闪电之眼，解析F-35隐身战斗机的光电系统

万磁王

作者：Armstrong
来自空军之翼

　　F-35“闪电II”战斗机的所有三种型号都配备了相同的光电系统套件，通过应用尖端技术，这些系统能为F-35飞行员提供前所未有过的态势感知能力。通过AAQ-40光电瞄准系统和AAQ-37分布式孔径系统，F-35飞行员可以全景座舱显示器和所佩戴的头盔显示器上获取一切关键信息。

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AAQ-40光电瞄准系统（EOTS）

　　F-35的制造商洛克希德·马丁公司在光电瞄准吊舱的研制上拥有丰富经验，其AAQ-33“狙击手”瞄准吊舱是较先进的现役吊舱。F-35的AN/AAQ-40光电瞄准系统（EOTS）在研制中充分利用了LANTIRN瞄准吊舱、AN/AAQ-33“狙击手”、F-14D“超级雄猫”上AN  / AAS-42红外搜索和跟踪（IRST）系统的技术，是第一种把前视红外瞄准系统和红外搜索和跟踪系统结合在一起的传感器。
　　虽然被视为一种内置式瞄准吊舱，但EOTS能为F-35提供激光瞄准、激光光斑跟踪、空空和空地前视红外监视、数字变焦、广视角红外搜索和跟踪和为投掷GPS制导弹药生成地理坐标等功能。三种型号的F-35都具备EOTS。

AAQ-40光电瞄准系统（EOTS）

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　　EOTS系统的尺寸大约为493 x 698 x  815毫米，能被置于一个容量不到113升的盒子中，系统重量91千克。EOTS安装在F-35雷达罩之后、前起落架之前的机鼻下方，左右侧是分布式孔径系统（DAS）传感器，上方是雷达设备，留给该设备的空间常紧凑。相比之下，“狙击手”吊舱重约200千克，是一根2.3米管状物。“狙击手”吊舱和EOTS之间在体积和尺寸上出现巨大差异的一个原因是两者使用了不同的冷却方式。包括“狙击手”在内的多数瞄准吊舱都是空冷的，需要在吊舱尾部安装必要散热系统，而EOTS是液冷的，通过F-35包覆聚烯烃的冷却液管道制冷。
　　由于空间限制，EOTS无法使用直线光路的透镜系统，只能通过一系列反射镜和棱镜把光线引导至焦平面阵列或其他传感器。从视窗进入后，光线至少要折射四次才能最终抵达最终传感器。

F-35B的EOTS视窗

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　　虽然F-35的APG-81雷达对空中目标的距离测量精度上高于EOTS，但EOTS对目标方位角的测量更精确，哪怕目标大小只有一个像素，两者结合后能提高F-35对更小目标的探测精度。
　　EOTS的视窗由七块蓝宝石面板玻璃组成买，这些玻璃被装入框架构成一个多面体隐身外形。洛马在AAQ-33“狙击手”吊舱首次使用类似设计，吊舱头部采用了独特的楔形设计，避免了球型头部和空腔有可能因气流而产生的振动，特别是在超音速飞行状态下。楔形视窗由4块蓝宝石玻璃组成，平板玻璃也有助于保持传感器所需的光学性能。

AAQ-33的楔形头部

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　　在视窗内部，EOTS具有一个独特设计的安装在万向节上的主入射透镜，被称为A-focal或方位角组件，可提供从地平线到地平线的视野。镜头与视窗玻璃间大约有6毫米的摆动空间。这么复杂的设计是为了满足低可见度应用中对数字化变焦的多视野要求。
　　第二个透镜被称为升降组件，是一个设计新颖的反射镜，与主透镜呈45°夹角，可旋转提供垂直覆盖。升降组件的作用是把光线引导到光路中。

