摘要
随着现代空战环境日益复杂，电磁频谱高度拥挤，主动雷达辐射易暴露平台位置，光电系统（Electro-Optical/Infrared, EO/IR）作为关键的被动感知与对抗手段，正成为第五代战斗机与特种作战平台不可或缺的核心子系统。与传统雷达不同，光电系统通过接收目标自身或反射的可见光与红外辐射实现探测，具备隐蔽性强、抗干扰能力强、分辨率高、无电磁泄露风险等显著优势。本文系统梳理航电光电系统的构成框架，重点分析红外搜索与跟踪系统（IRST）、光电瞄准系统（EOTS）、导弹逼近告警系统（MAWS）与定向红外对抗系统（DIRCM）四大核心功能的技术原理、典型装备及实战应用。结合F-35、苏-35、阿帕奇直升机等代表性平台，深入探讨EO/IR系统在全天候目标探测、精确制导、生存能力保障等方面的战术价值。进一步剖析多光谱融合、人工智能辅助识别、量子红外成像等前沿技术发展趋势，提出未来光电系统向全谱段感知、智能认知、软硬一体对抗演进的战略方向。
关键词：航空电子；光电系统；EO/IR；IRST；EOTS；MAWS；DIRCM；F-35；阿帕奇
1 引言
在现代航空电子系统架构中，传感器融合是实现“态势感知—决策—打击”闭环的核心支撑。随着第五代战斗机的列装与高威胁空域的常态化对抗，传统主动雷达虽具备远距探测能力，但其电磁辐射极易被敌方预警接收机（RWR）捕获，暴露我方位置，形成“发现即被击落”的高风险局面。
为应对这一挑战，被动探测系统应运而生，其中以光电/红外系统（EO/IR）最具代表性。EO/IR系统利用目标自然辐射的可见光（波长0.4–0.7 μm）与红外能量（波长0.7–14 μm），在不主动发射任何电磁信号的前提下完成对空中、地面与海上目标的探测、识别与跟踪，极大提升了平台的生存能力。
尤其在隐身空战、电子拒止（EMCON）环境、城市作战与夜间行动中，EO/IR系统已成为飞行员获取态势信息、实施精确打击与规避威胁的“隐秘之眼”。近年来，随着焦平面阵列（FPA）、制冷技术、图像处理算法与人工智能的发展，EO/IR系统的性能实现了质的飞跃，不仅探测距离大幅延伸，识别精度显著提升，更与雷达、数据链深度融合，构建起多物理场联合感知网络。
本文将围绕航电光电系统的核心组件展开系统性综述，涵盖红外搜索与跟踪（IRST）、光电瞄准系统（EOTS）、激光测距与照射、导弹逼近告警（MAWS）及定向红外对抗（DIRCM）等关键技术，结合F-35、苏-35、阿帕奇等典型作战平台的实际应用，揭示其在现代空战中的战术地位与未来发展路径。
2 光电系统基本原理与分类
2.1 工作原理概述
光电系统通过接收目标反射或自身辐射的电磁波进行探测：
可见光（Electro-Optical, EO）：依赖外界光源（如太阳、月光）照射目标后形成的反射光，使用CCD或CMOS传感器成像；
红外（Infrared, IR）：探测目标因温度差异产生的热辐射，分为中波红外（MWIR, 3–5 μm）与长波红外（LWIR, 8–12 μm），使用制冷型或非制冷型红外焦平面阵列（FPA）接收。
由于不主动发射能量，EO/IR系统属于完全被动探测体制，具有极低的可探测性，特别适用于隐蔽接敌、远程监视与高威胁区域突防任务。
2.2 主要光电传感器类型
以下将逐一解析上述系统的技术细节与代表型号。
3 红外搜索与跟踪系统（IRST）：第五代空战的“静默猎手”
3.1 基本概念与战术价值
红外搜索与跟踪系统（Infrared Search and Track, IRST）是一种基于红外成像原理的被动远程探测设备，可在完全不开雷达的情况下，实现对空中目标的自主搜索、检测、跟踪与火控解算。
其核心战术价值在于：
维持电磁静默（EMCON），避免被敌方RWR或ESM系统定位；
在强电子干扰环境下仍能正常工作；
对隐身目标具有独特探测优势（因隐身设计主要针对雷达波段，而热信号难以完全抑制）；
可与雷达形成互补，提升目标识别置信度。
3.2 工作原理与关键技术
（1）探测机制
IRST通过大口径红外望远镜收集目标发动机喷口、机体摩擦热与尾流等热辐射，在制冷型焦平面阵列上成像。典型目标如战斗机尾喷口温度可达600–1000°C，LWIR/MWIR波段信噪比高，易于识别。
