兩種岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)的對(duì)比

兩種岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)的對(duì)比

1海灣戰(zhàn)爭(zhēng)促使岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展是由戰(zhàn)爭(zhēng)推動(dòng)為了有效地保護(hù)沿海地區(qū)的主權(quán)，維護(hù)其政治、經(jīng)濟(jì)和軍事利益，許多島嶼和國(guó)家需要開(kāi)發(fā)出一種新的陸地觀測(cè)燈監(jiān)控系統(tǒng)，以補(bǔ)充現(xiàn)有的雷達(dá)和其他陸地觀測(cè)設(shè)備。岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)快速發(fā)展更直接原因是戰(zhàn)爭(zhēng)的推動(dòng),尤其是海灣戰(zhàn)爭(zhēng)。42天的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中,美國(guó)可謂大獲全勝,究其原因很多,其中之一是探測(cè)設(shè)備的優(yōu)劣。戰(zhàn)爭(zhēng)一開(kāi)始,伊軍幾乎所有雷達(dá)或是被摧毀,或是遭干擾,完全處于被動(dòng)挨打局面。所以,海灣戰(zhàn)爭(zhēng)一結(jié)束,新型光電監(jiān)視系統(tǒng)倍受軍方青睞。研制新型岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)勢(shì)在必行。國(guó)外岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展可分為兩個(gè)階段,第一個(gè)階段為電視/激光組合監(jiān)視系統(tǒng),第二個(gè)階段為岸基紅外監(jiān)視系統(tǒng)。2電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)近年來(lái),國(guó)外研制了一些專用移動(dòng)式或組合式岸用電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)。移動(dòng)式電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)可裝在卡車上,也可裝在類似于炮盤的底座上,電源和控制部分裝在車上,就位時(shí)炮盤底座下彎曲的腿拉直,這樣就構(gòu)成一個(gè)平臺(tái)供電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)穩(wěn)定工作。這種電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)方便,不用拆裝,但這類電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)缺點(diǎn)是受交通限制。這種岸基移動(dòng)式電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)是意大利康特拉維斯(Contraves)公司研制的466型自動(dòng)電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)。這種高精度、單一觀察站方式的電視和激光組合自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)是一種通用型目標(biāo)跟蹤系統(tǒng),可用于跟蹤空中的群集目標(biāo)。整個(gè)系統(tǒng)主要由一個(gè)電視跟蹤裝置和一具激光測(cè)距儀組成,用于收集、測(cè)量空間目標(biāo)的位置和距離數(shù)據(jù)。電視攝像機(jī)和激光測(cè)距儀裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Contraves跟蹤座上,測(cè)量?jī)x器、有關(guān)電子設(shè)備等裝在卡車上,由一輛輕型卡車牽引,機(jī)械裝置采取了防震措施,所以,這種跟蹤裝置可以約80km/h速度在起伏路面上行駛而不影響系統(tǒng)的性能。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊,兩人在30min內(nèi)可安裝好,操作只需1人。除了這種移動(dòng)式岸基電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)外,國(guó)外還研制一種組合式電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)。