两种岸基光电监视系统的对比

两种岸基光电监视系统的对比

1海湾战争促使岸基光电监视系统发展是由战争推动为了有效地保护沿海地区的主权，维护其政治、经济和军事利益，许多岛屿和国家需要开发出一种新的陆地观测灯监控系统，以补充现有的雷达和其他陆地观测设备。岸基光电监视系统快速发展更直接原因是战争的推动,尤其是海湾战争。42天的海湾战争中,美国可谓大获全胜,究其原因很多,其中之一是探测设备的优劣。战争一开始,伊军几乎所有雷达或是被摧毁,或是遭干扰,完全处于被动挨打局面。所以,海湾战争一结束,新型光电监视系统倍受军方青睐。研制新型岸基光电监视系统势在必行。国外岸基光电监视系统发展可分为两个阶段,第一个阶段为电视/激光组合监视系统,第二个阶段为岸基红外监视系统。2电视/激光监视系统近年来,国外研制了一些专用移动式或组合式岸用电视/激光监视系统。移动式电视/激光监视系统可装在卡车上,也可装在类似于炮盘的底座上,电源和控制部分装在车上,就位时炮盘底座下弯曲的腿拉直,这样就构成一个平台供电视/激光监视系统稳定工作。这种电视/激光监视系统最大优点是移动方便,不用拆装,但这类电视/激光监视系统缺点是受交通限制。这种岸基移动式电视/激光监视系统是意大利康特拉维斯(Contraves)公司研制的466型自动电视/激光监视系统。这种高精度、单一观察站方式的电视和激光组合自动跟踪系统是一种通用型目标跟踪系统,可用于跟踪空中的群集目标。整个系统主要由一个电视跟踪装置和一具激光测距仪组成,用于收集、测量空间目标的位置和距离数据。电视摄像机和激光测距仪装在一个标准的Contraves跟踪座上,测量仪器、有关电子设备等装在卡车上,由一辆轻型卡车牵引,机械装置采取了防震措施,所以,这种跟踪装置可以约80km/h速度在起伏路面上行驶而不影响系统的性能。由于系统设计紧凑,两人在30min内可安装好,操作只需1人。除了这种移动式岸基电视/激光监视系统外,国外还研制一种组合式电视/激光监视系统。这类电视/激光监视系统可用于海岸哨所、观通站之类车辆难于上去的地方,人力将电视/激光监视系统及其电源移到使用地点后,约半小时可组装好,可长期使用,也可临时使用。平时可对空、对海进行警戒并可供监视或作战训练用,战时可给岸炮提供海上(空中或水面)目标跟踪数据。应当指出,舰用通用型或多用途光电跟踪仪也适用于岸基。早期瑞典研制的“卡莱”(Kalle)系统就有“卡莱”舰载系统和“卡莱”岸基系统;最新英国研制的“海德雷”(HYDRA)光电监视系统、美国研制的SPS-200监视系统也有舰载系统和岸基系统。3利用电视和激光仪组使用岸基红外监视系统是以红外热像仪为主,有时还和电视摄像机或激光测距仪组合使用。它可分为两类,一类属于单台、单控式,另一类属于集中控制式。3.1单设备在双轴稳定防风机设备电路设计中的应用单台、单控式岸基红外监视系统国外已有多种型号,典型产品为英国研制的“海德雷”海军光电监视系统,它是一种既可作岸基使用又可舰载使用的光电监视系统。通常由海关或海岸警戒机构来执行对海监视、导航、搜索和救援等任务。该系统采用模块化设计,可广泛地装备在10～60m的巡逻艇上。这种系统已在世界各地服役包括英国海军和美国海军在内。该系统具有广泛的适应性,在从北半球到热带的各种环境条件下,都能提供良好的性能。该系统具有以下功能:1)对目标被动监视2)对12km以上的海上目标识别3)多传感器选择4)视频录像和分析5)24h昼夜工作6)既可舰载又可岸基使用为了适应不同的工作要求,HYDRA系统可装备不同的传感器。标准的HYDRA系统装有Pilkington光电公司的高清晰度热像仪(HDTI)。