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　　战斗机上有各种精密的航电装备，其中主动式电子扫描阵列雷达威力强大，可让战斗机同时接战来自不同方向的目标，甚至具有成为高能量武器及快速数据链的潜力，赋予战斗机前所未有的新战斗力。但雷达波会泄露飞机的行踪，妨害战斗机遂行任务，甚至危及战斗机的生存性。为兼顾搜索目标及避免敌方知悉我机动向，不会向外发射电磁波的被动式红外搜索与跟踪系统已成为现今新一代战斗机的必要装备。

前言

　　战斗机是安装有高性能传感器及武器系统的飞行平台，机上航电装备及相关软件的价格就大约占了总价格的一半。这些航电系统及传感器虽然很先进，却会发射强烈的电磁波。即使现今战斗机已采用隐身技术来大幅降低雷达反射面积，但发射电磁波无异于向敌方侦察系统报告我机方位及飞行方向，对战斗机遂行任务非常不利。若因电磁波发射管理不当，让战斗机现形于敌方雷达或热成像仪上，之前为隐身所做的一切努力将完全付诸流水。



F-22开加力时的红外图像

　　要解决这个难题，基本方法是降低本身发射的电磁波，根本解决之道则是使用先进、不发射电磁波的被动式传感器，让敌方侦察系统一无所悉。




雷达是战斗机的必备航电系统，却也是妨害隐身的最主要装备


电磁波管理

雷达

　　现今战斗机所发射的电磁波中，最主要的来源当然是尖峰功率可达数十万瓦的雷达。先进雷达警告接收机（Radar Warning Receiver）接收到雷达发射的电磁波后，不但能定位发射源位置，在与计算机数据库对比后还能确定雷达的种类和战斗机的型号。虽然战斗机可采用“雷达静默”方式来躲避探测，但这只能偶尔为之，而且在躲避敌方探测和探测敌方目标间如何平衡也是一大难题。

　　低拦截率（Low Probability of Intercept）雷达可以解决部分难题，这种雷达的发射频谱很宽，使用最小的发射功率，并采取跳频（frequency hopping）技术，载波以特殊的传输顺序在多个频段内变换发射频率。这种传输方式有两个优点︰一、对窄频干扰有强大的反制能力；二、对窄频接收机而言，这种雷达波就如同多余的背景噪声，因此极难拦截。所以低拦截率雷达在搜索跟踪目标时，雷达警告接收机很难探测，战斗机能在不惊动敌方的情况下进行探测、识别、以及跟踪敌方的目标。



主动式电子扫描阵列雷达的波束狭窄，频率多变，波形变化多端，很难予以拦截

　　雷达还可用脉冲压缩（pulse compression）技术来降低被探测到的机率。这是一种增加传输距离和提高信噪比（Signal-to-Noise Ratio）的信号处理技术，将发射脉冲先进行调变，并将反射信号与发射电磁波相对比，在距离与分辨率不变的情况下尖峰发射功率可以大幅降低。

　　在设计雷达时，若能减少旁波瓣（side lobe）及后波瓣（back lobe）的功率也能降低被拦截的机率。现今的相位阵列（phased array）雷达不但可控制旁波瓣的大小，还能以狭窄、移动迅速的电磁波进行型态复杂的搜索，用来对付雷达警告接收机效果斐然，即使被它探测到也会认为不值一顾。不过相位阵列雷达仍然需要高功率接收/发射模块，只是把机械式扫描天线（Mechanically Scanning Antenna）换成电子PIN二极管被动式移相器（phase shifter），不再需要机械扫描动作，对雷达运行或降低能量消耗也有相当的帮助。

　　最先进的低拦截率雷达是主动式电子扫描阵列（Active Electronic Scanned Array，AESA）雷达，这种雷达的发射和接收机被多个自备电源及放大器的发射/接收模块取代，每个发射/接收模块具备功率放大器、低噪音放大器、相位控制器及振幅控制装置，因而不需要高功率中央发射系统。除了在操作上更为便利之外，雷达扫描也非常迅速，因此很难予以拦截。据说F-22“猛禽”（Raptor）的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达在对装有雷达警告接收机或电子支援措施（Electronic Support Measure）的敌机进行扫描时，敌机根本不知道已被雷达波笼罩。



AESA雷达的单个发射/接收模块

　　传统雷达是在一狭窄频段内发射低能量脉冲，AN/APG-77雷达则是以扩展频谱传送（spread spectrum transmission）技术在一宽带段内发射脉冲，各频段的回波由雷达信号处理器综合，从目标传回的总能量与传统雷达相差无几，但每个脉冲的能量大幅减小，而且也不符合一般的雷达波调变型态，因此目标很难察觉F-22就在附近窥伺。


其它发射源

　　无线电传送也会惊动敌方，因而获知我机的方位，并且有可能由无线电特性知道飞机的型号。现今的战斗机可通过数据链接收语音或数据信息，但战斗机在网络中心化战争（Network Centric Warfare）背景下作战，除接收信息外也得传送大量的信息，数据链容易被探测或拦截，降低了飞机的隐身性能。F-22因此有两套数据链系统，一套使用标准的超高频/极高频（VHF/UHF）无线电频率；另一套是低功率、低拦截性的飞行中数据链（Intra flight Datalink），让各架F-22不需通过无线电通讯就能自动彼此分享目标与系统的信息。




F-22的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达不但威力强大，且具备成为超级数据链的潜力

　　为了消除数据链可能泄露行踪的顾虑，F-22正在提升AN/APG-77的性能，在2006年9月由诺格（Northrop Grumman）、洛马（Lockheed Martin）、L-3通讯（L-3 Communications）合作的一次测试中，F-22的AN/APG-77主动式电子扫描阵列雷达通过通用数据链（Common DataLink）的调制解调器仿真成无线网络中的一个节点（node），以每秒548Mb和每秒1,000Mb以上的速率下载及上传数据，较美国现役传输速率每秒约1Mb的Link16强上几百倍，能在极短的时间内将数据传输完毕，降低泄露飞机行踪的风险。

