国外无人机机载广域监视系统发展分析^p 近年来，由于战争需求的牵引和技术发展的推动，无人机的发展势头尤为迅猛，并在几场局部战争中被广泛应用于执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务特别是随着当前恐怖袭击事件数量的攀升，军方迫切需要无人机具备在苛刻环境下对广阔区域进行长时间昼夜高精度监视的能力但是，当前无人机上通常装备的光电传感器覆盖范围窄、分辨率低因此，美国以及一些欧洲国家开始着手开发并积极装备新的无人机机载广域监视系统，这种新的系统不仅具有更大的覆盖范围，而且还具有很高的分辨率，使其能够在更大的作战区域内及时灵活地为战役指挥决策和战术作战提供情报支持国外机载广域监视系统发展和应用无人机机载广域监视系统通常由以下3部分组成：高分辨率成像子系统、图像/信号处理子系统（机载或地面）、通信/分发子系统其中，高分辨率成像系统通常采用可见光和/或红外传感器为了兼顾大视场和高分辨率，现有的机载广域监视系统普遍采用的是多个传感器组合的方式，结合图像/处理子系统不仅可以提供时概略的全景图像或视频，而且还可以提供局部的详细信息这些图像或视频信息通过通信/分发子系统可以传送给相应的作战单位和人员，为作战提供支持。
从20__7年前后开始，美国国防预研局（DARPA）以及空军、陆军开始积极推动机载广域监视系统的发展目前，最具有代表性的产品有以下3种：自动实时地面全覆盖成像监视系统（ARGUSIS）、自动实时地面全覆盖红外监视系统（ARGUS-IR）、“女怪凝视”系统，这些产品均已在无人机、直升机上进行了飞行试验美国军方没有透露前两种系统的装备情况，而后一种已经实际装备在“死神”无人机上同时，DARPA还在积极开发适合于机载广域监视系统用的高分辨率摄像机ARGUS-IS20__7年，DARPA启动ARGUS-IS研制计划，旨在为A160T“蜂鸟”（Humming bird）无人直升机提供持久监视有效载荷，用于探测、定位、跟踪和监视战场上和城区中的目标和事件ARGUS-IS系统由3个子系统组成：15帧/s的18亿像素的昼用摄像机，每秒可提供270亿像素的视频图像；机载处理器，每秒可运行2次；地面处理系统，用于记录、显示机载处理器传送信息高分辨率摄像机安装在一个6轴稳定的万向架上，配有4个伸缩式光学系统，每个光学系统对应92个500万像素的探测器（类似于用的摄像头）总共368光电探测器集成在一起的总像素数达到了18.4亿。
整个系统的视场为60（一般光电摄像机的窄视场只有几度），其覆盖范围达到了9.6km9.6km，分辨率约为0.30m帧频为12～15帧/s，数据传输率为424Gb/sARGUS-IS可以从5334m的高空探测出地面行人所用的型号ARGUS-IS最少拥有65个独立视频窗口，并且这些视频窗口最终将用于实时移动目标指示，使用户可以跟踪传感器整个视场内的车辆2021年10月，项目的主承包商——BAE系统公司将ARGUS-IS安装到美国陆军“黑鹰”（Black Hawk）直升机上进行首次飞行试验，成功验证了该系统的对车辆和士兵进行多视频窗口不间断区域监视和跟踪的能力20__年，ARGUS-IS集成到A160T“蜂鸟”无人直升机进行了飞行试验和演示ARGUS-IR系统2 010年9月，DA R PA开始研究ARGUS-IR系统，开发一种能够安装在无人机上的红外机载广域监视系统，以满足夜间进行持续、大范围、高分辨率监视的需求DARPA对ARGUS-IR系统的功能和定位与ARGUS-IS类似，用于对战场及城区目标和事件进行大范围的、实时的、高分辨率探测、定位、跟踪和监视，其帧速和分辨率足以探测和跟踪夜晚城市中的行人。
