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,F-35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0.5~1.0 mrad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F-35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F-35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F-35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,其安装方式与歼-20的那颗痣一样,就在F-35的下巴上。

图12:F-35的EOTS光窗

  这个图对大家肯定是脸熟了。

  如图11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。

图13: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90.8kg。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。

3 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。

4 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F-35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:F-35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。