軍事研究學者和行業(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)關注的焦點。隨著21世紀戰(zhàn)場不斷朝向網(wǎng)絡化、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候都更加重要。這就是光電和紅外傳感器應用的舞臺。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)技術領先。面對戰(zhàn)術和技術上更加成熟的敵手，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論壇上講到，“當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，可能小到有些時候我們甚至可以說服自己，認為自己做的還不錯。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)價值僅在真實軍事環(huán)境演練中才凸顯出來?！爱敿夹g在研發(fā)者手中實現(xiàn)，看到海員投入應用，奇跡發(fā)生?！崩聿樯f道，“艦隊創(chuàng)造力無比巨大?！?/p>

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)技術保證官基斯?雷南說，海軍艦隊認識到了光電/紅外傳感器的價值，因此其需求越來越大。

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

美國海軍的試驗性態(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/紅外技術提升現(xiàn)有傳感器的性能?！皯B(tài)勢感知目前發(fā)展重點是增強現(xiàn)有傳感器的性能（過去主要關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。我們正在對傳感器標準化做需求分析，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)展成同時為武器系統(tǒng)和態(tài)勢感知所用。海軍領導層希望將瞄準和監(jiān)視傳感器用于特定作戰(zhàn)任務，因此，海軍海上系統(tǒng)指揮部正致力于加強上述傳感器的態(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。標準有助于開放式系統(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準化，使用通用模塊完成態(tài)勢感知和作戰(zhàn)保障將大有益處。有很多重點工作可以做，例如將系統(tǒng)接口和模塊等級標準化，并且將其他的技術更新周期和維護模塊標準化，這樣它們可以在多個平臺和系統(tǒng)中使用。標準化后，有助于實現(xiàn)海軍的開放式架構目標，并在使用周期保持競爭力?！?/p>

保持技術領先不僅依賴于提高單個傳感器技術，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)處理轉化為可用信息，從戰(zhàn)場指揮官到單兵，實時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)絡實現(xiàn)全態(tài)勢感知。”威爾遜維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，我認為（相關傳感器）的用途將保持相對穩(wěn)定，但會使用不同的裝置指揮它們。”

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）。“當從更小系統(tǒng)上獲得更佳性能，就可以用小型無人機代替大飛機，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現(xiàn)目標?！?/p>

上述發(fā)展的領跑者是光電/紅外傳感器聯(lián)合體的新應用，應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及電子戰(zhàn)與傳感器項目執(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，我們關注更好的傳感器、更多的傳感器融合和輔助目標辨識（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)外距離更遠工作的傳感器。我對真正新型光學啟動持懷疑態(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，是長遠發(fā)展的關鍵。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)和實用信息之間的時間，否則就要投入更多人力?！?/p>

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算模塊，用于捕獲數(shù)據(jù)，通常為預數(shù)字化，一些是以高帶寬格式。一些公司購買了獨立模塊，一些公司預裝了分系統(tǒng)。

傳感器處理

“通常沒有一種處理技術適用于所有應用，” Curtiss-Wright防務公司的數(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，進行預處理，然后交由通用圖表處理裝置（General Purpose Graphicsprocessing units，GPGPU）處理—每秒萬億次浮點運算，高吞吐量處理和如Xeon D（認知力更強）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)字視頻錄像機提供環(huán)艦360度視覺覆蓋，用于武裝防范、導航、搜索和捕獲操作。

需將不同的處理技術進行特殊混和，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“技術組合”，（但）每個應用采取的是現(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，“防務中最常見的封裝是VPX。如果需要還可以使用更小封裝技術，我們通常采用工業(yè)級芯片并使其適應極端溫度、不同的振動剖面，并密封防止外來顆粒物?！?/p>

