技术贴 | 关于机载光电系统的几个问题，据说能看完的都是真·军迷

源济

技术贴 | 关于机载光电系统的几个问题，据说能看完的都是真·军迷 

2016-04-04 兵器迷的天空 空军之翼

2014年3月1日，2011号J20首飞后，细心的军迷发现机头下方有一个鼓包。

图1: 2011号J20的下巴

2015年12月26日，黄皮2101号J20现身，2016年初首飞。随后网上出现首飞清晰大图。网友们再次指着同样部位的鼓包惊呼“这有一颗痣，这里明明有一颗痣！”

图2:  2101号J20的下巴

关于这个鼓包的作用，一时间议论纷起，什么IRST,EOTS,EODAS,AUEODS,红外搜索、光电火控、分布式孔径系统……各种专业词汇满天飞，很多观点还有相互矛盾之处，让人摸不着头脑：

各类机载光电探测系统的有什么特点？

红外光电设备能作为火控吗？

EODAS和EOTS是什么关系？

2011和后续J20试验机上的这个鼓包，究竟是什么设备？ 

J20会采用EOTS和EODAS吗？

……

那么今天，我们就机载光电设备领域的几个问题，来做一点探讨和交流。

首先，还是笔者的路子——先谈基础技术。

机载光电设备发展迅猛，技术集成化程度很高，如果不先了解一些必要的基础知识，我们很难对EOTS/EODAS这样的复杂前卫的系统做出深入的理解。对后文做出的相关结论，也难以给出合理的判断。

走起！

问题一、机载光电设备大概涉及哪些主要技术？

机载光电探测系统，以其被动探测高度隐身为主要优势，在机载探测技术领域占有重要的一席之地。机载光电技术，仅从光谱这个维度来说，主要涉可见光和微光技术、红外技术和激光技术。这其中：

1 可见光和微光

波长范围是380～760纳米。

注：1纳米=百万分之一毫米，以下均用单位符号“nm”表示。

可见光探测技术属于被动探测技术，隐身性非常好。其核心应用是成像，而且可见光成像技术比较成熟，分辨率也极高。而且理所当然的，既然是（人眼）可见光，其图像目标的人眼识别率是最高的。可见光技术的主要设备，包括了微光夜视镜和微光电视、以及可见光高分辨率连续变焦电视机等等。CCD相机主要针对对可见成像，但对红外也大多敏感，也是重要的红外成像设备。

2 激光

波长范围大致从氩氟激光的193nm，一直到二氧化碳激光器的10600nm。

注：1nm=1纳米=千分之一微米

激光探测属于主动探测技术，需要对外发射电磁波。但是因为激光定向发光，发散度极小，大约只有1毫弧度，因此相比雷达波仍属于低可探测。

注：1毫弧度=0.001弧度=1密位，以下均用单位符号“mrad”表示。

目前其核心应用是测距。激光技术的主要设备激光测距机、激光雷达和激光光斑指示器，等等。

3 红外线

波长范围是0.75μm至1000μm。

红外探测既有主动红外探测，也有被动红外探测，我们今天主要谈被动红外探测。被动红外探测的隐身性也非常好，其核心应用是利用目标与背景的温差所产生的红外辐射信号，进行成像探测和热点探测。机载红外探测设备一般分为两类：即机载前视红外FLIR，和最近热议的红外搜索跟踪IRST。也是我们今天讨论的重点。

其实，机载光电系统的类别多，名词也多，而且混用非常严重，内涵不清。因此，下面的讨论重在技术原理和功能内涵的讨论，名字叫什么并不是最重要的。

问题二、什么是FLIR

FLIR的全名是前视红外系统。主要用于地面目标的探测。不难想象，其主要装机设备是直升机，和具有对地攻击能力的固定翼飞机、无人机等。

由于地面目标数量众多，地质地形背景复杂，往往需要飞行员进行目标识别——就算是一辆坦克，如果是击毁烧着的就不用打击，如果是仍有战力的就要打击。因此其基础应用是成像。成像式探测器能显示红外辐射目标的图像, 将图像与成像数据库对比，便于制导系统对目标进行分类识别与抗红外干扰跟踪。成像视场分为大小两类（也有大中小三类），一般宽视场用于探测，窄视场用于识别和跟踪。一般适合单目标识别，不适合多目标跟踪。

按成像方式，成像制导可分为红外光学机械扫描式成像和红外凝视焦平面阵列式成像。同时，高端FLIR往往兼具空中目标的近距成像和远距热点探测。其主要工作波长为8-12微米（μm），即所谓的长波红外。FLIR的空间分辨率可达0.1-0.4mrad,热灵敏度由于0.1℃，作用距离30km，最新改型可达50-60公里。

既然FLIR的基础功能是成像，那么成像器件就是设备核心。所以才有我们军迷普遍了解的三代红外成像设备，即：

第一代扫描线列红外探测器；

第二代扫描阵列红外探测器；

第三代凝视焦平面阵列红外探测器。

长波红外探测器阵元器件大多为：制冷型量子阱探测器、制冷型长波碲镉汞（HgCdTe）探测器、非制冷型多晶硅探测器和飞制冷型氧化钒探测器。

仅举第三代成像探测器为例：如V-22鱼鹰运输机采用了640X480的焦平面凝视红外传感器，AH-1Z眼镜蛇直升机采用了洛马AM/AAQ-30的640X512红外焦平面阵列探测器。而捕食者无人机的MTS光电跟踪设备，采用了640X480的制冷型红外焦平面阵列探测器。

问题三、什么是IRST

IRST的全名是红外搜索和跟踪系统——笔者对此很有意见：仅仅从名称上看，其实根本无法知道FLIR和IRST这些概念都意味着有什么不同点。笔者啃墙皮的时候，发现连很多论文对此都模糊混用。因此我们下面还是侧重谈功能和应用吧。

