試論民用無(wú)人機(jī)作為防空靶機(jī)的方法及可行性

付強(qiáng)+李鳴+徐艷+馬德有

摘要：本文結(jié)合地面防空裝備的訓(xùn)練過程，指出了目前靶機(jī)協(xié)調(diào)困難、成本高、技術(shù)保障難、不利于基層實(shí)施的問題，分析了民用無(wú)人機(jī)的一系列優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明了將其用于防空裝備訓(xùn)練的可行性，提出了相關(guān)組織管理、加改裝、航路規(guī)劃等工作的一般方法，可為防空部隊(duì)開展類似工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：防空訓(xùn)練；民用無(wú)人機(jī)；靶機(jī)

中圖分類號(hào)：TU891 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）23-0075-03

我軍地面防空裝備分為導(dǎo)彈、高炮兩大類；主要探測(cè)手段為雷達(dá)、光電；作戰(zhàn)空域分為高空、中空、低空和超低空；主要作戰(zhàn)對(duì)象是空域內(nèi)的戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、巡航導(dǎo)彈、傘兵等。為提高防空裝備作戰(zhàn)效能，充分的、接近實(shí)戰(zhàn)的防空訓(xùn)練是必要途徑。一般利用靶機(jī)模擬敵方目標(biāo)，提供目標(biāo)保障。一般根據(jù)裝備技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)和靶機(jī)特性，規(guī)劃飛行航路。選擇恰當(dāng)?shù)赜虿渴鸱揽昭b備并做好戰(zhàn)斗準(zhǔn)備后，導(dǎo)調(diào)人員放飛并控制靶機(jī)進(jìn)入規(guī)劃航路，防空裝備根據(jù)上級(jí)指揮及空情通報(bào)，實(shí)施目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、解算，并視情射擊。通過觀測(cè)、記錄過程數(shù)據(jù)，可離線評(píng)估裝備性能及訓(xùn)練水平。

顯而易見，靶機(jī)的性能、成本、技術(shù)難度、場(chǎng)地要求等特性，直接影響防空訓(xùn)練整體實(shí)施方案和最終效果。本文分析了現(xiàn)有靶機(jī)的不足和民用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明了民用無(wú)人機(jī)用于防空裝備訓(xùn)練的可行性和基本實(shí)施方法。

一、現(xiàn)有靶機(jī)的不足

按照是否有駕乘人員，靶機(jī)分為有人靶機(jī)和無(wú)人靶機(jī)。有人靶機(jī)一般是專用型號(hào)靶機(jī)、普通現(xiàn)役戰(zhàn)機(jī)或退役戰(zhàn)機(jī)改裝，由空軍及空管部門負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、管理，其技戰(zhàn)術(shù)性能先進(jìn)、穩(wěn)定，最接近真實(shí)目標(biāo)。但其技術(shù)條件要求高、場(chǎng)地環(huán)境要求高、飛行成本高，而且受空軍自身訓(xùn)練計(jì)劃影響較大，常需要跨軍種審核，步驟多，協(xié)調(diào)難，不易臨時(shí)申請(qǐng)，難以多架次、高頻次地實(shí)施目標(biāo)保障。因此，利用有人靶機(jī)保障防空裝備訓(xùn)練的方法不適于基層部隊(duì)或常規(guī)訓(xùn)練，一般只有大單位在大型靶場(chǎng)才能輪流實(shí)施，每個(gè)單位的訓(xùn)練機(jī)會(huì)十分有限。

無(wú)人靶機(jī)一般是為靶場(chǎng)試驗(yàn)、基地演訓(xùn)而研發(fā)的專用無(wú)人機(jī)，根據(jù)飛行速度分為若干型號(hào)，普遍存在技術(shù)復(fù)雜、操作困難、成本高的不足。例如，某型低速靶機(jī)飛行成本每小時(shí)約4萬(wàn)元，擊落成本近20萬(wàn)元；某高速靶機(jī)飛行成本每小時(shí)約20萬(wàn)元，擊落成本近200萬(wàn)元。在基層部隊(duì)或裝備訓(xùn)練初期，很難籌劃實(shí)施。此外，現(xiàn)有無(wú)人靶機(jī)的機(jī)型、速度、航路等屬性相對(duì)固定，可選機(jī)型少，加改裝困難，不利于模擬特定目標(biāo)。

