中国多功能无人机发展

来源：本站    发布日期：2015-04-27

中国多功能无人机发展

无人机, 中国, 多功能, 发展

我国无人机发展之思考

Some Thoughts for the Development of UAV in China

中航第一飞机设计研究院　强岁红

摘要：信息技术的发展，使得无人机运用范围、领域更加广阔。无人机正在从过去的单一的侦察、预警等战斗支援作用向攻击杀伤作用的方向发展，已成为影响作战进程的重要乃至关键性力量。该文通过国内外无人机的发展现状分析，并结合无人机的使用特点，提出我国发展军用无人机的建议。

关键词：无人机　发展　启示和建议

随着高新技术的发展，现代战争已经呈现出明显的无人化趋势。在现代高技术条件下的陆、海、空、天、电"五维"一体化的战争中，无人军事装备几乎渗透到战场空间的各个领域。现代无人机被广泛用于执行各种非杀伤性和软、硬杀伤性任务。无人机正在从过去单一的侦察、预警等战斗支援作用向攻击杀伤作用的方向发展，已成为影响作战进程的重要乃至关键性力量。在未来的信息战、精确打击作战和"陆海空天电"的一体化战场中，多功能无人机必将成为一种高效费比、攻防兼备的新概念武器。

一、国外无人机的发展

无人机的发展历史可以追溯到２０世纪初，英国于1917年研制成功了世界上第一架无人机。在20世纪70年代以前，由于受技术水平的限制，无人机发展缓慢。早期的无人机主要承担作战支援任务，如侦察、监视、目标指示/校正、损伤评估，以及用作靶机等等。近３０年来，随着微电子、通信、材料及推进系统等技术的迅猛发展，无人机得到了长足的进步，加上无人机在20世纪90年代以来几场局部战争中的成功战例，世界各国开始重视无人机的研究与发展。据不完全统计，目前，世界上30余个国家和地区已研制出了50多种无人机，无人机型号超过300余种，有55个国家装备了无人机，但发展最快、水平最高的主要是美国和以色列。

美国在"全球作战"的战略指导下，已经计划发展重、中、轻型，远、中、近程，配套成族、系列发展的多用途无人机装备，以满足不同战略、战役任务的需要。其活动半径从几十到几千千米，留空时间从几小时到几十小时。其中最具代表性的是"捕食者"、"先锋"、"猎人"和"全球鹰"。"全球鹰"高空长航时无人飞机是美国目前和今后一段时期内重点发展的无人机，也是当今世界上最先进的长航时远程无人侦察机。"全球鹰"留空时间达42小时，每日可探测1900个点目标。在2001年，"全球鹰"高空长航时无人机完成了越洋飞行，创造了航程和飞行时间的世界纪录。"捕食者"中空长航时无人机在美国对阿富汗的空袭行动中，首次使用挂载的导弹对阿富汗地面目标进行了实弹攻击，开创了无人机执行对地攻击任务的先例。

从2001年下半年起，美国NASA开始试飞一种称为"太阳神"（Helios）的太阳能无人机，在同年8月已达到了29500m的飞行高度。美国计划使其具有在高高空连续几个月滞空飞行的能力，可以环绕地球连续飞行，也可以根据需要，完成对某一地区的长期监视、侦察等任务。

美国的无人作战飞机计划已进入技术验证阶段。波音公司X-45A无人战斗机（UCAV）于2003年5月22日首飞，开创了无人机发展的新篇章。目前，美国诺斯罗普·格鲁门公司已开始建造其X-47B联合无人空战系统飞机(J-UCAS)。这是世界上第一种可同时在陆地和航空母舰上部署的无人侦察攻击机。X-47B设计验证了一系列的关键系统能力，其中包括对固定和机动目标实施精确打击的能力、自动空中加油能力等。

以色列是最早开始研制远程无人机的国家之一。其技术虽然主要源自美国，目前在隐身和续航能力的技术上还要依靠美国，但在无人机研制领域，仍处于排在美国之后的世界领先地位。近年来，以色列不断有新型号无人机问世，除了自己的装备需要外，还有一部分出口到国外。以色列目前已经装备的无人机主要有"侦察兵（Scout）"、"先锋(Pioneer)"、"猎人(Hunter)"、"巡逻兵（Ranger）"、"搜索者（Searcher）"、"苍鹭Heron)"和"赫尔姆斯（Hermes）"等。目前以色列最先进的中高空无人机是"苍鹭"和"赫尔姆斯"450。

除了美国和以色列两个主要的无人机研制大国外，西欧各国以及我国周边国家和地区都研发了或正在研发各式各样的无人机。

二、国内无人机发展现状

我国研制无人机已有四十多年的历史，先后研制成功长空一号无人靶机系列、长虹高空高速无人侦察机、T-6通用型无人机、Z-5系列无人侦察机、ASN系列无人机等。开发出的数十种靶机和侦察型无人机，已能批量生产和装备部队，广泛应用于昼夜空中侦察、战场监视、目标定位、校正火炮射击、战场毁伤评估、边境巡逻等军事领域和HKSY、地球物理勘探、灾情监测、海岸缉私等民用领域。

国内无人机的研究发展在总体设计、飞行控制、组合导航、中继数据链路系统、传感器技术、图像传输、信息对抗与反对抗、发射回收、生产制造和部队使用等诸多技术领域积累了一定的经验，具备一定的技术基础。特别是近几年来，一批新型无人机装备相继研制成功并交付部队，无人机装备体系结构有了较大改善，现代化水平有了明显提高。但从总体上说，我军无人机装备同发达国家相比仍有一定差距，还不能完全适应高技术战争的要求。国内已有的无人机任务系统载重都不大，尚难满足电子对抗、预警、侦察等大型任务系统的要求，平台技术难以满足无人作战飞机的高隐身、高机动能力的要求，在气动力、发动机、轻质结构和高精度导航等方面基础技术薄弱。此外，无人作战飞机需要的智能控制、决策和管理技术，空/天基的信息网络技术，以及相关的小型化高效精确制导武器等，也还都未能满足无人作战飞机系统的要求。

三、无人机的使用特点

为了减少参战人员的伤亡，降低装备和使用成本，无人机正逐步受到各国的重视。与载人飞机相比，无人机具有许多许多优点。

首先，设计自由度大。在设计上无人机没有驾驶舱及相关的环控救生设备，除降低了飞机的重量和成本外，还大大放宽了飞机设计的一些限制，如飞机发动机的位置可以更加合理。由于不考虑人的因素，飞机的机动载荷因数可以更高，可以采用更先进的气动布局、结构设计。

其次是成本低。在设计制造上无需复杂的机体和种类繁多的各种机载设备，只需一些必要的传感器。作战成本也低于远距离发射巡航导弹或超视距空空导弹的费用，费效比好。而且使用和维护费用低，操纵人员培训相对简单。与常规飞机相比，使用维护成本可节约达50%之多。

第三，无人机可以执行一些对于有人驾驶飞机来说非常危险的任务，可以深入到敌方军事要地上空实施侦察、干扰、引导、攻击等。由于离目标近，因此侦察、攻击的精度高，具有一定的作战使用优势。

