多用途無人機(jī)在靶場(chǎng)中的應(yīng)用

李寧 馬順南(91550部隊(duì),遼寧大連 116023)

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多用途無人機(jī)在靶場(chǎng)中的應(yīng)用

李寧 馬順南
(91550部隊(duì),遼寧大連 116023)

【摘 要】傳統(tǒng)測(cè)控模式在低空大航程飛行器測(cè)控、常態(tài)化校飛、空中通信中繼、試驗(yàn)的全程可視化、目標(biāo)特性測(cè)量等方面存在著不足,如能建設(shè)一套多用途無人機(jī)將極大程度的提高靶場(chǎng)對(duì)測(cè)控系統(tǒng)試驗(yàn)的保障能力。本文分析了傳統(tǒng)測(cè)控模式存在的不足,提出了靶場(chǎng)建設(shè)多用途無人機(jī)用于測(cè)控系統(tǒng)的構(gòu)想,并分析了建設(shè)效益。

【關(guān)鍵詞】靶場(chǎng) 多用途 無人機(jī)

1 引言

傳統(tǒng)測(cè)控模式可以理解為測(cè)控裝備布設(shè)于地面，對(duì)航天飛行器進(jìn)行測(cè)控，主要包括對(duì)飛行器回傳的遙測(cè)信號(hào)進(jìn)行接收與解調(diào)、對(duì)飛行器進(jìn)行外測(cè)和實(shí)施實(shí)時(shí)必要的安控。隨著武器裝備的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)提出了更多的要求。例如除了傳統(tǒng)的遙測(cè)、外測(cè)和安控功能外，還期望獲取飛行器的紅外目標(biāo)特性、電磁散射特性，并對(duì)反電子干擾、電子欺騙和電子對(duì)抗能力等進(jìn)行評(píng)估。此外，傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)在低空大航程測(cè)控試驗(yàn)、常態(tài)化校飛試驗(yàn)保障，遠(yuǎn)海試驗(yàn)通信保障、試驗(yàn)全程可視化等方面存在著不足。

綜上所述，靶場(chǎng)若能建設(shè)一套具備空基測(cè)控、常態(tài)化校飛、通信空中中繼、空中實(shí)況攝錄和目標(biāo)特性測(cè)量等能力的飛機(jī)平臺(tái)，可以有效解決制約靶場(chǎng)試驗(yàn)的多項(xiàng)技術(shù)問題，并大幅度提升靶場(chǎng)的綜合試驗(yàn)?zāi)芰?。截至目前，我國已有各型?hào)無人機(jī)1000多款，載重從幾千克到幾百千克、飛行高度從幾十米到十幾千米、續(xù)航從幾千米到幾千千米、航時(shí)從幾十分鐘到幾十小時(shí)、速度從幾十千米/小時(shí)到亞音速應(yīng)有盡有，且在使用適應(yīng)性與安全性方面有了很大進(jìn)步，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已能滿足靶場(chǎng)實(shí)際需求。本文從靶場(chǎng)的實(shí)際需求與實(shí)際能力差距出發(fā)，論述多用途無人機(jī)在靶場(chǎng)的應(yīng)用。

2 多用途無人機(jī)建設(shè)的必要性

對(duì)于現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)測(cè)控模式主要在以下幾方面存在著不足，其中某些方面已經(jīng)成為制約現(xiàn)代海軍靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定能力的瓶頸。

2.1 低空大航程目標(biāo)測(cè)控能力不足

傳統(tǒng)的地基測(cè)控在對(duì)低空大航程飛行器測(cè)控能力方面存在著嚴(yán)重不足。由于目標(biāo)飛行高度低，很容易超出視距，要完成目標(biāo)的全程測(cè)控，需要在整個(gè)測(cè)控區(qū)域布設(shè)大量的地面站及相應(yīng)的測(cè)控裝備，投入大量的人力物力和財(cái)力。若測(cè)控站點(diǎn)數(shù)量不足，測(cè)控系統(tǒng)在部分段落不能完全覆蓋航區(qū)。在不進(jìn)行大量布設(shè)地面測(cè)控站點(diǎn)的條件下，一種折中的辦法是提高飛行器的飛行高度來完成測(cè)控系統(tǒng)全程覆蓋。但該試驗(yàn)條件與被鑒定對(duì)象的實(shí)際需求狀態(tài)不相符，無法真實(shí)的考核飛行器的性能。如采用天鏈數(shù)據(jù)中繼，由于同步衛(wèi)星軌道高度高，飛行器遙測(cè)信號(hào)發(fā)射功率低，天線增益較小，不具備實(shí)時(shí)傳輸高碼率測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的能力，實(shí)時(shí)僅能傳輸較低碼率的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，不滿足實(shí)際測(cè)控需求。如能采用空基測(cè)控模式，利用飛機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行伴飛，則可利用飛機(jī)“站的高、看的遠(yuǎn)”的特點(diǎn)，擴(kuò)大測(cè)控系統(tǒng)的覆蓋范圍，具備相應(yīng)測(cè)控保障能力。

