无人机综述

无人机综述摘要：无人机是近年来军事和民用研究的热点，具有重大的军事和经济意义。本文对无人机的应用进行了简要介绍，归纳出无人机研究的关键技术，并对其发展趋势进行了展望。关键词：无人机、信号中继、综合测控技术1、引言无人驾驶飞机（UnmannedAerialVehicle，UAV）简称无人机，又被称为空中机器人或空中飞行器，是一种由无线电遥控操纵或自主程序控制、无人驾驶的一种可重复使用的航空器（一次性无人机除外）。相对于有人驾驶飞机，无人机结构简单，造价低廉，生存能力强，机动性好，适用于恶劣、危险环境，能够完成有人驾驶飞机不能完成的任务。近年来无人机的研制与应用引起了各国政府的高度重视，进入了一个快速发展期。在美国五角大楼近期发布的《2005年－2030年无人飞行器系统路线图》中，赋予了“无人机”新的术语：无人飞机系统（从UnmannedAerialVehicle，“UAV”换成了UnmannedAircraftSystem，“UAS”）。上述定义术语的变化反映了无人驾驶飞机项目已经从无人飞机转变成了无人机系统，其复杂度不断增加，不仅包括飞机，同时也包括地面控制站、传感器组件和通信网络。这预示无人机系统必将在未来战场有着更加广阔的使用前景。2、无人机的应用20世纪90年代以来发生的几场局部战争表明，无人机以其特有的作战方式和作战效能在战争中发挥了十分重要的作用，已引起各国高度重视。未来战场中，无人机将成为一种重要的空中力量。可以预见，随着无人机在战术技术上的突破，无人机的实战应用必将更加广泛，使用的方法将更趋于灵活多样。以下是无人机战场应用的若干方面。（1）侦察监视空中侦察是贯穿整个作战过程的一项重要作战行动，它能够为指挥员提供及时、准确的战场情报。与有人驾驶飞机相比，无人机因具有目标小、突防能力强、无生命代价等优越性，故一直是获取战场情报的重要力量。它可以深入敌阵地前沿和敌后一二百千米甚至更远的距离，依靠机上的可见光照相机、电影摄影机、标准或微光电视摄影机、红外扫描器和雷达设备等，对敌主要部署和重要目标进行实地实时的侦察，完成各种侦察和监视任务。沙漠风暴行动中，美军曾出动307架次舰载先锋式无人机，在空中逗留1011h，对伊军的调动实施全天候侦察监视；同时还为美军特种部队发现了蚕式反舰导弹发射阵地指挥所和防空兵器。（2）骗敌诱饵作为骗敌诱饵之用的无人机，既可协同其它电子侦察设备进行诱骗侦察；也可对自身信号进行放大来模拟作战飞机，给敌地面防空系统造成严重的信息污染和过量负荷，诱导其暴露目标，增大弹药消耗，并为己方作战飞机形成可以利用的火力空隙。如在1982年的叙以贝卡谷地之战中，以色列先后两次以无人机为先导，诱骗叙军导弹连的制导雷达开机，尔后，由预警机和攻击机协同攻击，一举摧毁了叙军19个萨姆-6防空导弹连。（3）实施干扰用于干扰的无人机可使敌方的电子、通信和光电系统成为“瞎子”和“聋子”。它可以飞临敌方前沿、侧翼，甚至纵深对敌实施抵近干扰，起到大功率干扰机所起不到的作用，并可相应地降低干扰功率，避免对己方电子设施造成干扰。如美国天眼RE-40、RE-50、RE-754、RE262等型号无人机，都可在敌方纵深内迷盲敌警戒和制导雷达，从而降低对方防空雷达的使用效率。在实施干扰时，无人机可以通过机载辐射电磁波发射器对敌电子设备进行有源干扰，也可以通过施放箔条或金属干扰丝等对敌方电子设备进行无源干扰。海湾战争中，多国部队使用的ACM-141A无人机，在空中布撒箔条形成大范围的干扰幕，使伊军地面警戒雷达屏幕上出现了一片“雪花”。就无人干扰机的未来地位作用来说，西方一些国家认为，无人干扰机将成为未来实施信息战、夺取制信息权的重要武器。因此，利用无人机对敌实施干扰这一使用方式将会延持下去，并将从技术上加强无人干扰机的效能，提高实战中的干扰效果。