為操作員提供線索?！?/p>

技術(shù)嵌入

軍方在近期及中期關(guān)注的是升級原有的平臺和系統(tǒng)。研發(fā)預(yù)算困難促使陸軍向外尋求合作實(shí)驗(yàn)室，以求得好的想法并開發(fā)最終可以獲得轉(zhuǎn)讓的技術(shù)。

“我們已經(jīng)從快速反應(yīng)力操作模式轉(zhuǎn)移，這種模式會導(dǎo)致更長時(shí)間幀去研發(fā)技術(shù)。光遠(yuǎn)端控制器（ORC）是戰(zhàn)地急需的產(chǎn)品，而且在布什時(shí)代，有經(jīng)濟(jì)實(shí)力去解決死亡問題，”津斯說。

隨著軍用技術(shù)的增加，許多來自商業(yè)領(lǐng)域的尖端研究迎面而來，它們進(jìn)行了調(diào)整以迎合戰(zhàn)爭需要，但是較之前更為先進(jìn)，比特制的軍用硬件設(shè)施反應(yīng)更快。制造新系統(tǒng)，使戰(zhàn)場士兵易于使用且直觀，密切合作是關(guān)鍵。

“對更高分辨率、更穩(wěn)定和更好成像性能的要求從未間斷。英特爾那些系統(tǒng)的新趨勢之一是提供高清圖像之外的東西。我們的技術(shù)不僅僅是看見一幅清晰的圖。而是實(shí)現(xiàn)由野外裝備做其他決定，” FLIR公司的薩克斯頓說道，“我們的機(jī)載、便攜式和車載系統(tǒng)為操作員提供精確的目標(biāo)定位，他們可以與地區(qū)指揮官分享這些信息。”

裝在Augusta Westland公司AW189直升機(jī)上的SAFIRE 380-HD

光電/紅外傳感器吊艙

首先是在商業(yè)領(lǐng)域開發(fā)了用于廣泛部署的高清成像技術(shù)。“在軍方廣泛采用之前，高清成像出現(xiàn)在電子消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域，但是目標(biāo)的高清熱成像是一項(xiàng)更難的技術(shù)?！彼_克斯頓說道。“去年我們推出了一臺裝配來福槍的高清熱像儀HISS-XLR，以前這種性能只有高端機(jī)載和車載級別，而目前士兵就能使用?！?/p>

海軍海上系統(tǒng)指揮部專家已經(jīng)檢驗(yàn)了寬視場分布式孔徑傳感器和持續(xù)360度監(jiān)視的潛在性能。包括了大格式、小像素焦平面陣列技術(shù)，拼接傳感器圖像，集成寬視場傳感器和更常規(guī)的傳感器用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別和分類。

增大視場

“使用寬視場的目的是加入自動探測和多目標(biāo)跟蹤性能以獲取更廣的態(tài)勢感知，用于武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)保障。在它們和窄視場傳感器之間加入寬視場和互操作性有一個大的優(yōu)點(diǎn)，后者可進(jìn)行更近距離的識別、威脅評估、判別虛假報(bào)警等等?！盢AVSEA的雷南說，“我們的另一個關(guān)注點(diǎn)是采用短波紅外傳感器改進(jìn)可見波傳感器在海上的性能表現(xiàn)，協(xié)助抗衡退化的視覺環(huán)境。以及用作帶內(nèi)激光成像，”雷南繼續(xù)說道，“圖像將緩解一些工作負(fù)荷并提升在嘈雜環(huán)境的態(tài)勢感知，有了那些圖像，我們就能了解它們的管理與顯示方式以避免信息超載?！?/p>

如沿海岸線和港口內(nèi)的艦艇所遭受的攻擊所證，海上態(tài)勢感知不僅限于雷達(dá)對敵機(jī)的掃描或聲納對潛艇的探測。這對于設(shè)計(jì)用于執(zhí)行晝/夜離岸、近岸和岸上任務(wù)的下一代氣墊船尤其正確。氣墊船操作員在這些任務(wù)環(huán)境中必須有最高級別的態(tài)勢感知，不僅包含當(dāng)日能見度，還有浪花、高濕度、霧、煙，甚至沙子和灰塵。目前的雷達(dá)、夜視儀和視覺手表“三套車”—二戰(zhàn)之后相對沒有變化—在海軍的氣墊登陸艇（Landing Craft, Air Cushion, LCAC）上，不再能滿足要求，海軍急于為這種登陸艇去尋求新持久的、費(fèi)用低的光電/紅外成像元件。