這類電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)可用于海岸哨所、觀通站之類車輛難于上去的地方,人力將電視/激光監(jiān)視系統(tǒng)及其電源移到使用地點(diǎn)后,約半小時(shí)可組裝好,可長(zhǎng)期使用,也可臨時(shí)使用。平時(shí)可對(duì)空、對(duì)海進(jìn)行警戒并可供監(jiān)視或作戰(zhàn)訓(xùn)練用,戰(zhàn)時(shí)可給岸炮提供海上(空中或水面)目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出,艦用通用型或多用途光電跟蹤儀也適用于岸基。早期瑞典研制的“卡萊”(Kalle)系統(tǒng)就有“卡萊”艦載系統(tǒng)和“卡萊”岸基系統(tǒng);最新英國(guó)研制的“海德雷”(HYDRA)光電監(jiān)視系統(tǒng)、美國(guó)研制的SPS-200監(jiān)視系統(tǒng)也有艦載系統(tǒng)和岸基系統(tǒng)。3利用電視和激光儀組使用岸基紅外監(jiān)視系統(tǒng)是以紅外熱像儀為主,有時(shí)還和電視攝像機(jī)或激光測(cè)距儀組合使用。它可分為兩類,一類屬于單臺(tái)、單控式,另一類屬于集中控制式。3.1單設(shè)備在雙軸穩(wěn)定防風(fēng)機(jī)設(shè)備電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用單臺(tái)、單控式岸基紅外監(jiān)視系統(tǒng)國(guó)外已有多種型號(hào),典型產(chǎn)品為英國(guó)研制的“海德雷”海軍光電監(jiān)視系統(tǒng),它是一種既可作岸基使用又可艦載使用的光電監(jiān)視系統(tǒng)。通常由海關(guān)或海岸警戒機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行對(duì)海監(jiān)視、導(dǎo)航、搜索和救援等任務(wù)。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),可廣泛地裝備在10～60m的巡邏艇上。這種系統(tǒng)已在世界各地服役包括英國(guó)海軍和美國(guó)海軍在內(nèi)。該系統(tǒng)具有廣泛的適應(yīng)性,在從北半球到熱帶的各種環(huán)境條件下,都能提供良好的性能。該系統(tǒng)具有以下功能:1)對(duì)目標(biāo)被動(dòng)監(jiān)視2)對(duì)12km以上的海上目標(biāo)識(shí)別3)多傳感器選擇4)視頻錄像和分析5)24h晝夜工作6)既可艦載又可岸基使用為了適應(yīng)不同的工作要求,HYDRA系統(tǒng)可裝備不同的傳感器。標(biāo)準(zhǔn)的HYDRA系統(tǒng)裝有Pilkington光電公司的高清晰度熱像儀(HDTI)。HYDRA系統(tǒng)包括以下基本模塊:1)傳感器跟蹤頭(STH)裝有一具熱像儀傳感器(HDTI9-35)裝有一具像增強(qiáng)器傳感器雙軸陀螺穩(wěn)定防風(fēng)雨機(jī)殼2)圖像顯示單元(IDU)裝有TI/II控制器放大控制器圖像顯示控制器洗/擦控制器3)監(jiān)視控制單元(SCU)裝有跟蹤頭方位/俯仰控制器穩(wěn)定控制器(開(kāi)/關(guān))航向指示器掃描控制器4)從動(dòng)顯示單元(SDU)(任選)舵手用的遠(yuǎn)距離監(jiān)視器5)舵手航向單元(HBU)(任選)舵手用的遠(yuǎn)距離航向控制器3.1.1各設(shè)備的技術(shù)規(guī)格1)傳感器跟蹤頭雙軸穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)像增強(qiáng)器方位轉(zhuǎn)動(dòng)0°～±170°任選電視傳感器俯仰角±30°標(biāo)準(zhǔn)防風(fēng)雨機(jī)殼標(biāo)準(zhǔn)熱像儀傳感器的洗/擦設(shè)備2)操作者控制器(圖像顯示單元和監(jiān)視控制單元)操作桿式的跟蹤頭控制器任選GPS接口遠(yuǎn)距離傳感器控制器(手動(dòng)或自動(dòng))任選GPS視頻疊加標(biāo)準(zhǔn)VCR視頻輸出標(biāo)準(zhǔn)掃描控制任選雷達(dá)接口任選自動(dòng)防區(qū)(扇面)掃描3)舵手從動(dòng)單元(從動(dòng)顯示單元和航向單元)傳感器遠(yuǎn)距離控制狀態(tài):左舷10°,20°,右舷10°,20°標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)距離監(jiān)視器4)熱像儀HYDRA系統(tǒng)使用的標(biāo)準(zhǔn)熱像儀是該公司研制的HDTI9-35熱像儀。