（4）火力引导在进行超视距火力打击或目标被地形或云层遮蔽的情况下，无人机能进入己方火力打击目标区执行火力引导与校射任务，为指挥员进行火力打击效果评估提供重要依据，有利于提高己方火力打击效果，降低弹药消耗。海湾战争中美军使用先锋式无人机进行对岸火力引导，在第一次齐射后即把弹着点数据发回，并不受云层及油田燃烧所产生的烟雾影响，保证了对伊军滩头阵地和纵深的有效压制。美海军的一位军官评价说：“为达到一定的毁伤率，过去需要发射50发炮弹，使用无人机校射后，只需20－30发炮弹即可摧毁目标”。海军陆战队使用装备有前视红外接收机和昼夜电视摄像机的“瞄准”式无人机，仅在60次共计197个飞行小时中，就引导炮兵摧毁了伊军6个火箭炮连、120余门身管炮、7个弹药囤积点和一个机枪步兵连。（5）信号中继获取信息优势的前提是要保障信息传输系统的畅通无阻。高空飞行、续航时间长且装备有中继设备的无人机，可起到空中通信中继的作用。它可与地面机动作战部队保持密切的通信联系。尤其是可与活动在山区、通信受到限制的部队保持通信联系。安装有通信中继设备的无人机能够迅速飞抵指定空域，单个作战士兵只要使用手持接收机便可进行通信联络，而不必增加任何复杂的、永久性的设施，尤其在兵力兵器集结期间。另外，无人机空中通信中继站在解决战场综合图像方面已迈出一大步。战场综合图像有助于己方部队了解友军的确切位置，避免发生误伤事件。信号处理和通信技术的发展使无人机能以比以往快得多的速度将图像转发出去。全球鹰无人机上装备有较大容量的通信管道，可以把视频图像实时发送给地面站，无人机的使用除了以上十种主要方式外，还可用于毁伤评估、指挥作战、探雷、激光制导、代替人员在核、生、化学或其它特殊条件下执行作战任务等方面。总之，在未来作战中，无人机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软、硬杀伤任务，以其多用途性能在战争中发挥其特有的功效。3无人机应用的关键技术（1）气动技术由于军用无人机对灵敏度、飞行高度以及雷达反射面积等有特殊的要求，因此对各种先进技术气动布局的研究就显得尤为重要；又由于无人侦察机不用考虑飞行员等因素，所以可以采用比有人侦察机更激进的气动布局，无尾、三角翼构型的发展满足了这方面的需求。（2）动力技术军用无人机一般要求长航程，因此必须采用高效率的动力技术。此外还可以开发新的轻型高效燃料，如高效的航空煤油和使用太阳能做动力等，如美国正在试飞的“太阳神”太阳能无人侦察机。采用新的能够与机体气动布局相配合的推力矢量和分裂式副翼进行飞行控制，还有一种使用射流多轴推力矢量技术，即通过控制发动机向喷口处的喷气方向进行飞行姿态和方向的控制。这种技术免去了以往机械式推力矢量装置的动部件，不仅可以使固定喷嘴更轻，在外形上还能降低雷达横截面，并能快速降低喷口温度以减弱红外信号。（3）通信技术宽带、大数据流量的数据链技术可以使军用无人机远距离快速传输信息，实施超视距控制，是发展军用无人机的关键支撑技术。如果在远距或敌人干扰的情况下不能实时通信或不能可靠工作，信息无法发给指挥控制中心，指令也无法发给正在工作的无人机，人就无法在其中发挥作用，无人机将失去其优势。（4）发射回收技术未来战争要求军用无人机的发射和回收更加简便，不依赖跑道起降，将有可能改变未来空中作战样式。因此，大型无人机的零长度发射技术和安全回收技术的发展对军用无人机具有重大意义。在无人机的发射上，轻型无人机主要适用车载弹射技术，大中型无人机普遍采用地面自主起飞的方式，另外还有母机投放的方式。在回收技术上，存在着伞降回收、自主降落和一次性无人机等几种。（5）机载任务设备技术随着雷达技术、光电技术和数字技术的飞速发展，21世纪无人机作战任务设备正向全天候、高分辨率、远距离、宽收容、实时化、小型化方向发展，其性能将有质的飞跃，探测距离大幅度增加，灵敏度、分辨率更高，质量更轻，体积更小。