鑒于上述原因，研究利用民用無(wú)人機(jī)提供防空訓(xùn)練目標(biāo)保障，可為基層部隊(duì)常規(guī)訓(xùn)練提供一種方便、可行的技術(shù)手段，有效增強(qiáng)裝備訓(xùn)練效果，促進(jìn)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提升。

二、民用無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

本世紀(jì)以來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)日益成熟、普及，無(wú)論軍用還是民用，都帶來(lái)巨大的利益與改變[1]。軍用無(wú)人機(jī)已成為一種新型空中力量，引起了各國(guó)對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)作戰(zhàn)思想、作戰(zhàn)模式、組織編制等方面的新探索；民用無(wú)人機(jī)吸引了大批的航空愛好者，出現(xiàn)了許多不同規(guī)模的競(jìng)賽活動(dòng)，技術(shù)、資本、消費(fèi)者三要素相互促進(jìn)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)無(wú)人機(jī)都在快速推廣[2-4]。

相對(duì)于軍用無(wú)人機(jī)和專用靶機(jī)，民用無(wú)人機(jī)具備以下特點(diǎn)：

1.市場(chǎng)成熟，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年全球無(wú)人機(jī)銷售達(dá)39萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模約52億美元。預(yù)計(jì)2020年保有量將達(dá)到1600萬(wàn)臺(tái)。國(guó)外Google、Face book、亞馬遜、3D Robotics、Skyward、Skydo，國(guó)內(nèi)的大疆、艾特、小米、洪都航空、西安愛生、山東礦機(jī)、一電航空等企業(yè)都持續(xù)投入巨額資金[3]，布局民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)。目前市場(chǎng)上廠家眾多，種類齊全，服務(wù)完善，相關(guān)法規(guī)與配套政策不斷完善。特別是多旋翼無(wú)人機(jī)市場(chǎng)發(fā)展非常迅猛[4]，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉。如Phantom3系列無(wú)人機(jī)，理論升空極限達(dá)6000米，售價(jià)僅7000—10000元。

2.人機(jī)友好，易于學(xué)習(xí)、操控。民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，不僅促進(jìn)了技術(shù)升級(jí)，也有效提升了人機(jī)交互性，使其易學(xué)、易用、易維護(hù)。隨著自動(dòng)飛控、衛(wèi)星定位、姿態(tài)測(cè)量、多通道通信、容錯(cuò)控制等技術(shù)的應(yīng)用，操作更加簡(jiǎn)潔、智能，并且支持軌跡設(shè)置、安全區(qū)設(shè)置、地形匹配等高級(jí)操作，用戶不需專業(yè)培訓(xùn)也可安全使用。

3.易加改裝，易客制化。民用無(wú)人機(jī)具有較好的載重能力和續(xù)航能力，升力、風(fēng)阻、平衡等指標(biāo)都留有一定裕度，并且整機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，廣泛采用模塊化設(shè)計(jì)，預(yù)留擴(kuò)展接口，用戶可根據(jù)任務(wù)自行選購(gòu)、裝配，能夠滿足特定需求的加改裝，維修、升級(jí)也十分方便、低廉。同時(shí)，客制化市場(chǎng)也比較成熟，定制開發(fā)成本及周期都較理想。

綜上所述，民用無(wú)人機(jī)技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)性、安全性優(yōu)點(diǎn)明顯，經(jīng)過恰當(dāng)選型及加改裝，能夠滿足防空裝備訓(xùn)練的相關(guān)需求。

三、運(yùn)用流程及相關(guān)問題

靶機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)與作戰(zhàn)對(duì)象的接近程度，直接影響實(shí)戰(zhàn)化水平和防空裝備的訓(xùn)練效果。利用民用無(wú)人機(jī)作為靶機(jī)開展防空訓(xùn)練，需要結(jié)合訓(xùn)練具體情況，制定翔實(shí)的訓(xùn)練方案，確保訓(xùn)練順利、高效，可參考的組織流程如圖1所示。