（2）信号处理流程
图像采集：多帧连续拍摄，降低噪声；
背景抑制：去除天空、云层等静态背景；
运动目标检测（MTD）：提取移动热斑；
航迹关联与滤波：使用卡尔曼滤波生成稳定航迹；
火控解算：输出目标方位、仰角、角速度，供火控系统生成射击诸元。
（3）关键技术指标
作用距离：通常在30–80 km之间，取决于目标RCS、大气条件与背景温差；
角度精度：< 0.1 mrad；
扫描范围：方位±60°至±90°，仰角±10°至±30°；
响应时间：< 5秒完成目标捕获与跟踪。
3.3 典型装备分析
（1）F-35 的 EOTS 系统（光电瞄准系统）
尽管F-35未单独设置IRST，但其AN/AAQ-40 EOTS（Electro-Optical Targeting System）集成了强大的红外搜索与跟踪能力。
集成设计：位于机腹前部，流线型整流罩内嵌入高灵敏度中波红外（MWIR）传感器；
探测能力：可在50 km外稳定追踪高速空中目标，实现被动“锁定”；
多模式运行：
IRST模式：广域搜索与自动跟踪；
TV模式：可见光成像；
激光测距/照射：引导GBU-12等激光制导炸弹；
隐身兼容：收发窗口采用特制镀膜材料，保持全向RCS控制；
传感器融合：与DAS、雷达共享数据，构建统一威胁图谱。
在“红旗军演”中，F-35曾多次在关闭雷达的情况下，利用EOTS被动追踪并模拟击落F-16，验证了其静默作战能力。
（2）苏-35 的 OLS-35 IRST
俄罗斯苏-35战斗机装备OLS-35型红外搜索与跟踪系统，位于座舱前方球形整流罩内。
工作波段：3–5 μm（MWIR），制冷型InSb探测器；
最大探测距离：对典型战斗机达90 km；
多光谱能力：同时支持IR、TV与激光通道；
与R-77/R-73空空导弹联动，支持“发射后锁定”。
早在2015年叙利亚冲突中，苏-35即曾使用OLS-35在不开雷达情况下接近美军F-22，引发广泛关注。
（3）欧洲“台风”战斗机 的 PIRATE IRST
PIRATE（Passive Infrared Airborne Tracking Equipment）由法国泰雷兹集团研制，部署于“台风”战机右侧进气道上方。
探测距离：>80 km；
扫描方式：双轴机械扫描+电子微调；
支持边搜索边跟踪（TWS），可同时跟踪多个目标；
具备自主威胁评估与优先级排序能力。
PIRATE被公认为目前性能最强的独立IRST之一，赋予“台风”在复杂电磁环境下独立作战的能力。
4 光电瞄准系统（EOTS）与激光制导
4.1 EOTS 的系统集成与功能扩展
EOTS不仅是IRST，更是集目标识别、精确打击与火控解算于一体的综合光电系统。
以F-35的EOTS为例，其主要功能模块包括：
4.2 激光制导武器协同机制
EOTS与激光制导炸弹（LGBs）构成“发现—照射—命中”闭环：
目标捕获：EOTS通过红外或可见光图像发现目标；
激光照射：启动激光器，向目标投射编码脉冲光束；
弹药引导：如GBU-12“铺路二代”炸弹内置光电导引头，可“骑”在激光光斑上飞向目标；
打击评估：EOTS记录命中过程，生成毁伤报告。
✅ 典型武器：GBU-12（500磅级LGB）、GBU-24（2000磅级）、Paveway系列。
该模式在阿富汗、伊拉克战争中广泛应用，命中精度可达CEP<1米，远超GPS制导早期水平。
4.3 国产化发展：歼-10C 的 EODAS 与 EOTS
中国近年来在机载光电系统领域取得显著进展。歼-10C战斗机配备类似F-35的分布式孔径系统（EODAS）与光电瞄准系统（EOTS），实现：
全向红外监视；
被动目标探测；
支持PL-15远程空空导弹与LS-6滑翔制导炸弹使用；
提升在强干扰环境下的自主作战能力。
据公开资料显示，其EOTS探测距离已接近国际先进水平，标志着我国航电体系迈入第五代门槛。
5 导弹逼近告警系统（MAWS）：生存能力的第一道防线
5.1 威胁背景与必要性
红外制导地空导弹（如毒刺、针式）与空空导弹（如AIM-9X、R-73）占现代空对空/地对空威胁的60%以上。其导引头灵敏度高、发射隐蔽、攻击突然，传统雷达告警系统（RWR）难以预警。