两者之间最大的差异在于ARGUS-IR系统要能够24h昼夜工作，且必须适合安装到“捕食者”或其他更小的无人机上ARGUS-IR系统由宽视场红外传感器系统和传感器处理系统组成宽视场红外传感器系统工作在长波红外和中波红外波段，其最低分辨率必须达到20万像素，在项目第三阶段升级到60万像素；传感器的重量必须低于181kg，功耗必須低于1kW传感器处理系统必须能够处理来自于红外焦平面阵列的2亿像素，并且具有以下2种基本的工作模式：视频开窗和移动目标指示系统可直接进行传感器数据的处理，并能够以最低5帧/s的速度为遥控操作员传送命令和数据操作员能够控制最少65个独立的、可控制的视频流ARGUS-IR项目为期32个月，共分为8个阶段系统的主承包商仍然是BAE系统公司，将负责设计、研发、制造和测试ARGUS-IR机载处理器子系统（APS），并将其与高分辨率红外传感器子系统相集成该项目首先要解决与各种无人机之间的兼容性问题，同时还要考虑与原有ARGUS-IS系统的数据融合问题，从而更好地实现全天候广域监视女怪凝视”机载持久广域监视系统除DARPA外，美国空军、陆军和海军路战队都对机载广域监视系统表现出了浓厚的兴趣。
2021年，美国空军启动了名为“女怪凝视”机载持久广域监视系统（WAAS）研制计划，并于2021年装备MQ-9“死神”无人机，作为现有MTS-B系统的补充，跟踪后者视场外的目标女怪凝视”系统由内华达山脉公司（Sierra Nevada）研制，能够连续以凝视的方式对广域（城市大小）进行监视整个系统由传感器转塔、联网的图像/视频分发系统以及数据处理系统（地面站）组成，重量为454kg传感器采集的整体或局部区域的图像或视频信息可以传送给地面不同的用户，如装备手持式OSRVT或ROVER系统的地面部队或地面站系统还采用了基于云的内容管理系统进行地理数据的相互关联女怪凝视”系统可以为前方战术区域的情报、监视与侦察（ISR）行动进行专门定制，能够同时为承担不同任务的用户提供不同类型的视频信息这些信息的内容可以分为3种：概略式的全景式信息；中等分辨率的局部区域信息；最高分辨率的更小区域的信息这些不同类型的信息不仅可以实现高分辨率的区域监视，而且还可以满足实时的战术作战需求基于30天的任务数据文档还可以用于对行动方式以及后期活动进行辨析和预测20__年5月，负责提供传感器转塔的埃克斯利斯公司（E_elis，隶属于ITT公司）获得合同，为“女怪凝视”项目再提供5个红外传感器。
此前，该公司已经为“女怪凝视”项目提供了6套光电/红外系统以及6套只有红外的系统光电/红外系统工作时间累计已经超过10000h女怪凝视”系统此前已经完成了一次升级，新的传感器转塔集成了5个昼用黑白光电摄像机和4个热像仪，覆盖范围为4km4km，新的红外系统将把覆盖范围提高到8km8km传感器能够以12次/s的频率从多个视角采集同一区域的图像，并将其组合成一幅完整的图像，并将其传送给地面站与以前型号相比，新的传感器不仅将覆盖范围提高了4倍，而且分辨率也更高，能够为作战人员提供更多细节的数据，从而有助于更快地做出关键决策一直以来，美国空军都在寻求扩大这种广域监视系统的覆盖范围，并曾经考虑在其中集成ARGUS-IS系统，从而把覆盖范围扩大到10km10km美国陆军和海军陆战队的机载广域监视系统美国陆军也在积极开发和引进机载广域监视系统，增强无人机对目标的跟踪和识别能力陆军已经装备了名为“恒鹰”的机载广域监视系统，同时海军陆战队装备了“恒鹰”的升级版——“天使之火”系统2021年，美国陆军围绕传感器融合技术、广域搜索传感器（WAS）技术和一项名为Triclops的多传感器技术进行了新型无人机传感器融合技术的原理验证。