第四，无人机的突防能力较强，生存力高。无人机广泛采用玻璃纤维和其他透波材料，机体外形尺寸小，发动机功率小，因此，雷达有效反射面积等各种信号特征较小，不易被敌方发现。此外，无人机不受驾驶员生理条件的限制，因此具有较大的飞行包线，使无人机在空战中具有更大的生存力。

第五，无人攻击机作战使用灵活，可以在空中、地面、舰船上起飞或发射，对起降场地要求低。攻击目标时，可以由指挥控制中心下达攻击指令，也可以自主快速攻击。

另外，与载人飞机相比，无人机也存在活动范围有限、处理意外情况灵活性差、飞行速度和航线一般比较固定、易受敌方干扰和天气影响，以及任务载荷有限等不足之处。

四、启示及建议

在海湾战争、科索沃战争和阿富汗战争，尤其是伊拉克战争中，美军大量使用了无人机作战。这说明无人机在现代战争中承担的任务日益增多，表明无人机的作战使用有了新的特点，其作战使用方向日趋多样化，使命任务渗透到战场的更多领域。

随着高技术作战体系日趋完善，现代战争表现为作战体系之间的对抗，对战场信息和空间的争夺日趋激烈。未来作战体系将是基于信息高度综合利用和有效传递、以网络为中心的攻防兼备的作战体系。由于无人机突出的使用特点，在未来信息化战争中将发挥越来越重要的作用。根据国外无人机发展的成功经验，为适应未来作战体系要求，我国应根据目前无人机的发展现状和未来发展趋势，积极开展对无人机的研究工作。

1.需求牵引，长远发展，统一规划

我军正在加快武器装备的现代化进程，重点之一是提升我军信息化作战能力，以适应现实和未来的作战环境。因此应在军事战略思想指导下，在作战环境、作战对象分析预测的基础上，根据打赢高技术局部战争的需要，以作战需求为牵引，将无人机技术发展列为战略性的长远发展计划，选准突破口，把加快无人机装备建设作为加强我军装备建设的重要内容。设立专门机构对相关的研发工作进行统一的规划和管理，按照作战需要什么就发展什么，什么问题突出就解决什么，什么办法管用就采用什么的原则，来研究确定无人机研制、发展计划，形成具有我军特色的无人机体系。

2.突破传统，勇于创新，跨越发展

无人机的设计需要全新的总体设计概念。无人机由于其独特性，气动布局形式可以更加灵活，加之主动控制技术、智能材料、隐身技术的发展，可通过选择最优气动布局形式来解决非常规布局的某些无人机的设计上应当具有一定的先进性，同时考虑技术上的可实现性，积极探索，大胆创新，抓住关键点，探求无人机发展的新思路。

当前我国技术水平和经济支撑能力有限，军事斗争形势紧迫。要尽快实现我军的跨越式发展，走出有中国特色的军事变革之路，就必须适应当前世界军事装备发展的需要，高度关注未来战争信息化和作战手段无人化的这一发展趋势。作为技术含量较高的无人机装备建设，必须依靠科技进步，注重科技创新，要在突破关键技术和关键装备上下功夫，真正掌握核心技术，拥有自主知识产权，摒弃"渐进式"、"尾追式"的发展模式，树立"跨越式"发展观念，加大无人机科研投入，尽快缩小与发达国家无人机技术的差距，实现无人机领域的跨越式发展。

3.重点突破，专兼结合，系列发展

无人机技术不单是一个飞机设计的问题。它是一个复杂的系统工程，涉及信息技术、自动控制技术、新材料技术、气动力设计技术、动力技术、遥测/遥感技术、微电子技术、激光技术等领域的最新成果的应用，同时也强调各学科之间的交叉互动。

目前，应根据我国无人机发展的现状与水平，积极组织力量，对总体与气动力、复合材料设计等特殊的关键技术进行重点研究，攻克其技术难点，为我国无人机的发展奠定坚实的技术基础。增加技术储备，重点突破近期有型号发展背景的关键技术。立足现有基础，确定发展型号，采用兼用和专用相结合的办法，由一种平台采用不同设备，根据战略、战役、战术不同作战任务派生出用于不同作战目的的无人机改型。形成"平台通用，任务多样，功能综合，多种改型"的无人机系列，同时加强配套设备尤其是信息系统和机载武器的研制。

4.自力更生，大力协同，自强发展

我军无人机装备经过几十年的发展，已有了长足的进步，无人机装备体系结构有了较大改善，现代化水平有了明显提高。但与发达国家相比仍有一定差距，同时，发达国家严密封锁所涉及的高精尖技术和设备元器件。因此，我们只有依靠自己的力量，根据战场使用环境，不断发展完善，才能提高武器装备的技术水平。

无人机所涉及的专业领域非常广泛。我国无人机经过多年的发展，已经拥有一批高水平的专业技术队伍。目前必须做好无人机发展规划，积极组织精兵强将，院校与科研、生产单位联手，改变各自为战的发展途径，集中各方优势，全面开展预研、设计和生产，使我国无人机技术向实用化迈进一大步。充分利用"九·五"、"十·五"期间的预研成果，学习借鉴国外先进的技术，在突破关键技术和关键装备上下功夫，真正掌握核心技术，力争于"十一·五"期间拿出我们自己的高高空长航时多功能无人机。

未来无人作战飞机航空电子系统发展的研究

Study on Future Avionic system of UCAV

中航一集团洛阳电光设备研究所　　晋燕利　石　巍

摘要：本文从无人作战飞机的概念和特点入手，介绍了航空电子系统的发展方向、特点、结构和组成，研究了美国未来无人作战飞机的航空电子系统发展趋势和设想；以及智能系统在无人作战飞机上的应用。

关键词：无人作战飞机　航空电子系统

在未来战争中，军用无人机除了逐步担任侦察、预警、监视、指挥、控制、通信、测绘等综合任务外，还可以与有人作战飞机协同配合，夺取制空权，执行对地攻击任务并进行毁伤评估，及执行信息软杀伤和火力硬打击双重任务。从美国的捕食者和X-45研制发展情况来看，美国对未来无人战斗机航空电子系统的发展构想是要在原无人机的机载平台上引入有人战斗机上的现有成熟技术，改进现有的武器，从而加快无人作战飞机的系统和设备的研制进度，同时减少研制经费。

一、无人战斗机的概念及特点

美国《空军2025》中提出的无人战斗机（UCAV）可按独立作战，或与其他地基和空基系统相连接进行部署，机上载有多频谱传感器系统（红外、光学、雷达、激光），为其配套的防区外发射精确制导导弹提供信息。该机能在感兴趣区域的高空飞行24小时以上，直至对目标进行攻击。在亚音速巡航时，该机可执行预警和侦察任务，并将信息传至全球信息管理系统。该机可配置成双状态，照射感兴趣区域时，另外一个传感器接收和处理信息。作为次要任务，该机可完成电子对抗和电子反对抗任务。携带武器并可反复使用的无人战斗机才是真正意义的无人战斗机(UCAV)。

