無人機光電紅外傳感器綜述

導(dǎo)讀 典型無人機系統(tǒng)（UAS）由無人機、數(shù)據(jù)鏈和地面控制系統(tǒng)（GCS）組成。無人機的最大優(yōu)勢是對飛行員沒有危險。無人機系統(tǒng)具有可靠瞄準線優(yōu)勢能完成從探測、定位目標到跟蹤士兵不同的任務(wù)。另一方面，無人機系統(tǒng)最大缺點也是沒有飛行員。有限的感知會造成任務(wù)無效或者失敗。

為了改進這一問題，對高效執(zhí)行傳感器有了更高要求。目前使用的一些幫助飛行員感知以進行任務(wù)決定的有效負載，包括光電/紅外、合成孔徑雷達、信號情報和雷達。在這些傳感器中，光電/紅外由于其小型化，能實時傳遞詳細信息幫助飛行員進行控制而用在多種類型飛機上。

1 光電/紅外

無人機的負載能力通常為200kg，其光電/紅外重量將限制為50kg。目前的小型化使得低于25kg的光電/紅外系統(tǒng)使用晝間CCD相機和紅外傳感器，兩種最有效的短距離傳感器重量不需要超過25kg的光電/紅外傳感器。這個區(qū)別來自于使用它們的目的或者所完成的任務(wù)。事實上，25kg分界線區(qū)分了輕型和中型光電/紅外系統(tǒng)，也會根據(jù)進一步小型化發(fā)生改變。

1.1 低于25kg光電/紅外

在許多光電/紅外系統(tǒng)中，鑒于信息可獲得性，選擇了典型的低于25kg的光電/紅外系統(tǒng)。

作為成像系統(tǒng)，光電/紅外系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范可通過探測、識別和認清距離來說明。具有遠距離操作包括三項光電/紅外系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，穩(wěn)定性、分辨率和放大倍率。這些技術(shù)規(guī)范也是無人機任務(wù)、偵察和目標定位的關(guān)鍵因素。

圖1 Controp公司的 POP200光電/紅外系統(tǒng)，重量低于25kg

為了提供更好的穩(wěn)定性和目標定位精確度，每個光電/紅外系統(tǒng)包含有自己的慣性測量單元。TS200、POP300和Quad-1的數(shù)據(jù)表顯示慣性測量單元穩(wěn)定等級約為30~40uradrms/axis，MicrosSTAR II采用光纖陀螺穩(wěn)定，穩(wěn)定等級為50。MicrosSTAR II采用固態(tài)光纖陀螺測量，它的研發(fā)提高了精確度。

POP200/300是尺寸最小的之一，但是具有高技術(shù)規(guī)格和最高耐久性。此外，POP獨特的優(yōu)勢就是采用了滑動式傳感器。它由轉(zhuǎn)塔和滑動式傳感器組成，操作人員需要幾分鐘時間來替換。這一特點使得升級簡單化，或者容易更換壞掉的傳感器，比其它產(chǎn)品更有吸引力。事實上，目前陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊使用的Shadow 200采用了POP300光電/紅外傳感器，它可以通過C波段瞄線數(shù)據(jù)鏈實時傳送視頻，并且具有紅外照射（激光指示）能力。未來，希望使用激光指示技術(shù)來升級POP400。要注意的是，續(xù)航能力代表最差情況極限。換句話說，滿意的續(xù)航極限不能保證良好的任務(wù)狀態(tài)。

CONTROP的Quad-1顯示出在尺寸縮小后仍具有最佳技術(shù)規(guī)范的趨勢。POP300用于Shadow200，后者主要用于大范圍偵察。另一方面，Quad-1的高規(guī)格可能更適合識別任務(wù)，這種任務(wù)需要遠距離和高隱蔽性。

2 高清晰度光電/紅外系統(tǒng)

對于超過25kg范圍的光電/紅外系統(tǒng)，在上述四種產(chǎn)品中，由于相同理由選擇兩家制造商，一家是FLIR系統(tǒng)公司，另一家是WESCAM公司。

圖2 FLIR系統(tǒng)公司提供的Star SAFIRE系列產(chǎn)品，重量為25kg至50kg

圖3 WESCAM公司提供的MX-15產(chǎn)品，重量為25kg至50kg

FLIR系統(tǒng)公司提供Star SAFIRE系列產(chǎn)品，WESCAM公司提供MX-15系列產(chǎn)品。圖2展示了具有代表性的高清晰度光電/紅外系統(tǒng)。FLIR系統(tǒng)公司的Star SAFIRE系列有三種類型：第三代、高清晰度（HD）以及量子阱紅外光電探測器（QWIP）。SAFIRE HD采用3~5μm波長紅外傳感器，而SAFIRE QWIP的紅外傳感器采用8~9μm波長。因為8~9μm波長在大氣中有更好的透射率，與HD相比，更適合霧、煙幕、塵埃和許多其它昏暗環(huán)境。對于WESCAM公司的MX-15系列，MX-15是所提供四種類型中最基礎(chǔ)的。MX-15i、MX-15 True HD和MX15D有相同的物理特性。唯一不同的是價格，可從選項庫中選擇。每種MX-15系列產(chǎn)品可從選項庫中選擇六種傳感器，用于不同模式。例如，MX-15 True HD提供了帶有透鏡的夜間相機，MX-15D則沒有。因為每種系列之間類似，僅HD型傳感器具有最高性能。

3 結(jié) 論

光電/紅外系統(tǒng)仍存在一些問題需要解決。由于它的近距離使用以及探測機制，觀測通常會受到干擾而中斷。包括可選功能在內(nèi)的一些主要任務(wù)，例如自動跟蹤在中斷后經(jīng)常不能識別目標，導(dǎo)致觀察員的工作量加大。BAE系統(tǒng)公司的超光譜技術(shù)通過量化光譜有可能得到突破，并成功地自動認清目標。即使該技術(shù)應(yīng)用非常有前途，但由于這類技術(shù)僅有一個商用例子，還要求高技術(shù)規(guī)范計算機，還缺少驗證。超光譜技術(shù)需要日后進行商用驗證，但它已顯示出具有向自動化發(fā)展的積極前景。

推薦課程：

張飛四旋翼飛行器視頻套件，76小時吃透四軸算法

http://t.elecfans.com/topic/40.html?elecfans_trackid=fsy_post