　　飞机上的电子反制装备，尤其是各种干扰器也很容易泄露飞机的行踪及方位，使得是否该启动电子反制变成两难。一般而言，若已被敌方探测发现，就应该启动电子反制以迷惑或蒙骗敌方的雷达，但若敌方对我机仍毫无所悉时，就应该避免使用。

　　除了上述各种向外发射电磁波的装备外，飞机上各个电子开关在扳动时也会发出少量电磁信号，这对全金属飞机造成的问题较小，因为金属结构会吸收这部分的噪声，但对性质属于绝缘体的复合材料而言就不容小觑。

解决方案

　　主动式电子扫描阵列雷达性能强大，又有传输数据的潜力，必然仍是机上最重要的传感器，但由隐身的观点来看，雷达发射的电磁波不论如何降低强度，或是多么谨慎管理与控制，一旦被敌方探测到还是会成为敌方知悉我机行踪及方位的泄密源，而随着战斗机对隐身性能要求与日俱增，这一部分已是必须严肃以对的课题。

　　要确实解决电磁波发射的问题，唯有依赖全被动式传感器，在静默中搜索、探测、跟踪，不泄露任何信息给敌方的侦察系统。因此新一代战斗机都装上先进的红外搜索与跟踪（Infrared Search and Track，IRST）系统与雷达搭配，有时完全取代雷达的工作，有时则协同雷达进行搜索数据融合（data fusion）。红外搜索与跟踪与前视红外（Forward-Looking Infra-Red，FLIR）系统有些雷同，都使用红外技术，但前者很像雷达，能对整个空域进行搜索；后者则视野有限，主要用来产生影像画面。



红外搜索与跟踪系统可在静默中搜索、探测、跟踪，不泄露任何信息给敌方的侦察系统。图为“台风”战斗机的海盗系统图像


技术与材料

　　任何物体在温度高于绝对零度时都会发出红外热辐射，尤其是飞机在高速飞行时与空气摩擦会无可避免地发出红外热辐射。所谓的红外搜索与跟踪系统就是一种被动式长波红外探测传感器，可在一般或电子干扰的环境下对远距红外热源进行监测及跟踪。也就是说红外搜索与跟踪系统就是被动式远距离空中目标识别传感器，主要应用于战斗机空防任务上，在攻击、防御、或反制敌机的空优任务中都能强化战斗机的生存性及战斗力。



锑化铟中波红外探测阵列组件，一旁为英镑一便士

　　红外搜索与跟踪系统的分辨率较高，当敌机大举编队来袭时，能比雷达更快提供各架飞机的位置，并且对移动目标的跟踪较精确。系统获得的信息可自行运用，也能与其它传感器获得的信息相融合，进一步强化战斗机飞行员的态势感知，让他在远距离外就能探测、识别、接战敌对目标，拥有梦寐以求的“先敌发现、先敌射击”（first look,first shoot）先发制敌的能力。

　　红外搜索与跟踪系统也很适用于空对地任务，可提供准确的地面移动目标指示（Ground Moving Target Indicator）以及大范围地面图像更新，这已逐渐成为北约空军此系统的主要应用项目。

　　红外被动式系统的关键技术是红外跟踪仪，会扫描视野所及之处，搜索特定波长或特定频宽的红外信号，并精确量测发射源的角度坐标，整个过程不会产生任何电磁波。最复杂的红外跟踪仪使用聚焦平面阵列（Focal Plane Array）探测组件，它们是具有光电特性的小型半导体，随照射光波长而有不同的电气特性，探测组件探测整个视野，摄得的影像由前视红外或影像处理软件呈现于显示器。



红外传感器摄得的AH-64D阿帕奇影像，发动机排气部分特别明显

　　红外波长范围涵盖0.75-1000微米，介于可见光与微波之间，大气中某些分子（如二氧化碳、水蒸气…等）及微粒子对于红外传输均能造成衰减，能够顺利透过大气的红外辐射主要波段范围为1-2.7微米（短波红外）、3-5微米（中波红外）、及8-14微米（长波红外），此三个波段范围称为红外的大气窗口，绝大部分红外军事探测器工作波长都介于这二个波段内。现今红外探测组件使用的材料有四种，碲汞镉（mercury-cadmium-telluride）最佳，对长波红外有极佳的灵敏度，但制造很困难；其次是硅化钛（platinum silicide），灵敏度稍逊，但制造简单许多；另外还有锑化铟（Indium antimonide）和硅化铱（Iridium silicide）。

　　碲汞镉︰在8~12微米波段的灵敏度极佳，但要制成阵列很困难，组件灵敏度差异很大，影像软件非常难处理。

　　锑化铟︰用在5.5微米波段内，比碲汞镉容易制造，组件灵敏度也很均衡。

　　硅化钛︰限用于2.5~4微米波段内，灵敏度只有碲汞镉的五十分之一。优点是组件灵敏度非常平均，容易制造且成本低廉。

　　硅化铱︰适用于8~12微米波段内，灵敏度可与碲汞镉相媲美，不过制造不够成熟，不适用于大量生产。

　　红外探测组件冷却后的温度决定其灵敏度以及能探测的波长，因此红外跟踪系统使用时需要冷却。战斗机上的红外搜索与跟踪系统使用闭路式（close-cycle）冷煤以缩短系统的整备时间（turn around time）。大多数探测组件先天上对可见光敏感，因而会产生一些问题。最简单的解决方法是在探测器的镜头前方加个滤光片，滤除不需要的可见光及红外线，一般是在探测器半透明外罩贴上数层很薄且厚度各异的玻璃膜，各层膜的反射系数不同且厚度为欲探测红外波长的倍数，如此一来不需要的光线就会被反射排除，需要的红外线就能长驱直入。红外制导导弹及红外搜索与跟踪传感器玻璃外罩上的一层金色薄膜，就是一种滤光膜。