与主透镜呈45°夹角的升降组件

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　　在万向节组件的顶部是一个激光器，来自“狙击手”ATP吊舱，但具有不同的输出路径。激光器正下方是两个电子控制组件，一个提供对动力伺服控制，另一个提供图像处理。光纤将来自传感器的数据直接提供给集成核心处理器。
　　整个EOTS组件被罩在一个复合材料罩内，以防止碎片掉入光学组件内，并作为加强结构帮助稳定内部组件。EOTS必须非常稳定才能对地面目标实施地理坐标测量，用于引导GPS制导弹药。
　　EOTS每次启动时，自动视轴校准功能都会把激光和前视红外对齐。校准模块安装在万向节背面，模块在加电时会把激光器和前视红外块传感器对齐，指向相同的点，两者使用相同光路。
　　对与F-35这样的隐身战斗机来说，必须小心管理飞机的辐射。使用EOTS时除非使用激光器，否则不会产生辐射。当APG-81雷达在远距离上探测到某些目标时，飞行员可以把数据传送给EOTS，以IRST被动跟踪模式持续监视目标，同时最大限度降低射频能量输出。

　　EOTS的IRST模式通过万向节、惯性测量单元和快速转向镜来提供精确跟踪，具有能与APG-81雷达相媲美的广域搜索能力，同时有非常高的扫描和转向速率。
　　EOTS是一个两级维护系统，维护人员可以使用内置测试功能在外场对其进行维护。EOTS具有15个在线更换部件（LRC），从托架放下后可单独更换其中任何一个。

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AAQ-37分布式孔径系统（DAS）
　　诺斯罗普·格鲁曼公司制造的AN/AAQ-37分布孔径系统（DAS）是F-35上的一个革命性新系统。除探测、跟踪、警告飞行员周围出现来袭导弹或敌机之外，DAS还提供了一个360°球形昼/夜视野，并让飞行员能通过头盔显示器透过座舱地板看到下方景物。由于DAS是一个被动系统，由安装在机身的六个红外（IR）传感器组成，不必将传感器指向目标方向就能实施跟踪，所以诺格公司把DAS归类为一个集成系统。
　　六个传感器分别位于F-35雷达罩后的机鼻两侧（指向两侧）、风挡前（指向前上方）、受油插座之前的机背（指向后上方）、机腹（分别指向前下方和后下方）。每个传感器都提供了95°的视场，总视场570°，确保互相之间有足够的重叠区域，对飞机周围空域实施全覆盖。

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　　六个传感器获得的图像被拼接在一起，型成一个球形视图，然后显示在飞行员头盔显示器这种的窗口中。飞行员扭头看向哪里，就能透视机身看到该方向上的红外视图，这个功能甚至可能取代夜视镜。除此之外，DAS还取代了传统战斗机上导弹逼近传感器，通过先进算法增加探测来袭导弹的预警距离，并降低虚警率，并把导弹轨道信息转化为可用数据，馈送数据融合系统并显示给飞行员。

AAQ-37的红外摄像机

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　　每个传感器都与F-35的综合核心处理器（ICP）连接，由后者通过特定软件算法生成威胁信息和图像，结果被送到融合计算机进行数据融合后通过两个通道输出数据，一个是头盔显示器，另一个是全景座舱显示器。
　　由于六个传感器中的一些靠近飞机的发热组件，所以通过液冷进行降温。维护DAS非常简单，因为传感器是激光焊接且是永久密封的，只要在外场更换整个单元就行，然后把传感器单元送回诺格维修。
　　DAS甚至能用于探测弹道导弹的发射。2010年6月，诺格公司使用DAS对佛州卡纳维拉尔角发射的两枚“猎鹰9号”运载火箭的发射进行了数据收集，以确定该系统的反导任务中探测、跟踪和瞄准弹道导弹的可行性。飞行在北卡罗来纳州海岸上空的诺格BAC  111试验飞机使用DAS在1300公里之外对“猎鹰9号”多级火箭进行了跟踪。据诺格公司透露，F-35的计算机系统能使DAS同时跟踪数千个目标，远远超过目前任何红外系统。

DAS跟踪的“猎鹰9号”

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　　洛克希德·马丁公司的资深F-35试飞员比利·弗林曾表示：“头盔DAS图像的清晰度和精确度令人惊喜，大大增强了飞行员在夜间飞行时的态势感知。以前我们佩戴夜视镜飞行时就好像透过两根吸管向外看。头盔显示器在我眼前呈现出视场宽广得多的图像，不管我头部转向何方，都能看到DAS图像，真是一个神奇的功能。”F-35的HMDS头盔显示器眉心上方虽然集成一个数字式夜视摄像机以取代传统夜视镜，但由于DAS的存在，飞行员在夜间飞行时甚至无需启动头盔的夜视功能。

F-35的DAS视窗位置