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摘要：隨著微光成像技術(shù)的發(fā)展，微光夜視系統(tǒng)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。分析了微光成像技術(shù)的特點及在航空機載領(lǐng)域的典型應(yīng)用，梳理了微光夜視系統(tǒng)在國內(nèi)外航空機載領(lǐng)域裝備應(yīng)用情況。討論了航空機載領(lǐng)域微光成像技術(shù)的發(fā)展趨勢，為國內(nèi)航空機載微光夜視裝備的研制提供參考。

關(guān)鍵詞：微光成像；微光像增強器；機載夜視；夜視鏡

微光成像技術(shù)是在夜天光（如微弱月光、星光、大氣輝光等）照明條件下實現(xiàn)光-電子圖像信息之間相互轉(zhuǎn)換、增強、處理、顯示的一門技術(shù)等。利用微光成像技術(shù)，能將人眼不能或不易看見的近紅外輻射、極微弱星光等景物圖像通過各類微光像增強器和微光視頻成像器件進行光譜和光電轉(zhuǎn)換，變成亮度被增強的人眼易看的可見光圖像，從而彌補了人眼的局限性，擴展了人眼的視野和功能[1]。隨著20世紀(jì)40年代國外開始研究微光夜視技術(shù)開始研究以來，作為微光夜視技術(shù)核心的微光像增強技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，先后有了一代、二代、三代和超二代微光像增強器的問世，代表的廠家有美國ITT公司、諾斯羅普•格魯曼公司，法國的PHOTONIS公司、荷蘭DEP公司等。我國微光夜視技術(shù)經(jīng)過發(fā)展，已具備一代和二代以及高性能超二代微光像增強器的批量生產(chǎn)能力，并大量裝備部隊。三代微光器件研究已獲得重大技術(shù)突破，實驗室樣管可以達到美國標(biāo)準(zhǔn)三代管的水平[2、3]。國外目前已大量裝備微光夜視系統(tǒng)，尤其是在航空機載領(lǐng)域，美軍表現(xiàn)比較突出，其在轟炸機、殲擊機、加油機、運輸機以及各種旋翼機平臺上都配備了多種微光夜視系統(tǒng)，以突出其在夜戰(zhàn)中的優(yōu)勢力量。目前，國內(nèi)微光夜視產(chǎn)品由于受核心器件發(fā)展限制，微光夜視產(chǎn)品從裝備數(shù)量和技術(shù)指標(biāo)與國外相比仍有差距。

1微光成像技術(shù)特點及在航空機載領(lǐng)域的應(yīng)用

微光成像系統(tǒng)通常有兩種類型：直視型微光夜視鏡和視頻型微光夜視攝像機。其中，前者通過目鏡直接觀察，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉；后者通過各類視頻型微光器件轉(zhuǎn)換為視頻信號，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的傳輸、多傳感器信號疊加以及圖像優(yōu)化處理。微光成像技術(shù)具有以下特點：（1）成像效果與人眼的視覺效果接近；（2）微光夜視儀體積小、重量輕，而且由于工作方式是被動的，便于隱蔽使用；（3）不易識別偽裝目標(biāo)；（4）作用距離與觀察效果受到氣象影響較大。綜合國內(nèi)外航空機載領(lǐng)域夜視系統(tǒng)裝備平臺和應(yīng)用領(lǐng)域，夜視系統(tǒng)在航空機載領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括以下幾個方面：（1）可在燈光管制等特殊環(huán)境下進行艙內(nèi)及艙外觀察，并可輔助飛行員目視觀察進行飛機的起降及搜索目標(biāo)；（2）可輔助進行夜間飛行編隊，有效縮短編隊距離；（3）可以輔助觀察它機或本機特定波段激光照射所產(chǎn)生的激光斑；（4）可進行夜間空中加油的觀察與監(jiān)視；（5）配合其他傳感器完成飛行員飛行數(shù)據(jù)信息綜合顯示。