无人战斗机的主要特点在于：可完成高风险任务而无人员伤亡；生产成本低；易于维护和保养; 在设计上可省去座舱及相应的生命保障系统，雷达的反射面积小于有人机，且因为发动机小，减少了红外发射，因而比有人机具有更好的隐身性。

二、无人战斗机（UCAV）的航空电子系统

1.航空电子系统的结构

从20世纪60年代起，国外的航空电子系统的结构经历了4个阶段，最后在美国空军莱特实验室提出的"宝石柱"（Pave Pillar）计划的基础上进行改进，提出了"宝石台"（Pave Pace）计划。JSF战斗机采用的一代开放式的航空电子系统结构和综合传感器系统（ISS）的设计思想来源于美国空军的"宝石台"计划。这种新一代开放式的系统结构可以在多种军用飞机上运用，有人也提出未来的无人作战飞机也将采用这种结构，因为它具有以下特点：

将传感器进行综合大大降低了系统的重量和成本；不断提高的软件规模和处理能力可以满足三军的不同需求； 其模块化，通用化，综合化和标准化设计可以满足不同飞机平台的要求；开放式的系统结构可采用现成的货架产品（COTS），这不仅降低了研制成本，还提高了可扩展性，可靠性和可用性，可以适合不同的任务和不同的飞机的需求。

目前不仅固定翼军用飞机将采用开放式的航空电子系统结构，美国也在研究直升机的开放式的航空电子系统，提出了一项旋翼机开放式航空电子系统（ROSA）计划。旋翼机开放式航空电子系统（ROSA）结构是一种以现有的、大量的商用产品就能实现的适用于武装直升机的先进嵌入式任务处理结构。它不仅经济性好，其采用的COTS 和开放式系统结构还将提高系统性能和升级能力。另外，航空电子系统重量、体积和功耗相对于目前的系统也将显著减小。未来军用飞机采用开放式航空电子系统是大势所趋。

波音公司也提出了一种用于多种平台的开放式航空电子系统综合方案（OASIS），主要还是考虑到经济上可承受得起和适应多种飞机平台。

2.综合传感器系统（ISS）

在作战环境日趋复杂，对传感器的种类和性能要求越来越高的同时，传感器的成本却要不断降低，由此美国空军实验室和JAST计划（JSF计划前身）联合提出了一个"综合传感器系统（ISS）"计划。

ISS的结构定义、接口规范和共用模块设计是实现ISS的关键。接口规范是首要的，因为它支持开放式系统结构（OSA），在此基础上才能设计可互用的模块。ISS结构必须满足以下原则：在RF功能之间可共用而又不降低性能；建立OSA接口；不增加硬件；最大限度模块化以利于扩展；降低ISS 的成本、重量和体积。

在现有的技术和"宝石台"的基础上，按照上述原则设计的ISS结构不是在单个平台的设计达到最佳，而是指整个机群寿命期成本最小。它具有充分的灵活性，不仅适合高档的飞机平台，也适应于低档的飞机平台。这种结构是以开放式系统结构为基础，可以用于各种类型的飞机。由于无人作战飞机上的载荷有限和任务不同，在未来的平台上肯定会根据不同的任务需求来更换或扩展模块的种类。

3.综合射频系统

TRW公司根据"宝石台"综合射频系统的要求提出了综合射频（IRF）系统结构（如图1所示）。该结构对天线口径、接收机、发送器和频率源这4个子系统进行了综合。天线子系统综合采用多功能可重构天线，以减少所需的天线总数。系统采用了共形天线以提高隐身性并降低气动阻力。接收处理子系统综合采用变频器，将各频段信号变频到一个公用中频。由公用中频开关矩阵切换信号，送到6种类型接收机和两种预处理器中进行接收处理。发送处理子系统综合包括多功能调制器、一个中频互连网络、4种类型变频器、一个宽带矩阵开关、波束形成网络电子线路、分布式发射机放大器和天线口径。此项研究还在起步阶段，对于在无人作战飞机上的应用更有待开发，但它指出了无人作战飞机机载装备的发展方向。

4.智能系统在无人作战飞机上的应用

人工智能是提高无人作战飞机作战效能的最重要的技术措施之一。

无人战斗机自身的特点使它必须具有一套可靠的飞行管理系统、导航系统和通信系统。飞行管理系统的功能包括：接受初始化任务；命令和监控任务的执行；协调管理与控制站的信息交流；任务决策；存储信息和数据；控制机上的载荷及系统。导航系统对无人机执行自主任务十分有用。它一方面规定飞行路径，一方面自动修正飞行轨迹的距离和航向的偏差。通信系统则用来完成地面或机载控制站与无人机之间及无人机与无人机之间的信息传输。随着智能技术的发展和日益成熟，也推动了它在无人战斗机机载航电系统中的运用。

在未来战场上，由于无人战斗机技术和功能的不断完善，美国军方设想以无人作战飞机来替代有人作战飞机，无人作战飞机将采用的是一种典型的自主式智能攻击系统。有人战斗机的自主式智能攻击系统如图示2所示。它可以自动搜索目标、自动识别目标、自动决策，以及自动完成整个攻击和规避过程。有人战斗机智能系统的研制为将来的无人战斗机智能系统的开发和研制奠定了基础。

从图2中可看出智能攻击系统的工作原理如下：通过各种传感器（如：雷达、红外等）捕获信息；由综合处理模块根据捕获的信息进行战场态势分析和评估，从而给出可攻击的目标和目标对本机的威胁程度；结合任务要求和本机的能力做出实时决策，展开攻击或规避；火力指挥与控制信号生成模块根据攻击或规避的决策产生本机攻击或规避的动作指令；指令通过综合火/飞/推耦合器，传输到飞控和发动机控制系统，由该系统操纵飞机和机载武器。

三、无人机系统的组成及关键设备

无人机系统主要由无人机、地（海）面和机载控制站、发射回收装置及地面数据终端构成。控制站通常提供三个工作站，分别完成任务控制、无人机控制及图像分析。地面数据终端完成与无人机的信息交流。此外，有些无人机系统还可根据任务需求增加GPS、卫星等。

1.无人机机载传感器

目前的无人作战飞机如捕食者是在无人侦察机的基础上改进的，它的机载传感器包括：变焦彩色摄像机、激光测距机、红外传感器、合成孔径雷达、激光指示器、电子战装备、通信中继设备等。传感器综合化，即可单独选择图像信号，也可综合使用各种传感器的情报，这将极大提高无人机全天候的侦察能力。

（1）红外与激光探测/测距/跟踪系统

在科索沃战争中，美军使用"捕食者"为激光制导武器标定目标以缩短从目标识别到目标标定所需的时间。美军成功地借用了海军直升机上的AN/AAS-44红外与激光探测/测距/跟踪系统,完成了为A-10标定目标的任务。