红外搜索与跟踪系统的视窗一般都是贴膜的

　　战斗机在高速飞行时，探测器的半透明外罩很容易因沙尘或雨滴吹袭而受损，使探测信号扭曲，减低了系统性能。最好的解决方式是以硬度仅次于人造钻石的人造蓝宝石来做外罩，不过人造蓝宝石很贵，要加工制成外罩的半球型也不是件容易的事。



洛马“狙击手”瞄准吊舱的视窗就是人造蓝宝石玻璃制造的，这种平板视窗容易制造

操作特性

　　红外搜索与跟踪系统的基本使用原则是：在作战时使用雷达，在其它时间使用红外搜索与跟踪系统，让敌人毫无所觉，进而为空战创造胜利基础。当代红外搜索与跟踪系统扫描空域的方式与雷达相近，发现敌踪时会在显示器上呈现目标的位置及相关信息；操作方式也与雷达相近，飞行员可设定仅跟踪特定的目标或是仅扫描疑有敌机出没的特定方向。有些红外系统也会搭配光学瞄准器来识别远方目标。

　　在敌机毫无察觉下发现其信号，我机就能飞到有利位置发射导弹，若再搭配激光测距仪，则还能对更远的目标进行探测，或获得完整信息来射击炮射击及发射导弹。即使敌机怀疑遭受探测，也无法对红外搜索与跟踪系统进行干扰。空战时若能综合运用红外搜索与跟踪、大离轴角度红外空对空导弹、头盔瞄准/显示系统，则能扩展导弹可发射区，并在接战时多出宝贵的几秒，拥有前所未有的空战优势。

　　红外搜索与跟踪系统是内置式还是外挂吊舱式好？这是个永无休止的争论。由于光电传感器的小型化，现已能把红外搜索与跟踪或前视红外系统安装于战斗机的机鼻，无需在机翼下多挂一具特制吊舱，不但可减少风阻，也不会占用原本可挂载武器的挂架。前视红外不论日夜或天候，都能提供精确的导航信息，不需要地形跟踪雷达或雷达高度计。在传感器日愈小型化的情况下，吊舱式红外搜索与跟踪系统对重量及空间没有严苛限制，使用弹性、适应性、以及性能表现都较好。



外挂式吊舱的使用弹性更好，图为F-16的AAQ-14瞄准吊舱

　　然而，不论传感器安装于何处，也不论是主动或被动式系统，最重要的是不能增加飞行员的工作负荷，并确定他能利用所有的可用信息，掌控战斗机周遭的态势感知，这也是新航电系统研制的最大挑战。战斗机任务日愈复杂，飞行员担负的工作项目越来越多，因此要增加任何一项航电系统并不像表面上的那样容易，必须注意传感器显示的信息足以让飞行员一目了然，且符合飞行员的直觉反应。

　　要完成上述目标，需要借助人因工程及人机接口技术，最理想的情况是全面信息融合，飞行员不需费心分析各传感器的信息，由系统持续地将最佳的整体态势画面呈现在飞行员的眼前。

俄罗斯发展

　　机载红外搜索与跟踪系统起源于60年代中期，当时美国空军的F-101B“巫毒”（Voodoo）及F-102“三角剑”（Delta Dagger）战斗机率先在机上安装了原始的红外搜索与跟踪系统。不过把此系统发扬光大的却是苏联，全球第一种安装现代化红外搜索与跟踪系统的战斗机一般公认是米格-29，当此系统随着米格-29现身于80年代的各国航空展时，西方军事观察家大为惊讶，甚至认为机鼻上半球型物体内装的是电子战天线。




F-101战斗机的红外搜索与跟踪系统

　　俄罗斯最先问世的红外搜索与跟踪系统，是安装于米格-29和苏-27战斗机上的光电指向站（Optical Electronic Pointing Stations）。



率先安装OEPS-29现代化红外搜索与跟踪系统的米格-29

　　米格-29和苏-27分别安装OEPS-29和OEPS-27，两者基本上相同，只是OEPS-27较大、较重（OEPS-27重174公斤，OEPS-29重78公斤）、探测距离较远、视角较大。OEPS-29的水平探测视角±30度，垂直探测视角-15度到 30度；OEPS-27的水平探测视角±60度，垂直探测视角-15度到 60度。



OEPS-29系统



OEPS-27系统

　　根据目标的红外信号大小，OEPS-27的探测距离可达50公里，相搭配的激光测距仪探测距离8公里，两者都放在风挡前方的透明半球型罩内；OEPS-29的红外传感器较小，探测距离15公里。OEPS-29和OEPS-27的功能大同小异，并已和俄罗斯早期的SHCH-3UM及后期的SURA头盔式目标指示系统（Helmet-Mounted Target-Designations System）综合成一体。




安装了SHCH-3UM目标指示系统的Zsh-5头盔




通过目镜看到的准星，还是比较原始的设计

　　OEPS-29和OEPS-27随着载机的改进发展也研制出性能强化的新版本，探测距离更远，识别目标能力更强。OEPS-30I（31E-MK）专门为苏-30MKK设计的型号。



苏-30MKK的OEPS-30I（31E-MK）系统

　

