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无人机光电红外传感器综述

发布时间:2019-04-18 03:00 作者:彩89
所属分类:彩89新闻 发表日期:2019-04-18 文章来源:彩89

  导读 典型无人机系统(UAS)由无人机、数据链和地面控制系统(GCS)组成。无人机的最大优势是对飞行员没有危险。无人机系统具有可靠瞄准线优势能完成从探测、定位目标到跟踪士兵不同的任务。另一方面,无人机系统最大缺点也是没有飞行员。有限的感知会造成任务无效或者失败。

  为了改进这一问题,对高效执行传感器有了更高要求。目前使用的一些帮助飞行员感知以进行任务决定的有效负载,包括光电/红外、合成孔径雷达、信号情报和雷达。在这些传感器中,光电/红外由于其小型化,能实时传递详细信息帮助飞行员进行控制而用在多种类型飞机上。

  无人机的负载能力通常为200kg,其光电/红外重量将限制为50kg。目前的小型化使得低于25kg的光电/红外系统使用昼间CCD相机和红外传感器,两种最有效的短距离传感器重量不需要超过25kg的光电/红外传感器。这个区别来自于使用它们的目的或者所完成的任务。事实上,25kg分界线区分了轻型和中型光电/红外系统,也会根据进一步小型化发生改变。

  在许多光电/红外系统中,鉴于信息可获得性,选择了典型的低于25kg的光电/红外系统。

  作为成像系统,光电/红外系统的技术规范可通过探测、识别和认清距离来说明。具有远距离操作包括三项光电/红外系统技术规范,稳定性、分辨率和放大倍率。这些技术规范也是无人机任务、侦察和目标定位的关键因素。

  为了提供更好的稳定性和目标定位精确度,每个光电/红外系统包含有自己的惯性测量单元。TS200、POP300和Quad-1的数据表显示惯性测量单元稳定等级约为30~40uradrms/axis,MicrosSTAR II采用光纤陀螺稳定,稳定等级为50。MicrosSTAR II采用固态光纤陀螺测量,它的研发提高了精确度。

  POP200/300是尺寸最小的之一,但是具有高技术规格和最高耐久性。此外,POP独特的优势就是采用了滑动式传感器。它由转塔和滑动式传感器组成,操作人员需要几分钟时间来替换。这一特点使得升级简单化,或者容易更换坏掉的传感器,比其它产品更有吸引力。事实上,目前陆军和海军陆战队使用的Shadow 200采用了POP300光电/红外传感器,它可以通过C波段瞄线数据链实时传送视频,并且具有红外照射(激光指示)能力。未来,希望使用激光指示技术来升级POP400。要注意的是,续航能力代表最差情况极限。换句话说,满意的续航极限不能保证良好的任务状态。

  CONTROP的Quad-1显示出在尺寸缩小后仍具有最佳技术规范的趋势。POP300用于Shadow200,后者主要用于大范围侦察。另一方面,Quad-1的高规格可能更适合识别任务,这种任务需要远距离和高隐蔽性。

  对于超过25kg范围的光电/红外系统,在上述四种产品中,由于相同理由选择两家制造商,一家是FLIR系统公司,另一家是WESCAM公司。

  FLIR系统公司提供Star SAFIRE系列产品,WESCAM公司提供MX-15系列产品。图2展示了具有代表性的高清晰度光电/红外系统。FLIR系统公司的Star SAFIRE系列有三种类型:第三代、高清晰度(HD)以及量子阱红外光电探测器(QWIP)。SAFIRE HD采用3~5m波长红外传感器,而SAFIRE QWIP的红外传感器采用8~9m波长。因为8~9m波长在大气中有更好的透射率,与HD相比,更适合雾、烟幕、尘埃和许多其它昏暗环境。对于WESCAM公司的MX-15系列,MX-15是所提供四种类型中最基础的。MX-15i、MX-15 True HD和MX15D有相同的物理特性。唯一不同的是价格,可从选项库中选择。每种MX-15系列产品可从选项库中选择六种传感器,用于不同模式。例如,MX-15 True HD提供了带有透镜的夜间相机,MX-15D则没有。因为每种系列之间类似,仅HD型传感器具有最高性能。

  光电/红外系统仍存在一些问题需要解决。由于它的近距离使用以及探测机制,观测通常会受到干扰而中断。包括可选功能在内的一些主要任务,例如自动跟踪在中断后经常不能识别目标,导致观察员的工作量加大。BAE系统公司的超光谱技术通过量化光谱有可能得到突破,并成功地自动认清目标。即使该技术应用非常有前途,但由于这类技术仅有一个商用例子,还要求高技术规范计算机,还缺少验证。超光谱技术需要日后进行商用验证,但它已显示出具有向自动化发展的积极前景。

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