"捕食者"的探测设备是一个装在机头下方的 AN/AAS-44（V）转塔，它包括："天球"(Skyball)14 TS光电/红外多探测器监视系统，内含前视红外、激光照射器、激光测距机和跟踪系统；一台用于辅助遥控驾驶无人机的GF辨率可见光彩色CCD电视摄像机；一台AN/ZPQ-1"菩萨"合成孔径雷达；全球卫星定位系统；惯性复合导航系统。

（2）高稳定红外传感器

AEROMET公司研制的高稳定红外传感器（AIRS）将在"全球鹰"无人机上安装，以此实现高精度监视空间和地基目标。该系统装在"全球鹰"上，用于弹道导弹的中段跟踪，也可用于空间搜索、导弹助推段和地面目标搜索。

高稳定红外传感器优越性在于：从无人机上对弹头进行跟踪比从空间跟踪容易；无人机传感器的对比度要比卫星更好；无人机离弹头的距离要比卫星近；机载传感器容易更新；无人机对杀伤效果可以进行评估以确保弹头被完全摧毁；该传感器还可探测到山洞中的目标。

AIRS传感器指标为：总重量为658 kg，其中包括计算机和6个焦面阵列；跟踪系统包括可见光、中波红外和长波红外3个摄像机；截获子系统包括1个可见光和2个中波红外摄像机；每个摄像机最多可使用6个滤光器以监视不同的波段。如在全球鹰上使用该系统时，必须拆掉原有的Ku波段卫星天线。

（3） "全球鹰"机载集成传感器

雷神公司负责研制"全球鹰"无人机机载集成传感器装置，1997年2月推出"全球鹰"样机 。"全球鹰"航空侦察系统包括合成孔径雷达（SAR），光电（EO）和红外传感器（IR）。SAR即可与EO，也可与IR传感器一起工作。其态势感知的范围宽，对特定的威胁目标的定位能力强，具有瞄准或评估轰炸损毁程度的能力，能在21000 m高空工作超过40h。

1997年开始有两架"全球鹰"进行了飞行试验，以后在"全球鹰"上成功地作了SAR、TV和I R侦察成像实时采集传输的飞行试验。2001年4月"全球鹰" 在近20000 m高空成功地进行了22h的跨太平洋巡航飞行。

高空长航时"全球鹰"受到军方的欢迎，下一步计划以它为基础发展一个大区域海上搜索系统，其载荷是可执行海上任务的传感器系统。该传感器系统包括逆向合成孔径雷达、信号情报系统、光电红外系统和传输数据的通信链路。美军方希望在2004年使用该机进行区域监控。该机将成为美国发展战略的重要组成部分。

目前在"捕食者"上携带的是"山猫"合成孔径雷达，它具有以下4种扫描模式：带状模式，分辨率从30cm到3m；单点目标模式，最佳分辨率可达10 cm，可像照相机一样将图像放大或缩小；连续变动模式，能对不同时间的同一景物的图像进行对比，探测出同段时间内发生的变化；地面移动目标指示模式，可探测到时速100 km以上的地面机动目标。

2.通信系统--联合战术信息分发系统(JTIDS)

决定协同作战效果的关键不仅取决于传感器和作战平台，而且还在于联系它们的通信系统。美国三军的联合战术信息分发系统（JTIDS）采用Link16数据通信系统提供空中平台之间和从地面站到空中飞机之间的联系。美国海军采用Link11，也具有相同的功能。

建立通用通信系统是未来协同作战中无人机系统中的不可缺少的组成部分，但目前还有很大困难，例如：不同的无人机使用不同频段的数据链，因此需要不同的数据终端来操纵无人机。"猎人"无人机使用C波段数据链，而"影子"-200无人机使用C波段和超高频数据链。

美国TRW公司正在为猎人无人机开发一套通用通信系统，还将安装使用战术通用数据链TCDL)，这样可以为所有的无人机提供通用的数据链。

3.地面控制站将实现相互适应的标准接口

在无人机系统中，地面控制站是一个非常重要的组成部分。无人机一直具有自主飞行能力，在与地面站中断联系后，受预装飞行参数指示可独立飞行。但大部分情况下，无人机直接或通过中继系统与地面站保持联系，处于受控状态。每种无人机系统都有自己专用的地面控制站。因为地面控制站与无人机是一一对应关系，它们使用的是专用部件、非标准接口和专有的通信方式，因此这些地面站没有相互适应性。但从用户采购和使用要求，以及未来联合作战的需要，都希望能有一个可以控制多种类型无人机，而且具有通用能力的地面站。

1999年，北约组织为实现北约各国各军种间的无人机系统可统一调配使用的目的，开始制定STANAG4586，以实现北约无人机间相互适应的无人控制系统（UCS）的标准接口。STANAG要求北约各国的无人机地面控制站采用兼容的核心软件，该软件将提供三个重要接口的标准：无人控制系统（UCS）和无人机间的数据传输接口（DLI）；无人控制系统（UCS）和外部指挥、控制、通信、计算机和情报(C4I)系统之间的指挥和控制接口(CCI)；无人控制系统（UCS）和无人机系统操作者之间的人为控制接口(HCI)。

STANAG4586要求所有接口以标准化来实现相互适应性。北约试图在美国的战术控制系统（TCS）和加拿大的飞行器控制计划中实现这个标准协议。

2002年，STANAG4586的最终方案才被军事标准化机构正式批准。采用STANAG4586就是要使用专用的核心软件。该软件可与公用接口一起工作，在无人控制系统（UCS）和无人机间用数 据传输接口（DLI）；在无人控制系统（UCS）和外部指挥、控制、通信、计算机和情报(C4I)系统之间用指挥和控制接口(CCI)；在无人控制系统（UCS）和无人机系统操作者之间用 人为控制接口(HCI)。STANAG4586按以下5级使无人控制系统（UCS）接口达到相互适应性：1级，直接接收二次成像和/或数据；2级，用无人控制系统（UCS）直接接收仪表舱数据；3级在2级基础上，还可用无人控制系统（UCS）控制无人机仪表舱；4级在3级基础上，还可用无人控制系统（UCS）对无人机进行飞行控制；5级在4级基础上，还可用无人控制系统（UCS）发射和回收无人机。

只有满足接口要求的所需条件（如信号和显示参数），信号的适应性才能实现。无人控制系统（UCS）结构和接口将支持新老无人机系统的通信方式和信息格式。也将对不同的标准协议（如：STANAG4545、7024、5500、7085等）产生影响。相互适应的无人控制系统的优越性为：降低系统费用；面对战场多变的情况，具有更大的灵活性；自动化程度进一步提高；数据传输能力明显改善。

四、结束语

由于无人作战飞机的风险小、成本低，而且可以借用一些在战斗机和直升机上运用的成熟 技术和设备，因此很多国家的各军种都在开发和研制不同类型的无人机。从目前研制和使用 的主要无人机，如："全球鹰"、"捕食者"来看，无论从飞机本身，还是其机载设备或系统都在不断地改进和变化，其系统配置也可根据不同的任务需求进行重新配置。由此可见无人作战飞机的发展前景和在未来战场上的作用都是不可估量的。我们也应该借鉴国外的先进技术和现有的成熟技术和设备，推动我国无人机智能化航空电子系统以及光电设备的研究，从而加快我国无人作战飞机的研制速度。