需要发展的有无人机机载雷达、高性能的光电/红外传感器、无人机机载情报侦察系统等。（6）综合测控技术包括中继测控技术、图像压缩技术、高精度定位技术、抗截获传输技术、多目标测控技术等。无人机中继测控技术。研究一种新型的无人机中继测控系统，以及其中的一些关键技术，解决超视距条件下对无人机的跟踪定位、遥控指令、遥测数据和图像的中继传输，从而实现对中远程无人机的测控。实现空中中继测控。无人机侦察图像信息压缩传输技术。无人侦察机活动图像实时传输的特点：有一定的速高比，图像内目标像素小，目标数量大，图像是满屏运动，帧间相关性较差，为了保证侦察图像信息远距离传输的高准确性和高可靠性，要求侦察图像信息必须分辨率高、失真小，而且传输带宽尽可能窄。因此，中远程无人机侦察信息必须采用一种特殊的数字化压缩传输体制，选择合适的压缩算法，利用专用图像处理芯片来实现侦察信息安全传输。无人机高精度定位技术。对无人机的遥控遥测，导航定位及传播信息不仅要求实时性强，而且要求精度高，遥控指令完成对飞机及任务设备的实时控制，遥测信息实时反映飞机及任务设备的状态。导航定位信息必须有较高的实时性和精度。以往无人机系统是靠无人机综合测控系统的斜距/方位（R/A）数据或靠GPS系统独立定位的，目前无人机的导航定位技术向惯导、GPS和GLONASS组合导航定位的方向发展。现在无人机系统中大都已采用组合定位方式，这不仅提高了定位的实时性，同时也提高了定位精度。无人机抗截获传输技术。用于战场复杂电子环境中的无人机系统，为了提高系统的生存能力，需要进一步采取抗干扰和保密措施。研究全数字化扩频解扩技术，其中包括零中频处理技术、高增益的数字相关处理技术和高速信号处理技术。探讨跳频与直接序列扩频相结合的抗截获信息传输技术，其中包括高速稳定的频率综合器技术和扩频跳频结合的捕获跟踪技术。单站多目标测控技术。包括多目标测控体制的研究；多目标测控、侦察信息融合技术研究；多目标控制处理技术研究；多目标的综合航迹参数处理显示技术研究；各军兵种使用的无人机获取的情报将融人CISR网，实现资源共享。4发展趋势和未来的研究热点4.1发展趋势可以看出，无人机的发展正在掀起热潮，无人机正在向着多种类、多用途的方向发展：在体积上微型化；航时上延长化；功能上可战斗化；合作上编队化、协作化；性质上数字化、隐身化、智能化；应用上日益与航母、编队等结合，同时平台化、网络化等等。此外，无人机任务设备也在向着全天候、高分辨率、远距离、宽收容、实时化、小型化方向发展；无人机的测控、传输系统向远距离、安全保密、通用化、数字化、网络化方向发展；无人机本身也向着高生存率、低造价、低损耗方向发展。4.2未来研究点无人机的网络化、平台化、智能化、协作化等问题将是未来一段时间的研究热点。网络中心战是以各种武器平台、传感器、用户为节点，构建成一个网络，用户通过网络的共享资源，从不同的传感器收集到各种战场信息，进行综合判断后，指挥有效的武器或武器平台实施攻击或防御，使杀伤链或防御系统在最短时间内发挥最大的作用。无人机作为网络中心战的一个组成部分将发挥越来越重要的作用。无人机也将会由一种新型的武器发展成为一个重要的作战平台，承载起侦察、作战、通信等重要任务，从而对传统的战术方法、战略考虑产生冲击。无人机的智能协作化更是发展的必然趋势。路径规划、编队协作等问题已经吸引了众多研究者的注意，将来的研究将更加深入。编队飞行是近年来国外专家提出一种新的无人机飞行模式，可以弥补单架无人机在执行侦查、作战、防卫等任务时所不能克服的问题，并且提高无人机的作战效率，因而具有独特的优势和发展前景，同时也得到了国内外同行的极大关注。特别是无人机近距离编队飞行，更可以极大地节省动力需求，提高航行距离、飞行速度和负载重量等能力。