HYDRA系统包括以下基本模块:1)传感器跟踪头(STH)装有一具热像仪传感器(HDTI9-35)装有一具像增强器传感器双轴陀螺稳定防风雨机壳2)图像显示单元(IDU)装有TI/II控制器放大控制器图像显示控制器洗/擦控制器3)监视控制单元(SCU)装有跟踪头方位/俯仰控制器稳定控制器(开/关)航向指示器扫描控制器4)从动显示单元(SDU)(任选)舵手用的远距离监视器5)舵手航向单元(HBU)(任选)舵手用的远距离航向控制器3.1.1各设备的技术规格1)传感器跟踪头双轴稳定标准像增强器方位转动0°～±170°任选电视传感器俯仰角±30°标准防风雨机壳标准热像仪传感器的洗/擦设备2)操作者控制器(图像显示单元和监视控制单元)操作杆式的跟踪头控制器任选GPS接口远距离传感器控制器(手动或自动)任选GPS视频叠加标准VCR视频输出标准扫描控制任选雷达接口任选自动防区(扇面)扫描3)舵手从动单元(从动显示单元和航向单元)传感器远距离控制状态:左舷10°,20°,右舷10°,20°标准远距离监视器4)热像仪HYDRA系统使用的标准热像仪是该公司研制的HDTI9-35热像仪。这是一种高清晰度热像仪。另一种高清晰度热像仪HDTI5-2是HYDRA系统的选用设备,也是该公司的出口设备,已被美国海军选作为其“密集阵”舰载近程防御系统的升级装备。HDTI9-35的主要技术参数:敏感波长8～12μm探测器8元碲镉汞SPRITE探测器窄视场宽视场视场2.88°×1.9°9°×6°水平分辨率86μrad270μrad垂直分辨率110μrad340μrad光学孔径(额定)Φ135mmΦ43mm调焦范围80m→∞10m→∞最小可辨温差:0.44K0.45K(典型值)@4.0cy/mrad@1.25cy/mrad噪声等效温差:(最大值)0.47K0.47K平均无故障时间>2500h平均修理时间<1h(一线检修)视频格式CCIRI(625线)或RS-170(525线)场速率/帧速率50/25Hz或60/30Hz数据执行时间<1ms达到探测器制冷时间<5min(20°C时)控制器接口RS422半行线功耗:最小额定工作时120W典型工作时80W@20°C最大起动峰值200W(<30s)5)像增强器单元(IIU)第二代50mm直径的像增强管16°(水平)×12°(垂直)探测距离:对明亮的船视距范围对灰暗的船3.7km对灰暗的大型浮标1.5km质量11.5kg(不含夜光电视)6)电视摄像机(选择方案1)最大视场28°(水平)×21°(垂直)最小视场5°(水平)×3.8°(垂直)质量1.5kg(另加IIU的质量)7)电视摄像机(选择方案2)最大视场21°(水平)×16.5°(垂直)质量12kg最小视场2.5°(水平)×1.8°(垂直)标准变焦机构8)HYDRA系统电源电压+18V～+32V直流电流(额定值)6A3.2系统的设计思路一种典型集中控制式岸基红外监视系统由1个中央控制站和约70个扫描探测器组成。各个扫描器通过微波通讯线路与中央站保持联系。在中央控制站则由计算机自动跟踪多个目标。由大屏幕电视监视器显示多个目标以及目标相对于海岸线的轨迹。系统根据软件指令自动工作,自动识别真假目标、算出目标距离、航向和速度,提供定向拦截点,简化目标拦截的模拟数据等。研制岸基红外监视系统的目的主要是:快速探测、自动跟踪、分析从海上或空中入侵的目标并显示目标图像。系统总体设计要求:1)一个系统必须能连续不断地自动监视1000km以上海岸线。2)系统昼夜均能工作,即使在较为恶劣的气象条件下仍能正常工作。3)各个探测站均全自动工作,无需操作人员,控制探测站的指令均来自中央控制站。4)中央控制站大屏幕监视器除显示目标图像外,并且可以同时显示海岸线图及目标的轨迹。5)采用现有成熟的微处理机技术,这样可提高效费比,缩短系统设计周期。人/机接口要求专门设计。3.2.1测量站的系统统计和组成扫描探测站主要由下述分系统与部件组成:扫描器分系统、微处理机和软件、微波通信线路、塔架、扫描器平台以及保护罩等。1动态控制板测试扫描器分系统主要由扫描头、扫描器电子处理器、电源、望远镜以及氮气装置等组成。扫描头采用英国研制的IR18型热像仪。IR18热像仪有5个可调窗口(2°、4°、6°、16°、32°),从而可优化景物的对比度。该热像仪的测试动态范围大于150°。该扫描头内设置了1个内部反馈自动编程调节程序,以跟踪目标,确保显示信息表现目标的各种条件。这种自动调节能力可以省去连续手调的麻烦,而且不容易丢失图像。这种内部反馈自动编程调节程序可以通过指令终止,以便允许操作者手控调节,这样操作者可以对特别感兴趣的目标图像进行优化。IR18型热像仪可用其它热像仪来替代,系统也可采用其它光电传感器。