　　OLS-30是OEPS-27的加强型，也有了新的名称——光学定位站（Optiko-Lokatsionnaya-Stantsiya，英文为Optical Locator Station，OLS），为苏-30MKI系列战斗机的定制版。OLS-30（36Sh-01）装有隔绝震动的接收机和新型冷却系统，使用可靠性更好的进口零件，提升平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure）。36Sh-01搭配扫描式探测器、激光测距仪、以及综合式监视系统，可在电子干扰的环境下，排除地面噪声、云雾、以及水面反射的影响，日夜对空中目标做全方位的被动式搜索、探测、跟踪。激光测距仪可提供精确的距离数据，让载机可以发射近距空空导弹，或对地面抛投炸弹。



苏-30MKK的OLS-30（36Sh-01）系统


　　在最新研制的苏-35战斗机上，乌拉光学机械厂（Urals Opticaland Mechanical Plant）安装了探测距离及目标识别能力大幅提升的OLS-35，在2007年巴黎航空展首次现身。OLS-35有扫描式红外探测阵列、日间电视系统、多模式激光测距/目标指示仪、全视野稳定系统、以及综合式监视屏幕。OLS-35强化了全方位搜索、探测、以及跟踪目标的能力。激光测距/目标指示仪可精确量测斜距离（slant range），将角度及距离传输给苏-35的光电瞄准导航系统，可为中程空空导弹的发射及机炮射击指示目标。


OLS-35系统

　　OLS-35系统包括扫描式红外搜索器（水平视角±60度，垂直视角-15到 55度）、识别空中及地面目标的日间摄影机、适用于空中及地面目标的多模式激光测距/指示器、视野稳定系统、内置新算法先进软件的综合式控制系统。系统功能包括︰

　　-搜索及跟踪前、后半球形区域内的空中目标，探测距离分别为40及70公里

　　-肉眼识别8到10公里内的目标，20公里内测定距离、指示及自动跟踪飞行中的空中目标

　　-将角度坐标及距离数据传送给火控系统或导弹引导头

　　-搜索、探测、测距（最远30公里）、自动跟踪地面目标

　　同样乌拉光学机械厂也继OEPS-29之后，为米格-29SM和米格-29SMT研制了OLS-13S和OLS-13SM。这两项新产品的目标探测、跟踪距离都更远，可靠性更佳，尺寸及重量也减小。系统组成包括扫描式热探测仪、激光测距仪、以及内置式测试系统；OLS-13SM的探测器具有人工蓝宝石整流外罩、新型护目式激光测距仪、以及现代化的照片接收机。




米格-29升级型安装了由OEPS-29升级的OLS-13S

　　随着最新米格-35问世，乌拉光学机械厂也在2007年巴黎航空展中展示米格-35专用的OLS-13SM-1，重量只有60公斤，包含扫描式热探测仪、日间识别目标用的电视摄影机、多模激光测距/目标指示仪、视野稳定系统、内置式测试系统。OLS-13SM-1的目标探测及识别距离都大幅度提升，可对载机前、后半球面的空中目标进行探测，并可锁定及自动跟踪后半球面飞行中的空中目标。OLS-13SM-1的水平视角±30度，垂直视角-15度到 55度，可对空中目标进行识别及测距，将角度及距离数据传送给瞄准导航系统，指示目标及机炮同步模式射击。

　　但米格-35选择了由俄罗斯的精密工程仪器科学研究院（Naucho-Issledovatelskiy Institut Pretsizionnogo Priborostroyeniya，英文为Scientific Research Institute of Precision Instruments Engineering，NIIPP）生产的OLS-UE/M红外搜索跟踪系统，此系统除了在机鼻有个传统半球形的隆起物外，在右进气道下方半保形吊舱内还有个搭配的OLS-K系统。OLS-UE/M负责对空中及地面目标的搜索、探测、跟踪及测定距离；OLS-K专责执行地面、海面目标的探测、激光测距/指示外，在低高度飞行及地貌绘图时还能探测地面障碍物。



米格-35战斗机上的OLS-UE/M红外搜索与跟踪系统



装于米格-35右进气道下方半保形吊舱内的OLS-K



OLS-K的搜索头

　　实际飞试显示OLS-UE/M对未开启加力的战斗机，相对于机尾或机头的探测距离分别为45公里和15公里，在最远20公里处测距，8到10公里处肉眼识别；可在15公里外探测地面车辆，在8到10公里处进行肉眼识别，较大目标的探测距离可达20公里；可在40公里外探测海面上快艇大小的目标。

　　OLS-UE/M和安装于米格-29战斗机上的OEPS-29重量都是78公斤，除有激光测距/目标指示仪和激光跟踪器外，另搭配一具320*256像素的热探测仪和一部640*480像素的电视摄影机，这两者共享一片包覆在人工蓝宝石半球形透明外罩下的扫描式镜片，水平扫描角度±90度，垂直扫描角度-15度到 60度。目标探测距离分别为45公里（尾随目标，跟踪发动机的红外线）和15公里（迎面目标，发动机被机身遮住）。激光测距仪工作波长为1.57微米（护目模式）和1.06微米（作战模式），据说探测距离可达20公里。

　　OLS-UE/M所探测的影像会呈现在特定的显示器上，飞行员自行选择可见光电视模式，或是调整电视、红外这两种传感器输入信号比例的混合模式。OLS-UE/M下一阶段的发展重点是与雷达的接口，让雷达能呈现传感器融合的综合画面。


欧洲

海盗系统

　　欧洲战斗机“台风”（Typhoon）于20世纪90年代开始进行红外搜索与跟踪/前视红外双工作模式的被动式红外机载跟踪装备（Passive Infrared Airborne Tracking Equipment，PIRATE，以下简称为海盗系统）研制，由意大利斯勒伽利略公司（Selex Galileo）领军的欧洲第一集团（Euro First Consortium）负责，团队成员包括法国泰雷斯公司（Thales）以及西班牙的技术组合公司（Grupo Technobit）。