2.2 常態(tài)化校飛保障能力不足

校飛目前仍是驗(yàn)收高精度測(cè)量裝備和測(cè)控系統(tǒng)精度鑒定的主要手段。在新研裝備出場(chǎng)驗(yàn)收或測(cè)控系統(tǒng)精度鑒定時(shí)，需要將測(cè)控合作設(shè)備加裝到飛機(jī)上，通過校飛試驗(yàn)考核裝備或測(cè)控系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)和整體性能，發(fā)現(xiàn)并解決存在的技術(shù)問題。

靶場(chǎng)校飛試驗(yàn)通常需協(xié)調(diào)調(diào)用外單位飛機(jī)，在實(shí)際使用中存在諸多不足：一是協(xié)調(diào)動(dòng)用難度大。飛機(jī)作戰(zhàn)訓(xùn)練戰(zhàn)備任務(wù)繁重，調(diào)動(dòng)使用困難，特別是在國家未來重點(diǎn)發(fā)展高精度武器裝備的背景條件下，后續(xù)校飛試驗(yàn)需求量加大，協(xié)調(diào)調(diào)用外單位飛機(jī)無法支持靶場(chǎng)常態(tài)化校飛試驗(yàn)；二是校飛試驗(yàn)效率低。由于飛機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)距離遠(yuǎn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)場(chǎng)難度大、周期長(zhǎng)，受起降風(fēng)力等氣象因素制約，通常需要一個(gè)星期或更長(zhǎng)時(shí)間，才能完成1個(gè)架次的飛行，長(zhǎng)周期的校飛試驗(yàn)嚴(yán)重影響任務(wù)進(jìn)度；三是飛機(jī)加改裝頻繁。更換飛機(jī)即需重新選擇飛機(jī)進(jìn)行加改裝，根據(jù)需求的不同，加裝不同的機(jī)載設(shè)備也需要對(duì)飛機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的改裝，改造周期較長(zhǎng)；四是任務(wù)消耗大，由于校飛試驗(yàn)效率低，造成飛機(jī)保障消耗費(fèi)用較高，同時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的待命準(zhǔn)備、飛機(jī)的頻繁加改裝也造成地面設(shè)備、人員的消耗較大。如采用高效便捷的無人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行校飛，能更便于靶場(chǎng)完成裝備或測(cè)控系統(tǒng)的精度鑒定工作，提高試驗(yàn)效率。

2.3 遠(yuǎn)海試驗(yàn)通信保障能力不足

以往海軍靶場(chǎng)試驗(yàn)主要集中于近海區(qū)域，海面通信保障較大程度依賴于岸站微波系統(tǒng)，對(duì)海通信保障能力僅限于近海有岸站微波系統(tǒng)保障的區(qū)域。受到視距限制和海面多徑效應(yīng)的影響，岸站微波系統(tǒng)作用距離較近，能夠保障的通信帶寬較小，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)試驗(yàn)指揮保障而言，僅具備保障部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸能力。

在海軍從淺藍(lán)走向深藍(lán)的大背景下，仍延續(xù)使用低帶寬小范圍的岸站微波對(duì)海通信保障模式已經(jīng)無法滿足后續(xù)試驗(yàn)任務(wù)需求。當(dāng)試驗(yàn)區(qū)域遠(yuǎn)離陸地，艦載船載通信裝備不能與岸上通信設(shè)備通視，會(huì)造成指揮信息、測(cè)量數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)傳送到指揮所，給試驗(yàn)的指揮、協(xié)同帶來很大難度，甚至成為試驗(yàn)方案能否成立的瓶頸。如果采用無人機(jī)進(jìn)行空中通信中繼，利用無人機(jī)飛行高度高的特點(diǎn)，可大大增加岸站微波通信裝備的視距，減小海面多徑效應(yīng)的影響，提高通信保障范圍和保障能力，有效解決遠(yuǎn)海試驗(yàn)通信能力受限的問題。