陸軍同樣在為加強戰(zhàn)地態(tài)勢感知做努力?！败婈犜趶碗s環(huán)境中制勝應充分了解態(tài)勢，這種理念要求光電/紅外傳感器執(zhí)行瞄準任務。還需要更廣泛的態(tài)勢感知，可以用畫中畫和步距凝視（本質即拼接）來實現(xiàn)。在這里向四周轉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載。可能有覆蓋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)轉換成信息，或至少為操作員提供線索。”

技術嵌入

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

“我們已經(jīng)從快速反應力操作模式轉移，這種模式會導致更長時間幀去研發(fā)技術。光遠端控制器（ORC）是戰(zhàn)地急需的產(chǎn)品，而且在布什時代，有經(jīng)濟實力去解決死亡問題，”津斯說。

隨著軍用技術的增加，許多來自商業(yè)領域的尖端研究迎面而來，它們進行了調整以迎合戰(zhàn)爭需要，但是較之前更為先進，比特制的軍用硬件設施反應更快。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。我們的技術不僅僅是看見一幅清晰的圖。而是實現(xiàn)由野外裝備做其他決定，” FLIR公司的薩克斯頓說道，“我們的機載、便攜式和車載系統(tǒng)為操作員提供精確的目標定位，他們可以與地區(qū)指揮官分享這些信息?！?/p>

裝在Augusta Westland公司AW189直升機上的SAFIRE 380-HD

光電/紅外傳感器吊艙

首先是在商業(yè)領域開發(fā)了用于廣泛部署的高清成像技術?！霸谲姺綇V泛采用之前，高清成像出現(xiàn)在電子消費產(chǎn)品領域，但是目標的高清熱成像是一項更難的技術?！彼_克斯頓說道?！叭ツ晡覀兺瞥隽艘慌_裝配來福槍的高清熱像儀HISS-XLR，以前這種性能只有高端機載和車載級別，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，拼接傳感器圖像，集成寬視場傳感器和更常規(guī)的傳感器用于遠距離目標識別和分類。

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，后者可進行更近距離的識別、威脅評估、判別虛假報警等等。”NAVSEA的雷南說，“我們的另一個關注點是采用短波紅外傳感器改進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對敵機的掃描或聲納對潛艇的探測。這對于設計用于執(zhí)行晝/夜離岸、近岸和岸上任務的下一代氣墊船尤其正確。氣墊船操作員在這些任務環(huán)境中必須有最高級別的態(tài)勢感知，不僅包含當日能見度，還有浪花、高濕度、霧、煙，甚至沙子和灰塵。目前的雷達、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，例如在平面雷達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，這些威脅的雷達特征非常弱?！惫怆姵上瘛⒓t外成像、NV系統(tǒng)和激光以及測距工具的組合的獨特性能將加強氣墊船（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)行任務的陸軍的內(nèi)河艦和軍用車輛。

征服黑暗

同時，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”。作為單兵用品的關鍵部件，夜視鏡征服黑暗需要新的更加先進的技術。

“現(xiàn)在的陸地普通士兵有一副圖像增強目鏡，”NVESD經(jīng)理唐納德博士在2015 SPIE防務安全和傳感會議上說，“近紅外夜視鏡這個技術已經(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換，沒有遠距離觀察閉合。NVESD的加強型夜視鏡使用了一個視覺增強通道、一個熱通道和一個可與相機輸出連接的光學覆蓋，在小顯示屏上進行圖像增強。目前的增強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的雷歌補充說道，他的目標是這樣一個系統(tǒng)：一個照相機（位于后部）、一個傳感器、光顯示器、有存儲器和記憶容量，可以運行應用軟件?！斑@是士兵的發(fā)展趨勢，這就是未來?！?/p>

重新回到近凝視/凝視敵手成為驅動光電/紅外傳感器和其他加強型態(tài)勢感知技術進展的力量。

“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穩(wěn)居頭牌，需要努力爭取。就像海灣戰(zhàn)爭時，我們曾接到大量要求抵御熱微顆粒的傷害?！?/p>