2國內(nèi)外航空機載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況

2.1國外航空機載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況。目前，美國空軍、海軍及國外戰(zhàn)機已經(jīng)裝備了大量的微光夜視系統(tǒng)，其中美軍機載平臺應(yīng)用的夜視鏡有AN/AVS-6、AN/AVS-9、AN/AVS-10PNVG等，分別應(yīng)用包括A-10、F-15C、F-15E、F-16、F117、C-5、C-130、KC-135、HH-60、AH-64等固定翼飛機以及旋翼機平臺。英國、法國、荷蘭、俄羅斯等也在多種機型平臺（例如臺風(fēng)戰(zhàn)斗機、鷹獅戰(zhàn)斗機、米-17、米-24、“虎”式直升機等）裝備了微光夜視系統(tǒng)。航空機載領(lǐng)域應(yīng)用的微光夜視系統(tǒng)主要包括直視型微光夜視鏡和視頻型微光夜視攝像機。其中傳統(tǒng)的直視型夜視鏡在機載領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，直視型微光夜視鏡典型產(chǎn)品包括以下幾種類型。（1）雙管雙目夜視鏡圖1所示美軍的AN/AVS-9夜視鏡，另外還有美軍的AN/AVS-6、荷蘭的NL-93夜視鏡、英國NITE-OP夜視鏡等。該類型夜視鏡通常采用40°典型視場，放大倍率為1倍，包括手動焦距調(diào)節(jié)以及目鏡視度調(diào)節(jié)以及眼距、瞳間距調(diào)節(jié)等功能。座椅彈射時通過爆炸脫落或過載自動脫落的形式。目前裝備的夜視鏡均采用標(biāo)準(zhǔn)三代像增強器或高性能三代像增強器。（2）雙管雙目頭顯夜視鏡圖2所示美軍的ANVIS/HUD-24夜視鏡。該類夜視鏡通過平視顯示元件與雙管數(shù)目夜視鏡疊加，實現(xiàn)飛行數(shù)據(jù)與夜視場景的疊加顯示。該款夜視鏡頭顯視場為32°，夜視視場為40°，頭顯像元的分辨率為512×512。其余結(jié)構(gòu)和功能與雙管雙目夜視鏡相近。（3）多管雙目超大視場夜視鏡圖3所示美軍的AN/AVS-10夜視鏡。該夜視鏡采用4個16mm的三代像增強器。四個光通道兩兩進行目鏡拼接，最終實現(xiàn)了100°×40°的超寬視場，亦能實現(xiàn)手動焦距調(diào)節(jié)以及目鏡視度調(diào)節(jié)以及眼距、瞳間距調(diào)節(jié)等功能。該夜視鏡彈射兼容性采用過載自動脫落的形式。（4）折轉(zhuǎn)式雙管雙目微光夜視鏡圖4所示法國的SagemJADE夜視鏡。該類夜視鏡采用折轉(zhuǎn)組合目鏡的形式，使飛行員既能觀看到夜視光路反射的夜視增強圖像，亦能通過透視組合鏡看到平顯、座艙儀表、艙外未增強器的可見光圖像。這種構(gòu)型既縮短了夜視鏡的突出量，改善了重心分布，又增強了飛行員的對飛行的態(tài)勢感知。視頻型微光夜視攝像機，通常應(yīng)用于多功能綜合夜視頭盔上，例如臺風(fēng)戰(zhàn)斗機上配備的BAESystem公司設(shè)計的HMDSsystem（如圖5所示）、鷹獅戰(zhàn)斗機飛行員配備的新型HMDSsystem以及F35飛行員配備的新型夜視頭盔顯示器（如圖6所示）。微光夜視攝像機形成的外界場景的增強視頻經(jīng)視頻處理傳輸疊加顯示在頭顯的顯示像元上并接投射在護目鏡上，實現(xiàn)增強場景與飛行數(shù)據(jù)的疊加顯示。2.2國內(nèi)航空機載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備情況。目前，國內(nèi)只有直升機平臺裝備有頭盔微光夜視鏡和綜合頭盔瞄準(zhǔn)具（含夜視組件），且涉及型號少，裝備量低。相比國外航空機載領(lǐng)域微光夜視系統(tǒng)裝備的產(chǎn)品類型及裝備的機型相比，國內(nèi)仍有較大差距。國內(nèi)航空機載領(lǐng)域裝備的夜視鏡的主要差距體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）核心器件像增強器性能差距受制于核心器件的限制，目前國內(nèi)裝備的夜視鏡像增強器主要為超二代水平，與美軍的大量裝備三代像增強器以及高性能三代像增強器差距明顯。主要差距在器件的分辨率（超二代最高達到64對線/mm，三代像增強器典型值為64對線/mm，最高可達72對線/mm）、信噪比（超二代最高達25db，三代像增強器典型值大于25）和靈敏度（超二代典型值為700μA/lm、三代典型值不小于1800μA/lm）等，體現(xiàn)在系統(tǒng)的作用距離、動態(tài)范圍等。（2）微光夜視鏡構(gòu)型單一目前，國內(nèi)機載裝備夜視鏡多采用雙管雙目微光夜視鏡構(gòu)型，該種構(gòu)型佩戴舒適性相對較差，視場局限，不利于直接觀察平視顯示器以及座艙儀表等。國外除雙管雙目構(gòu)型外，還裝備有折轉(zhuǎn)耦合式構(gòu)型、多視場拼接構(gòu)型等。（3）微光夜視鏡功能單一國外裝備的夜視鏡功能豐富，包含頭顯綜合式雙管微光夜視鏡、超寬視場微光夜視鏡、等，并且更多的多功能綜合夜視頭盔集成。國內(nèi)裝備的微光夜視鏡大多只能提供單一的微光增強圖像，用于疊加飛行數(shù)據(jù)信息的綜合頭盔瞄準(zhǔn)具使用和裝備較少。

