海盜系統

歐洲戰斗機“臺風”（Typhoon）于20世紀90年代開始進行紅外搜索與跟蹤/前視紅外雙工作模式的被動式紅外機載跟蹤裝備（Passive Infrared Airborne Tracking Equipment，PIRATE，以下簡稱為海盜系統）研制，由意大利斯勒伽利略公司（Selex Galileo）領軍的歐洲第一集團（Euro First Consortium）負責，團隊成員包括法國泰雷斯公司（Thales）以及西班牙的技術組合公司（Grupo Technobit）。

海盜系統號稱是西方國家有史以來最精良的系統，具備下述的功能︰

-在自然景物背景下分析任何角度、亮度的目標紅外信號

-指示及跟蹤此目標

-搜索空中目標及跟蹤紅外制導空空導彈

-夜間惡劣天氣下在頭盔顯示器上顯示跑道畫面以協助飛行員降落

-在惡劣天氣下執行空面作戰模式時，提供導航及地貌跟蹤畫面

-在空面操作模式時，探測及跟蹤所有發出紅外線的物體

-提供平顯及多功能顯示器所需的畫面影像

海盜系統于1992年開始研制，1999年開始原型硬件試飛，2000年到2001年間進行全系統測試，2003年12月簽訂生產合同，2007年8月第一套海盜系統正式安裝在意大利的“臺風”戰斗機上，西班牙及英國的“臺風”戰斗機隨后也跟進。

歐洲戰斗機“臺風”安裝于機鼻左側的“海盜”系統

海盜系統兼具紅外搜索與跟蹤及前視紅外功能，原本是要設計成兩個航電模塊，后來為了機上安裝方便合并成一體。海盜系統的探測頭安裝于機鼻上方，這是紅外搜索與跟蹤系統執行空空任務的最佳位置，并稍微偏左以獲得有限的對地掃描視角，也因此對地功能稍遜一籌。為了讓在前視紅外工作時，機鼻吸收或反射紅外所造成的干擾降到最低，歐洲第一集團也做了許多努力。

海盜系統的紅外探測頭、掃描儀和穩定裝置放在機鼻偏左隆起的半球形體內，稱為傳感器前端。傳感器有兩組工作頻段︰7.5到10微米在空面模式對迎面目標有最佳的性能表現；3到5微米用在加強型搜索、識別、跟蹤模式上。目前官方對系統的最遠探測距離未提出任何數據，有人猜測遠達150公里，較合理的數字應該是70到90公里。

海盜系統使用中、長波紅外，可探測全視野內50公里外的飛機紅外信號。在紅外搜索與跟蹤工作模式時會自動進行探測及跟蹤和掃描；在前視紅外工作模式時則提供紅外影像給座艙內的多功能顯示器和飛行員的頭盔顯示器。

歐洲戰斗機“臺風”的“海盜”系統

海盜系統可同時跟蹤最多200個空中目標，工作模式有︰多目標跟蹤、單一目標跟蹤、單一目標跟蹤識別、區域搜索及受控搜索。在多目標跟蹤模式下，系統會搜索特定的空域，尋找可能潛藏的目標；在單一目標跟蹤模式下，系統會對特定目標進行精確跟蹤，讓飛行員以肉眼識別目標；區域搜索及受控搜索則是傳感器融合下的工作模式，前者由機上的CAPTOR雷達指揮系統掃描某個空域，后者則是由其它飛機（如︰空中預警機）來指揮掃描。

在有限的空地模式時，海盜系統可以實現以下功能，導航︰在平顯上呈現前視紅外影像，與飛行員的對外視線相重迭；熱提示（Thermal Cueing）︰對應飛行路徑或頭盔顯示器的視線，標示出發熱物體位置及地面目標的熱對比；頭盔操縱（Helmet Steering）紅外影像︰目標的紅外影像呈現于頭盔顯示器上，探測器的探測角度由跟蹤飛行員頭部運動的跟蹤器控制；識別︰在單一目標跟蹤模式下，座艙內低頭顯示器會呈現凍結的目標紅外影像，讓飛行員肉眼識別。

