近一个世纪以来，无人机的扩散给民用和军用实体都带来了潜在的安全威胁。这些威胁引发了一种新的、迅速兴起的反无人机技术。它的任务是探测、识别和解除此类威胁。基于红外（IR）的系统，或在此类多传感器系统中结合红外成像技术，是一种能够探测、识别和跟踪小型无人机系统的流行技术。以色列Ophir公司设计和制造精确的远距离红外连续变焦镜头，可集成到一流的反无人机系统中，使系统在识别和瞄准能力方面具备显著优势。
图1：集成了光电/红外传感器的反无人机系统。
背景介绍
无人机系统往往有各种不同的配置、尺寸和有效载荷能力，并能够实现不同的隐身能力、飞行高度和飞行速度。因此，不同无人机系统之间的性能差异可能很大。然而，无人机识别依赖于获得高度准确的视觉线索，这些线索可由操作员或反无人机系统内部的人工智能（AI）程序进行解读。
小型无人机即使在近距离也很难被看到。更大、更复杂的无人机可以飞得更高，载荷更大，视觉探测同样困难。由反无人机雷达系统引导的红外摄像机可提供识别无人机和确定其威胁所需的大量信息。无人机的威胁可以是不致命的，如对安全位置的监视，也可以是使用导弹、炸弹或大规模杀伤性武器（包括生物、化学或放射性武器）进行的致命攻击。
反无人机系统主要使用无线电干扰系统切断无人机与其基站的连接，或使用GPS干扰使无人机迷失方向，或使用诱骗手段压制来自原基站的信号以控制无人机。一些反无人机系统还会使用动能摧毁无人机或部署捕网拦截无人机。少数防空系统则会使用导弹直接瞄准无人机。但无论在任何情况下，精确瞄准都需要精确识别，而Ophir镜头就是昼夜、远距离、精确识别的关键因素。
解决方案
●技术规格要求
任何红外或光电系统的首要目标都是提供足够的、聚焦的目标像素。据桑迪亚（Sandia）国家实验室估计，操作员至少需要8个目标像素才能确定无人机的威胁。为了确保有足够的目标像素，成像系统需要满足以下规格：
视场角（FOV）/焦距：反无人机系统需要能提供多个视场角的镜头。连续变焦镜头是实现这一目标的最佳选择。允许人工智能程序根据具体情况优化视场的镜头，是在没有操作员参与的情况下加快系统运行速度的关键。适当的视场角可使成像系统在目标上拥有适当数量的像素。这可以使用瞬时视场角（iFOV）来测量，以计算特定范围内的每米像素数（PPM）。
对焦：在视场角变化时保持对焦，以及对快速移动的物体迅速保持对焦的能力，对于优化跟踪非常重要。
图像质量：在整个视场角和整个变焦范围内提供清晰锐利的图像，对于跟踪无人机和识别潜在威胁非常重要。
接口：为传感器提供最佳的机械接口，为控制系统提供最佳的电子接口，是集成到反无人机系统红外传感器的关键。
●Ophir镜头能力
Ophir是公认的世界级光学设计和制造公司。除了现成的设计外，Ophir还与系统集成商合作定制透镜解决方案，以满足包括反无人机系统在内的任何应用。目前有两种Ophir解决方案非常适合正在开发的反无人机系统的远程识别，它们分别是：SupIR®60-1200mm f/4和SupIR®80-1200mm f/5.5。
图2：用于反无人机系统的Ophir远距离连续变焦镜头SupIR 80-1200mm f/5.5（左）和SupIR 60-1200mm f/4（右）
视场角/焦距：Ophir的SupIR®60-1200mm f/4具有窄视场角，可在3公里以外识别小型四旋翼无人机。它完全适用于MWIR 10µm SXGA传感器。Ophir的SupIR®80-1200mm f/5.5可以在超过2.5公里的距离上识别同样的四旋翼无人机。它专为与MWIR 15µm VGA传感器配合使用而设计。这些选择使集成商能够根据客户的具体应用定制反无人机系统。集成了这些光学器件的系统可为操作员提供足够的目标像素，以便对威胁做出更快的反应。
图3描述了SupIR®60-1200mm f/4镜头在窄视场角（NFOV）和宽视场角（WFOV）下的调制传递函数（MTF）曲线图。这些图表显示了在窄视场角和宽视场角下，MTF的矢状（S）和切向（T）分量与焦平面上不同视场位置的空间频率的函数关系。可以看出，在整个焦平面上，宽视场角和窄视场角的矢状MTF都接近衍射极限，而切向分量较低，尤其是在宽视场角上。
图3：SupIR 60-1200mm f/4的MTF曲线图
图4显示了SupIR®80-1200mm f/5.5镜头在窄视场角和宽视场角下的MTF曲线图。80-1200mm f/5.5镜头与上述60-1200mm f/4镜头的MTF性能类似，在这种情况下，窄视场角和宽视场角下的矢状MTF在整个焦平面上都接近衍射极限，而切向分量较低。
图4：SupIR 80-1200mm f/5.5的MTF曲线图
对焦：Ophir的所有镜头都能在变焦过程中保持对焦。这使系统能够保持对感兴趣目标的捕获锁定，并提高对无人机威胁的识别能力。镜头还能在整个变焦过程中保持视线（LOS）接触。
图像质量：Ophir以其出色的镜头设计而闻名。这包括离轴清晰度和在整个变焦范围内提供出色的图像。Ophir拥有世界一流的设计，在变焦镜头中消除了水仙花效应（指红外探测器因其温度低于周围环境而辐射出的能量通过光学系统中的一些表面反射回探测器，导致图像中心出现黑斑。）和渐晕现象。这两种现象都会影响人工智能系统识别威胁的能力。
界面：Ophir的所有连续变焦和多视场角镜头都包含OphirSIM™软件，以促进与镜头的集成和通信。
●探测识别范围
Ophir有许多可用于反无人机系统的远距离红外连续变焦镜头。根据具体情况——无人机尺寸、飞行高度、距离等——用户可选择合适的镜头进行目标探测。下图列举了Ophir的镜头对特定无人机目标的识别范围。
结论
总而言之，红外热成像镜头在反无人机领域正发挥着不可或缺的关键作用。以色列Ophir公司所设计制造的高精度远距离红外连续变焦镜头，凭借其卓越的技术规格与性能表现，为反无人机系统注入了强大的识别与瞄准能力。其适配多种传感器、灵活的视场角调节、出色的对焦及图像质量保障，以及便捷的集成接口，让反无人机系统得以高效运行，极大提升了应对无人机威胁的及时性与准确性。可以预见，随着无人机技术的持续演进，红外热成像镜头必将持续升级优化，成为守护民用与军用空域安全的核心利器，为构筑全方位、多层次的反无人机防线贡献关键力量，牢牢把控住空域安全的主动权。