這是一種高清晰度熱像儀。另一種高清晰度熱像儀HDTI5-2是HYDRA系統(tǒng)的選用設(shè)備,也是該公司的出口設(shè)備,已被美國(guó)海軍選作為其“密集陣”艦載近程防御系統(tǒng)的升級(jí)裝備。HDTI9-35的主要技術(shù)參數(shù):敏感波長(zhǎng)8～12μm探測(cè)器8元碲鎘汞SPRITE探測(cè)器窄視場(chǎng)寬視場(chǎng)視場(chǎng)2.88°×1.9°9°×6°水平分辨率86μrad270μrad垂直分辨率110μrad340μrad光學(xué)孔徑(額定)Φ135mmΦ43mm調(diào)焦范圍80m→∞10m→∞最小可辨溫差:0.44K0.45K(典型值)@4.0cy/mrad@1.25cy/mrad噪聲等效溫差:(最大值)0.47K0.47K平均無(wú)故障時(shí)間>2500h平均修理時(shí)間<1h(一線檢修)視頻格式CCIRI(625線)或RS-170(525線)場(chǎng)速率/幀速率50/25Hz或60/30Hz數(shù)據(jù)執(zhí)行時(shí)間<1ms達(dá)到探測(cè)器制冷時(shí)間<5min(20°C時(shí))控制器接口RS422半行線功耗:最小額定工作時(shí)120W典型工作時(shí)80W@20°C最大起動(dòng)峰值200W(<30s)5)像增強(qiáng)器單元(IIU)第二代50mm直徑的像增強(qiáng)管16°(水平)×12°(垂直)探測(cè)距離:對(duì)明亮的船視距范圍對(duì)灰暗的船3.7km對(duì)灰暗的大型浮標(biāo)1.5km質(zhì)量11.5kg(不含夜光電視)6)電視攝像機(jī)(選擇方案1)最大視場(chǎng)28°(水平)×21°(垂直)最小視場(chǎng)5°(水平)×3.8°(垂直)質(zhì)量1.5kg(另加IIU的質(zhì)量)7)電視攝像機(jī)(選擇方案2)最大視場(chǎng)21°(水平)×16.5°(垂直)質(zhì)量12kg最小視場(chǎng)2.5°(水平)×1.8°(垂直)標(biāo)準(zhǔn)變焦機(jī)構(gòu)8)HYDRA系統(tǒng)電源電壓+18V～+32V直流電流(額定值)6A3.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路一種典型集中控制式岸基紅外監(jiān)視系統(tǒng)由1個(gè)中央控制站和約70個(gè)掃描探測(cè)器組成。各個(gè)掃描器通過(guò)微波通訊線路與中央站保持聯(lián)系。在中央控制站則由計(jì)算機(jī)自動(dòng)跟蹤多個(gè)目標(biāo)。由大屏幕電視監(jiān)視器顯示多個(gè)目標(biāo)以及目標(biāo)相對(duì)于海岸線的軌跡。系統(tǒng)根據(jù)軟件指令自動(dòng)工作,自動(dòng)識(shí)別真假目標(biāo)、算出目標(biāo)距離、航向和速度,提供定向攔截點(diǎn),簡(jiǎn)化目標(biāo)攔截的模擬數(shù)據(jù)等。研制岸基紅外監(jiān)視系統(tǒng)的目的主要是:快速探測(cè)、自動(dòng)跟蹤、分析從海上或空中入侵的目標(biāo)并顯示目標(biāo)圖像。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求:1)一個(gè)系統(tǒng)必須能連續(xù)不斷地自動(dòng)監(jiān)視1000km以上海岸線。2)系統(tǒng)晝夜均能工作,即使在較為惡劣的氣象條件下仍能正常工作。3)各個(gè)探測(cè)站均全自動(dòng)工作,無(wú)需操作人員,控制探測(cè)站的指令均來(lái)自中央控制站。4)中央控制站大屏幕監(jiān)視器除顯示目標(biāo)圖像外,并且可以同時(shí)顯示海岸線圖及目標(biāo)的軌跡。5)采用現(xiàn)有成熟的微處理機(jī)技術(shù),這樣可提高效費(fèi)比,縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期。人/機(jī)接口要求專門設(shè)計(jì)。3.2.1測(cè)量站的系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)和組成掃描探測(cè)站主要由下述分系統(tǒng)與部件組成:掃描器分系統(tǒng)、微處理機(jī)和軟件、微波通信線路、塔架、掃描器平臺(tái)以及保護(hù)罩等。1動(dòng)態(tài)控制板測(cè)試掃描器分系統(tǒng)主要由掃描頭、掃描器電子處理器、電源、望遠(yuǎn)鏡以及氮?dú)庋b置等組成。