2.4 試驗(yàn)全程可視化保障能力不足

視頻圖像是測(cè)控試驗(yàn)中的一種重要信息，其對(duì)試驗(yàn)指揮、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定，特別是故障彈的分析判斷具有重要意義。由于海軍武器裝備試驗(yàn)的任務(wù)特點(diǎn)，試驗(yàn)航區(qū)一般遠(yuǎn)離陸地，受地理位置限制，通常只能在發(fā)射區(qū)和落區(qū)布設(shè)少量的實(shí)況攝錄設(shè)備，獲取部分段落的實(shí)況信息，無法獲取目標(biāo)飛行關(guān)鍵動(dòng)作(如助推器分離、發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)間分離、航路拐點(diǎn)、爬升及俯沖等)的清晰實(shí)況。依托直升機(jī)的便攜式廣角攝錄裝備，由于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)條件所限很難穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，獲取圖像清晰度不夠，且存在一定安全隱患。

如在無人機(jī)上加裝實(shí)況攝錄裝備，采用飛機(jī)與目標(biāo)伴飛攝錄的方式，則可以獲取目標(biāo)起飛、巡航直至下落的各飛行段落的實(shí)況信息，多角度的獲取試驗(yàn)任務(wù)圖像數(shù)據(jù)，形成測(cè)控系統(tǒng)試驗(yàn)全程可視化的保障能力。

2.5 目標(biāo)特性測(cè)量保障能力不足

目標(biāo)特性是測(cè)控目標(biāo)本身的一種屬性，主要包括目標(biāo)的紅外特性與電磁散射特性，是武器生存和突防的關(guān)鍵因素。為提升武器的生存和突防能力，新一代的武器系統(tǒng)鑒定必須考慮武器本身的目標(biāo)特性，武器的目標(biāo)特性測(cè)量將會(huì)是靶場(chǎng)今后的一項(xiàng)重要試驗(yàn)內(nèi)容。

對(duì)于目標(biāo)特性的鑒定，僅僅依靠靜態(tài)測(cè)試不能對(duì)其進(jìn)行客觀測(cè)量，需進(jìn)行動(dòng)態(tài)條件下的多方位的測(cè)量與統(tǒng)計(jì)分析，例如在試驗(yàn)時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)在動(dòng)態(tài)條件下不同方位、俯仰角度的目標(biāo)的紅外特性和電磁散射特性。為滿足今后大量的目標(biāo)特性測(cè)量任務(wù)需求，提升靶場(chǎng)自主保障能力，有必要建設(shè)靶場(chǎng)自主的飛機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行目標(biāo)特性測(cè)量。

3 靶場(chǎng)無人機(jī)的主要應(yīng)用

3.1 空基轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)

空基轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)適用于含遙測(cè)、BD/GPS(接收機(jī)方式)、安控信息的武器飛行試驗(yàn)?？栈D(zhuǎn)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)安裝在飛機(jī)上，伴隨目標(biāo)飛行，由相控陣天線跟蹤并接收遙測(cè)、BD/GPS測(cè)量信息。接收到信號(hào)分為兩路，一路信號(hào)經(jīng)遙測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器后轉(zhuǎn)發(fā)給地面或艦船上的測(cè)控設(shè)備，由測(cè)控設(shè)備完成對(duì)遙測(cè)信號(hào)的接收解調(diào)，處理后傳輸給指控中心；另一路信號(hào)經(jīng)機(jī)載遙測(cè)接收解調(diào)設(shè)備進(jìn)行解調(diào)處理后通過機(jī)載衛(wèi)通天線經(jīng)衛(wèi)星傳給地面衛(wèi)通設(shè)備，再由衛(wèi)通設(shè)備傳送給指控中心。