3機載微光成像技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）寬視場微光夜視鏡普通夜視鏡視場通常為40°，視場小與飛行員快速機動搜索目標(biāo)相矛盾。需要研發(fā)與人眼正常視覺相匹配的超大視場微光夜視鏡。但大視場夜視鏡帶來新的問題：體積大、重量重。減小像增強器自身尺寸重量、采用新型光學(xué)和結(jié)構(gòu)材料、新的光學(xué)構(gòu)型實現(xiàn)超大視場微光夜視鏡小型化、輕量化的設(shè)計成為設(shè)計研發(fā)的重點。（2）折轉(zhuǎn)組合目鏡式微光夜視鏡傳統(tǒng)直視型微光夜視鏡的單目光路中物鏡、像增強器、目鏡和人眼在一條直線上。該構(gòu)型主要問題：1、夜視鏡突出量大，重量重心靠近飛行員前沿處；2、傳統(tǒng)的直視型微光夜視需要通過眼睛余光來觀察下視的彩色顯示器，給使用過程中帶來不便。折轉(zhuǎn)組合目鏡式微光夜視鏡一方面能夠使夜視鏡長度進一步縮短增加佩戴舒適性，另一方面能夠使人眼的通視視場增大，便于直接觀察座艙內(nèi)的平視顯示器、下視彩色顯示器以及其他儀表。（3）綜合夜視頭盔系統(tǒng)相比傳統(tǒng)單一類型夜視鏡，綜合夜視頭盔系統(tǒng)能夠綜合多傳感器信息融合顯示，既能顯示經(jīng)過微光增強的場景圖像，又能疊加顯示必要的飛行數(shù)據(jù)信息，還能綜合顯示機載其他光電傳感器（紅外傳感器等）的視頻圖像以及與微光視頻融合顯示的圖像等。綜合夜視頭盔系統(tǒng)使夜視傳感器的布局不再局限于人眼視覺的正前方，無論是通過光疊加的還是視頻信號電疊加的夜視傳感器都可以布置在頭盔兩側(cè)護耳處，甚至是機上的其他安裝位置，以改善飛行員佩戴的舒適性。（4）新型微光夜視傳感器的應(yīng)用新型的EBAPS，其借助光陰極產(chǎn)生光電子，從高壓電源獲得高能量轟擊光敏面，以高電子能量，換取更大的電荷數(shù)量轉(zhuǎn)換，具有讀出噪聲低、靈敏度高的特點[4]。黑硅探測器，采用黑硅半導(dǎo)體技術(shù)，使探測器的響應(yīng)波段能夠從紫外擴展到長波紅外，具有超高的靈敏度，能夠在小于0.001lux低照度環(huán)境下成像，能夠提供高質(zhì)量的晝夜成像效果；短波相機，采用InGaAs陰極材料，響應(yīng)波段0.4μm～1.7μm；增強型CMOS器件，具有更高的幀率（大于100Hz）、更大的動態(tài)范圍（大于60dB）、較小的可讀出噪聲（小于4e-）且晝夜都能使用。眾多使用新技術(shù)、新類型的微光夜視傳感器的不斷發(fā)展和完善，使微光夜視攝像機的傳感器不再局限于ICCD或ICMOS等像增強器耦合型視頻器件，能夠進一步縮短微光傳感器的體積并減少重量，擴展機載航空領(lǐng)域的夜視技術(shù)的應(yīng)用范圍[5]。

4結(jié)束語

對比國外機載領(lǐng)域的裝備、應(yīng)用及發(fā)展趨勢情況，結(jié)合目前國內(nèi)機載夜視裝備情況及用戶使用情況，最后指出國內(nèi)機載微光成像技術(shù)的幾個關(guān)注點：（1）夜視鏡的人機工效問題。包括佩戴舒適性問題、彈射安全性問題、夜視兼容問題等；（2）新構(gòu)型的應(yīng)用。加快研制新型微光夜視鏡如寬視場、折轉(zhuǎn)組合目鏡式夜視鏡等，解決國內(nèi)夜視鏡品種單一、應(yīng)用單一的局面；（3）新型微光傳感器的應(yīng)用。關(guān)注新型微光夜視傳感器的發(fā)展及應(yīng)用，包括新型的彩色夜視傳感器的發(fā)展，拓展機載平臺夜視技術(shù)的應(yīng)用；（4）多傳感器融合技術(shù)。結(jié)合機載平臺中不同波段傳感器的特點，考慮多傳感器的融合處理。

參考文獻

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作者:劉文彬 單位:中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設(shè)備研究所