无人机传感器技术的新发展与挑战

The Development and Challenge of Sensor Technology for UAV

南京航空航天大学　马　静　王学栋

摘要：本文说明了无人机传感技术任务范围，分析了发展中可用于无人机的新传感技术，提出未来无人机必须突破的一些传感技术问题。

关键词：无人机　传感器

无人机以其独特的优势成为获取战场情报、进行监视和侦察活动的最佳平台，而其情报、监视和侦察能力的提升更为依赖传感技术的发展。开发设计成本合理、通用性强的无人机传感器，成为无人机发展的长期奋斗目标。

一、未来无人机传感技术任务范围

无人机借助于机载传感器完成如下情报、监视和侦察等任务。

（1）广域侦察。 广域侦察是指大范围成像和仅对选定目标成像。

（2）拒止区侦察 。对禁止飞越的区域进行信息收集。

（3）战术监视/侦察。 对特定的敏感目标连续侦察。

（4）战场情报准备。 对可能发生战斗的区域进行预先信息收集。这是包括为各种最终目的(瞄准、军队防护、部队训练/任务计划、敌方重心位置评估等)进行情报收集的"传统"情报功能。

（5）精确制导弹药瞄准。 对传感器的具体要求是精确指示和成像，提供准确的大地坐标。

（6）城区监视/侦察 。观察城区环境中的目标。微型无人机载传感器主要执行此任务。

（7）部队防护。 防护任务包括周边监视/防御、生化战剂侦测和目标识别。

（8）生化战剂侦测和识别。 这是专用超光谱成像传感器最有希望应用的领域之一，可以被动模式工作，或与激光器一起使用。也可能采用携带探测传感器的无人机。与有人驾驶飞机相比，无人机更适合执行此任务。

（9）战斗毁伤评估 。在敌对环境中，要求GF辨率成像，最好是近实时的。

（10）本土防御。本土防御需要广域长航时监视和用于探测大规模杀伤性武器的专用传感器。

（11）战场模拟/演习 。这是一个要求高精度数字地形测绘的特殊任务。不仅需要进行高精度测量，而且要求计划和行动之间的时间间隔非常短。

二、发展中的无人机传感新技术

为更好地完成无人机的战场任务，各国在传感技术上开发了许多新项目，并尝试在无人机上利用。

（1）多光谱/超光谱成像(MSI/HSI)技术。 多光谱(几十波段)和超光谱(几百个波段)成像是利用全色传感器对目标进行原图像提取，使能从图像中获取更准确的信息。商用卫星产品，如地面遥感卫星或人造卫星定位与跟踪系统，就是使用多光谱成像技术，分辨率达到几米或数十米。预计，超光谱成像技术将在军事上用于探测和识别生化战剂微粒，对气溶胶云的被动超光谱成像可以对非传统攻击提前告警。该项技术可用于战场侦察和本土防御。超光谱成像技术还可以用来有效地对付敌人的普通伪装、隐蔽和拒止(CCD)战术。

在美国，民用和商用领域对多光谱/超光谱成像的研究已建立了一个"现象库"，大大简化了将这类传感器应用于有人机和无人机的难度。为建立特征数据库，某些数据已经出现在公开或商业场合，预计这些传感器在今后10年投入使用。

（2）先进的合成孔径雷达技术。合成孔径雷达技术在不断改进。目前的合成孔径雷达系统可以进行有限相干变化探测，反映图像之间地形的细微变化。用高级算法处理数据，使用相位数据可以改善分辨率，不需要对合成孔径雷达发射机或天线进行升级。各种先进的合成孔径雷达技术需要访问全部的视频相位历史数据流。考虑将此技术应用于无人机，那么无人机就必须采用宽带实时数据链路(可以在地面对信号处理)，或需要有很强的机上处理能力。由于无人机尺寸和重量限制了地面处理能力，难以实现高速率（约274Mbps）传输数据的能力，影响实时数据的获得。不过，可以考虑在机上安装大容量存储器，完成任务后再应用高级数据处理程序（需要全部相位历史信息）处理某些数据。

美国多平台雷达技术插入项目(MP-RTIP)，将在10年内研制出能力更强的合成孔径雷达有源电子控制天线。 "全球鹰"等大型无人机可能应用这项技术。有源电子控制天线可以将任务扩展到空中侦察，因为用有源电子控制天线技术很容易完成空-空行动。基于有源电子控制天线技术的合成孔径雷达系统与共形天线组合，可能具有更好的成像和活动目标指示能力，并可以执行如单向干涉合成孔径雷达等完成的特殊任务。

（3）超高频/甚高频穿透树叶技术。目前有许多研究在解决"树下目标"问题。其中一种方案是采用多波段雷达，用甚高频波长提示超高频雷达，实现更高精度的目标识别。例如，从1997年开始，美国国防高级研究计划局一直在资助高级双波段穿透树叶合成孔径雷达开发项目，国防高级研究计划局和麻省理工学院/林肯实验室共同参与了对该雷达系统的评估。此后，美国空军研究实验室接手双波段穿透树叶合成孔径雷达研究，进一步使这项技术趋于完善。

（4）光探测和测距(LIDAR)技术。 LIDAR是穿过树冠层成像的另一种方法。在现在和计划的试验中，飞行器飞行时，飞行器上的LIDAR成像传感器对指定的感兴趣区域从纵向拍摄几幅图像，传感器便可随时"合成"一幅图像。最初的探测速率远低于典型合成孔径雷达或光电系统。目前该系统仅仅用于演示。

（5）LIDAR成像技术。LIDAR也可能用于透过障碍物成像。在有轻微或中等云层、灰尘和霾时，用精确短激光脉冲，并只捕获返回的第一批光子，就可生成LIDAR图像。通过中等或更大的障碍物(云层厚度超过61m)成像时，输出激光脉冲衰减到原来的1/10000。LIDAR可以透过云和树叶瞬时成像，这时衰减更严重(探测速率更低)。在目前演示中，至少可以满足特定的侦察任务要求。

（6）LIDAR气溶胶照明技术。用主动LIDAR照明目标区域，可以协助探测和识别生化战剂。用激光激励微粒或气云，可以简化特定物质的"指纹"识别方法。与超光谱成像仪一同使用，LIDAR可以进行更快更精确的识别。

（7）核侦测系统。携带核材料探测器的长航时无人机将在未来本土防御中发挥重要作用。根据探测系统的特性，浮空器或类似于美国"全球鹰"的长航时无人机将作为主平台。

三、未来无人机有待突破的传感技术

（1）高清晰度电视视频格式。高清晰度电视正在成为美国防部战术和中空长航时无人机用视频系统的工业标准格式。制定通用格式，可以采用商业现成技术，保证地面终端可以判读视频数据。目前采用的视频系统和数据传输协议并没有标准化，许多都是无法进行互操作的专有系统。有待突破的技术是：用数字格式提高整体图像的质量，减少图像从模拟转换成数字，再转换成模拟的次数；数字视频系统生成的数据的数量增加，需要增加带宽将数据从飞行器传输出去；尚需研究数据压缩和传输技术；还需研究和解决这些技术对现有通信结构、规定的频谱和波段的影响。