因此，导弹逼近告警系统（Missile Approach Warning System, MAWS）成为所有现代军机的标配。
5.2 技术实现方式
MAWS通过探测来袭导弹飞行过程中产生的紫外（UV）或红外（IR）信号实现告警：
（1）紫外MAWS（UV-based）
探测导弹羽烟在太阳盲区（200–280 nm）的强紫外辐射；
不受背景热源干扰，虚警率低；
代表系统：AN/AAR-47、AN/AAR-54
（2）红外MAWS（IR-based）
探测导弹发动机喷焰的中波红外信号；
灵敏度高，可提供方位与距离估计；
易受太阳、云层反射干扰，需配合算法过滤；
代表系统：俄制“希比内”电子战系统中的MAWS模块
（3）射频+光电复合型
结合雷达告警（RWR）与紫外/红外探测，提升可靠性；
如AN/AAR-57通用导弹告警系统（CMWS），广泛用于CH-47、V-22等旋翼机。
5.3 工作流程与响应机制
探测：多传感器环视机身，实时监测空间各方向；
识别：通过信号特征（脉冲频率、光谱分布）判断是否为导弹；
告警：座舱语音提示+视觉警告（如HMD闪烁红光）；
自动响应：触发干扰弹投放（箔条/红外诱饵）或启动DIRCM。
典型响应时间：< 1秒。
6 定向红外对抗系统（DIRCM）：软杀伤的核心手段
6.1 基本原理与技术构成
定向红外对抗系统（Directed Infrared Countermeasures, DIRCM）是一种主动防御系统，用于对抗红外制导导弹。
其工作原理为：
探测到来袭导弹后，引导高能激光束精确指向导弹导引头；
发射调制激光干扰信号，使导引头误判或脱靶；
实现“软杀伤”（Soft Kill），无需击毁导弹即可使其失效。
系统组成：
告警单元（MAWS）：提供来袭方向；
跟踪转台：快速指向威胁方向；
干扰激光器：常用Ho:YAG或量子级联激光器，波长匹配主流导引头；
控制计算机：生成对抗算法，如扫频、脉冲编码等。
6.2 典型系统：AN/AAQ-24“复仇者”
AN/AAQ-24是美国空军广泛装备的DIRCM系统，部署于C-17、KC-135、VH-60等运输与支援平台。
干扰能力：可同时对抗多枚导弹；
对抗谱段：覆盖1–5 μm，适应PL-8、毒刺、9K38等主流肩扛式导弹；
自动化程度高：从探测到干扰全程自动，响应速度快；
实战验证：在伊拉克与阿富汗多次成功拦截来袭导弹。
该系统显著提升了非战斗机型在高危区域的生存能力。
6.3 国内外发展趋势
未来方向是将DIRCM与RCS控制、电子干扰、诱饵发射整合为“综合自防护系统”（IDAS），实现多层防御。
7 典型应用案例：AH-64“阿帕奇”直升机的综合光电系统
7.1 MTADS：现代目标获取与指示系统
AH-64D/E“阿帕奇”攻击直升机装备MTADS（Modernized Target Acquisition and Designation System），又称“箭头”（Arrowhead），是当今最成熟的机载综合光电系统之一。
MTADS 主要组件：
前视红外（FLIR）：长波红外，用于夜间导航与目标识别；
电视摄像机：高分辨率可见光成像；
激光测距/照射器：精确测距与激光制导；
驾驶员夜视传感器（PNVS）：独立于炮手系统，保障飞行安全；
头盔显示与瞄准系统（IHADSS）：实现“看哪打哪”。
7.2 实战能力体现
快速响应：从目标发现到导弹发射可在10秒内完成；
隐蔽突袭：关闭主动雷达，依靠FLIR与NVG（夜视镜）接近目标；
多目标交战：通过数据链协同编队内其他阿帕奇共享目标信息。
在阿富汗、伊拉克及叙利亚战场中，阿帕奇凭借其强大的光电系统，多次在夜间低空突防，成功摧毁敌方车队、防空阵地与指挥所，展现出极强的生存能力与打击效能。
此外，MTADS支持图像增强与数字变焦，炮手可在5公里外清晰辨识车辆型号甚至人员动作，大幅提升战术决策准确性。
7.3 与其他平台的协同演进
现代光电系统不再局限于单一平台，而是融入网络中心战（NCW）体系：
数据共享：F-35的EOTS/DAS图像可通过MADL数据链传送给E-7预警机或地面指挥中心；
中继照射：一架战机使用EOTS照射目标，另一架发射激光制导武器（“发射平台与照射平台分离”）；