“臺風”戰斗機的頭盔顯示器

海盜系統的信號處理技術來自經實戰驗證的泰雷斯空防警告裝備（Air Defense Alerting Device），能排除絕大部分的錯誤警告。由于采全被動式探測，因此載機能在敵方電子反制系統毫無所覺的情況下搜集信息，然后轉移到有利戰術位置遂行空空或空地任務，不論是在隱藏自身信號進行攔截，或是強化飛行員的態勢感知上，都有很大幫助。

系統的數據處理單元將處理后的數據直接傳送給機上的信息系統，進而在相關顯示器及平顯上產生影像畫面。處理單元會排除錯誤或假信號，估計出目標的遠近，并根據目標的紅外信號大小或是雷達數據定出優先級。另外在單一目標跟蹤或辨認工作模式時，系統能以類似導彈逼近警告器（Missile Approach Warning）的模式工作，警告載機紅外導彈來襲的威脅。

前扇區光電

在 “臺風”戰斗機的海盜系統問世時，法國空軍的“陣風”F2戰斗機已在2007年5月前往阿富汗戰場執行國際安全協助部隊（International Security Assistance Force）任務。在2006年中期開始服役的“陣風”戰斗機，其最大特征就是航電系統中的前扇區光電（Optronique Secteur Frontal，OSF）紅外搜索與跟蹤系統。

前扇區光電模塊

前扇區光電系統由泰雷斯公司（負責電視攝影、全系統綜合）和薩基姆防衛公司（Sagem Defense Security，負責紅外攝影、中央處理單元）合作研制。前扇區光電與大多數的紅外搜索與跟蹤有些不同，它有兩個傳感器︰

機鼻右側半球形體內的遠距紅外被動探測/高分辨率電耦合裝置（Charge-Coupled Device）電視傳感器工作于3~5及8~12微米兩個波段，負責遠距離目標探測（非官方數據為約100公里）、跟蹤（紅外搜索與跟蹤功能）、影像顯示（前視紅外功能）；機鼻左側整流罩內的電視/紅外傳感器，可對最遠40公里的目標進行辨認及激光測距。前扇區光電還可以輔以“陣風”戰斗機翼尖米卡（MICA）導彈引導頭的圖像，強化目標探測能力。兩者共同合作下，可對多個目標同時進行搜索、識別、遙測，最大探測距離據說可達150公里。

法國“陣風”戰斗機的前扇區光電傳感器（右）及電視/紅外傳感器（左）

前扇區光電提供對空中及地面、海面目標的搜索、搜索、辨認、以及自動跟蹤的功能，不論是空空、空地、空海，都有好幾種可由飛行員手動選擇的工作模式，也可由任務計算機依據任務性質自動選擇。系統還另外提供導航（前視紅外功能）模式，并與“陣風”戰斗機的導航/攻擊系統完全綜合。

前扇區光電、頻譜（SPECTRA）電子戰系統、RBE2雷達是“陣風”戰斗機導航攻擊系統的三大支柱。“陣風”戰斗機武器系統通過這些傳感器完成空空及空地測距、跟蹤、指示、紅外/電視/激光測距。前扇區光電使用多種波段，所以述某些功能可以同時執行，不過就如其名稱所暗示的，前扇區光電只能搜索有限的前方空域。

"陣風”在模擬空戰中咬住F-22的OSF紅外截圖

AN/AAS-42

20世紀90年代中期，美國海軍的F-14D“雄貓”（Tomcat）戰斗機安裝了AN/AAS-42紅外搜索與跟蹤系統，是當時美軍唯一裝有此種系統的戰斗機，系統的作戰需求是針對俄羅斯圖-22M“逆火式”遠程轟炸機上強大的電子戰裝備，當戰斗機的雷達被圖-22M干擾失效時，仍可利用紅外搜索與跟蹤系統引導AIM-54“不死鳥”導彈（Phoenix）攔截，因此對圖-22M的探測距離必須超過“不死鳥”導彈的150公里射程。