（2）焦平面阵列技术。小型和微型无人机激发了对功率、重量和体积要求不高的高性能组件的开发。在美国，商用产品可能只采用军用波段中的几个波段，只有国防部才会要求系统功能更强，电池功率更低，并集成到手持式摄像机中。军方希望开发商能够在这方面进行投资，并尽可能满足军方要求(如红外灵敏度、环境容限和坚固性)。

数字化(在阵列上转换)技术大大提高了数据链中信息的质量，避免了由于反复模拟-数字-模拟转换造成的图像质量下降。因此，多光谱数字焦平面阵列非常重要。另外，希望在传感器和平台之间采用通用焦平面阵列。

（3）灵活的共形天线。价格合理的共形合成孔径雷达天线如果开发成功，无人机就可以更加有效地利用有效载荷空间。

（4）传感器自主性。图像信号处理和网络技术协同发展将推动传感器自动化。首先提高传感器的部分自主性，逐渐提高整个传感器的自主性。希望传感器可以自动搜索符合目标数据库中特性的目标，或自上次观察后变化的目标，或与环境有明显差异的目标，这些传感器模式可以提示操作人员进行近距离观察。计算机处理能力和机上存储器的发展，将进一步提高传感器的自主性。安装在单架飞行器上的传感器系统也可以链接或融合，解决目标鉴别问题。在飞行器上使用先进处理系统，将传感器组合起来，将有助于解决传感器自主性问题。

（5）飞行器自主性。除了传感器自主性，无人机成群执行任务要有效地收集图像和信号，这要求无人机有自主导航和自主定位的能力。

（6）轻型高效电源。对于微型无人机，高功率/重量比的电池很重要，它能使传感器能力达到最高，使续航时间最长。

（7）轻型光学系统和支撑结。轻型光学系统和光学支撑结构能减少飞行器重量。采用复合材料制作光学附件，可以使传感器外壳非常坚硬且重量轻，在各种温度范围和工作条件下保持严格容限。

（8）通信。除了需要更小的战术数据链路之外，携带复杂传感器的大型飞行器需要高性能的通用数据链路，特别是在执行超视距任务方面。

（9）大容量数据存储。机上万亿比特传感器数据存储是处理有人和无人传感器数据的目标。复杂图像或机载雷达数据的相位变化过程的存储可以取代需要近实时中继的超宽带数据链路。同样，超光谱传感器的所有输出的存储允许在执行任务中通过选定的波段传输和在完成任务后对数据充分处理。

攻击型无人机航路规划系统分析

The Analysis of the Attack UAV's Path Planning System

解放军电子工程学院　董世友　龙国庆

摘要：无人机航路规划系统就是根据战场中敌方阵地的威胁分布情况，采用分层的思想来协同多架无人机的航路，同时对无人机的作战资源进行合理分配，实现无人机的最大作战效能。

关键词：攻击型无人机　航路规划　协同攻击

现代战争中防空火力的加强以及雷达系统较强的捕捉能力，导致战时反应时间越来越短，无人机受到敌方威胁程度也随之增大，盲目地进入战场实施攻击会造成极大的损失，简单的人为决策也不可能对复杂多变的战场环境做出客观全面的评价。因此，无人机执行对于时间有精确要求的任务或行动来说，具有协同航路规划的能力显得特别重要。

一、攻击型无人机航路规划系统的特点

对于多架无人机的协同航路规划可以采用分布式方法来解决，即将一个单一庞大的优化问题分解为多个小的、更具有可操作性的子问题。对问题进行分解将使得每一架无人机根据作战任务的要求自主地计算各自的最优航路，这样无人机之间就只需要很少的通信联系就可以知道无人机的状态和威胁环境情况。从整个系统的角度来考虑，各架无人机依据其他无人机信息确定的最优航路就会使得整个系统获得最优的结果。

分布式方法利用协同变量和协同函数，使得协同时间的计算能够达到可接受的通信和计算水平，将在无限维的空间中寻找最优解的问题转变为有限维的问题，避免了"维数爆炸"的问题。该方法应用的基本思想是：多架无人机要想实现协同必须实现信息的共享。无人机可以通过各种途径获得信息，例如：相关位置传感器可以建立与其他无人机的位置信息，该信息通过无线电网络在无人机之间进行传递交换；战场信息在无人机起飞前预编程到机载计算机中。无人机的编队飞行中，首机的状态构成了协同变量，其他无人机的行动参考首机完全确定下来。无人机还可以利用与一个理想位置的偏离距离来进行协同规划，每一架无人机的状态依赖于与其相邻最近的无人机，把与理想的偏差作为协同变量。一般来说，协同变量都是离散的，例如协同任务分配。单架无人机的行动依赖于任务分配变量，此时任务分配变成协同变量。

在协同规划中，除了协同变量外，另外一个重要的概念是协同函数。协同函数是以协同变量为变量的函数。其核心思想是：通过协同变量的变化来影响目标函数的变化，改变协同变量可以实现协同函数的最优。在跟随飞行中，就是通过跟从飞机的轨迹跟踪误差来调整首机的飞行状态。

在协同规划的问题中，任务实施的时间成为非常重要的因素。多架无人机到达目标的时间(ETA或者TOT)作为协同变量，协同函数描述了协同变量的改变导致整体无人机编队代价的改变，无人机之间的通信来传递协同函数和协同变量。该方法不仅能够满足协同时间的要求，而且协同变量和协同函数减少了问题的维数和复杂性，使其变得易于处理。因为在空中，连接起始点到目标点通过障碍或者威胁有无数多个可行解。采用图论中的Voronoi图可以把无穷多个解限制在有限的威胁回避的解空间中，可以通过搜索方法来快速得到最优解。另外，该策略需要重要信息的传递来获得协同时间的实现。如果采用全局优化方法，要想确定整体的最优时间就需要知道所有无人机的状态信息以及威胁和目标的位置，甚至对于一个较小数目的无人机来说，要想通过全局优化算法来确定最优时间以及获得每一架无人机的轨迹，则需要过多的通信带宽，并且由于决策变量数目多而实现起来非常困难。通过协同变量和协同函数简化了任务，不需要确定所有无人机的轨迹状态，只是把非常重要的时间信息通过协同变量来表示。将整体编队的到达时间作为协同变量，无人机轨迹就可以利用分布式的方法进行求解。这种协同航路规划的分解使得问题大大简化，减少了无人机之间的通信信息，提高了隐蔽性。

二、攻击型无人机航路规划系统的内容

对多无人机系统而言，协同工作主要包括下述内容。

（1）多无人机系统内的航路规划和任务分配。将某项作战任务分解为一些子任务并分配给系统中的各架无人机去完成。例如：有M架无人机要对N个目标进行攻击，如何对这些无人机进行分配要根据单机的作战效能以及目标的威胁程度进行相应的合理的分配，首先，任务规划系统要选取其中的几架进行攻击，以及对目标的攻击顺序等进行处理。