与对地为主的FLIR不同，IRST探测系统主要用于对空热点目标探测。点源式探测器把目标当作辐射红外线的点, 只能显示目标的红外辐射能力, 不能反映目标的实际结构与形状, 按响应方式可分为光子探测器和热探测器。主要装备固定翼战机。其中，中国军迷最熟悉的，应当是苏27的“OEPS-27光电雷达”。

图3：苏-27的OEPS-27

其实，将IRST叫做“光电雷达”是有几分神似的。因为IRST的工作方式大范围搜索多目标点源，与雷达的工作方式确有几分相似——想想雷达屏幕上密密麻麻的目标点。当然前者是被动的，后者是主动的。而有些文献把单目标成像为主的FLIR也称作光电雷达，就有些不合适了。当然，较真的人会说也有成像雷达啊……好吧，我们不谈名词了，谈功能，继续。

老毛子最新的IRST，是即将装备SU-35的OLS系统，正面观测165°。俯仰角度分别为：15°和60°。最大观测距离对战斗机为100-150公里。对空空导弹观瞄距离则可以达到50-100公里。模块化生产总计重量不超过60公斤。

由于空中目标相对少，背景简单，成像需求相对小于地面搜索，因此其基础应用是点源探测，以发现热点目标为主。如发动机喷口、围棋和热蒙皮进行探测、搜索和跟踪。目标飞得越快，表面温度越高，这时IRST对目标的探测距离就越远。所以，非常适合高空高速多目标的探测。同时，兼具对地热成像和辅助导航。主要工作波长为3-5μm波段，即中波红外。

中波型红外探测器阵元器件大多为：硫化铅(PbS)探测器（已淘汰）、制冷型中波碲镉汞（HgCdTe）探测器和制冷型中波锑化铟（InSb）探测器

说到这里，网上争论的问题来了——

问题四、中波红外和长波红外哪个更有优势？

点评：挠挠头……这个问题还真不好说。因为二者的确各有所长。根据军方某研究院2014年的公开文献，分别做出二者的优劣势介绍如下：

3-5微米的中波红外更加适用的场景：

低空背景的观察

高热高湿环境——所以，在热带丛林地带，或者水上舰船平台，相对比较适合。

300K以上的高温目标——这个特点也很赞。因为，常规战术导弹发动机，其光辐射能量主要集中在近红外1-3μm和中红外3-5μm波段范围内。特别在2.7μm和4.5μm有两个较强的辐射峰。

大范围多目标探测

看到没？后一个辐射峰4.5μm正处于中波红外探测器3-5和4.5μm的范围内。这就是为什么中波红外常用于反导侦查的缘故。

8-12微米的长波红外更加适用的场景：

高空背景的观察；

有烟雾需要更好的透视能力的场景；

300K以下的低温目标；

小范围甚至单目标探测

长波红外器件的罩体材料比较难找；

还有很重要的一点，长波探测器的价格一般是中波探测器的2倍到3倍。

用中国兵工集团首席光电专家纪总的话来说：中波和长波红外，二者孰优孰劣，还是一个争议中的课题。瞧，连首席都这样讲，咱军迷对此有争论，那也是再正常不过了，呵呵。

问题五、目前，红外光电探测器的发展趋势如何？

目前在技术发展上，有三个比较明显的趋势。

一是多波段探测，即长波红外和中波红外甚至短波红外可以同时探测。长波红外FLIR和中波红外IRST设备，分别侧重对地成像和对空点源，其跟踪方式、软件算法、器件材质、硬件结构都有不同。随着宽频红外敏感的材料和器件的研发获得进展，多波段、多功能合一的红外探测器，将成为新趋势。

二是非制冷器件：采用非制冷焦平面阵列探测器。这个大家都知道，而且会拿制冷与否来衡量国产红外探测器的技术优劣。这个判断的大方向是不错的，不过还是要补充一点：至少以目前的技术水平，从红外探测器的核心指标——灵敏度NETD来看，制冷器件依然明显优于非制冷器件。举例来说，制冷器件的帧频可达200Hz以上，而非制冷器件普遍在100Hz以下。而帧频越高，自然数据处理越精细，探测效果越好，所以高性能探测还是用的制冷器件。

三是高分辨率：百万像素甚至更高阶的高分辨率成像能力正在投入工程应用。由于精确制导武器和各种对抗性干扰技术的对立螺旋式发展，简单的点源制导越来越无法满足复杂战场环境的要求。精确光电制导武器的威力在很大程度上依赖于目标识别和目标跟踪的结果。因此，高分辨率红外成像制导的第四代红外导引头，必将对基础的点源制导IRST形成超越之势。

笔者说这些趋势，是啥意思呢？就是一句话，如果上述目标都能在经济科承受的范围内达到，估计FLIR和IRST就完全可以合并了。

源济

问题六、IFLIR、IRST能作为火控系统吗？

这个，也是网上很纠结的一个话题。笔者对此的回答是否定的。

这是因为，从前文的技术来看，基础的FLIR和IRST都只是运用了被动红外技术。二者都可以在不暴露自身无线电信号的情况下，进行隐蔽的搜索，跟踪成像或点源，以保护载机的隐身性。

但是——均无法精确测距。

而无法精确测距，就难以作为火控瞄准系统使用，特别是对空中移动目标。不但进行火控级别的武器引导困难，就连侦查警戒时的多目标威胁排序都很难。因为没有精确测距能力的系统，如果连目标远近都分不清，当然也就无法做威胁排序。