F-14D“雄貓”戰斗機的AN/AAS-42紅外搜索與跟蹤系統，右邊是探測頭，左邊是光學放大識別傳感器

AN/AAS-42可在極遠距離外對發熱目標進行多重掃描，彌補傳統戰術雷達提供的信息。它使用一系列復雜的濾波技術及軟件運算，篩選出待探測目標，排除背景噪聲，讓飛行員在屏幕上看到確切的目標。

F-14D戰斗機的AN/AAS-42安裝在機鼻下方，內有光學組件及長波掃描線性陣列構成的紅外探測組合件，以三軸式慣性穩定環架支撐，系統可自動或由飛行員手控進行精確的區域掃描，不論是水平、垂直掃描視角，或是掃描范圍，都可由飛行員單獨設定并獨立操控。

隨著F-14戰斗機于2006年9月退役，也一并帶走了美軍戰斗機的紅外探測跟蹤能力。不過AN/AAS-42被波音公司機載激光（Airborne Laser）項目的YAL-1A載臺選中，做為早期導彈發射/跟蹤探測器。韓國在2002年4月向波音采購F-15K“鷹”（Eagle）戰斗機時，AN/AAS-42也被列入戰斗機的光電傳感器項目內；而2006年4月新加坡向波音采購的F-15SG也確定安裝AN/AAS-42。F-15K和F-15SG的AN/AAS-42安裝于左側進氣道下方的掛架前端。

AN/AAS-42安裝在YAL-1A機頭最下方

F-15K的AN/AAS-42被整合進“狙擊手”吊艙的掛架前端

F-16系列戰斗機中，外銷阿聯酋（United Arab Emirates，UAE）的F-16E/F戰斗力最強，獨具的綜合式前視紅外指示系統（Integrated FLIR Targeting System），包括座艙蓋前方機鼻處的一個球型前視紅外探測器和進氣道下方外掛的指示吊艙，讓F-16E/F的飛行員不需戴上夜視鏡就具備夜間目視攻擊能力；指示吊艙還內含激光指示器，可引導本機和其它戰斗機投擲的激光制導炸彈。洛馬在2008年2月新加坡航展上展出吊艙式AN/AAS-42，可供全球的F-16戰斗機選用。

F-16E/F上的被動式傳感器︰機鼻上方時導航前視紅外；進氣口側面是前視紅外指示吊艙

吊艙式AN/AAS-42

“超級大黃蜂”

美國海軍于2006年春失去紅外搜索與跟蹤能力后開始尋求替代方案，2007年5月與波音討論在F/A-18E/F““超級大黃蜂””（Super Hornet）戰斗機上安裝新一代紅外搜索與跟蹤系統，波音在2007年7月選定洛馬為承包商，提供最多150套的紅外搜索與跟蹤系統給第二批次（BlockII）的F/A-18E/F。

在美國海軍尚未正式簽定系統設計發展（System Designand Development）合同前，波音和洛馬在2007年就開始進行降低風險驗證，在一架美國海軍的F/A-18F中線掛架副油箱前端安裝一具測試型紅外搜索與跟蹤系統，執行6架次試飛以搜集數據。這種修改副油箱做為安裝空間的方式成本效能甚佳，載機只需修改軟件，結構及線路都不必更動，且很容易應用于現役或未來服役的F/A-18E/F戰斗機上。

美國海軍以F/A-18F測試安裝于中線掛架副油箱前端的紅外搜索與跟蹤系統

2008年12月波音獲得1,200萬美元的經費以繼續進行技術驗證階段的先期研發工作。2009年3月完成進一步的降低風險試飛，證實F/A-18戰斗機上的紅外搜索與跟蹤系統具備兼容性與作戰效能，試飛結果顯示在中線副油箱內容納系統完全可行，不但探測距離遠，探測數據還能與機上其它傳感器的數據順利融合。波音也在2009年9月撥發400萬美元經費給洛馬，開始進行技術驗證。

副油箱改裝的紅外搜索與跟蹤系統吊艙

探測頭組件

F/A-18E/F紅外搜索與跟蹤系統使用長波紅外汞鎘碲探測陣列，可搜索大角度視野內的一切熱源。系統裝在480加侖的機身中線副油箱前端以獲得最大的探測視角，而副油箱還能裝載330加侖的燃油。與吊艙式紅外搜索與跟蹤系統比不會占用武器掛架。組件分為三部分，分別是三軸慣性穩定環架支撐的探測頭及探測器組合件、內置信號處理軟件及大容量內存的商用微處理器、以及熱交換器型態的環境控制子系統。