（2）多无人机系统共享资源的协调。为完成所分配的任务，合理地将系统中的共享资源(包括通信、控制系统以及各种信息等)分配给各架无人机使用。要求具有较强的数据通信能力以及数据融合的能力，无人机之间要进行最低限度的通信，即能实现相互协同，又能实现隐蔽性，不容易被敌方侦察或者干扰。

（3）多无人机系统的协同航路规划。生成各架无人机的协同任务航路。

（4）多无人机系统之间的协同控制。多无人机系统共同完成某项任务时的各架无人机协调操纵及其控制。

三、攻击型无人机航路规划结构图

要为分布式无人机系统发展可行的协同航路规划方法（系统）存在很多的困难和挑战。其中主要的问题是，要获得无人机整体最优航路将涉及到大系统的非线性最优化问题，该问题的求解非常复杂。在实时条件下对信息进行快速处理计算也是一个难点。协同航路规划的复杂度随着环境的变化而增加，在军事任务中，航路规划必须能够对于突然出现的威胁(pop-up)或者对于未预料的战场环境的变化做出快速反应，同时为了获得很好的隐蔽性，无人机之间的通信必须严格限制，尽量减少通信量。军事任务都具有时间限制的要求，协同航路规划必须协同任务的执行时间，使得编队的目标能够实现。最后产生的轨迹必须满足无人机的动态约束条件。

根据无人机执行任务的不同阶段和范围，将任务规划系统分为三个层次：协同航路规划部分、航路点轨迹平滑部分、轨迹跟踪部分。这种分层的方法有利于简化问题描述，同时可以根据各层次不同的侧重点针对性地解决问题。首先，图1中的协同航路规划层（CWPP）根据任务确定优化函数，通过预先侦察的敌方阵地的威胁分布情况，产生满足多架无人机协同要求的航路点，这些航路点按顺序连接起来后形成的折线段并不是可以飞行的航路，必须经过光顺处理，使其满足无人机过载要求；然后，航路点的轨迹平滑部分（DTS）产生以时间为变量的轨迹，满足协同的要求和无人机动态性能的要求，轨迹跟踪部分（TT）利用惯性坐标和方向信息来产生理想的飞行高度、速度和航向；最后，将这些指令送入自动驾驶仪用来控制无人机的飞行。

为了实现上面的要求，航路规划必须满足：(1)平滑由航路点构成的初始航路，使新的航路与初始航路有最小的偏离；(2)满足曲率和速度的限制；(3)保证规划后的航路能保证无人机同时到达；(4)算法有较高的效率，满足实时性要求。

在线航路规划只是飞行指令生成器的部分功能，仅仅形成飞行指令的基本框架，是飞行指令生成的基本步骤。为了提高无人机执行攻击任务的生存能力，飞行指令必将包括飞行轨迹指令、飞行姿态指令和机载设备控制指令等，所以还需要进一步研究下列问题：（1）危险模型的正确描述；（2）规划方法的指标函数及其加权系数特性；（3）规划方法的实时性。

四、结论

综合航路规划系统在无人机飞行前和飞行过程中进行航路规划、资源协调，当作战任务或战场环境改变时，多架无人机仍能通过系统的调整来完成任务。整个规划系统由威胁评估、任务规划、航路规划、战术决策以及地面控制中心等子系统组成，并在控制中心系统的协调和支配作用下，实现对攻击型无人机系统的航路规划和实时重规划。规划系统所给出的具体规划结果包括作战飞机资源分配、敌方目标分配和飞行路径。

多无人机控制与定位系统的研究

Study on Control and Orientation System of Multi Unmanned Aerial Vehicles

中国科学院安徽光学精密机械研究所　胡　军　都基焱　刘文清

摘要：介绍了对无人机测控系统的要求，着重分析了实现多无人机控制与定位需要解决的核心问题，提出了多无人机系统的空间定位方法，进一步探讨了中继式无人机的数据传输原理。

关键词：无人机　中继无人机　控制与定位　中继传输

无人机是一种以无线遥控或自身程序控制的飞机。它的研制成功和战场使用受到各国军队的青睐。它作为一种侦察手段，以其成本低、生存能力强、体积小、重量轻、机动性好、无人员伤亡和被俘虏的风险等特点，在现代战争中发挥了很好的作用，并使许多国家的军界人士对无人机的重要性和功能有了新的认识，同时，给无人机的发展注入了新的活力。

一、对无人机测控系统的要求

无人机在现代历次战争中发挥的作用，确定了它在现代和未来战争中的地位，从而也对其测控系统提出了更高的要求。

无人机控制系统有分散体制，也有统一系统；采用的方式有无线电指令控制，或预编程控制，或者两者结合；定位方法可分为数据线相关和无关技术，相关技术依靠现有的或特定的通信数据线附加特征来给出所需的定位特征，无关技术则需要其他系统提供位置。

在战术场合下，无人机远离我方的信号源，靠近敌方干扰机，所以抗干扰技术必不可少。扩频技术具有抗多径特性和相关特性，在无人机系统中能提供较好的测距、定位、通信及制导作用，所以现代无人机多采用扩频技术。另外，采用光纤链路也可以有效地改善任务的灵活性、数据的BM性及抗干扰性。

目前，无人机用的大多数是地基精密跟踪系统，局限于单机作战，而对于实战环境下多个无人机的跟踪与控制，是一个比较难解决的问题。如果同时控制多个无人机，则需要在波束的运动中使每个无人机都保持在波束内。如果受控无人机超出无线电作用范围，则需要采用中继系统以扩大作用范围。对密集编队无人机的控制，要求以高精度测出其间隔和姿态以防止事故和保持要求的飞行图。

二、多无人机测控系统的实现原理

多无人机的目标控制一般有两种情况，即一个控制站控制多个无人机或多个控制站控制多个无人机。这两种体制在国外均有研究。在目前实战条件下，最有可能出现的多无人机情况是中继无人机带任务无人机，以解决战争环境中对扩展通信距离的要求。

1.多无人机自动控制系统的终端监控

由于无人机执行任务的时间增加，一个操作员要负责多个无人机，为此，多无人机自动控制系统首先要解决的问题是，操作员如何有效地监控无人机系统的所有数据，并解释数据、做出判定。对此，多无人机测控系统的终端监控应具备这样的功能：如果发动机或其他飞行系统出现异常，必须尽早认识到该异常并估测可能的结果；在中继飞行器起飞前，必须考虑与突防飞行器的通信线路，必要时要做出是否终止任务的决定，让所有飞行器返航，或者是派出备用的中继无人机来继续该任务；在返航回收有故障的飞行器时,要提供最短的返航路径；在考虑这些问题及制订最佳方案的同时，还要将所有飞行器的现有数据在有例外的情况下继续进行评估等。

