多傳感器系統(tǒng)

將多個(gè)傳感器集成至手持式設(shè)備是最新互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體相機(jī)的下一步目標(biāo)，其擴(kuò)展的光譜響應(yīng)降低了對(duì)追蹤激光點(diǎn)獨(dú)立設(shè)備的需求。賽峰公司（Safran）的JIM Compact輕量化遠(yuǎn)程多功能雙筒望遠(yuǎn)鏡和Vectronix分公司的Moskito-TI多用途目標(biāo)定位器是此類(lèi)設(shè)備的最新典范。賽峰公司發(fā)言人告訴《亞洲軍事評(píng)論》雜志的記者：“它們最具創(chuàng)新性的功能是能夠在不增加重量的情況下看到來(lái)自激光指示器的斑點(diǎn)甚至指示器。JIM-LR包含兩個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體攝像頭，一個(gè)是1500萬(wàn)像素的日光彩色電視傳感器，提供13.5度的寬視場(chǎng)和4.5度的窄視場(chǎng)，另一個(gè)傳感器是具有兩個(gè)獨(dú)立視場(chǎng)（6.2度和4.5度）低光攝像頭。賽峰公司發(fā)言人表示，兩者都比其他同級(jí)別的設(shè)備更輕，功能更全面。“它們能夠滿足包括步兵、特種部隊(duì)和聯(lián)合火力部隊(duì)（如聯(lián)合終端攻擊控制員）或前線觀察員在內(nèi)的大量用戶的需求。”JIM Compact雙筒望遠(yuǎn)鏡重量不到2千克（4.4磅），還配備了法國(guó)索弗拉迪公司(Sofradir)的一臺(tái)制冷式中紅外熱成像儀，這種熱成像儀由索弗拉迪公司與泰利斯公司共同研發(fā)，能夠提供與彩色電視攝像頭和640×480像素探測(cè)器相匹配的視場(chǎng)。JIM Compact遠(yuǎn)程多功能望遠(yuǎn)鏡還配備了有效范圍超過(guò)12千米（7.5英里）的護(hù)眼型安全激光測(cè)距儀、數(shù)字磁羅盤(pán)、傾角儀和嵌入式全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器。

Moskito-TI多用途目標(biāo)定位器重量不到1.3千克（2.9磅），配備了一組傳感器套件，其中包括一個(gè)視場(chǎng)為6.1度、放大倍數(shù)為6倍的直觀光學(xué)通道，可以不需要電力提供日光觀察能力。該公司發(fā)言人還稱(chēng)：“另外，賽峰公司的產(chǎn)品還包括先進(jìn)的連接功能，如以太網(wǎng)接口，并且采用了圖片/視頻流技術(shù)（一邊下載一邊播放），有助于提高在戰(zhàn)場(chǎng)上的效率。”在這樣的系統(tǒng)中使用的制冷式探測(cè)器有兩個(gè)主要的發(fā)展重點(diǎn)。第一是產(chǎn)生焦平面陣列，即將各個(gè)元件放置在一起，以在相同的物理包絡(luò)中提供更高的分辨率；第二是在保持分辨率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化。

圖5、多傳感器系統(tǒng)包括近紅外、中紅外和可見(jiàn)光波長(zhǎng)等多個(gè)傳感器，以及激光測(cè)距儀、數(shù)字磁羅盤(pán)、傾角儀和各種連接JIM緊湊型觀測(cè)和瞄準(zhǔn)裝置的接口。

小型探測(cè)器

雖然行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是15微米左右，但法國(guó)索弗拉迪公司現(xiàn)在提供的Dphnis-HD MW探測(cè)器的像素間距為10微米。該公司聲稱(chēng)，Dphnis-HD MW型探測(cè)器比同類(lèi)的10微米探測(cè)器有更好的性能，同時(shí)比前一代紅外探測(cè)器的探測(cè)、識(shí)別和鑒定（Detection,Recognition and Identification，DRI）范圍提高了55％。現(xiàn)在該設(shè)備面臨兩大挑戰(zhàn)：第一，這些像素?cái)?shù)仍然低于與可見(jiàn)光譜檢測(cè)器相關(guān)的像素?cái)?shù)，部分原因是由于熱敏紅外敏感材料制造技術(shù)的局限性。法國(guó)索弗拉迪公司營(yíng)銷(xiāo)副總裁克萊爾·瓦倫丁（Claire Valentin）向作者解釋稱(chēng)：“在可見(jiàn)光波段，波長(zhǎng)大約在0.4～0.9微米之間，在紅外波段，波長(zhǎng)大約在3～5微米，以及8～12微米。“如果你的波長(zhǎng)在8～12微米之間，我們假設(shè)最低音高確保你不會(huì)有太多的干擾，你的波長(zhǎng)需要在10～15微米的范圍內(nèi)。”