“超級大黃蜂”的紅外搜索與跟蹤功能強大，在各飛行階段以被動方式探測多種目標，無需擔心電子探測及無線電頻率的反制，提供機上任務計算機各目標的跟蹤數據，同時將圖像提供給座艙內顯示器。它可工作于邊跟蹤邊掃描或單目標跟蹤模式，飛行員通過全功能飛行操縱桿（Hands-On-Throttle-And-Stick，HOTAS），控制水平及垂直掃描角度。系統的人機接口與機上其它傳感器相同，可減輕飛行員的工作負荷。

“超級大黃蜂”的紅外搜索與跟蹤須返廠安裝，而洛馬的F-35未來正式服役時，機上將會內置現正由洛馬研制中的光電指示系統（Electro-Optical Targeting System，EOTS），可對陸地及空中目標進行遠距精確探測。

F-35 EOTS

F-35的光電指示系統（Electro-Optical Targeting System）重量不到90公斤，可進行主、被動式測距，還能提供對地攻擊所需的極精確地理坐標，賦予F-35全天氣24小時，敵方警示系統無法察覺的被動式探測能力。

EOTS組件

加上人工藍寶石玻璃罩的樣子

第一套光電指示系統于2009年7月30日出廠，洛馬并展開低速率初期生產（Low-Rate Initial Production），預定年產200套，總生產量會超過3,000套，不論是美國自用或是外銷的F-35都會安裝此系統。

光電指示系統衍生自洛馬的增程型“狙擊手”（Sniper XR）紅外指示吊艙，使用最新的傳感器技術，搭配具備聚焦平面陣列的第三代銻化銦（Insb）紅外傳感器、目標識別激光、以及日間電視攝影機，全容納于一多面體人工藍寶石玻璃罩內。系統還與機上的綜合式中央計算機以高速光纖相連接，具備自動校靶及飛機對正的功能，擔負空空紅外搜索與跟蹤及空面前視紅外的雙重任務。

此系統在空面時使用前視紅外模式，空空則使用紅外搜索與跟蹤模式，并提供信號處理軟件強化過的高分辨率紅外圖像，具備多方面的功能︰導彈逼近警告、反制、被動式偵察、離軸空空紅外制導導彈指示、以及日間和黑夜的寬視野畫面。

F-35主要任務為對地攻擊，故光電指示系統安裝于機頭下方

F-35紅外搜索與跟蹤系統攝得的畫面非常清晰

F-35的主要任務是對地攻擊機，因此光電指示系統的位置安排于機頭下方而不是機鼻上，主要功能是讓飛行員清楚觀察雷達發現的地面目標。在這個工作模式下，雷達先對地面目標做遠距離確認，再將目標坐標傳給光電指示系統做更進一步的遠距離識別、探測、及精確指示。

F-35機上還有一個開創性的被動式探測系統︰AN/AAQ-37分布孔徑系統（Distributed Aperture System），在機身6處不同的位置上各安置一紅外傳感器，分別負責飛機的左側、右側、機背前方、機背后方、機腹前方、機腹后方的視野，使用先進的信號處理運算法，對全機360度范圍內來襲的導彈或逼近的飛機進行紅外探測及跟蹤，并將探測畫面顯示于飛行員的頭盔顯示器上，讓飛行員能夠看見飛機周圍的空域情況，因此除了讓飛行員具備全空域態勢感知外，也能提供導航、導彈警告、以及紅外搜索與跟蹤的功能。

F-35的AN/AAQ-37分布孔徑系統，可同時執行多種被動式偵察

AN/AAQ-37的攝像機組件

AN/AAQ-37的高清紅外影像

F-35各傳感器傳送的數據以及友機由高速數據鏈中繼而來的信息，都由機上的先進綜合式核心處理器（Integrated Core Processor）進行傳感器融合。綜合式核心處理器是F-35的大腦，負責綜合所有的航電系統，協調呈現給飛行員的畫面。