比如，《中国航空报》文章报道了我国中航工业洛阳光电所，2014年竞标某型预警系统研制，团队进行了竞标。网上分析认为，这是安装在预警机上的前视红外搜索与跟踪系统（IRST），其技术特征可能与美国E-2D预警机上使用的SIRST系统相似。

如果上述分析是正确的，那么，需要补充的就是：即便是21世纪的SIRST系统，也仅具有角度跟踪能力，而不具备测距能力。也就是说，SIRST仍属被动红外技术，只能对发现的目标测角，包括方位角和高度角，但依然无法精确测距。

被动探测技术无法测距，或者无法高精度测距，这是目前的技术水平限制造成的。虽然被动测距技术也在发展，并创造了角度几何测距、图像测距和辐射衰减测距三类近十几种被动测距法，但成本高昂、算法复杂、限制条件多、测距精度差的问题始终没能有效解决。

举例来说：有些IRST是可以被动测距的。西安某大学近年来对中波和长波红外为基础的研究表表明，IRST系统被动测距时的误差在7%左右。这还是对海上匀速直线运动的情况下得出的计算结果，自然难以达到火控系统的精确要求。

那么，怎样才能让光学侦查达到火控要求呢？

问题七：什么是光电火控系统？

其实，很多网友已经找到了解决的办法，这就是——取长补短呗。可见光电视白天分辨率高，微光和红外对夜间成像有利，激光精确测距最佳，将它们整合起来，就是昼夜合一的搜索-跟踪-瞄准的精确光电系统了。

对的，这种整合的系统，工作原理为：

1 电视跟踪仪和红外跟踪仪等战场监视及目标捕捉装置，发现并锁定目标。此时光电火控系统红外、电视跟踪仪跟踪精度通常为0.2~0.5 mrad。

2 调整转动机构对准目标中央位置，利用激光测距机和光电测角仪，发射激光测定目标距离和方位信息，激光测距精度通常小于±5 m

3上述信息通过数据线传到火控计算机

4 火控计算机结合目标数据、气象数据、弹药数据、载机飞行数据等，计算目标射击诸元

5 射击诸元传到终端机，终端机计算并装定射击诸元并传至伺服系统

6 装定射击诸元实施射击

因此，网上很多文章说的所谓FLIR火控系统或者IRST火控系统，其实都是将被动红外与可见光、激光等技术集成，然后再广义的命名为光电火控系统或红外火控系统。兵器迷只是为了说清楚其中的道理，大家也就了解其中的内涵就好。

有朋友说，那么这种集成多种技术设备的光电系统，究竟长啥样呢——

问题八: 什么是多光路光电设备？

如前文所述，可见光+红外+激光的集成红外光电探测思路，诞生了多光路光电设备。这类设备大多有两种形态

一、 多探测器转塔（Multi-Sensor-Turret）。

即将FLIR的前视红外、电视摄像机、激光测距/照射器甚至地形跟踪雷达等多种设备，综合到转塔形式的多轴陀螺稳定平台上，其稳定精度可以达到10mrad-10urad。

光电转塔在固定翼和直升机都有很多应用。实例如MQ-9无人机初期型的AAS-52转塔，AH-1Z蝰蛇的TSS，以及AH-64阿帕奇的TADS/PNVS转塔。

中国典型的FLIR吊舱，自然非武直10莫属。

武直10的FLIR 吊舱

看不到光窗？呵呵，藏起来了，见下图

武直10FLIR转塔的两种布局方式

二、 导航和瞄准吊舱（Navigation & Targeting Pod）

吊舱式FLIR多用于固定翼战机。其中最出名的是美军蓝盾吊舱AN/AAQ-14 Lantirn。该系统包括导航吊舱和瞄准吊舱。

导航吊舱可以实现2个功能：

1 导航功能：宽频前视场红外传感器，负责显示地形图并叠加到飞行员的平显上。

2 搜索识别： 前视窄视场红外传感器搜索目标，并将信息输入目标识别系统后导入小牛导弹中。

而瞄准吊舱可以实现跟踪瞄准功能，就是窄视场红外传感器捕获目标后，指示激光测距/指示器进行测距和目标指示。当然，除了激光测距，也可以用测距雷达进行测距后进行数据整合。前文问题三谈到的E-2D预警机，就是利用雷达测距整合SIRST进行目标跟踪的。

美军的F15/F16/F18等战机，都大量装备了不同形式的FLIR吊舱。根据美军的半日波理论，午夜过后的地表温差是一天中最大的，这正是以温差探测原理为基础的红外探测大显身手的时候。根据中国试飞院的资料，FLIR等多光路光电设备的采用，使得美军对地攻击战机的缺勤率从平均每月17-15天下降到每月4天，每天作战时间从4-5小时上升到21小时。充分体现了光电系统的作用和优势。

中国与蓝盾类似的设备是21世纪初研制的蓝天吊舱，由607雷华所和613洛光所分别研制昼夜全天候精确导航吊舱和光电瞄准备吊舱组成。其简化出口版，中航工业的WMD-7光电瞄准吊舱2012年在新加坡航展上公开露面后，大家都很熟了，不赘述。

枭龙战机挂载的WMD-7光电吊舱

问题九：多光路设备的窗口为什么有不同颜色和大小？

光电转塔和吊舱上，有不同的光路窗口，即光窗。光窗的大小和颜色各有不同，这主要是与光学侦查设备工作的不同波段有关。为了让可见光、红外中波、红外长波、激光等不同光路的透射达到最佳效果，需要采用不同材质的镜片和膜层。同时，为了保证光学设备在风雨、沙暴、寒热等不同气候条件下工作正常，膜层除了透波，耐磨耐温耐湿等耐候性指标也很重要。这些因素共同作用，让各自的光窗呈现出不同的颜色：