根據(jù)2015海軍一則宣傳通告，“光電/紅外系統(tǒng)（或近似超光譜成像傳感器）通過辨別陸地地形、海洋及航道特征和接觸點(diǎn)，例如在平面雷達(dá)性能受限的近海岸區(qū)域的小型船只和巡邏艇，能極大地提高操作員態(tài)勢感知?！?“帶有熱對比度的超光譜成像系統(tǒng)，例如光電/紅外傳感器，可以探測和識別表面接觸和海灘陸地威脅，這些威脅的雷達(dá)特征非常弱?！惫怆姵上?、紅外成像、NV系統(tǒng)和激光以及測距工具的組合的獨(dú)特性能將加強(qiáng)氣墊船（Air CushionVehicles, ACV）的作戰(zhàn)操作性。

通告中提到，這個系統(tǒng)還可以有雙重用途，用于商用氣墊船，渡船、領(lǐng)航船或其他在近海岸或岸上活動的船只，還有在岸上執(zhí)行任務(wù)的陸軍的內(nèi)河艦和軍用車輛。

征服黑暗

同時(shí)，在Fort Belvoir的陸軍通信電子研究開發(fā)和工程中心的夜視與電子傳感器理事會（Communications ElectronicsResearch, Development and Engineering Center’s Night Vision & ElectronicSensors Directorate，CERDEC NVESD）正致力于超越夜視系統(tǒng)。這種夜視系統(tǒng)裝在夜視鏡上，曾使佩戴它的每一位美軍士兵在1990年代和2000年代“擁有黑暗”。作為單兵用品的關(guān)鍵部件，夜視鏡征服黑暗需要新的更加先進(jìn)的技術(shù)。

“現(xiàn)在的陸地普通士兵有一副圖像增強(qiáng)目鏡，”NVESD經(jīng)理唐納德博士在2015 SPIE防務(wù)安全和傳感會議上說，“近紅外夜視鏡這個技術(shù)已經(jīng)有40年歷史，在放大星光和環(huán)境光并在人眼中生成圖像方面有卓越表現(xiàn)。沒有模擬，沒有數(shù)字、光入、光出。”

夜視鏡通常有著操作局限性：沒有熱容量，沒有晝夜之間無縫轉(zhuǎn)換，沒有遠(yuǎn)距離觀察閉合。NVESD的加強(qiáng)型夜視鏡使用了一個視覺增強(qiáng)通道、一個熱通道和一個可與相機(jī)輸出連接的光學(xué)覆蓋，在小顯示屏上進(jìn)行圖像增強(qiáng)。目前的增強(qiáng)型夜視鏡仍然不具備完全的數(shù)字化性能。

我們想要一種設(shè)備“有數(shù)字化傳感器、頭盔式顯示器或成像儀，由數(shù)字式傳感器向顯示器發(fā)送信號?！盢VESD的雷歌補(bǔ)充說道，他的目標(biāo)是這樣一個系統(tǒng)：一個照相機(jī)（位于后部）、一個傳感器、光顯示器、有存儲器和記憶容量，可以運(yùn)行應(yīng)用軟件?！斑@是士兵的發(fā)展趨勢，這就是未來。”

重新回到近凝視/凝視敵手成為驅(qū)動光電/紅外傳感器和其他加強(qiáng)型態(tài)勢感知技術(shù)進(jìn)展的力量。

“在整個太平洋上，我們的對手比起過去的15年更加精明和敏捷，”Curtiss-Wright公司的擴(kuò)科圖雷說道，“一切在發(fā)展，我想我們也將更加靈巧，但是你無法假定我們永遠(yuǎn)穩(wěn)居頭牌，需要努力爭取。就像海灣戰(zhàn)爭時(shí)，我們曾接到大量要求抵御熱微顆粒的傷害?！?/p>