F-22的對策

F-22沒有紅外搜索與跟蹤系統，但洛馬宣稱機上的AN/ALR-94綜合式電子支持措施是有史以來戰斗機上效能最好的被動式傳感器系統，也是機上技術最復雜的裝備。

AN/ALR-94是由桑德斯（Sanders）及通用電氣公司（GE）共同研制，通過機身及機翼內嵌的30余個先進天線提供360度的全波段警示。敵機以雷達搜索F-22時，雷達尚未發現F-22，AN/ALR-94在450公里外就能探測、識別、跟蹤發射雷達波的敵機。AN/APG-77雷達上的先進數字處理器把雷達、AN/ALR-94、以及由數據鏈中繼而來的目標方位信息綜合成單一跟蹤檔案，并以最準確的傳感器讀值做為目標的最終數據，例如AN/ALR-94提供的水平方位最精確，而雷達提供的距離數據最精確。F-22也因此具備提示跟蹤（cued tracking）的功能，憑借單一被動式傳感器（如AN/ALR-94或數據鏈）的數據，指揮雷達以極窄的波束（水平及垂直方向各不超過2度）探測及跟蹤，更進一步強化雷達低攔截率的性能。

ALR-94的傳感器陣列

傳感器融合與電磁波發射管制息息相關，若能通過AN/ALR-94及數據鏈來建構及更新態勢感知就無需動用雷達。F-22的飛行中數據鏈讓戰斗機在雷達靜默的情況下接收來自其它F-22的雷達畫面，更進一步降低泄露行蹤的顧慮。

他國情況

英國在20世紀90年代初期開始發展紅外搜索與跟蹤系統，該國的馬可尼航電公司（Marconi Avionics）在1995年3月為英國國防部研制出一套紅外搜索與跟蹤技術展示系統，包括指向/穩定器、新型高性能望遠鏡、紅外搜索與跟蹤演算組、目標探測及跟蹤演算軟件、以及高性能熱成像儀。

當時此系統安裝在了一架“狂風”戰斗機（Tornado）上展示了三種主要操作模式，自動搜索模式︰在寬闊的視野內指示及跟蹤多種目標；驅使獲得模式︰飛行員的全功能操縱桿、頭盔瞄準系統、或是其它的傳感器（如雷達）透過機上任務計算機要求目標方位時，搜索、跟蹤所發現的目標；單目標跟蹤模式︰跟蹤視野內的單一特定目標。

瑞典的薩博公司（Saab Dynamics）在20世紀90年代晚期設計研制一種多功能紅外搜索與跟蹤原型系統，稱為光學跟蹤識別系統（Optical Tracking and Identification System，IR-OTIS），以使JAS-39“鷹獅”（Gripen）戰斗機不分晝夜、不論對空中或地面目標，都能具備遠距離的被動式態勢感知。系統的長波紅外探測器可工作于紅外搜索與跟蹤及前視紅外模式，具備寬闊的視野，不過此研制項目在2000年代初期遭擱置。

瑞典JAS-39戰斗機的IR-OTIS，安裝位置稍微偏左，以允許有限的對地下視

薩博在2008年推出改進型新一代“鷹獅”（Gripen NG）時，改用意大利斯勒伽利略公司研制的紅外搜索與跟蹤系統，該公司根據歐洲戰斗機海盜系統的研制經驗，為新一代“鷹獅”研制“天空G”型（Skyward G）系統。

以色列的國防工業舉世聞名，在紅外搜索與跟蹤系統的研制上當然也不例外，只是迄今還未推出任何相關產品。據說以色列的埃爾比特光電系統公司（Elbit System Electro-Optic）目前正以該公司自有的熱顯像、激光、信號處理…等技術為基礎，研制一型適用于多型飛機的紅外搜索與跟蹤系統。

以色列另一家在紅外搜索與跟蹤領域相當活躍的拉斐爾先進防衛系統公司（Rafael Advanced Defense System），已經推出使用凝視聚焦平面陣列的海軍型紅外搜索與跟蹤器，稱為海上探照燈（Sea Spotter），該公司正以此型為藍本，研制機載型紅外搜索與跟蹤。