　　海盗系统号称是西方国家有史以来最精良的系统，具备下述的功能︰

　　-在自然景物背景下分析任何角度、亮度的目标红外信号

　　-指示及跟踪此目标

　　-搜索空中目标及跟踪红外制导空空导弹

　　 -夜间恶劣天气下在头盔显示器上显示跑道画面以协助飞行员降落

　　-在恶劣天气下执行空面作战模式时，提供导航及地貌跟踪画面

　　-在空面操作模式时，探测及跟踪所有发出红外线的物体

　　-提供平显及多功能显示器所需的画面影像

　　海盗系统于1992年开始研制，1999年开始原型硬件试飞，2000年到2001年间进行全系统测试，2003年12月签订生产合同，2007年8月第一套海盗系统正式安装在意大利的“台风”战斗机上，西班牙及英国的“台风”战斗机随后也跟进。



欧洲战斗机“台风”安装于机鼻左侧的“海盗”系统

　　海盗系统兼具红外搜索与跟踪及前视红外功能，原本是要设计成两个航电模块，后来为了机上安装方便合并成一体。海盗系统的探测头安装于机鼻上方，这是红外搜索与跟踪系统执行空空任务的最佳位置，并稍微偏左以获得有限的对地扫描视角，也因此对地功能稍逊一筹。为了让在前视红外工作时，机鼻吸收或反射红外所造成的干扰降到最低，欧洲第一集团也做了许多努力。

　　海盗系统的红外探测头、扫描仪和稳定装置放在机鼻偏左隆起的半球形体内，称为传感器前端。传感器有两组工作频段︰7.5到10微米在空面模式对迎面目标有最佳的性能表现；3到5微米用在加强型搜索、识别、跟踪模式上。目前官方对系统的最远探测距离未提出任何数据，有人猜测远达150公里，较合理的数字应该是70到90公里。

　　海盗系统使用中、长波红外，可探测全视野内50公里外的飞机红外信号。在红外搜索与跟踪工作模式时会自动进行探测及跟踪和扫描；在前视红外工作模式时则提供红外影像给座舱内的多功能显示器和飞行员的头盔显示器。



欧洲战斗机“台风”的“海盗”系统

　　海盗系统可同时跟踪最多200个空中目标，工作模式有︰多目标跟踪、单一目标跟踪、单一目标跟踪识别、区域搜索及受控搜索。在多目标跟踪模式下，系统会搜索特定的空域，寻找可能潜藏的目标；在单一目标跟踪模式下，系统会对特定目标进行精确跟踪，让飞行员以肉眼识别目标；区域搜索及受控搜索则是传感器融合下的工作模式，前者由机上的CAPTOR雷达指挥系统扫描某个空域，后者则是由其它飞机（如︰空中预警机）来指挥扫描。

　　在有限的空地模式时，海盗系统可以实现以下功能，导航︰在平显上呈现前视红外影像，与飞行员的对外视线相重迭；热提示（Thermal Cueing）︰对应飞行路径或头盔显示器的视线，标示出发热物体位置及地面目标的热对比；头盔操纵（Helmet Steering）红外影像︰目标的红外影像呈现于头盔显示器上，探测器的探测角度由跟踪飞行员头部运动的跟踪器控制；识别︰在单一目标跟踪模式下，座舱内低头显示器会呈现冻结的目标红外影像，让飞行员肉眼识别。



“台风”战斗机的头盔显示器

　　海盗系统的信号处理技术来自经实战验证的泰雷斯空防警告装备（Air Defense Alerting Device），能排除绝大部分的错误警告。由于采全被动式探测，因此载机能在敌方电子反制系统毫无所觉的情况下搜集信息，然后转移到有利战术位置遂行空空或空地任务，不论是在隐藏自身信号进行拦截，或是强化飞行员的态势感知上，都有很大帮助。

　　系统的数据处理单元将处理后的数据直接传送给机上的信息系统，进而在相关显示器及平显上产生影像画面。处理单元会排除错误或假信号，估计出目标的远近，并根据目标的红外信号大小或是雷达数据定出优先级。另外在单一目标跟踪或辨认工作模式时，系统能以类似导弹逼近警告器（Missile Approach Warning）的模式工作，警告载机红外导弹来袭的威胁。


前扇区光电

　　在 “台风”战斗机的海盗系统问世时，法国空军的“阵风”F2战斗机已在2007年5月前往阿富汗战场执行国际安全协助部队（International Security Assistance Force）任务。在2006年中期开始服役的“阵风”战斗机，其最大特征就是航电系统中的前扇区光电（Optronique Secteur Frontal，OSF）红外搜索与跟踪系统。



前扇区光电模块

　　前扇区光电系统由泰雷斯公司（负责电视摄影、全系统综合）和萨基姆防卫公司（Sagem Defense Security，负责红外摄影、中央处理单元）合作研制。前扇区光电与大多数的红外搜索与跟踪有些不同，它有两个传感器︰

　　机鼻右侧半球形体内的远距红外被动探测/高分辨率电耦合装置（Charge-Coupled Device）电视传感器工作于3~5及8~12微米两个波段，负责远距离目标探测（非官方数据为约100公里）、跟踪（红外搜索与跟踪功能）、影像显示（前视红外功能）；机鼻左侧整流罩内的电视/红外传感器，可对最远40公里的目标进行辨认及激光测距。前扇区光电还可以辅以“阵风”战斗机翼尖米卡（MICA）导弹引导头的图像，强化目标探测能力。两者共同合作下，可对多个目标同时进行搜索、识别、遥测，最大探测距离据说可达150公里。