上述組織過程中，最重要的是深入分析并解決民用無(wú)人機(jī)特性與裝備訓(xùn)練需求之間的差異，具體包括以下四個(gè)方面：

民用無(wú)人機(jī)必須具備與真實(shí)作戰(zhàn)對(duì)象相似的輻射/反射特性特，才能考核防空裝備雷達(dá)、光電等探測(cè)設(shè)備的探測(cè)、跟蹤性能。

1.雷達(dá)反射特性。雷達(dá)一般具備測(cè)角、測(cè)距、測(cè)高、測(cè)速等功能?？紤]民用無(wú)人機(jī)的雷達(dá)反射特性，一般應(yīng)包括其雷達(dá)截面積和多普勒頻率。雷達(dá)截面積描述了無(wú)人機(jī)對(duì)雷達(dá)波后向散射的能力，是雷達(dá)能否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的重要指標(biāo)，它不僅與雷達(dá)電磁波特性有關(guān)，還與無(wú)人機(jī)相對(duì)雷達(dá)的角度有關(guān)。對(duì)于具體的雷達(dá)裝備，在有效探測(cè)范圍內(nèi)，無(wú)人機(jī)越遠(yuǎn)，需要的目標(biāo)截面積越大。因此，規(guī)劃訓(xùn)練航路時(shí)，應(yīng)將雷達(dá)截面積與探測(cè)距離、相對(duì)角度綜合考慮。必要時(shí)，還應(yīng)考慮到外界環(huán)境的干擾，如大氣傳播、折射等衰減現(xiàn)象。為調(diào)整民用無(wú)人機(jī)的雷達(dá)截面積，可采用吊裝反射體、增加金屬材料或加敷金屬膜（如鋁箔紙）的方式。多普勒頻率是指運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射雷達(dá)電磁波時(shí)產(chǎn)生的頻率偏移，目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的徑向運(yùn)動(dòng)速度不同，對(duì)應(yīng)的頻率偏移程度也不同?，F(xiàn)代雷達(dá)常常根據(jù)多普勒頻率區(qū)分不同速度的目標(biāo)。部分雷達(dá)將多普勒頻率較低的回波作為雜波濾除。因此，民用無(wú)人機(jī)用于防空裝備訓(xùn)練時(shí)，為避免被雷達(dá)“視而不見”，應(yīng)具有一定的徑向速度，在無(wú)人機(jī)選型及規(guī)劃飛行航路時(shí)有所考慮。（1）可見光反射特性。防空裝備采用可見光探測(cè)器（如電視跟蹤器）時(shí)，需考慮民用無(wú)人機(jī)的外形、尺寸、顏色（特別是與背景的差異）、紋理等特性，并根據(jù)飛行航跡及探測(cè)器性能，計(jì)算成像后的像素?cái)?shù)和角速度，與裝備相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，不滿足探測(cè)需求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的加改裝。此外，上述過程還應(yīng)注意環(huán)境能見度、空氣濕度可能的影響。（2）紅外特性。與可見光探測(cè)類似，對(duì)于紅外探測(cè)器需考慮民用無(wú)人機(jī)的紅外特性，可根據(jù)裝備內(nèi)紅外探測(cè)器的工作波長(zhǎng)，分析無(wú)人機(jī)飛行狀態(tài)的熱輻射特性，計(jì)算目標(biāo)像素?cái)?shù)及角速度。改善無(wú)人機(jī)紅外特性時(shí)，可利用電燈泡、電熱棒等裝置，確保航路內(nèi)無(wú)人機(jī)能夠被探測(cè)。