目前全世界許多國家相繼投入紅外搜索與跟蹤系統的研制與制造，此系統原本只是想讓戰斗機擁有被動式探測目標的能力，但在作戰應用的需求下，原屬次要的空對地功能將會成為未來發展的優先目標。

后續發展

紅外搜索與跟蹤系統雖然不會向外界發射電磁波，沒有泄露本身信號的顧慮，但最大弱點是探測距離會受到高度及天氣的影響，在1萬米以上的高空，紅外探測距離可達100公里以上，但在低空或天氣不佳時，探測距離就會劇降為10到30公里，因此在實際操作時，常需與雷達相互配合。而毫米波（millimeter wave）在光譜中介于紅外與雷達微波之間，頻率大約100億到1,000億赫茲，兼具紅外系統及雷達系統的長處于一身，使用限制最少，也最受期待，是戰斗機先進傳感器設計最后一塊未研制的領域。

相對于雷達而言，毫米波的波束較窄，在跟蹤目標、鎖定及識別的過程中，具有較高的信號分辨率，可分辨很接近的多個目標，且因為波束較窄，不易受到敵人干擾，加上系統組件較小，因此天線可縮小、整體重量也較輕。相對于紅外系統而言，毫米波對云霧及灰塵的穿透力是紅外的數百至數千倍，完全不受天氣的影響。毫米波系統還有另一項優點︰在大氣中的衰減程度遠大于雷達波，發射出的旁波瓣很低，可以減低機上傳感器間的干擾，也可防止泄露本身的信號。

AH-64D“阿帕奇”直升機旋翼上方圓餅狀的毫米波雷達

毫米波傳感器不僅可研制成被動式的紅外系統，也可研制成主動式的雷達系統，較開創性的概念是將紅外影像與雷達系統信號處理相結合。美國航天局（NASA）蘭利研究中心已與工業界展開合作，研究使用毫米波的主動式傳感器，成為機上影像和偵察/跟蹤系統。早期的實驗性系統由于天線與鏡頭尺寸的限制，影像分辨率很差。現在最新的毫米波系統通過先進的數字處理技術及空間頻譜外差這類復雜的技術，已能提供所謂的“超級分辨率”影像，這些畫面經過分析后，足以提供警示信息、警示畫面、及完整的信息給飛行員。“超級分辨率”畫面可提供地面電線警示，讓低空飛行的戰斗機躲避最危險的地面電線。

美國國防先進研究計劃局（DARPA）的戰術技術辦公室（Tactical Technology Office）更展開了前瞻的先進系統研究規劃，要經由高技術讓戰斗機的效率及效能有革命性的進步。研究項目中還包括被動式及低攔截率系統，這些系統將會統合多種傳感器及相關技術，其中較為人知的有︰

-基于多頻或頻譜分類技術的光學傳感器，用于指示及瞄準

-目標探測跟蹤的先進低攔截率雷達

-目標跟蹤及識別的激光雷達

-目標方位提示及識別的電子支持措施

-接收及傳播目標信息，以及安全傳輸目標影像及跟蹤數據的指揮、管制、通信、信息與情報（C4I）

結語

新一代戰斗機的設計及作戰需求越來越強調躲避探測，但又必須對戰斗機周圍情況有完整的態勢感知，因此必須盡可能不用雷達，改用被動式傳感器；而為了具備最佳的戰場態勢感知，這些被動式傳感器必須具備多樣性、多頻譜的隱身技術。

現代航電系統已可滿足這樣的需求，如果戰斗機上有一套低攔截率的主動式電子掃描陣列雷達、一部紅外搜索/跟蹤系統、以及一部智能型接收警告機，飛行員就有3套探測系統可以使用，其中2套是被動式，當這些系統的性能發揮到極致時，要探測到我機將極端困難。美國空軍進行的F-22與F-15、F-16、F/A-18模擬空戰中，一架F-22以144比0的懸殊比分大獲全勝，被擊敗的其它戰斗機飛行員均表示在載機被導彈擊落前，皆未發現有被任何敵機導彈鎖定的情況，這應該就是被動式探測系統威力的最好說明。