法国“阵风”战斗机的前扇区光电传感器（右）及电视/红外传感器（左）

　　前扇区光电提供对空中及地面、海面目标的搜索、搜索、辨认、以及自动跟踪的功能，不论是空空、空地、空海，都有好几种可由飞行员手动选择的工作模式，也可由任务计算机依据任务性质自动选择。系统还另外提供导航（前视红外功能）模式，并与“阵风”战斗机的导航/攻击系统完全综合。

　　前扇区光电、频谱（SPECTRA）电子战系统、RBE2雷达是“阵风”战斗机导航攻击系统的三大支柱。“阵风”战斗机武器系统通过这些传感器完成空空及空地测距、跟踪、指示、红外/电视/激光测距。前扇区光电使用多种波段，所以述某些功能可以同时执行，不过就如其名称所暗示的，前扇区光电只能搜索有限的前方空域。




“阵风”在模拟空战中咬住F-22的OSF红外截图


美国发展

AN/AAS-42

　　20世纪90年代中期，美国海军的F-14D“雄猫”（Tomcat）战斗机安装了AN/AAS-42红外搜索与跟踪系统，是当时美军唯一装有此种系统的战斗机，系统的作战需求是针对俄罗斯图-22M“逆火式”远程轰炸机上强大的电子战装备，当战斗机的雷达被图-22M干扰失效时，仍可利用红外搜索与跟踪系统引导AIM-54“不死鸟”导弹（Phoenix）拦截，因此对图-22M的探测距离必须超过“不死鸟”导弹的150公里射程。



F-14D“雄猫”战斗机的AN/AAS-42红外搜索与跟踪系统，右边是探测头，左边是光学放大识别传感器

　　 AN/AAS-42可在极远距离外对发热目标进行多重扫描，弥补传统战术雷达提供的信息。它使用一系列复杂的滤波技术及软件运算，筛选出待探测目标，排除背景噪声，让飞行员在屏幕上看到确切的目标。

　　F-14D战斗机的AN/AAS-42安装在机鼻下方，内有光学组件及长波扫描线性阵列构成的红外探测组合件，以三轴式惯性稳定环架支撑，系统可自动或由飞行员手控进行精确的区域扫描，不论是水平、垂直扫描视角，或是扫描范围，都可由飞行员单独设定并独立操控。

　　随着F-14战斗机于2006年9月退役，也一并带走了美军战斗机的红外探测跟踪能力。不过AN/AAS-42被波音公司机载激光（Airborne Laser）项目的YAL-1A载台选中，做为早期导弹发射/跟踪探测器。韩国在2002年4月向波音采购F-15K“鹰”（Eagle）战斗机时，AN/AAS-42也被列入战斗机的光电传感器项目内；而2006年4月新加坡向波音采购的F-15SG也确定安装AN/AAS-42。F-15K和F-15SG的AN/AAS-42安装于左侧进气道下方的挂架前端。



AN/AAS-42安装在YAL-1A机头最下方



F-15K的AN/AAS-42被整合进“狙击手”吊舱的挂架前端

　　 F-16系列战斗机中，外销阿联酋（United Arab Emirates，UAE）的F-16E/F战斗力最强，独具的综合式前视红外指示系统（Integrated FLIR Targeting System），包括座舱盖前方机鼻处的一个球型前视红外探测器和进气道下方外挂的指示吊舱，让F-16E/F的飞行员不需戴上夜视镜就具备夜间目视攻击能力；指示吊舱还内含激光指示器，可引导本机和其它战斗机投掷的激光制导炸弹。洛马在2008年2月新加坡航展上展出吊舱式AN/AAS-42，可供全球的F-16战斗机选用。



F-16E/F上的被动式传感器︰机鼻上方时导航前视红外；进气口侧面是前视红外指示吊舱



吊舱式AN/AAS-42


“超级大黄蜂”

　　美国海军于2006年春失去红外搜索与跟踪能力后开始寻求替代方案，2007年5月与波音讨论在F/A-18E/F““超级大黄蜂””（Super Hornet）战斗机上安装新一代红外搜索与跟踪系统，波音在2007年7月选定洛马为承包商，提供最多150套的红外搜索与跟踪系统给第二批次（BlockII）的F/A-18E/F。

　　在美国海军尚未正式签定系统设计发展（System Designand Development）合同前，波音和洛马在2007年就开始进行降低风险验证，在一架美国海军的F/A-18F中线挂架副油箱前端安装一具测试型红外搜索与跟踪系统，执行6架次试飞以搜集数据。这种修改副油箱做为安装空间的方式成本效能甚佳，载机只需修改软件，结构及线路都不必更动，且很容易应用于现役或未来服役的F/A-18E/F战斗机上。




美国海军以F/A-18F测试安装于中线挂架副油箱前端的红外搜索与跟踪系统

　　 2008年12月波音获得1,200万美元的经费以继续进行技术验证阶段的先期研发工作。2009年3月完成进一步的降低风险试飞，证实F/A-18战斗机上的红外搜索与跟踪系统具备兼容性与作战效能，试飞结果显示在中线副油箱内容纳系统完全可行，不但探测距离远，探测数据还能与机上其它传感器的数据顺利融合。波音也在2009年9月拨发400万美元经费给洛马，开始进行技术验证。



副油箱改装的红外搜索与跟踪系统吊舱





探测头组件

　　 F/A-18E/F红外搜索与跟踪系统使用长波红外汞镉碲探测阵列，可搜索大角度视野内的一切热源。系统装在480加仑的机身中线副油箱前端以获得最大的探测视角，而副油箱还能装载330加仑的燃油。与吊舱式红外搜索与跟踪系统比不会占用武器挂架。组件分为三部分，分别是三轴惯性稳定环架支撑的探测头及探测器组合件、内置信号处理软件及大容量内存的商用微处理器、以及热交换器型态的环境控制子系统。