电视和激光采用石英玻璃光窗，人眼看上去是透明的，外表加有增透硬碳膜，即金刚石膜，外表多呈现黄色或紫色。

长波红外光窗采用硫化锌、锗玻璃、硒化锌，镜片呈现黄色或蓝色。

中波红外，则多用氟化镁、蓝宝石和尖晶石硅单晶光窗，因此镜片呈现出紫色、蓝色或红色。

当然，某一个光窗的具体颜色，除了与光窗材质有关外，镜片的微量金属（如铬、铁、锌）、膜层的厚度以及入射光的角度等等因素，也均有一定关系。

除了颜色，还有大小：

热像仪的光窗则像镜子，在众多光窗之中，口径一般是最大的。因为热像仪的作用距离与接收能量多少有关。光窗口径越大，接收能量越多，侦查距离就越远。激光的窗口通常很小，因为激光光束的定向性很好，测距机不需要很大的窗口。

有朋友问：一路波长的光学侦查，就要一个光窗，这样是不是太复杂了，能否在一个光窗之中包含各种光学侦查光路呢？

您说的没错，这就是我们下一个要讨论的问题——

问题十、什么是共光路光电设备？

前述多光路光电设备是分立体质，即各光电设备有各自独立的光轴和独立的光窗。而火控系统要跟踪目标，必须机动性强、反应迅速，能跟踪高速度和高加速度的动态目标，这种分立结构难以满足拦截火控系统跟踪的要求。特别是转塔，设备结构回转半径大、转动惯量大、质量大、机动性差。

因此，机载光学系统，正在向电视、红外、激光3 种传感器“共光路”方向发展。也就是说，这3 个传感器共用主镜和主光路，光轴合一，并用分光、反光镜将其接收的光信号引至相应的传感器上。这样就有效减少了设备体积，同时可以增大光窗面积，克服了三种传感器三轴分离的缺点。

比如：美军MQ-9无人机的光电设备MTS-B吊舱就采用了共光路窗口,同时具有: 0.23°X0.31°,0.47°X0.63°，2.8°X3.7°，5.7°X7.6°，17°X22°，34°X 45°小、中、大多种工作视场。

当然，谈到共光路，自然少不了这种技术最著名的实例：美军固定翼飞机F15/F16/F/A-18上的“狙击手”(Sniper)吊舱。

美军狙击手吊舱

狙击手吊舱集成了中波红外传感器、双波段激光测距指示器和光斑跟踪仪、CCD可见光摄像机和数据链，是目前共光路光电设备的典型代表。注意上图中的楔形光窗面，避免了转塔的球形头部和空腔因气流诱导而产生振动的可能，这对于载机超音速飞行的气动优化非常有利。

国内的类似产品也出来了，2015年7月19日首届“军民融合”北京科技展上，江苏中陆航星航空工业公司（A-Star）展出了一款AUEODS光电设备。

从展板说明上看，其2号舱段是一个对空长波IRST，而1号舱段是一个对地中波多光路FLIR（这是兵器迷第一次看到中国将IRST和FLIR集成在一个设备上）。提供±60°前视搜索能力，空中探测距离200公里。注意上图中的楔形窗口，是不是神似美军的狙击手？

有朋友说了，有个楔形窗口就是狙击手啦，又是山寨的不成？

还真不是笔者东拉西扯，一厢情愿。您看AUEDOS展板的这张配图，明明是中陆航星的产品特点及功能描述，却偏偏配了一个美帝的图，还写着：“美国狙击手吊舱的楔形头部”，一副爱咋咋地的样子。

也不知美国人看了什么赶脚，呵呵

需要指出，一方面，共光路是目前光电设备发展的一个重要趋势；另一方面，目前共光路设计仍然有技术上的困难，主要是：

1 共光路膜系设计：保证所需多波长的增透减反，和其他无关光路的减透。

2 宽光谱镜片材料：保证所需多波长的高透射率

3光轴稳定问题：各种探测装置的光学系统对光轴的稳定性要求不一，需要解决光轴稳定的实时性优化问题。

4 高精度分光路光学设计：将所需各波长，分别导入不同的传感器。

5 共口径成像技术：运用高光谱技术和数据融合系统，通过分析、处理所获得高光谱数据，参照地物波谱数据库，就能够识别出目标的表面物。

共光路设备确实比多光路有很大进步，但仍然面临着一个问题。

就是机载方式依然是外挂。对于四代机，这会破坏隐身性能。而将多光路光电设备进行隐身处理的过程中，终于诞生了内埋布局的光电系统设备——就是我们开头提到的EOTS和EODAS系统。

源济

已经有朋友不耐烦了，婆婆妈妈都唠了十个问题，咋还不到EOTS/EODAS呢？

别急，您要的菜——来了：

问题十一、什么是EODAS？

问题10谈到的“光轴合一”共光路光电设备，比问题8的分立式的FLIR/IRST有了很大进步，但隐身性依然欠佳，随着四代机的兴起，光电设备的隐身布局，终于催生了我们文章开头提到的分布式孔径探测技术。

EODAS（electro-optical distributed aperture system），光电分布式孔径系统，就是美国诺格公司为四代机设计的内置综合光电设备。曾经一度希望能用在F22上，但因为技术成熟度不足，未能实现F22的早期批次实装，却终于用在了F35上。

EODAS在F35上的正式设备型号是：AN/AAQ-37。其核心器件是先进1024X1024百万像素级二维大面阵锑化铟红外焦平面阵列，可提供90°X 90°视场。F35用了这样6个相同的传感器，采用分布式孔径技术，分别布置于机身的上前方（机头）、左方（机头下腮）、右方（机头下腮）、下前方、上后方、下后方。这6个传感器，取消了前辈们用于支撑、转向和稳定的万向支架，以机身为平台，即直接固定在飞机结构上。