第二個(gè)挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)在較高溫度下工作而不影響靈敏度的探測(cè)器，應(yīng)對(duì)方式是采用使用壽命更長(zhǎng)的斯特林循環(huán)散熱器，從而確保該設(shè)備的使用壽命更長(zhǎng)，或者更小，更輕。她說(shuō)：“我們這一代的設(shè)備工作溫度是開(kāi)氏110度，我們目標(biāo)是將其提高至開(kāi)氏140度或者開(kāi)氏150度。同時(shí)減小更小型產(chǎn)品的散熱器尺寸，這對(duì)于便攜式系統(tǒng)非常有用。”

圖6、法國(guó)索弗拉迪公司的Dphnis-HD MW高分辨率制冷式熱成像攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)了10微米像素間距探測(cè)，并且能夠使用更小的冷卻器在開(kāi)氏120度環(huán)境下運(yùn)行。

打破現(xiàn)有規(guī)則

展望未來(lái)，衍射極限可能不是發(fā)展的終點(diǎn)，超越它是美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究計(jì)劃局最終計(jì)劃的目標(biāo)。美國(guó)國(guó)防先進(jìn)研究計(jì)劃局正在要求工業(yè)界，開(kāi)發(fā)工程材料（ENMATS）的新興技術(shù)，從其結(jié)構(gòu)中獲取其光學(xué)特性，從而“擺脫傳統(tǒng)的‘規(guī)則’和人為制約現(xiàn)代光學(xué)的‘規(guī)律’”。任何一名步兵都很容易認(rèn)識(shí)到這種技術(shù)的重要性，它可能導(dǎo)致實(shí)際的夜視鏡比普通的太陽(yáng)鏡只是稍厚一點(diǎn)（傳統(tǒng)的夜視鏡外形看起來(lái)像一個(gè)雙筒望遠(yuǎn)鏡）。這項(xiàng)技術(shù)由澳大利亞國(guó)立大學(xué)（NDU）教授德拉戈米爾·內(nèi)舍夫(Dragomir Neshev）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，并利用稱(chēng)為“二次諧波發(fā)生”的現(xiàn)象將紅外波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)波長(zhǎng)。使用次諧波振蕩的介電質(zhì)鋁砷化鎵納米天線，使控制非線性光的方向和偏振成為現(xiàn)實(shí)。通過(guò)將高品質(zhì)鋁砷化鎵納米材料生產(chǎn)的特殊III-V族半導(dǎo)體嵌入低折射率透明材料，使同時(shí)向前和向后非線性發(fā)射電腦為可能。入射的紅外光與強(qiáng)烈的激光“泵浦”光束混合，產(chǎn)生一個(gè)新的可見(jiàn)光圖像。轉(zhuǎn)換直接發(fā)生，沒(méi)有中間電子的階段，但需要電池。內(nèi)舍夫教授說(shuō)“這是為了將紅外光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光所需的激光二極管供電。一個(gè)1瓦的激光二極管，類(lèi)似于一個(gè)明亮的電池供電的手電筒，足以運(yùn)行數(shù)小時(shí)。”他補(bǔ)充說(shuō)，五年內(nèi)可以制造出實(shí)用的軍事裝備。總之，夜視技術(shù)，尤其是步兵系統(tǒng)可能正處于革命的風(fēng)口浪尖。（全文完）

知遠(yuǎn)戰(zhàn)略與防務(wù)研究所/吳新建 編譯自：泰國(guó)《亞洲軍事評(píng)論》2017年第10期

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