美国微光技术新发展

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  微光技术历经半个多世纪,目前已进入成熟发展阶段。虽然近年来热成像技术发展迅速,但在近期内还不会完全取代像增强装置,主要是因为热成像装置结构复杂,价格较高,而且其分辨率尚不如微光装置。因此,美国目前仍在不断改进微光装置。
  
  采用无膜和薄膜像增强器
  
  1997年末,美国开始在第3代像增强器基础上研制无膜和薄膜像增强器。新研制的“无膜”和“薄膜”管的一个主要优点是,可提高微光装置的分辨率,在环境光线非常微弱的条件下可增大探测距离。据报道,原来的装第3代管的步兵和飞行员夜视眼镜,只能提供“阴天星光”(指无月有云)条件下的观察能力,而装有新的第3代管的微光装置在阴天星光条件下也能够有效工作;另外,将无膜管装到AN/PVS-10微光瞄准镜中,对树丛中穿作战服的人员目标的发现距离可达到850m,而以前采用第3代管的AN/PVS-10微光瞄准镜,在同等条件下发现目标的距离为639m。
  新型像增强器的另一个主要优点是可以在较强的光照条件下使用,这对直升机驾驶员和地面士兵非常重要。当士兵快速从黑暗的区域进入光照明亮的区域(或相反)时,可以不必把夜视眼镜从眼睛前面移开。
  但是无膜管也存在一些缺点,一是灵敏度(信噪比、增益和亮度)会随使用时间推移而逐渐下降;二是制造成本高。因此在2001年4月,美军官员们经过再次考虑,没有将这种新的像增强器称作第4代管,而是称为无膜管或门控供电的增强第3代管。
  2000年8月以后利顿公司已经向美国特种部队交付了超过900具装无膜管的AN/PVS-17夜视瞄准镜。2001年6月,美国海军陆战队与利顿公司签订了 7 000具AN/PVS-17的合同,总价值3 500万美元。
  从2001年4月以来,ITT公司已经交付约1 000具装薄膜“顶峰”管的AN/PVS-7和AN/PVS-14地面用夜视眼镜。AN/PVS-14是一种单目夜视眼镜,供陆军班排长使用。美国海岸警卫队也为他们的飞行员夜视眼镜配装了“顶峰”管。
  
  研制紧凑型高性能微光装置
  
  美国积极致力于微光装置的研制,力求缩小体积、减轻质量、增大视场、提高分辨率(增大观察距离)、降低成本。除前述AN/PVS-17小型微光瞄准镜已装备美军外,近期美国已经完成或正在实施的项目主要有:
  
  增强型夜视眼镜(ENVG)计划
  
  装在头盔上的PVS-7翻转下来使用时,其质心在士兵脸的前面。当士兵俯伏在地面时,他们必须调整眼镜位置才能用武器射击。美国陆军步兵中心提出需要一种比现用的PVS-7双目夜视眼镜更小且使用更方便的夜视眼镜。为此,美国陆军夜视/侦察、监视和捕捉目标办公室(NV/RSTA)正在实施一项名为增强型夜视眼镜(ENVG)的计划,以满足这一需求。ENVG将是一种外形比较小的装在头盔上的装置,佩戴上它,不会影响单兵的动作。ITT/雷西昂公司组成的团队和其他竞争者在 2002年1月交付了ENVG技术演示型样机,2002年5月在本宁堡进行用户评审。系统研制和演示计划在2003财年末或2004财年初开始,大约在两年之后开始生产。
  
  AN/PVS-21夜视眼镜
  俄亥俄州一家特种技术服务公司生产出一种外形较小的双目夜视眼镜—— AN/PVS-21,已交付美国特种部队使用。它采用获得专利的折叠光学系统,2 个像增强管垂直放置而不是水平放置,每一个像管的物镜放在面颊的两边。经放大的图像直接传送到使用者眼前。
  PVS-21体积小,全长小于80mm,质量只有760g,质心较低,减轻了颈部负担。PVS-21已经成功地通过了跳伞试验,无论高海拔还是低海拔,无论强制开伞拉绳还是自由降落,都可以在整个跳伞过程中将眼镜戴在眼睛前面。 PVS-21还具有独特的“通视”能力,士兵或直升机驾驶员可以同时用直视光学系统和像增强通道观看前面的景物,两种图像叠加在一起。这时的水平视场为 165°,垂直视场为90°,用像增强系统观察的视场为40°。
  
