無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用分析

趙暑輝 71352部隊(duì)

引言：無(wú)人駕駛飛機(jī)簡(jiǎn)稱為無(wú)人機(jī)，它體積小、造價(jià)低，使用方便、對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境要求低，戰(zhàn)場(chǎng)生存能力有了突破性的提高，在最近的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)以其準(zhǔn)確、高效和靈活的偵查、干擾、欺騙、搜索、校射等多種作戰(zhàn)能力，發(fā)揮著顯著的作用，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。從美國(guó)軍隊(duì)的應(yīng)用情況來(lái)看，在阿富汗和伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)大量使用無(wú)人機(jī)來(lái)完成ISR（情報(bào)、監(jiān)視和偵查）任務(wù)。由于這類無(wú)人機(jī)的主要途徑是獲取高質(zhì)量的ISR數(shù)據(jù)，為了將偵查到的情報(bào)數(shù)據(jù)技術(shù)傳送到指揮官手中，因此，通信鏈路就成了ISR無(wú)人機(jī)新天地 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.無(wú)人機(jī)通信面臨的問(wèn)題

隨著用頻裝備的不斷增加，世界各國(guó)軍隊(duì)都普遍面臨著頻譜資源日漸緊缺的局面。比如，美軍早在“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中，在通信高峰期，國(guó)防部的衛(wèi)星智能提供75%的帶寬，其余帶寬依靠北約的系統(tǒng)和租用商業(yè)衛(wèi)星來(lái)解決。但目前僅僅美軍“全球鷹”無(wú)人機(jī)消耗的帶寬就是海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍總帶寬的五倍。據(jù)美軍估計(jì)，到2015年以后，“全球鷹”無(wú)人機(jī)將需要548Mbps的帶寬，“捕食者”需要44.7Mbps的帶寬。與此同時(shí)，美軍各軍中都計(jì)劃大量裝備M無(wú)人機(jī)，這將使目前已經(jīng)緊張的頻譜資源更加緊張。

在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，各種軍事技術(shù)對(duì)抗愈演愈烈，而通信對(duì)抗也越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用，由于無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，必然涉及到無(wú)線電通信，因此，無(wú)人機(jī)的通信也面臨這通信對(duì)抗的威脅。為了減小通信對(duì)抗對(duì)無(wú)人機(jī)通信的影響，這就要求改進(jìn)無(wú)人機(jī)通信方式和通信技術(shù)。

2.無(wú)人機(jī)通信的關(guān)鍵技術(shù)

美軍2005-2030年無(wú)人機(jī)飛行其系統(tǒng)線路圖包含了對(duì)未來(lái)無(wú)人機(jī)通信技術(shù)的闡述，無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上是按照“給定頻帶和平臺(tái)所允許的尺寸，質(zhì)量和消耗電力，實(shí)現(xiàn)通信距離×數(shù)據(jù)速率最大化”。美軍無(wú)人機(jī)通信技術(shù)的主要內(nèi)容是關(guān)于帶寬、頻率及信息/數(shù)據(jù)流的靈活性、適應(yīng)性以及基于認(rèn)識(shí)的適應(yīng)控制能力。而系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為中心，所謂指揮控制、數(shù)據(jù)管理、流程控制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于使用構(gòu)想一致，必須安裝在系統(tǒng)上。

2.1 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

戰(zhàn)場(chǎng)信息主要采用數(shù)據(jù)鏈作為傳輸方式。數(shù)據(jù)鏈在傳感器、指控系統(tǒng)和武器平臺(tái)之間實(shí)時(shí)傳輸戰(zhàn)術(shù)信息，是滿足作戰(zhàn)信息交換需求的有效手段。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)乾F(xiàn)代信息技術(shù)以戰(zhàn)術(shù)理念相結(jié)合的產(chǎn)物，是為了適應(yīng)機(jī)動(dòng)條件下作戰(zhàn)單元共享戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和實(shí)時(shí)控制的需要，采取標(biāo)準(zhǔn)化的消息格式、高效的組網(wǎng)協(xié)議、保密抗干擾的數(shù)字信道而構(gòu)成的一種戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng)。

飛機(jī)數(shù)據(jù)鏈的傳授速率和處理能力可以擴(kuò)大未來(lái)無(wú)人機(jī)的能力。目前的情況是，機(jī)上數(shù)據(jù)中繼到地面，由地面設(shè)施對(duì)傳回的數(shù)據(jù)按需要進(jìn)行處理。而隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載處理能力將超過(guò)數(shù)據(jù)鏈能力，無(wú)人機(jī)有可能將這些數(shù)據(jù)的處理結(jié)果中繼到地面以供地面做出決定。這樣無(wú)人機(jī)通信對(duì)于數(shù)據(jù)速率的要求，尤其是圖像采集等特定應(yīng)用將會(huì)減少。