这里打个岔：有些文章上说，理论上需要4个就可以实现全部覆盖。笔者对此有异议：因为按照立体几何的球形空间计算，90°X90°相当于(π/2)X(π/2)的八分之一球体。如果要完全覆盖整个球体，理论上需要8个传感器。还要上机身克服机头、垂尾等气动外形的遮挡，严格来说是不完全覆盖的。这一点，非常欢迎大家的补充和评判。

EODAS的主要优势在于：

1、提高隐身性：采用分布式孔径系统的内埋方式，基本没有突出物，表面相对光顺。因此有利于载机的RCS的降低和气动性能，特别是超机动和超音速巡航时的气动改善。

2、降低体积重量。取消了支撑、转向结构，因此重量、体积都比传统的分立式甚至多光路光电设备大幅度降低，大约只有后者传感器的5%。（原文如此，笔者表示怀疑）。

3、降低成本：运行功耗降低，而且装备价格只有50万美元左右，大约只有传统光电设备的10%（原文如此，笔者表示怀疑）。

4、全方位态势感知：这一组6个传感器的准球形覆盖，实现了四代机的全方位态势感知和全空间敏感。EODAS可以同时输出多个波段的高帧频图像,并通过后续图像和数据融合，将全向信息提供给头盔显示器HMD、HUD或全景多功能显示器，呈现在飞行员面前，建立了“透明座舱”。比如，在飞行员垂直起降时，传感器图像将前后左右和下方的情况直接展示在眼前，成为一种名副其实的电子“后视镜”和“下视镜”，从而提供了“甲板穿透”功能。

5、替代效应：EODAS可以提供对空和对地目标搜索、目标指示与导弹告警、杀伤效果评估、辅助昼夜导航和起飞着陆防撞等多种功能。在很大程度上，代替了传统对地FLIR的成像跟踪和对空IRST的点源跟踪功能。（注意：有网友说EODAS只能对空不能对地，略有偏颇。结合上述第4和第5点，EODAS是可以提供有限的对地探测的。）

媒体报道：2010年的测试中，F35上的EODAS系统成功地探测到了1300km以外发射的一枚二级火箭，并随后对其进行了长达9分钟的跟踪，直至火箭发动机熄灭。在2011年的测试中，EODAS系统再次成功探测并跟踪了一架90公里以外迎头接近的F16战斗机。EODAS可将目标方位数据上传至中央计算器，引导APG-81雷达对目标进行视场2*2度的窄视场精确照射，然后发射中距空空弹进行攻击。这种攻击方式，APG-81不需要大范围搜索，从而降低了被敌方防空雷达捕获的可能性，实现了F35在攻击过程中的低可探侧性。

问题十二、EODAS的主要缺陷是什么？

1 视场较窄：

由于没有转向机构，EODAS的传感器只有理论上90°的视场。而传统机头上方IRST都有120°（±60°）的探测范围，FLIR球形吊舱探测角度更大,可达360°。

有朋友为EODAS叫屈了，一个传感器视场角度不够，那人家不是有6个传感器吗？

说的对，F35就是这么做的，多传感器相互配合使用，但这恰好带来了另一个问题——

2  图像移动：

首先，EODAS的平台是载机本身，不同传感器在载机的不同部位。这些部位的振动、扭转各有不同；再有，飞机的感应角运动（横滚、俯仰和偏航）和平移运动（速度）会引起传感器看到的景象发生移动；同时，载机瞄准的导弹、敌机等空中目标也在运动。当多个目标从一个传感器的搜索范围运动到另一个传感器范围内的时候，EODAS系统必须识别清楚它们之间的对应关系。而且这个运动过程中，随着载机和目标都有空中速度和加速度，那么新传感器中的目标的运动要素与第一个传感器相比会有所变化。

因此，EODAS系统必须保持对每个传感器瞄准线的最佳了解，要使用局部惯性传感器来评估参照飞机惯性参照系的局部瞄准线。通过比较传感器之间重叠区域的图像数据，对瞄准线进行良好的调整。对不同传感器的图像，要实时运用“图像缝合算法”，弥补位于不同方向传感器测量的视差。

上述种种，对EODAS的图像处理能力提出了很高的要求，这又带来了我们要提出的第三个问题：

3  图像处理能力：

EODAS使用百万级高像素探测器，又一组用了6个，还要实时缝合图像——这给图像处理带来了巨大的压力。以每个像素每秒运算10次，每秒100帧图像计算，仅仅处理1个探测器图像的能力就要达到100万X10次X100帧=每秒十亿次（BOPS）的级别甚至更高。这还不算完，计算完的融合图像信息，必须准实时在HMD或HUD上叠加，呈现给飞行员。为了避免使用HMD时产生的错误赝像，无畸变或极低畸变的无缝图像至关重要，因此0.5~1.0mrad 的高分辨率图像被认为是最低可接受的范围。这给数据传输和图像显示又带来了巨大挑战。

图像计算-数据传输-数据融合-图像展现，这就是EODAS面临的图像处理能力问题。

4 内部冷却

由于上述高性能传感器、高速处理器都在载机内，四代机的超巡又带来的高速高温的问题，因此，EODAS的内部冷却，即环控问题，超出了低速固定翼飞机的设计范畴，更是低空低速直升机的光电设备所无法想象的难题。

这也是为什么，EODAS在F35上实际使用后，被这些问题限制了其很多功能和性能的发挥，目前还是主要被当做态势感知（即视觉包络）在使用，而无法主导对地攻击这样的功能。资料显示，EODAS的问题，已经成为F35战斗力生成迟缓，项目拖延的原因之一。

