无人机光电红外传感器综述

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。

1  光电/红外

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。

1.1  低于25kg光电/红外

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。

图1  Controp公司的 POP200光电/红外系统，重量低于25kg  

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。

2  高清晰度光电/红外系统

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。

图2  FLIR系统公司提供的Star SAFIRE系列产品，重量为25kg至50kg

图3  WESCAM公司提供的MX-15产品，重量为25kg至50kg 

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3~5μm波长红外传感器，而SAFIRE QWIP的红外传感器采用8~9μm波长。因为8~9μm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。

3  结 论

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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