这种技术有望通过战术和战略传感器的融合减少无人机的使用数量，降低使用成本所有传感器有效载荷将补充和提高陆军的全面空中ISR概念，并将持续发展应对敌军不断变化的战术和技术高分辨率光电有效载荷的发展作为机载广域监视系统的核心，高分辨率光电有效载荷的发展也受到军方和工业界的重视20__年2月，美国计划启动图像重构及利用先进宽视场架构（Advanced Wide Field of View Architectures for Image Reconstruction and E_ploitation， AWARE）项目，旨在利用新的方法开发能够克服当前摄像机尺寸、视场、像素和波长限制的技术，实现高分辨率、大视场、多波段、宽波段多功能摄像机技术，从而在更远的距离对目标进行探测、识别和辨别，提升恶劣条件下的环境感知能力该项目的一项重要工作是由杜克大学开发一种十亿像素级昼用摄像机最后开发出的AWARE 10系统的角分辨率为25mrad，在视场角100的场景下分辨率超出人眼分辨能力10倍AWARE 10演示了以光学极限分辨率成像的可行性，为了获取场景的完整信息，需要摄像机的工作帧频超过10000帧/s，色彩种类超过100，对焦范围数量超过10。
研究人员可通过物理层压缩方法实现这些目标，对像素数据进行模拟编码可降低读出图像所需的带宽目前，研究人员还在研究压缩时间和焦距采样的途径，从而降低所需带宽这种压缩方法的压缩因子为100～1000，配以并行读出电路和压缩模-数转化电路，有望实现信息处理能力达每秒钟十亿像素极限速度的摄像机研究人员在美国海军研究实验室成功试验了14亿和9.6亿像素级摄像机这些十亿像素级摄像机由100～150台采用球形镜头的小型摄像机组成，小型摄像机具备机内局部畸变校正和自动对焦功能，能够获得极高的图像分辨率，同时体积小于传统的宽视场镜头摄像机系统美国空军“女怪凝视”系统的成功应用还引起了英国等欧盟国家的兴趣，也希望具有相似的能力为了满足这些要求，埃克斯利斯公司在20__年5月国际无人系统协会（AUVSI）举办的会议上推出了一种与“女怪凝视”系统传感器转塔类似的产品——“乌鸦星座之眼”1500乌鸦星座之眼”1500系统集成有4个2900万像素的彩色光电相机，这些传感器被安装在一个直径为38.1cm的万向架上，在白天可以监视周长3km的区域如果希望在整个大的视场上聚焦到选择的区域上，操作员可以在机载广域监视系统上打开10个窗口，并将其放大，从而更详细地观察多个目标。
但是，这种新机载广域监视系统的开发并不是完全以“女怪凝视”系统为基础，因此不能简单地将其视为后者覆盖范围更加适中的缩小版新的传感器转塔的重量为34kg，要比“女怪凝视”系统提供的类似产品更轻，更适合于出口埃克斯利斯公司已经获得美国官方的批准，可以将“乌鸦星座之眼”系统销售给英国、法国、德国等近12个国家20__年9月，埃克斯利斯公司計划推出红外版的“乌鸦星座之眼”1500系统——“乌鸦星座之眼”1500 CN随后甚至有可能推出适合于安装在伸缩桅杆上或浮空器上其他型号与“乌鸦星座之眼”1500类似的产品是罗格斯技术公司（Logos）的轻型远征机载持久监视系统（LEAPS）该系统集成到一个直径为25.4cm的转塔，重量约为25kg，目前安装在RQ-7B“影子”无人机上不足与挑战目前，机载广域监视系统的应用并不多见，这是因为机载广域监视系统还存在着以下一些不足：（1）覆盖范围还足够大，目前已知的最大覆盖范围也只有10km10km左右；（2）传感器获得的数据不能在机载平台上及时有效地进行处理和分发，仍需要回传到地面站进行处理；（3）信息处理的自动化和智能化程度不高，需要大量的分析^p 人员。
为了解决这些问题，机载广域监视系统在技术上需要在以下3个方面实现突破：开展创新设计，推动大规格探测器技术发展目前，机载广域监视系统中普遍采用的传感器有两类：昼用的光电摄像机和夜用的红外热像仪昼用光电摄像机采用的光电探测器的规格已经达到了几千万甚至更高目前，美国正在通过AWARE等计划开发可以与人眼视觉能力以及传统胶卷摄像机相媲美的数字昼用光电摄像机AWARE计划下一步的目标是开发分辨率高达100～500亿像素的摄像机，这一分辨率已经超出了人眼所能识别的。