问题十三、 为什么EODAS系统之外还需要EOTS系统？

EOTS（Electro-Optical Targeting System，电光瞄准系统）是美国洛马研制装备F35的机载光电设备，采用第三代红外焦平面阵列器件和模块化设计。而且，其安装方式与J20的那颗痣一样，就在F35的下巴上。

F35的ETOS光窗

这个图对大家肯定是脸熟了。

如图所示，EOTS属于半埋设计，设备基本上在机内，外露的只有由7块表面镀膜的蓝宝石平面玻璃组成的光窗，以散射雷达信号，减小飞机的RCS，比传统外挂式设备隐身性有很大提高。当然，比较EODAS，这个优点就成为缺点了。

EOTS内部结构（除了最下面的传感器，绝大部分机构在机体内）

隐身比不了EODAS，那EOTS真正的优势在哪里呢？

1、共光路对地高精度探测设备：

在问题十中，我们介绍过共光路这个给概念。EOTS设备用单一口径光窗，集成可见光摄像机、红外成像、激光器测距机、激光光斑跟踪器、激光指示器等全套行头，全重90. 8 kg。具备可见光高分辨率成像、自动跟踪、红外搜索和跟踪、激光指示、测距功能，提供了强大的对地攻击功能。根据前文问题1到问题6的介绍，大家可以判断出，EOTS具备从搜索到跟踪、从发现到识别、从测角到测距的全套光电火控功能。这一点胜过了EODAS。

2、大视场

EOTS的光学探测器可以通过转动，不需要图像缝合的复杂处理技术与计算能力，就能够轻松提供360°全向视野。这也比EODAS要方便实用。

3 先进稳瞄系统

前文说过，机体振动和位移将导致图像畸变，而EODAS靠复杂的图像处理来解决这个问题。但仍然无法满足对地攻击的性能。EOTS不像EODAS直接安装在机体上，而是具备独立的稳瞄设备。稳瞄设备并不是新鲜事，直升机的稳瞄设备就是最通常的例子。直升机为应对旋翼挥舞导致的振动，采用两轴四框架稳定平台的万向支架隔离扰动。美军二代FLIR采用的稳瞄系统，稳定精度就已经达到20-50微弧度，最新一代直升机甚至达到5-10微弧度。

而EOTS的稳瞄系统，其稳定度在2-5微弧度。

注：1微弧度(urad)=1/1000毫弧度（mrad）1毫弧度=1度

微弧度，这是什么概念呢？ 举个例子，1微弧度的稳定精度，意味着10公里距离晃动幅度为：1厘米。再举个例子对比一下，人眼对角度的最高分辨率为0.15毫弧度。

EOTS的这个超级稳瞄精度，为其地面精确打击提供了光电神眼，弥补了EODAS缺乏对地攻击能力的缺陷。

EOTS的上述三大优势，在很大程度上回答了网上争论的一个“既生瑜，何生亮”的问题，即在F35已经有全内埋方式EODAS的情况下，为什么还要一个半埋的EOTS？

个人观点认为，EODAS的分布式、内埋式光电系统的技术领先，代表了机载光电探测的未来。但是就目前而言，缺乏高级稳瞄系统和缝合大视场的EODAS，依靠尚不完美的图像处理技术，很难提供精确光电火控的闭环跟踪功能。而EOTS恰恰利用数十年来几代FLIR/IRST的技术经验积累，提供了次佳但更可用的光电火控技术。反之，如果EODAS已经足够成熟，就难以解释：F35这一种战机，为什么要选择诺格-洛马两个厂家的两套光电系统？为什么要在已经具有更高技术水平的分布式孔径光电系统的情况下，仍然要装备RCS更大的EOTS。

问题十四、EOTS的主要缺陷在哪里？

1 动态像差

EOTS提供360°全向视野，多平面半埋光窗满足了与F35结构共形的要求，但同时也产生了动态像差。也就是说，当光学系统通过不同角度的窗口镜块之间的接合面成像时，会导致光程（optical path length ：OPL）随瞄准角变化而变化。在窗镜块之间会有不同的光程差( optical path difference ：OPD) ，使得分割波面产生一定位相差。再有，光窗的透射率可能因入射角变化而变化。最后高速飞行时的高温影响成像效果。

解决上述问题的主要手段是：实现透过不连续窗口分段波前的共相位校正；窗口平板的精准拼接；抑制拼接窗口内部的杂散光；消除平板拼接处高速飞行与空气磨擦产生的热梯度；高超音速高速飞行后的光学自适应，等等。

2 对空探测受限

由于EOTS安装与机头下方，限制了对空探测能力，无法对前上方空域进行探测。但是，EOTS还是能够提供远距离窄视场的对空探测能力，如远距离导弹告警能力。（注意：正如EODAS在对空为主的情况下，仍具备有限对地探测能力；而EOTS是对地为主，却也能对空为辅。因此并非像有的网友所说，EOTS完全对地，EODAS完全对空）

聊完了美国人的EOTS/EODAS，中国的机载光电设备又有什么发展，说好的中国J20的那颗痣呢？

问题十五、J20的那颗痣，究竟是什么？

做了前置这么多铺垫，终于要说说这货了。

这应该就是搜索瞄准一体化的机载光电设备——中国版EOTS。

首先，J20已经具备了装备EOTS的可能性。从2011和黄皮机的照片中，如果还不能完全得出这样的肯定，那么简氏防务周刊和观察者网、超大等国内外媒体大幅报道的2015年7月19日，中国军民融合技术装备北京博览会上，中陆航星的EOTS-86，则直接将结论打上了牢牢的印鉴。

EOTS-86

在展板上我们能够看到这样的说明：

“EOTS-86系统是一款最新设计的机载内埋式光电搜索瞄准系统”