掃描頭采用英國(guó)研制的IR18型熱像儀。IR18熱像儀有5個(gè)可調(diào)窗口(2°、4°、6°、16°、32°),從而可優(yōu)化景物的對(duì)比度。該熱像儀的測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍大于150°。該掃描頭內(nèi)設(shè)置了1個(gè)內(nèi)部反饋?zhàn)詣?dòng)編程調(diào)節(jié)程序,以跟蹤目標(biāo),確保顯示信息表現(xiàn)目標(biāo)的各種條件。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)能力可以省去連續(xù)手調(diào)的麻煩,而且不容易丟失圖像。這種內(nèi)部反饋?zhàn)詣?dòng)編程調(diào)節(jié)程序可以通過(guò)指令終止,以便允許操作者手控調(diào)節(jié),這樣操作者可以對(duì)特別感興趣的目標(biāo)圖像進(jìn)行優(yōu)化。IR18型熱像儀可用其它熱像儀來(lái)替代,系統(tǒng)也可采用其它光電傳感器。2模/數(shù)和數(shù)/模模塊設(shè)計(jì)掃描探測(cè)站的管理采用IBM微處理機(jī)(16bit系統(tǒng))。備有256K存取器,360K小型驅(qū)動(dòng)盤。插入模塊有:視頻數(shù)字化模塊、模/數(shù)和數(shù)/模模塊和接口模塊。視頻數(shù)字化模塊作用是把掃描器視頻圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息,圖像經(jīng)過(guò)數(shù)字化以后,計(jì)算機(jī)軟件便可自動(dòng)處理圖像,判斷真假目標(biāo),算出目標(biāo)的重要參數(shù),并向中央站報(bào)告。模/數(shù)和數(shù)/模模塊作用是把數(shù)字指令轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),并用其來(lái)控制掃描器平臺(tái)、微波線路、望遠(yuǎn)鏡和掃描器。來(lái)自平臺(tái)的位置信息也可轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。管理探測(cè)站所用的軟件是一套成熟的智能型多功能計(jì)算機(jī)程序,該軟件可以自動(dòng)完成平臺(tái)控制、進(jìn)行目標(biāo)分析、確定目標(biāo)距離、速度和航向多種參數(shù)以及探測(cè)站與中央站之間通訊控制。為了精確計(jì)算目標(biāo)參數(shù),操作者預(yù)先給軟件輸入該探測(cè)站的經(jīng)緯度、掃描頭的真實(shí)高度以及方位俯仰角的初始數(shù)值。3數(shù)字視頻圖像微波通訊系統(tǒng)由微波電視轉(zhuǎn)播器和天線組成,用于在中央站和探測(cè)站之間發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和視頻圖像。轉(zhuǎn)播器置于塔架的底座上,雙拋物面天線置于塔架頂上。4平臺(tái)的控制掃描器平臺(tái)主要安裝掃描頭和望遠(yuǎn)鏡。平臺(tái)受計(jì)算機(jī)控制,以提供方位、俯仰運(yùn)動(dòng)。塔架高度為30m,底部截面約為4.6m2,可抵御120m/h的風(fēng)力。3.2.2顯控臺(tái)的組成中央控制站主要由下列部件及分系統(tǒng)組成:一臺(tái)帶監(jiān)視器和打印機(jī)的計(jì)算機(jī)、一臺(tái)微波通訊轉(zhuǎn)播器、4臺(tái)監(jiān)視器和一臺(tái)大屏幕投影電視機(jī)等。顯控臺(tái)主要由計(jì)算機(jī)、視頻監(jiān)視器組成。一旦接到來(lái)自掃描站目標(biāo)數(shù)據(jù)就立即以高速數(shù)字制式傳給中央計(jì)算機(jī),各站的數(shù)據(jù)被存貯在各自的咨詢盤中,用來(lái)保證中央站的跟蹤以及大投影電視屏上的視覺(jué)跟蹤。由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的被監(jiān)視海岸線圖形也在投影電視屏上顯示。來(lái)自各站咨詢盤的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換成代表目標(biāo)的符號(hào),并且疊加在電視屏上的海岸線圖上,在電視屏上就顯示出海岸線圖和任一被測(cè)目標(biāo)的航向電視圖像。3.2.3分系統(tǒng)的選擇為了使系統(tǒng)可靠性達(dá)到最佳并易于維修、系統(tǒng)各部件和分系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選。