  ▲美国陆军的ANVG装有一个微型非致冷热成像摄像仪,来自该摄像仪的图像被叠加到像增强图像的中央
  ▲美国陆军的ANVG采用ITT公司的4个新型16mm管,水平视场达到100°
  
  先进夜视眼镜(ANVG)技术演示计划
  这项计划的主要要求是分辨率比现装备系统提高50%以上。ANVG采用4 个新型16mm管,水平视场达到100°。ANVG将用于山地(包括空降)部队和下车作战部队。用于地面作战的ANVG计划将在2004财年进入系统研制和演示阶段。
  
  ▲探测器融合技术是将不同方式收到的图像加以叠加。上图为像增强通道的输出图像,中图为红外探测器的输出图像,下图为融合后的图像。
  
  开发像融合技术
  
  随着像增强装置在世界各国军队的使用,“拥有夜晚”的能力不再是美国陆军的专利。这就导致美国陆军的一些机构寻求能够占据优势的途径,例如将来自不同类型探测器的输入信号融合。这种方法既可以利用不同技术的优点,同时又可以使其缺点弱化或消除。
  ITT公司和雷西昂公司已签订了战略使用协议,他们将合作开发夜视探测器融合(night-vi sion sensor fusion)技术。
  最简单的融合方法是用光学的方法将来自小型热成像仪的图像叠加到来自传统直视夜视单目镜的图像上,两种图像经过光束汇合器输出。这种方法比较简单且经济,特别适合步兵头戴系统。缺点是在现场边缘叠加不匹配,需要使用复杂的光学通道,并要人工调整相对亮度。
  第二种方法叫做“添加”或“A+B”融合,是将来自热成像摄像仪和像增强摄像仪的图像用电子方法“相加”,得到的图像在单一视频显示器上显示。这是一种模拟法,耗能较少,但仍然存在不匹配问题。
  第三种途径是完全数字融合,即将来自两种视频摄像仪的图像在逐个像素的基础上混合。数字融合方法可以提供高分辨率和低畸变,但是需要较高功率。
  ITT和雷西昂公司当前的主要目标是,满足美国陆军对ENVG的需求, ENVG将取代PVS-7夜视眼镜,用于包括城区作战在内的战斗和战斗支援。它要求像增强通道的观察距离大于160m,视场最小40°,非制冷热像仪的观察距离超过175m,采用融合方法将两个通道的图像融合。
  恩沃斯罗普·格鲁曼公司按照与美国陆军夜视和电子探测器局签订的合同,已经开展“下车像融合系统”的研究工作,该系统可以在波长400~ 3500nm的范围内工作。
  此外,该公司还正在研制数字像融合武器/观察瞄准镜(DIF/OS-5)。该公司称,这是第一种采用真正数字像融合技术的、能够实用的装置。DIF/OS- 5长340mm,宽160mm,质量7.3kg。普通型(倍率为5倍)的视场为6.6°。其体积和AN/TAS-5班组武器瞄准镜差不多,并将取代AN/TAS-5。目前有数千具AN/TAS-5在美国陆军、海军陆战队和大约20个国家的军队中服役。
  英赛特(Insight)技术公司正在按照与美国特种作战司令部的一项为期 10个月的合同研制两套融合眼镜系统(FGS),该合同于2001年1月签订,合同价值1 200万美元。FGS将使操作者借助同一目镜观看来自两个探测器的输出图像,并能控制输出内容,从两者的100%改变到两者的任意组合。FGS将取代ITT公司的F5050“海盗”装置和恩沃斯罗普·格鲁曼公司的AN/PVS- 15潜水双目微光镜。它可用于发现、识别和确认目标,也可作为跳伞时的导航辅助装置。◆
  (编辑/魏开功)
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