　　“超级大黄蜂”的红外搜索与跟踪功能强大，在各飞行阶段以被动方式探测多种目标，无需担心电子探测及无线电频率的反制，提供机上任务计算机各目标的跟踪数据，同时将图像提供给座舱内显示器。它可工作于边跟踪边扫描或单目标跟踪模式，飞行员通过全功能飞行操纵杆（Hands-On-Throttle-And-Stick，HOTAS），控制水平及垂直扫描角度。系统的人机接口与机上其它传感器相同，可减轻飞行员的工作负荷。

　　“超级大黄蜂”的红外搜索与跟踪须返厂安装，而洛马的F-35未来正式服役时，机上将会内置现正由洛马研制中的光电指示系统（Electro-Optical Targeting System，EOTS），可对陆地及空中目标进行远距精确探测。


F-35 EOTS

　　F-35的光电指示系统（Electro-Optical Targeting System）重量不到90公斤，可进行主、被动式测距，还能提供对地攻击所需的极精确地理坐标，赋予F-35全天气24小时，敌方警示系统无法察觉的被动式探测能力。



EOTS组件




加上人工蓝宝石玻璃罩的样子

　　第一套光电指示系统于2009年7月30日出厂，洛马并展开低速率初期生产（Low-Rate Initial Production），预定年产200套，总生产量会超过3,000套，不论是美国自用或是外销的F-35都会安装此系统。

　　光电指示系统衍生自洛马的增程型“狙击手”（Sniper XR）红外指示吊舱，使用最新的传感器技术，搭配具备聚焦平面阵列的第三代锑化铟（Insb）红外传感器、目标识别激光、以及日间电视摄影机，全容纳于一多面体人工蓝宝石玻璃罩内。系统还与机上的综合式中央计算机以高速光纤相连接，具备自动校靶及飞机对正的功能，担负空空红外搜索与跟踪及空面前视红外的双重任务。

　　此系统在空面时使用前视红外模式，空空则使用红外搜索与跟踪模式，并提供信号处理软件强化过的高分辨率红外图像，具备多方面的功能︰导弹逼近警告、反制、被动式侦察、离轴空空红外制导导弹指示、以及日间和黑夜的宽视野画面。



F-35主要任务为对地攻击，故光电指示系统安装于机头下方



F-35红外搜索与跟踪系统摄得的画面非常清晰

　　F-35的主要任务是对地攻击机，因此光电指示系统的位置安排于机头下方而不是机鼻上，主要功能是让飞行员清楚观察雷达发现的地面目标。在这个工作模式下，雷达先对地面目标做远距离确认，再将目标坐标传给光电指示系统做更进一步的远距离识别、探测、及精确指示。

　　F-35机上还有一个开创性的被动式探测系统︰AN/AAQ-37分布孔径系统（Distributed Aperture System），在机身6处不同的位置上各安置一红外传感器，分别负责飞机的左侧、右侧、机背前方、机背后方、机腹前方、机腹后方的视野，使用先进的信号处理运算法，对全机360度范围内来袭的导弹或逼近的飞机进行红外探测及跟踪，并将探测画面显示于飞行员的头盔显示器上，让飞行员能够看见飞机周围的空域情况，因此除了让飞行员具备全空域态势感知外，也能提供导航、导弹警告、以及红外搜索与跟踪的功能。



F-35的AN/AAQ-37分布孔径系统，可同时执行多种被动式侦察




AN/AAQ-37的摄像机组件




AN/AAQ-37的高清红外影像

　　F-35各传感器传送的数据以及友机由高速数据链中继而来的信息，都由机上的先进综合式核心处理器（Integrated Core Processor）进行传感器融合。综合式核心处理器是F-35的大脑，负责综合所有的航电系统，协调呈现给飞行员的画面。


F-22的对策

　　F-22没有红外搜索与跟踪系统，但洛马宣称机上的AN/ALR-94综合式电子支持措施是有史以来战斗机上效能最好的被动式传感器系统，也是机上技术最复杂的装备。

　　AN/ALR-94是由桑德斯（Sanders）及通用电气公司（GE）共同研制，通过机身及机翼内嵌的30余个先进天线提供360度的全波段警示。敌机以雷达搜索F-22时，雷达尚未发现F-22，AN/ALR-94在450公里外就能探测、识别、跟踪发射雷达波的敌机。AN/APG-77雷达上的先进数字处理器把雷达、AN/ALR-94、以及由数据链中继而来的目标方位信息综合成单一跟踪档案，并以最准确的传感器读值做为目标的最终数据，例如AN/ALR-94提供的水平方位最精确，而雷达提供的距离数据最精确。F-22也因此具备提示跟踪（cued tracking）的功能，凭借单一被动式传感器（如AN/ALR-94或数据链）的数据，指挥雷达以极窄的波束（水平及垂直方向各不超过2度）探测及跟踪，更进一步强化雷达低拦截率的性能。



ALR-94的传感器阵列

　　传感器融合与电磁波发射管制息息相关，若能通过AN/ALR-94及数据链来建构及更新态势感知就无需动用雷达。F-22的飞行中数据链让战斗机在雷达静默的情况下接收来自其它F-22的雷达画面，更进一步降低泄露行踪的顾虑。

他国情况

　　英国在20世纪90年代初期开始发展红外搜索与跟踪系统，该国的马可尼航电公司（Marconi Avionics）在1995年3月为英国国防部研制出一套红外搜索与跟踪技术展示系统，包括指向/稳定器、新型高性能望远镜、红外搜索与跟踪演算组、目标探测及跟踪演算软件、以及高性能热成像仪。

　　当时此系统安装在了一架“狂风”战斗机（Tornado）上展示了三种主要操作模式，自动搜索模式︰在宽阔的视野内指示及跟踪多种目标；驱使获得模式︰飞行员的全功能操纵杆、头盔瞄准系统、或是其它的传感器（如雷达）透过机上任务计算机要求目标方位时，搜索、跟踪所发现的目标；单目标跟踪模式︰跟踪视野内的单一特定目标。