特別是掃描站的分系統(tǒng)全采用模塊結(jié)構(gòu),這樣便于維護(hù)和更換。所有分系統(tǒng)都規(guī)定了專用的電氣接口和機(jī)械接口。各掃描站需要進(jìn)行定期維護(hù)。4岸基光電紅外監(jiān)視系統(tǒng)隨著光電技術(shù),尤其是紅外技術(shù)的發(fā)展,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)也在迅速發(fā)展。目前岸基監(jiān)視系統(tǒng)主要是雷達(dá)和常規(guī)光學(xué)儀器,前者易受干擾,后者作用距離受天氣影響很大。所以岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展任務(wù)越來(lái)越明確,即目前主要是補(bǔ)充雷達(dá)之不足,探測(cè)掠海飛行的目標(biāo),識(shí)別目標(biāo),尤其是在能見(jiàn)度差的情況下識(shí)別目標(biāo)。總之,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)根本任務(wù)是采用先進(jìn)的光電技術(shù),對(duì)海上和空中目標(biāo)晝夜實(shí)施更有效地監(jiān)視。它有別于光電火控系統(tǒng),不用帶武器。岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展可分為兩個(gè)階段,早期為電視/激光組合系統(tǒng),隨著紅外技術(shù)日益成熟,現(xiàn)在岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)多以紅外傳感器為主。以紅外為主的岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展可分為3個(gè)階段:1)初級(jí)階段:在此階段,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)多采用單臺(tái)單控式以紅外傳感器為主體的監(jiān)視系統(tǒng),在沿海要害部位適當(dāng)布置。2)中級(jí)階段:在此階段,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)采用多臺(tái)多控式以紅外傳感器為主體的監(jiān)視系統(tǒng),在沿海關(guān)鍵部位整片布置。3)高級(jí)階段:在此階段,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)采用集中控制式以紅外傳感器為主體的監(jiān)視系統(tǒng),在整個(gè)海岸線,全面晝夜實(shí)施有效地光電監(jiān)視。綜上所述,岸基光電(紅外)監(jiān)視系統(tǒng)研制目的是:(1)抗電磁波干擾能力強(qiáng)。岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)一是抗干擾,二是圖像顯示。(2)節(jié)約、方便。沿海岸線建立起岸基光電監(jiān)視系統(tǒng),艦船可根據(jù)岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)獲得的信息,尤其是圖像信息,有準(zhǔn)備、有目的地?cái)r截目標(biāo),這在和平時(shí)期尤為重要。岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)目前多用高分辨率紅外探測(cè)器作傳感器,但紅外探測(cè)器作用距離多為10km,少數(shù)達(dá)20km,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)除采用紅外探測(cè)器作為傳感器外,并不排斥采用微光技術(shù)、激光技術(shù)(國(guó)外提出采用主動(dòng)紅外激光監(jiān)視技術(shù),來(lái)改善對(duì)紅外隱身目標(biāo)的探測(cè)性能)等,顯而易見(jiàn),若由這些技術(shù)組成的多傳感器岸基光電監(jiān)視綜合系統(tǒng),則更有利于增強(qiáng)海岸監(jiān)視的能力。此外,岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)作用距離除和傳感器性能息息相關(guān)外,還與探測(cè)站的設(shè)置位置有關(guān)。探測(cè)站設(shè)置在盡可能高的位置,其作用距離遠(yuǎn),幾何覆蓋范圍大。國(guó)外主要岸基光電監(jiān)視系統(tǒng)性能如下:美國(guó)SPS-200型岸基光電監(jiān)視系統(tǒng),采用微光