在試驗(yàn)出現(xiàn)問題需要對(duì)目標(biāo)采取安全控制措施時(shí)，可通過兩種方式發(fā)送按控指令。一種方式是由測(cè)控設(shè)備向空基轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)發(fā)送安控指令，系統(tǒng)經(jīng)相應(yīng)處理后，轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)，完成航區(qū)安全控制任務(wù)；另一種方式是由測(cè)控設(shè)備發(fā)送安控指令到衛(wèi)通設(shè)備，由衛(wèi)通設(shè)備將安控指令信息經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)至空基轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)控系統(tǒng)，再發(fā)送給測(cè)控目標(biāo)，完成航區(qū)安全控制任務(wù)。這樣，通過無人機(jī)的“中繼”，可完成對(duì)目標(biāo)的遙測(cè)、BD/GPS測(cè)量和安全控制任務(wù)。

當(dāng)飛機(jī)加裝空間、載重和供電等因素受限不能加裝機(jī)載遙測(cè)解調(diào)設(shè)備時(shí)，可使用地面裝備接力測(cè)控，由于飛機(jī)飛行高度高，與地面裝備通視距離遠(yuǎn)，對(duì)低空大航程目標(biāo)測(cè)控可大大減少所需布設(shè)的地面站數(shù)量。當(dāng)飛機(jī)加裝了機(jī)載遙測(cè)解調(diào)設(shè)備時(shí)，測(cè)控試驗(yàn)可不依賴于地面測(cè)控站，僅利用無人機(jī)的衛(wèi)通鏈路完成全部航程的測(cè)控任務(wù)。

3.2 常態(tài)化校飛試驗(yàn)系統(tǒng)

測(cè)控系統(tǒng)需要通過專項(xiàng)試驗(yàn)考核系統(tǒng)的功能、協(xié)調(diào)性，發(fā)現(xiàn)并解決裝備存在的技術(shù)問題，考核系統(tǒng)的可靠性和測(cè)量精度等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，為完成試驗(yàn)測(cè)控任務(wù)打下基礎(chǔ)，也為試驗(yàn)決策提供依據(jù)。對(duì)于新研或改造的大型裝備，也需要通過專項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)行靶場(chǎng)驗(yàn)收。從國內(nèi)靶場(chǎng)的通用作法來看，校飛試驗(yàn)是最有效的方法。

靶場(chǎng)校飛試驗(yàn)對(duì)測(cè)量設(shè)備或測(cè)控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟蹤性能、工作的協(xié)調(diào)性、測(cè)量元素的精度鑒定，目前常用的方法是攜帶合作目標(biāo)(應(yīng)答機(jī)、信標(biāo)機(jī)、遙測(cè)信號(hào)源、發(fā)射機(jī)和目標(biāo)模擬器等)的飛機(jī)，在預(yù)定航路上按照一定的飛行工況飛行，被鑒定的設(shè)備和作為比較標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備同時(shí)跟蹤飛機(jī)，事后通過對(duì)被鑒定設(shè)備跟蹤參數(shù)的分析及測(cè)量元素的數(shù)據(jù)處理，評(píng)價(jià)其動(dòng)態(tài)跟蹤性能和測(cè)量精度?？梢詸z驗(yàn)測(cè)量設(shè)備的技術(shù)性能；鑒定設(shè)備的綜合測(cè)量精度；同時(shí)檢驗(yàn)設(shè)備的工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸、錄取、處理及軟件設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。

采用無人機(jī)校飛具有如下優(yōu)勢(shì)：一是利于飛機(jī)改裝，便于加裝所需的應(yīng)答機(jī)、信標(biāo)機(jī)、發(fā)射機(jī)及天線等任務(wù)載荷；二是可以多次飛行，獲取足夠的測(cè)試結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)，提高對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的性能評(píng)估、精度鑒定的可信度；三是自主性強(qiáng)，可以大大提高校飛試驗(yàn)效率。

3.3 無人機(jī)空中通信中繼系統(tǒng)

隨著武器性能的提升、航程的增大，要求試驗(yàn)航區(qū)進(jìn)行拓展，由近海逐步向遠(yuǎn)海和陸地縱深發(fā)展，測(cè)控系統(tǒng)對(duì)通信保障的要求也相應(yīng)提高，主要表現(xiàn)為：遠(yuǎn)距離、大帶寬。