——半内埋好吧，谦虚点

“适装于歼20、歼31、SU-27系列、T-50、苏34、轰6K、图-160等机型”

——第一个适装对象就是J20/J31，看来装备四代机那是妥妥的；SU-27系列，意味着我军大量三代机的中期改装是可能的，轰六K平台大更不在话下。但看来看去，没有轻型的J10系列。而且，近期J10B的图流出来也还是传统IRST的模样。也对，J10主要是对空，对地EOTS急迫性不强。等一等……还有T50啊，出口导向很明确嘛。

“含远红外搜索、中红外跟踪、激光测照等多种探测模式”

——长波+中波+激光经典集成模式（复习问题4-5）

“主要用于对空、地、海昼夜搜索、精确跟踪和瞄准以及武器制导。可以在雷达关机的情况下以空空、空面模式搜索和跟踪目标，并能够为飞行员准确指示目标位置。可与红外全景搜索系统、机载火控雷达配合使用，可对红外全景搜索系统或机载火控雷达搜索的目标进行精确跟踪、定位及瞄准，引导机载武器系统攻击目标。可与头盔瞄准具联动工作”

——搜索+跟踪+制导+联动头描（复习问题6-7）。估计和洛马那边的说明书一个字不差啊，呵呵。注意，有空空模式，可以对空搜索啊，侧面说明了F35的EOTS也不会是只能对地吧。

“对F22发现距离110公里，对B2发现距离150公里”

——以EOTS-86的精确红外测角数据给机载AESA雷达，后者再做窄视角凝视扫描，就可以引导中远程空空导弹攻击隐身目标。说这是中国反隐身装备的一大突破，绝不为过。同时，说EOTS只能对地的同学，可以思考一下这个功能。最后，这个说明应该这是给美军看的，要不完全可以说“对大型/典型隐身目标”这样的字眼。现在这么直白，完全是气死人不偿命啊.

“重量48公斤，寿命10000小时（20年）”

——咦?比F35的EOTS90.8公斤，轻了差不多一半（复习问题13），什么古怪的思密达？

这位问了，我兔把EOTS搞定了，那么，EODAS呢?

源济

问题十六：J20是否会装备EODAS?

这是讨论中最艰难的一部分，信息有限，争议无限。

网上有名博认为“考虑到控制飞机重量及对RCS影响等问题，歼-20可能不会装备EOTS这样的系统……歼-20采用分布式光电系统表明其外形隐身已经达到一定的高度，突出的光电系统已经成为一个主要的散射源需要给予消除”。意思是J20将只有EODAS类似的系统，而EOTS将被淘汰出局。

笔者远没有这样乐观，个人判断如下：

1、J20的2011和黄皮机上，均有EOTS这颗痣。装备EOTS的可能性很大（复习第一篇）。

2、从F35目前的情况看，EODAS的相关技术显然尚未成熟。以国内的光电器件水平，就算有了类似产品，恐怕性能也还力有未逮。J20只依靠EODAS，未见得是稳妥的方案（复习问题11-14）

3、网上关于J20预留的分布式孔径位置图，确实有EODAS的赶脚，但要知道，J20经过隐身设计，很多原来的天线、空速管、传感器什么的突出物都完全可能被半埋、扁平化甚至完全平面化了。因此只是根据几个表面窗口，结论不是那么好下的。

J20的2013机头的各种窗口

以2013机头图为例，如果只是外表喷涂色块，则可能是高速摄像标记。在看着像窗口的位置中，较小的可能是机内数据链天线、导弹告警窗口；而较大的可能是分布式压力传感器、亦或就是EODAS光窗。

4、即便J20留了分布式光窗，初期批次是否一定实装EODAS，也不好说。F22表面也有不少孔径，可是直到2006年的批次，都未实装EODAS。美军也一直在考虑加装，但并无实装的消息。

综上所述，按保守的估计，J20的初期生产型，可能只有EOTS，但无EODAS，而用其他光电设备替代，亦未可知。按乐观的估计，J20的初期生产型，就将采用类似F35的EODAS+EOTS的方式。但是，J20不会一次就完成以分布式孔径系统完全替代半埋式光窗的技术飞越。

如果J20首批暂不装备EODAS，或者即使J20装备了，出口型的J-31缩水版，又有什么EODAS的替代方案呢？

问题十七：J20/J31如果有EODAS的替代者，那会是谁？

在中陆航星的展板上，还有一个产品——EORD-31。

EORD-31前视红外搜索跟踪系统

虽然名字还叫IRST，但是性能已经与传统IRST有脱胎换骨之感。产品性能如下：

“专门为四代机设计，适装J20，J31，T/50，SU-35”

——看看吧，专门为四代机设计，因此不排除做EODAS的低端备胎。

“短波线阵、中波面阵、长波线阵红外传感器，伺服稳定平台”

——多波段，线阵搜索+面阵成像，目标搜索好识别能力均很强大（复习问题1-4）。伺服稳瞄，有利于对目标的稳定跟踪（复习问题13）。无激光测距和光斑跟踪器，因此只能测角（复习问题6）

“适用飞机前方及侧上方扫描探测搜索定位，正前方±60°，俯仰-20°到+50°”

——标准的IRST搜索范围，显然是对空的（复习问题3），与EOTS-86形成互补。缺点是只有前机身探测范围，后大半球240°不在探测范围内，无法形成视觉包络。

“大口径共光路光学系统，楔形整流罩”

——这是中国掌握大口径共光路设备的最佳例证（复习问题10）。

“夜间雾霾等低能见度条件下辅助进场导航”