為了提高現(xiàn)有頻譜的利用效率，美軍無(wú)人機(jī)通信中采用了功率控制、數(shù)據(jù)壓縮、頻帶選擇技術(shù)。對(duì)于無(wú)人機(jī)通信，系統(tǒng)要盡可能少地發(fā)送數(shù)據(jù)量。比如，可以盡可能使用數(shù)據(jù)率與任務(wù)要求的通信量和匹配的調(diào)制解調(diào)器。同時(shí)，為了減少數(shù)據(jù)量，還可以使用高效的壓縮技術(shù)。例如，使用H.264壓縮和高性能FEC編碼，用3Mbps標(biāo)準(zhǔn)分辨率視頻。美軍在無(wú)人機(jī)路線圖中，著重闡述了通信擁堵問(wèn)題及其解決方法，并明確指出數(shù)據(jù)壓縮至是解決帶寬不足的權(quán)宜之計(jì)，并認(rèn)為光學(xué)數(shù)據(jù)鏈，也稱激光通信技術(shù)，所提供的數(shù)據(jù)速率比最好射頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率要高2~5個(gè)數(shù)量級(jí)。確保激光鏈路能夠被捕獲和維持的關(guān)鍵技術(shù)還有待進(jìn)一步突破。與傳統(tǒng)的射頻數(shù)據(jù)鏈相比，光學(xué)數(shù)據(jù)鏈在帶寬、重量和抗干擾方面更具優(yōu)勢(shì)。光學(xué)數(shù)據(jù)鏈具有重量輕，對(duì)功率要求低的特點(diǎn)，使它非常適合應(yīng)用于無(wú)人機(jī)通信，但目前技術(shù)還不十分成熟，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。

2.2 網(wǎng)絡(luò)中心通信技術(shù)

從近幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用情況來(lái)看，已經(jīng)充分顯示出無(wú)人機(jī)作為戰(zhàn)場(chǎng)通信中繼的重要作用。然而僅將無(wú)人機(jī)作為戰(zhàn)場(chǎng)通信中繼還不能夠完全發(fā)揮其作戰(zhàn)潛能。隨著無(wú)人機(jī)小型化使單機(jī)成本的降低，以及單機(jī)處理與應(yīng)變能力的提高，如果以機(jī)群為基礎(chǔ)的作戰(zhàn)單元內(nèi)單機(jī)間具有可替補(bǔ)性，那么作戰(zhàn)單元的可靠性將會(huì)大大提高；另外機(jī)群與指揮中心具有多條通信鏈路，也可以大大提高以機(jī)群為基礎(chǔ)單元的執(zhí)行任務(wù)能力。無(wú)人機(jī)平臺(tái)加入戰(zhàn)斗信息網(wǎng)絡(luò)，提供收發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的技術(shù)包括多個(gè)領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的通信能力，具有充足的容量、穩(wěn)定性和可靠性，豐富的連接性和提供通用性的能力。

（1）MANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

移動(dòng)自組網(wǎng)簡(jiǎn)稱MANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 是由具有無(wú)線通信能力移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的，具有任意和臨時(shí)性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。MANET的節(jié)點(diǎn)可以快速地移動(dòng)，必須既可作為主機(jī)又可作為路由器。作為主機(jī)，終端需要運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由表完成數(shù)據(jù)的分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由維護(hù)工作。在MANET網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)間的理由通常由多個(gè)網(wǎng)段（跳）組成，由于終端的無(wú)線傳輸范圍有限，兩個(gè)無(wú)法直接通信的終端節(jié)點(diǎn)往往要通過(guò)多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。所以，MANET又被稱為多跳無(wú)線網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)，無(wú)固定設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)或?qū)Φ染W(wǎng)絡(luò)。在部分通信網(wǎng)絡(luò)遭到破壞后，這種分布式控制和無(wú)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能維持剩余的通信能力，確保重要的通信指揮暢通，因而，具有很強(qiáng)的魯棒性和抗毀性。美軍全球鷹和捕食者無(wú)人機(jī)，其自身就具備支持MANET網(wǎng)絡(luò)的能力。對(duì)于MANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，最主要的技術(shù)難點(diǎn)就是路由協(xié)議，服務(wù)質(zhì)量和安全問(wèn)題。

（2）自適應(yīng)天線陣技術(shù)

無(wú)人機(jī)上行信道傳輸遙控信號(hào)，而遙測(cè)、定位和圖像信號(hào)合用下行信道傳輸。這種信息傳輸模式對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、保密性和抗干擾性提出了更高的要求。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，無(wú)人機(jī)通信鏈路可能會(huì)受到通信干擾的影響，而如果無(wú)人機(jī)信息傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力非常弱，就會(huì)導(dǎo)致無(wú)人機(jī)在偵查區(qū)域無(wú)法精確控制飛行航線，或者偵查到的情報(bào)信息不能實(shí)時(shí)可靠傳輸，這將大大降低無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)價(jià)值。

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和無(wú)人機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，無(wú)人機(jī)影響并改變著未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)。而無(wú)人機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，能夠?yàn)樽鲬?zhàn)部隊(duì)提供重要的ISR數(shù)據(jù)，增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的感知能力，縮短了從傳感器到火力打擊之間的時(shí)間，從而提高了部隊(duì)的作戰(zhàn)效能。可以預(yù)見(jiàn)，隨著高科技技術(shù)，特別是先進(jìn)的通信技術(shù)在無(wú)人機(jī)方面的不斷運(yùn)用，它的性能將會(huì)越來(lái)越先進(jìn)，在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中的地位將會(huì)越來(lái)越重要。