無人機(jī)空中中繼通信利用無人機(jī)裝載無線電中繼通信設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)地面大覆蓋范圍的通信，是一種非常有前景的通信方式。無人機(jī)是可以重復(fù)使用的平臺(tái)，該方式與地面微波中繼通信方式類似，與地面微波中繼相比，通信保障距離更遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)明顯。采用無人機(jī)空中通信中繼具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：一是適用于特殊地形，飛機(jī)飛行高度高，減小了地形、建筑物、樹林和海面等引起的多徑衰落影響，電波傳播路徑開闊，減少了阻擋和反射；二是通信距離遠(yuǎn)，無人機(jī)在高空飛行，可以減少地球曲率對(duì)電波視距傳播造成的影響，增大通信距離，例如無人機(jī)的飛行高度為10km時(shí)，通信覆蓋半徑可達(dá)357km，與機(jī)載衛(wèi)通設(shè)備聯(lián)合使用，通信保障范圍可達(dá)數(shù)千公里；三是機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，高空高速無人機(jī)飛行速度可達(dá)亞音速，應(yīng)急反應(yīng)速度快，配合便攜式微波通信設(shè)備，可作為通信保障的重要應(yīng)急手段，經(jīng)過事先演練和準(zhǔn)備，可迅速抵達(dá)幾百公里外的目標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)急通信保障。

3.4 無人機(jī)空中實(shí)況攝錄系統(tǒng)

在無人機(jī)上加裝實(shí)況攝錄裝備，測(cè)控時(shí)伴隨目標(biāo)飛行，并實(shí)時(shí)根據(jù)光測(cè)圖像數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，可形成測(cè)控試驗(yàn)全程的可視化能力，特別是能夠獲取目標(biāo)飛行關(guān)鍵動(dòng)作(如助推器分離、發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)間分離、航路拐點(diǎn)、爬升及俯沖等)的清晰實(shí)況。在飛機(jī)與地面通信裝備通視時(shí)，實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)可通過地面通信裝備接收，然后回傳至指控中心；在飛機(jī)與地面通信裝備不通視時(shí)，實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)可利用機(jī)載衛(wèi)通系統(tǒng)將圖像發(fā)送至衛(wèi)星，由地面衛(wèi)通系統(tǒng)接收后回傳至指控中心，當(dāng)飛機(jī)不具備衛(wèi)星通信能力時(shí)，可采用地面通信裝備接力的方式回傳圖像數(shù)據(jù)，以飛機(jī)飛行高度10km為例，適當(dāng)選擇通信裝備布設(shè)位置，兩個(gè)地面通信站便可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)1400km范圍測(cè)控帶的覆蓋。

3.5 無人機(jī)目標(biāo)特性測(cè)量系統(tǒng)

將目標(biāo)特性測(cè)量裝備加裝于無人機(jī)平臺(tái)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的多角度的特性測(cè)量，主要包括紅外特性和電磁散射特性測(cè)量。紅外特性測(cè)量可以獲取目標(biāo)的紅外特性數(shù)據(jù)，特別目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)條件下的紅外目標(biāo)特性，對(duì)于武器的生存與突防能力的提升具有重要意義。單架飛機(jī)進(jìn)行電磁特性測(cè)量可以獲取目標(biāo)的后向散射特性，例如目標(biāo)的RCS測(cè)量、極化特性測(cè)量，還可以測(cè)量目標(biāo)的角閃爍特性和多普勒微動(dòng)特性等；兩架或多架飛機(jī)協(xié)同進(jìn)行電磁特性測(cè)量時(shí)，還可以獲取目標(biāo)的非后向散射特性，這對(duì)于研究目標(biāo)的反隱身具有重要意義。對(duì)目標(biāo)電磁特性測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和特征識(shí)別方面的研究，對(duì)目標(biāo)識(shí)別和武器精確制導(dǎo)具有特別重大的意義。

4 結(jié)語

多用途無人機(jī)系統(tǒng)建成后，將大大提升海軍靶場(chǎng)的試驗(yàn)保障能力，具有較高的軍事效益。主要表現(xiàn)在以下幾方面：一是提升對(duì)低空大航程飛行目標(biāo)的測(cè)控能力。二是具備校飛常態(tài)化的保障能力，特別是高精度測(cè)控系統(tǒng)校飛試驗(yàn)的保障能力。三是大大提高遠(yuǎn)海試驗(yàn)的通信保障能力。四是形成試驗(yàn)的全程可視化能力。五是形成目標(biāo)特性測(cè)量的自主保障能力，提高靶場(chǎng)試驗(yàn)效率。

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作者簡(jiǎn)介:李寧(1981—),男,博士,工程師,研究方向:測(cè)控總體技術(shù)。