　　瑞典的萨博公司（Saab Dynamics）在20世纪90年代晚期设计研制一种多功能红外搜索与跟踪原型系统，称为光学跟踪识别系统（Optical Tracking and Identification System，IR-OTIS），以使JAS-39“鹰狮”（Gripen）战斗机不分昼夜、不论对空中或地面目标，都能具备远距离的被动式态势感知。系统的长波红外探测器可工作于红外搜索与跟踪及前视红外模式，具备宽阔的视野，不过此研制项目在2000年代初期遭搁置。



瑞典JAS-39战斗机的IR-OTIS，安装位置稍微偏左，以允许有限的对地下视

　　萨博在2008年推出改进型新一代“鹰狮”（Gripen NG）时，改用意大利斯勒伽利略公司研制的红外搜索与跟踪系统，该公司根据欧洲战斗机海盗系统的研制经验，为新一代“鹰狮”研制“天空G”型（Skyward G）系统。

　　以色列的国防工业举世闻名，在红外搜索与跟踪系统的研制上当然也不例外，只是迄今还未推出任何相关产品。据说以色列的埃尔比特光电系统公司（Elbit System Electro-Optic）目前正以该公司自有的热显像、激光、信号处理…等技术为基础，研制一型适用于多型飞机的红外搜索与跟踪系统。

　　以色列另一家在红外搜索与跟踪领域相当活跃的拉斐尔先进防卫系统公司（Rafael Advanced Defense System），已经推出使用凝视聚焦平面阵列的海军型红外搜索与跟踪器，称为海上探照灯（Sea Spotter），该公司正以此型为蓝本，研制机载型红外搜索与跟踪。

　　目前全世界许多国家相继投入红外搜索与跟踪系统的研制与制造，此系统原本只是想让战斗机拥有被动式探测目标的能力，但在作战应用的需求下，原属次要的空对地功能将会成为未来发展的优先目标。


后续发展

　　红外搜索与跟踪系统虽然不会向外界发射电磁波，没有泄露本身信号的顾虑，但最大弱点是探测距离会受到高度及天气的影响，在1万米以上的高空，红外探测距离可达100公里以上，但在低空或天气不佳时，探测距离就会剧降为10到30公里，因此在实际操作时，常需与雷达相互配合。而毫米波（millimeter wave）在光谱中介于红外与雷达微波之间，频率大约100亿到1,000亿赫兹，兼具红外系统及雷达系统的长处于一身，使用限制最少，也最受期待，是战斗机先进传感器设计最后一块未研制的领域。

　　相对于雷达而言，毫米波的波束较窄，在跟踪目标、锁定及识别的过程中，具有较高的信号分辨率，可分辨很接近的多个目标，且因为波束较窄，不易受到敌人干扰，加上系统组件较小，因此天线可缩小、整体重量也较轻。相对于红外系统而言，毫米波对云雾及灰尘的穿透力是红外的数百至数千倍，完全不受天气的影响。毫米波系统还有另一项优点︰在大气中的衰减程度远大于雷达波，发射出的旁波瓣很低，可以减低机上传感器间的干扰，也可防止泄露本身的信号。



AH-64D“阿帕奇”直升机旋翼上方圆饼状的毫米波雷达

　　毫米波传感器不仅可研制成被动式的红外系统，也可研制成主动式的雷达系统，较开创性的概念是将红外影像与雷达系统信号处理相结合。美国航天局（NASA）兰利研究中心已与工业界展开合作，研究使用毫米波的主动式传感器，成为机上影像和侦察/跟踪系统。早期的实验性系统由于天线与镜头尺寸的限制，影像分辨率很差。现在最新的毫米波系统通过先进的数字处理技术及空间频谱外差这类复杂的技术，已能提供所谓的“超级分辨率”影像，这些画面经过分析后，足以提供警示信息、警示画面、及完整的信息给飞行员。“超级分辨率”画面可提供地面电线警示，让低空飞行的战斗机躲避最危险的地面电线。

　　美国国防先进研究计划局（DARPA）的战术技术办公室（Tactical Technology Office）更展开了前瞻的先进系统研究规划，要经由高技术让战斗机的效率及效能有革命性的进步。研究项目中还包括被动式及低拦截率系统，这些系统将会统合多种传感器及相关技术，其中较为人知的有︰

　　 -基于多频或频谱分类技术的光学传感器，用于指示及瞄准

　　 -目标探测跟踪的先进低拦截率雷达

　　 -目标跟踪及识别的激光雷达

　　 -目标方位提示及识别的电子支持措施

　　-接收及传播目标信息，以及安全传输目标影像及跟踪数据的指挥、管制、通信、信息与情报（C4I）

结语

　　新一代战斗机的设计及作战需求越来越强调躲避探测，但又必须对战斗机周围情况有完整的态势感知，因此必须尽可能不用雷达，改用被动式传感器；而为了具备最佳的战场态势感知，这些被动式传感器必须具备多样性、多频谱的隐身技术。

　　现代航电系统已可满足这样的需求，如果战斗机上有一套低拦截率的主动式电子扫描阵列雷达、一部红外搜索/跟踪系统、以及一部智能型接收警告机，飞行员就有3套探测系统可以使用，其中2套是被动式，当这些系统的性能发挥到极致时，要探测到我机将极端困难。美国空军进行的F-22与F-15、F-16、F/A-18模拟空战中，一架F-22以144比0的悬殊比分大获全胜，被击败的其它战斗机飞行员均表示在载机被导弹击落前，皆未发现有被任何敌机导弹锁定的情况，这应该就是被动式探测系统威力的最好说明。

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