无人机协同：MQ-9“死神”无人机可通过光电吊舱为有人机提供前出侦察与目标指示。
这种“传感器—射手—指挥节点”高度联动的作战模式，极大提升了杀伤链闭合速度与作战灵活性。
8 光电系统的多光谱融合与智能化发展
8.1 多光谱成像融合技术
单一波段成像存在局限，例如：
可见光受光照条件影响大；
LWIR易被高温背景（如沙漠、城市热岛）干扰；
MWIR对远距离点目标敏感但视野较窄。
因此，现代EO/IR系统普遍采用多光谱融合策略：
融合方式：
像素级融合：将不同传感器图像逐像素叠加，保留细节；
特征级融合：提取边缘、纹理、温度梯度等特征后合并；
决策级融合：各传感器独立识别，最终投票决策。
例如，F-35的EOTS同时运行IR与TV模式，系统自动选择最优图像输出至HMD，飞行员无需手动切换。
8.2 人工智能辅助识别
随着深度学习技术的发展，AI赋能的光电图像识别成为新趋势：
AI应用场景：
自动目标识别（ATR）：使用CNN（卷积神经网络）识别坦克、飞机、舰船类型；
行为预测：分析目标运动轨迹判断其意图（如是否准备发射导弹）；
虚警抑制：过滤飞鸟、云影等自然干扰；
图像增强：超分辨率重建、去雾、去噪，提升低质量图像可用性。
美国空军“Project Maven”已将AI算法部署于MQ-9无人机光电系统中，实现每秒数千帧图像的实时分析，大幅减轻操作员负担。
未来，AI将不仅用于后端处理，更嵌入前端感知环节，形成“认知光电系统”，具备自适应观测、自主学习、环境理解等能力。
9 未来发展趋势与技术前沿
9.1 超高灵敏度探测器
制冷型HgCdTe（碲镉汞）与InSb（锑化铟）探测器持续优化，噪声等效温差（NETD）已达<15 mK；
量子阱红外探测器（QWIP）与II类超晶格（T2SL）材料突破，支持更大面阵与更高工作温度；
非制冷微测辐射热计（VOx、a-Si）性能提升，广泛用于轻型平台与低成本系统。
9.2 量子红外成像
基于单光子探测与量子纠缠光源的新型红外成像技术正在探索中：
利用量子关联降低背景噪声；
实现极弱信号下的超远距探测；
抗干扰能力强，难以被传统手段干扰或欺骗。
虽仍处实验室阶段，但一旦成熟，将彻底改变红外对抗格局。
9.3 固态扫描与自由空间光学通信
光学相控阵（OPA）技术：无需机械转动，实现全固态波束控制；
激光通信集成：EO/IR系统兼作高速数据链终端（如F-35的IFDL部分功能）；
应用于无人机集群、卫星间链路等场景。
9.4 全息红外成像与三维感知
结合结构光或飞行时间法（ToF），构建目标三维热力图：
可识别目标姿态、轮廓与隐藏结构；
支持更精确的火控解算与毁伤评估；
在复杂城市环境中优势明显。
以色列Elbit公司已推出原型系统，用于特种作战与反恐行动。
10 典型平台对比分析：从F-35到阿帕奇的光电能力谱系
该谱系反映出光电系统已覆盖从高空隐形战斗机到低空旋翼机、从有人驾驶到无人机的全作战域，并根据平台任务需求进行差异化设计。
11 光电系统面临的技术挑战与对策
尽管EO/IR系统发展迅速，但仍面临多重技术瓶颈：
11.1 大气衰减与恶劣天气影响
雾霾、雨雪、沙尘会显著削弱红外与可见光传输；
湍流导致图像抖动，影响跟踪稳定性。
对策：
发展多波段融合（如MWIR+LWIR互补）；
引入自适应光学（AO）与图像稳定算法；
结合毫米波雷达形成“光电+雷达”冗余探测。
11.2 红外对抗手段升级
新型导弹采用双色/多色导引头（如探测3–5μm与8–12μm双波段），抗干扰能力强；
背景模拟干扰（如“闪光”诱饵）可欺骗传统MAWS。
对策：
提升MAWS的光谱分辨能力；
开发多波段DIRCM系统；
结合射频欺骗与物理遮蔽（如红外抑制涂层）。
11.3 数据处理延迟与带宽压力
高分辨率红外图像数据量巨大（单帧可达GB级），实时传输与处理压力大。
对策：
推广边缘计算，在前端完成初步识别；
使用高效压缩算法（如H.265、JPEG-XS）；
构建专用高速光传总线。
11.4 成本与维护复杂度
高端制冷型焦平面阵列价格昂贵，且需定期维护与校准。
对策：
推动非制冷与高温工作探测器实用化；
模块化设计，便于更换与升级；
建立自动校准与健康管理（PHM）系统。