2模/数和数/模模块设计扫描探测站的管理采用IBM微处理机(16bit系统)。备有256K存取器,360K小型驱动盘。插入模块有:视频数字化模块、模/数和数/模模块和接口模块。视频数字化模块作用是把扫描器视频图像转换成数字数据信息,图像经过数字化以后,计算机软件便可自动处理图像,判断真假目标,算出目标的重要参数,并向中央站报告。模/数和数/模模块作用是把数字指令转换成模拟信号,并用其来控制扫描器平台、微波线路、望远镜和扫描器。来自平台的位置信息也可转换成数字信息。管理探测站所用的软件是一套成熟的智能型多功能计算机程序,该软件可以自动完成平台控制、进行目标分析、确定目标距离、速度和航向多种参数以及探测站与中央站之间通讯控制。为了精确计算目标参数,操作者预先给软件输入该探测站的经纬度、扫描头的真实高度以及方位俯仰角的初始数值。3数字视频图像微波通讯系统由微波电视转播器和天线组成,用于在中央站和探测站之间发送数字数据和视频图像。转播器置于塔架的底座上,双抛物面天线置于塔架顶上。4平台的控制扫描器平台主要安装扫描头和望远镜。平台受计算机控制,以提供方位、俯仰运动。塔架高度为30m,底部截面约为4.6m2,可抵御120m/h的风力。3.2.2显控台的组成中央控制站主要由下列部件及分系统组成:一台带监视器和打印机的计算机、一台微波通讯转播器、4台监视器和一台大屏幕投影电视机等。显控台主要由计算机、视频监视器组成。一旦接到来自扫描站目标数据就立即以高速数字制式传给中央计算机,各站的数据被存贮在各自的咨询盘中,用来保证中央站的跟踪以及大投影电视屏上的视觉跟踪。由计算机产生的被监视海岸线图形也在投影电视屏上显示。来自各站咨询盘的数据在计算机内转换成代表目标的符号,并且叠加在电视屏上的海岸线图上,在电视屏上就显示出海岸线图和任一被测目标的航向电视图像。3.2.3分系统的选择为了使系统可靠性达到最佳并易于维修、系统各部件和分系统要经过严格挑选。特别是扫描站的分系统全采用模块结构,这样便于维护和更换。所有分系统都规定了专用的电气接口和机械接口。各扫描站需要进行定期维护。4岸基光电红外监视系统随着光电技术,尤其是红外技术的发展,岸基光电监视系统也在迅速发展。目前岸基监视系统主要是雷达和常规光学仪器,前者易受干扰,后者作用距离受天气影响很大。所以岸基光电监视系统发展任务越来越明确,即目前主要是补充雷达之不足,探测掠海飞行的目标,识别目标,尤其是在能见度差的情况下识别目标。总之,岸基光电监视系统根本任务是采用先进的光电技术,对海上和空中目标昼夜实施更有效地监视。它有别于光电火控系统,不用带武器。岸基光电监视系统发展可分为两个阶段,早期为电视/激光组合系统,随着红外技术日益成熟,现在岸基光电监视系统多以红外传感器为主。以红外为主的岸基光电监视系统的发展可分为3个阶段:1)初级阶段:在此阶段,岸基光电监视系统多采用单台单控式以红外传感器为主体的监视系统,在沿海要害部位适当布置。2)中级阶段:在此阶段,岸基光电监视系统采用多台多控式以红外传感器为主体的监视系统,在沿海关键部位整片布置。3)高级阶段:在此阶段,岸基光电监视系统采用集中控制式以红外传感器为主体的监视系统,在整个海岸线,全面昼夜实施有效地光电监视。综上所述,岸基光电(红外)监视系统研制目的是:(1)抗电磁波干扰能力强。岸基光电监视系统最大优点一是抗干扰,二是图像显示。(2)节约、方便。沿海岸线建立起岸基光电监视系统,舰船可根据岸基光电监视系统获得的信息,尤其是图像信息,有准备、有目的地拦截目标,这在和平时期尤为重要。岸基光电监视系统目前多用高分辨率红外探测器作传感器,但红外探测器作用距离多为10km,少数达20km,岸基光电监视系统除采用红外探测器作为传感器外,并不排斥采用微光技术、激光技术(国外提出采用主动红外激光监视技术,来改善对红外隐身目标的探测性能)等,显而易见,若由这些技术组成的多传感器岸基光电监视综合系统,则更有利于增强海岸监视的能力。此外,岸基光电监视系统作用距离除和传感器性能息息相关外,还与探测站的设置位置有关。探测站设置在尽可能高的位置,其作用距离远,几何覆盖范围大。国外主要岸基光电监视系统性能如下:美国SPS-200型岸基光电监视系统,采用微光