美国陆军导弹指挥部研究发展与工程中心提出了一种专家系统技术。此专家系统原理基于三个条件:（1）精确的制导，使其定向数据天线精确地指向飞行器；（2）遥控数据与指令在一个短数字脉冲内发完，这样所有的飞行器可使用一条数据线；（3）使用该技术的无人机系统均可获得所有的关键参数。该系统具有两层功能:第一，指明要评价的参数以及异常情况下的行动；第二，说明如何评价该参数。例如，通过测量油压及气缸的温度可评价发动机的状况，如果有严重的机械故障在飞行中不能解决，则做出决定将飞行器返航回收。在实现返航之前，首先要申请替换飞机并提出飞机类型(中继或突防)。如果飞行器为突防型，则通过路由预计划器获得从当前位置返航的最佳路径，装入导航信息并命令飞行器开始返航；如果飞行器为中继型，在准备离站时，首先要确定受其影响的突防飞机数，并计算出替换中继飞行器到站所需的时间；然后测出每架突防飞机所剩的油料，并估算等待中继机替换所需的油料及完成任务所需的油料，如果油料不足，则指令突防飞机返航，如果油料足够且飞行器未在最佳待机高度，则指令其开始爬升处于待机状态，接着必须测试飞行器被威胁雷达跟踪的可能性，如果有，则突防飞行器也要返航，如果没有，则其形成待机状态直到替换中继机到站为止。在待机状态下，对发动机、数据线、自动驾驶仪及飞机参数等都要同时进行评价，判断对错，并采取必要的行动等。

2.多无人机系统的信号传输与定位

（1）多无人机系统的信号传输。无人机系统要求宽带宽频线路，所以只能采用在视频路径上通信的高频传输，频率在1GHz以上，而且为满足频谱设计规程，频率经常要在5.52～5.67GHz或14.62～15.67GHz波段内。因此，当无人机通信受地球表面曲率及障碍物(如小山)等因素的限制，就必须通过在该地区高空配置一个中继无人机来克服。

任务无人机(RPV)一旦发射，它便在地面控制站(GCS)的直接控制之下。在任务无人机飞出地面控制站的范围之前，通信线路必须从直接控制转化为中继传输，这种情况下确保任务无人机在交接中和交接后的控制是很重要的。应该避免采用多频率和不同的空中飞行器进行通信的方式，因为当不同的空中飞行器用不同的频率进行信息传输时，在控制转换中地面控制站就必须改变任务无人机的接收频率。如果通信中继的连续通信不能建立，则将永久丢失对任务无人机的控制。

最好是在一个地面控制站控制下对所有飞行器都用同一个频率信道控制，每个飞行器用一个报头来标志，而且对每个飞行器是唯一的，带有单独的控制信息，这些信息用一个脉冲串时分多路复用的方式发送。交接时，地面控制站将把任务无人机的信息报头改为一个由中继接收机识别的新报头，中继器对信息进行解码，并在再传输之前，将报头转换为适应于指定的任务无人机的信息，这样，任务无人机接收机(即其频率)没有任何变化。如果中继信息不能通过，地面控制站能在任务无人机飞出其视线范围之前回复到直接报头传输，以便建立任务无人机的控制。

（2）多无人机系统的空中定位。中继系统下的无人机定位可使用GPS系统。GPS接收机可安装在两个任务无人机上，但载荷负担的限制使这种定位方案难以实现。比较好的方法是采用现有的通信线路，以类似于单无人机定位的方法来实现。以下是两种比较典型的定位方案。

一种是采用三角方法来确定任务无人机的位置，如图l所示。只进行两次距离测量，不需要方位测量。其直接的缺点是需要两个中继无人机，而且要利用距离/方位测量技术在地面控制站确定每个飞行器的位置。地面控制站必须接收来自一个方向的传感器数据，同时又能与不同方向的第二个中继机进行通信，这意味着地面控制站要使用两个天线或一个多波束天线。所获得的定位精度将取决于两个中继机之间的基线长度，这可能限制有效飞行器的操作范围。

另一种定位方式是只采用一个中继无人机，其位置由距离和方位确定，如图2所示。地面控制站只在一个方向进行通信，需进一步建立任务机相对中继机的距离r2、中继方向θ１和任务机相对中继机的方位角θ２等三个参数，方可确定任务无人机的位置。

三、多无人机系统的信息传输原理

多无人机系统由任务机(ADT)、中继机(APR+ADT)和地面站组成，地面站又分为主站（GDS）、机动站（MCS）和单收站(RVT)三种，主控站和小型机动站可以分别独立地完成对无人机跟踪和测控任务。中继无人机系统可对距离400～600km的无人机进行遥控、遥测、侦察视频信息的传输，以及对无人机的跟踪定位。在近距离条件下，不需要中继无人机，地面站可以直接对任务无人机进行跟踪和测控。地面单收站布于前沿，仅用于接收中继机或任务侦察信息和遥控数据，系统组成如图3所示。

此系统采用扩频"四合一"测控与信息传输体制，即上行遥控指令先加密，然后采取直接序列扩频的上行传输，下行图像数字化压缩与遥测复合共用信道传输，直接接收下行宽带信号进行单脉冲跟踪测角，综合利用上行遥控信息和下行图像遥测信息帧进行测距，另外，地面站与无人机之间，上行链路还备有UHF备用通道。地面站将控制中继机和任务机的遥控指令，由终端处理机编码、加密、扩频后，通过遥控发射机发往中继机或任务机，中继机接收到地面站发来的上行遥控信号，经过放大、解扩、解调后，取出中继机遥控指令送往中继机飞控计算机，同时将任务机的遥控指令通过机载中继数据终端发往任务机。任务机将侦察信息数字压缩与遥测复合，经图像遥测发射机发往中继机,中继机接收到任务机发来图像和遥测数据后，与中继机遥测数据复合，通过机载数据终端发往地面，机动站进行直接处理和显示。地面站通过计算地面到中继机的距离和方位及中继机到任务机的距离和方位实现对任务机的自主辅助定位。

四、结束语

有关无人机测控技术的研究在我国刚刚起步，有很多技术有待于研究开发，尤其是多无人机测控系统方面。例如，如何实现一站多机，如何实现多站多机，中继式系统中如何实现一个中继机带多个任务机的控制方式等。这些研究不仅要考虑技术上的实现，而且还要考虑如何方便部队使用，如何更有效地发挥无人机系统战斗力等问题。本文对多无人机系统的测控仅作了分析式探讨，以供参考。

系统工程学在无人机研制中的应用

Application of System Engineering to Development of　UAV

西北工业大学　马晓平

摘要：本文从分析建模、系统仿真、系统评价和决策分析四个方面，论述系统工程学指导无人机研制的重要意义。

关键词：系统工程学　无人机

科学技术的突飞猛进和世界经济的迅速发展，推动了系统工程学的发展。随着各类大型工程和综合开发项目日益增多，当前多学科交叉和集成问题已经受到普遍的关注，系统工程学在解决这类多学科优化问题方面有独特的作用。正如我国著名科学家钱学森所说："系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法"。"系统工程是一门组织管理的技术"。无人机研制是一项综合性很强的高新技术，将系统工程学应用于无人机研制过程，将起到事半功倍的作用。