12 结语
光电系统作为航空电子体系中的“静默之眼”，正从辅助观测设备演变为决定战场胜负的关键感知支柱。从F-35的EOTS到阿帕奇的MTADS，从苏-35的OLS-35到E-7的红外监视模块，现代EO/IR系统已实现远程探测、精确制导、生存防护、网络协同四位一体的能力整合。
特别是在第五代空战背景下，电磁静默成为生存前提，被动探测价值凸显。IRST使战机能在不开雷达的情况下完成“发现—锁定—打击”闭环；EOTS不仅支持激光精确打击，更承担起红外搜索与威胁评估职责；MAWS与DIRCM则构成了对抗红外导弹的“最后一道防线”。
展望未来，光电系统将向着更高灵敏度、更强智能化、更广谱段覆盖、更深网络融合方向发展。人工智能将重塑图像处理流程，量子技术有望突破物理极限，而固态扫描与自由空间通信则将重新定义系统架构。
对于我国而言，应加快在高性能红外探测器、多光谱融合算法、国产化DIRCM系统等方面的技术攻关，推动航电光电系统从“跟跑”向“引领”跨越。唯有掌握核心感知能力，方能在未来高威胁、强对抗、全维作战环境中赢得先机。
参考文献
[1] Richard H. Vollmerhausen. The Breakthrough of Infrared Imaging. SPIE Press, 2010.
[2] Lockheed Martin. F-35 Electro-Optical Targeting System (EOTS) Overview. Technical Brief, 2023.
[3] Northrop Grumman. AN/AAR-57 Common Missile Warning System. Product Sheet, 2022.
[4] BAE Systems. PIRATE IRST for Eurofighter Typhoon. Brochure, 2021.
[5] Boeing Defense. AH-64E Apache Guardian Capabilities. Fact Sheet, 2023.
[6] IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. "Advances in Airborne IRST Systems." Vol. 59, No. 2, 2023.
[7] 中国航空工业集团公司. 《现代机载光电系统技术发展报告》. 航空电子学报, 2022, 37(4): 1–12.
[8] DARPA. Cognitive EO/IR Sensing for Future Combat Aircraft. DARPA-IR-2021-015, 2021.
[9] Rafael Advanced Defense Systems. LITENING Pod and J-MUSIC DIRCM Integration. White Paper, 2022.
[10] USAF Scientific Advisory Board. The Future of Passive Sensing in Air Dominance. Report SAB-TR-22-03, 2022.
[11] 曾庆云. 《红外与光电探测系统》. 国防工业出版社, 2020.
[12] Thales Group. PIRATE IRST Operational Performance Analysis. Internal Study, 2021.
[13] NASA. Quantum Infrared Imaging: Principles and Prospects. JPL Technical Report, 2023.
[14] Elbit Systems. Halo Holographic IR System for Urban Warfare. Presentation, DSEI 2022.
[15] NATO SET-269 Group. EO/IR Countermeasures Against Next-Generation Missiles. Final Report, 2023.