——类似F35的透明座舱辅助导航功能（复习问题13），但范围有限。

EOTS-86和EORD-31，正在成为中国四代机对地和对空光电设备的尖兵。

很有意思的是，在中陆航星的展板上，EORD-31装在了J31的机头上部。笔者写到这里，不禁抬头走神儿：未来J31如果同时装EOTS-86和EORD-31，岂不是脑门一颗痣，下巴又一颗痣……什么形象啊……又或者说，J31肚量小，基本对空不对地所以只装EORD-31?不是说2016年出J31的第二架原型机吗……咱们等着看看吧。

总之，EOTS装J20甚至双座三代机，应该是手拿把掐的事儿。至于分布式孔径系统，难度很大，希望也很大，大家见仁见智。

当然，无论我们的判断是什么，中国的EODAS，一定，在路上。

小结

我们讨论的十七个问题，像是现下春天的十七个瞬间，映画着机载光电设备不同角度的风采。

机载光电设备正在向全天候、全空域、多光谱、多模式、兼地空的综合模式演进。正如中波与长波探测融合，分立式多光路向单光轴共光路方向融合，点源探测与成像探测融合、FLIR与IRST逐步融合一样，相信EOTS与EODAS的融合也一定会在技术发展的前方道路上，等待着探索者们有朝一日的奋力超越；

机载光电设备与计算机处理和存储技术的结合密不可分，信号和图像误差、信号识别和方位预测，信号传输与融合展示都越来越依赖计算机技术的进步才能取得实质上的突破；超分辨力、图像融合、图像去模糊，以及激光3D成像等等，正在成为机载光电系统的关键技术。而随着精确打击的发展，对侦察图像的清晰度、目标定位精度的要求不断提高，也对伺服稳定控制技术和像移补偿技术提出了新的要求；

光电系统的被动红外体制和内埋布置，不但提高了载机自身的低可探测性，又能破坏敌方的雷达隐身效能。加强隐身-反隐身的双重功效，也是机载光电设备发展的重要趋势。

在即将搁笔之际，我们必须再次承认，美国在机载光电设备这个领域无可置疑的领先地位，而且已经将德、日、英第二集团拉开了相当的距离。对此，我们必须有高度清醒的认识。

当有人因为最近美国军方爆料F35头显的投影图像抖动和延迟大约0.13秒，超出设计指标0.04秒2倍多，而嘲笑F35是问题产品的时候，笔者却依然对美国军工的深厚科研和工业实力表示极大的关注。客观的说，上述问题确实是因为EODAS的创新性设计造成的（回顾一下问题12）。只要选择了这样一条艰难的未知之路，它的解决难度就将是空前的，因此所面临的困境也是正常的。

但我们不要忘记，敢于面对这样的技术压力迎难而上的专业人员，值得每一个中国军迷的最高敬意；敢于在如此高风险的项目泥潭中奋力前行的美国厂商，是每一个中国军工人的最大动力；而这些问题一旦解决，所带来的作战模式变革和战力优势确立，更是中国军队最凄厉的战斗警报。

持那种沾沾自喜观点的人，应当看到：

不要说颠覆性的EODAS，就以EOTS为例：以国内稳瞄系统的稳定精度水平，比美军的最高水平2-5urad差一个数量级。这意味着什么？对光电稳瞄系统，这意味着代差。也就是说，国内采用的机电框架控制技术，稳瞄精度达到美军第二代FLIR的水平，也已经接近传统机电控制的极限，很难再有大的突破。而类似采用柔性铰链的快速反射镜设计快速反射镜(ast steering mirror: FSM) 稳定技术在内的新一代前沿科技，才是弥补这一差距的必经之路。

技术代差意味着装备代差，而装备代差，又意味着什么？

持那种悲观失望观点的人，应当看到：

下一个十年四代机包围中国的态势，让中国军队自我隐身-对敌反隐身的需求日益迫切。而中国的机载光电技术水平，正是在这样的大背景下，得益于国力发展和国防投资，以最高水平为目标快速追赶。

根据猪大的博文，军用电子元器件手册一书披露，我国已经研制成功6000元左右的线阵和1024*1024的面阵等CCD器件；

2014年，公开文献报道，洛阳光电所针对未来高超音速中波红外窗口适应多色、多模复合,超视距、宽视角,以及隐身化和抗电磁干扰等需求，研究Y2O3陶瓷材料；

2015年5月，科技日报报道，武汉军械士官学校光电技术研究所所长程勇团队，研究“激光沉积类金刚石膜”技术，解决了红外窗口硬度低、易划伤、化学稳定性差、易腐蚀，特别是在高超音速飞行条件下会“失明”的问题，获我国光学工程创新技术一等奖，该技术用于高速反导拦截弹的红外窗口，让我国一种新型导弹提高速度30%；

2015年8月，公开文献报道，西安某所建立快速反射镜FSM压电陶瓷控制系统传递函数，对基于分立元件的驱动器和基于位置闭环的驱动器，验证了可行性和有效性，最小响应的角位移为5urad，为中国下一代超精度稳瞄系统的建立迈出了重要一步；

近期，官媒报道：洛阳光电所副所长、首席专家车宏，创新性地提出“综合光电演示验证”项目，突破一系列关键技术，经过几十架次艰苦的验证试飞，多项指标达到国际先进水平，极大地缩小了我国机载光电技术与国际先进水平的差距。

正如那穿透暗夜中厚厚云层的红外信号，虽然微弱，虽然遥远，但在凝视焦平面的大阵面图像中，依然可以清晰的识别出：中国机载光电设备全面突破的时代，正在到来……

所有资料来自于互联网公开报道和公开出版物，如：

《美军机载光电设备》

《IRST图像处理与信息融合》

《机载光电技术发展》

《机载前视红外系统现状及发展》

《中波红外与长波红外的探测比较》

《兵器知识》, 等等

本文同时引用了小飞猪大侠的博文，特别致谢！