海上巡邏機光電偵察系統設計

宋冬生 王茹意 李洪烈

【摘 要】闡明了光電偵察系統的原理，設計了它的兩個主要的組成系統。并針對這兩種偵察系統應用于海上巡邏機的可行性進行了理論計算和實際分析，方案行之有效。

【關鍵詞】海上巡邏機；光電偵察系統；可見光偵察；紅外偵察

1光電偵察系統的任務使命

光電偵察系統的任務使命是：當海上巡邏機執行對海面巡邏時，系統中的紅外遙感設備以航線為基線，對航線左右的水下目標進行實時偵察，發現目標并顯示航跡與目標大約深度，提供情報支援或引導；而系統中可見光/近紅外設備對飛機正前方進行偵察，發現遠處水面船只、潛望鏡、通氣孔等大小不等目標。由于運用紅外、可見光/近紅外探測，因此本系統可晝夜工作。

2系統設計

光電偵察系統由可見光/近紅外偵察系統和紅外掃描偵察系統兩部分組成。

2.1可見光/近紅外偵察系統

可見光/近紅外偵察系統框圖如圖1所示。整流罩用于對光學系統的防護；光學系統具有可變焦距、可見光及近紅外兩個波段濾波特點，以適應戰術運用和不同能見度氣象條件下運用的要求；傳感器采用CCD器件，它的作用是把光信號變為電信號；信號處理器對CCD信號進行消雜光、光增強、減噪聲等處理；圖像處理器對采集后的圖像進行運動目標處理，并實時輸出目標參數；計算機是系統的指揮控制中心、人機對話的界面。系統具有自動工作、手動工作和人工干預下工作三種工作狀態。在自動工作狀態，光學頭按照預先設定程序，自動對海面進行有規律的“S”形掃描，按飛機的速高比，決定掃描視場；在手動工作狀態，光學頭按照指揮員的要求，人工操作掃描；在人工干預工作狀態，光學頭按照指揮員要求，通過計算機輸入參數，終止原工作狀態，進入新輸入要求工作狀態。計算機還有記憶目標參數、數據庫、威脅庫等功能。顯示器顯示視場內景像背景和目標，并用表格和圖像形式顯示目標參數和背景景像。記錄儀根據要求選取任何記錄形式。穩定平臺是一個由萬向支架支撐的陀螺穩定平臺。

2.2紅外掃描偵察系統

紅外掃描偵察系統的框圖如圖2所示。光機掃描是通過機械有規律的運動，對海面一定視場進行掃描，發現海上目標，或對水下目標運動航跡產生的水面溫差進行探測；紅外傳感器的作用是把光信號變為電信號；致冷裝置對系統從溫度和功率上提供達到77K和1W冷量的工作保障；信號處理器對傳感器輸出的信號進行去雜、去噪處理，降低虛警，提高靈敏度；信息處理器通過信息處理，確定目標方位和水下目標航跡；計算機、顯示器、記錄儀的功用、組成與可見光偵察部分相同。

3 方案可行性分析

3.1 可見光偵察方案可行性分析

3.1.1理論估算

可見光CCD攝像機探測到目標信號的基本條件為：

（1） 目標在CCD器件上有足夠的照度（當無月光、只有星光的夜晚，選擇像增強型CCD，即選擇ICCD型，會使靈敏度提高兩個數量級以上），照度在白天晴好天氣不會有什么問題。另外，也可以運用大口徑光學系統，進一步解決照度可能不足的問題。

（2） 目標在傳感器上至少大于3×3像元數；在特定背景下，如海面單一背景2×2像元數通過軟件也可以探測到目標。所以指標上有二種目標：

a）目標尺寸為Ф100mm ×l500mm，RV≥15km

正常情況下，目標露出水面的潛望鏡、通氣孔等目標的尺寸不小于Ф100mm ×l500mm，采用62cm焦距的光學系統，在15km遠處的接收面上成像尺寸約為20μm，選擇CCD的像元尺寸為7μm，完全可以分辨。

b）目標尺寸為30m×130m，RV≥80km

同樣，在 80km遠處單元像素對應的尺寸為 1.09m×l.23m，對30m×130m目標，理論上可有27.5×24.3個像素，遠遠多于3×3像素，完全可以分辨。

目標為陽光照射的船只甲板以上部分，有的被陽光直接照亮，有的是陰影，這本身就有相當大的對比度。因此，從理論上分析，可見光/近紅外偵察系統可以達到所設計指標。

3.2紅外偵察的可行性分析

紅外遙感技術在國內外都已比較成熟。早在20世紀70年代中期，電子部某研究所已研制出紅外對海洋遙感遙測儀樣機。雖然當時器件水平很低，但已經能從飛機上對行駛過的小機帆船（約半小時后）留下的行蹤進行測試，結果非常理想。隨著科學技術的發展，元器件靈敏度的不斷提高，紅外探測偵察系統的技術水平越來越高。

為了有一個大致定量概念，假定以下參數，做一些比較保守的計算，從成像探測理論可知，系統等效噪聲溫度（K）可用下式計算：

參考文獻：

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