2.飛行特性。一般需要考慮無(wú)人機(jī)飛行速度范圍、飛行高度范圍、最遠(yuǎn)（可遙控）距離、續(xù)航時(shí)間（有效航程）、多機(jī)編隊(duì)能力等。與之相關(guān)的指標(biāo)包括飛行載荷、電池性能、遙控器通道數(shù)等。裝備相關(guān)指標(biāo)包括：最大/最小探測(cè)距離、有效探測(cè)高度、有效射擊范圍、火控濾波解算時(shí)間等。其中，民用無(wú)人機(jī)最大飛行速度和最大飛行高度是關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)裝備訓(xùn)練需求恰當(dāng)選取。

3.經(jīng)濟(jì)性。民用無(wú)人機(jī)選型及改裝時(shí)，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)注意降低成本，提高回收成功概率和重復(fù)使用次數(shù)。具體成本包括單套采購(gòu)成本、附屬配件成本、日常維護(hù)及消耗成本、人力培訓(xùn)成本等。

4.安全性。一方面，應(yīng)考慮所選無(wú)人機(jī)的自身安全性，如抗風(fēng)能力、抗電磁干擾能力（應(yīng)特別考慮與雷達(dá)的兼容性）、防水性能、放飛/回收的實(shí)施條件、是否具備自主著陸功能、電量監(jiān)控報(bào)警功能、區(qū)域/高度限定功能等；還應(yīng)考慮無(wú)人機(jī)異常墜落對(duì)周邊裝備、人員的潛在隱患。特別對(duì)于具備錄音、錄像、衛(wèi)星定位、無(wú)線wifi等功能的民用無(wú)人機(jī)，訓(xùn)練過程很可能產(chǎn)生涉密信息，應(yīng)及時(shí)消除失泄密隱患，避免其存儲(chǔ)介質(zhì)外泄或被無(wú)線電竊聽。

以上四個(gè)方面中很多因素相互影響，甚至相互矛盾，訓(xùn)練籌劃階段應(yīng)綜合考慮，詳細(xì)分析。設(shè)計(jì)加改裝方案，既要兼顧各種探測(cè)器正常工作的需求，又要考慮有效載荷、續(xù)航能力、抗風(fēng)能力；規(guī)劃飛行航路時(shí)，要權(quán)衡無(wú)人機(jī)性能與跟蹤、射擊需求，根據(jù)無(wú)人機(jī)的速度、高度、續(xù)航能力確定航路的起始點(diǎn)、飛行速度、飛行高度，又要檢驗(yàn)其雷達(dá)截面積、多普勒頻率、成像質(zhì)量等指標(biāo)是否滿足要求。訓(xùn)練實(shí)施階段，應(yīng)循序漸進(jìn)，可從簡(jiǎn)單方式、近距離、低高度進(jìn)行飛行嘗試，逐步完善、增加難度。另外，相關(guān)人員訓(xùn)練過程保持通信暢通，注意天氣、地形等因素，及時(shí)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，配備適當(dāng)備件和工具，以備應(yīng)急維修。

四、結(jié)束語(yǔ)

民用無(wú)人機(jī)市場(chǎng)龐大，技術(shù)性能不斷提升，逐漸用于防空裝備訓(xùn)練任務(wù)，既是部隊(duì)迫切需求使然，又是無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展的必然。本文對(duì)其可行性及實(shí)施方法進(jìn)行了分析總結(jié)，可為防空部隊(duì)開展類似工作提供借鑒。

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Discussion on the Method and Feasibility of Civil UAV as Air Defense

FU Qiang1，LI Ming1，XU Yan1，MA De-you2

（1.Department of Electrics and Optics Engineering，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，Hebei 050003，China；

2.Baicheng Ordnance Test Center of China，Baicheng，Jilin 137001，China）

Abstract：Combining the training process of ground air defense equipment，the paper points out the problems of coordination difficulties，high cost，difficult technical support and unfavorable to grassroots implementation with the drone and analyzes the advantages of civil unmanned aerial vehicles.It explains the feasibility of air defense equipment training.And the general method of the relevant organization and management，aircraft modification，route planning and other work are proposed for the air defense forces to carry out similar work to provide reference.

Key words：air defense training；civil unmanned aerial；drone