無人機裝備技術的發展與分析*

王振成

(海軍裝備部西安軍事代表局　西安　710054)

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無人機裝備技術的發展與分析*

王振成

(海軍裝備部西安軍事代表局西安710054)

摘要無人駕駛飛機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。文章概述了無人機的特點、功能、關鍵技術和裝備概況，最后論述了無人機裝備技術的發展動向與分析。

關鍵詞無人機; 裝備技術; 分析

Class NumberTN97

1引言

目前，各國對無人機的研制和開發極其重視，其擔負的任務也從戰場偵察和監視擴展到海域巡邏、反潛戰、對艦(地)攻擊、電子干擾、通信截聽、目標精確定位、中繼通信等領域，甚至擴展到戰區空中導彈防御、心理戰和網絡中心戰領域。本文就無人機技術、裝備概況、發展動向、發展分析等，作進一步的探討[1]。

2無人機技術

無人駕駛飛機簡稱無人機，英文縮寫為UAV，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機[2]。

2.1特點

1) 以任務為中心設計。無人機設計的最大特點是，它可以主要以任務為中心來設計，而不用考慮人的因素。因而飛機的速度、高度、航程和機動性可以有很大的突破，機動能力可以成倍增長，可攜帶各種精確制導武器，作戰使用靈活多樣，更容易實現隱身要求;而且許多受到人的生命安全、人的生理或人為因素限制的技術都可以在無人機的設計中大膽使用。

2) 機身結構簡單，系統復雜。對于無人機本身來說，雖然其氣動外形與有人駕駛飛機相同或大同小異，但因為沒有飛行員，也就沒有駕駛艙和相應的設備(如座椅、儀表和生命保障系統)，因此，在結構上比較簡單，可以采用模塊式設計，以便更換任務組件。

但是，無人飛機整個系統卻比較復雜。無人飛機系統一般包括無人飛機、遙控站和數據鏈。機載系統包括信息存儲與傳輸系統、信息感知與信息對抗系統、任務規劃與管理系統、飛行器飛行控制與管理系統、能源管理系統、突防系統、自主起飛著陸系統等。遙控站可以設在地面，也可以設在飛行器和海面艦船上。遙控站的控制人員通過測控等設備，對無人機進行跟蹤、定位和數據傳輸。這樣復雜的系統必須人與飛機和各種設備共同工作，相互配合，才能完成無人機的起飛、空中飛行、執行任務和降落。

3) 可在危險環境作戰。在非接觸戰爭零傷亡戰略目標的驅動下，面對一些必須去執行的危險系數極大的工作，可以交給無人機去執行，這樣就不存在飛行員喪命的風險。另外，在與有人駕駛飛機協同編隊作戰時，無人機還可以在關鍵時刻犧牲自己以保全有人飛機飛行員生命。

4) 使用費用降低。無人飛機由于不需要座艙、顯示器、環境控制和防護救生系統，費用會低一些;無人飛機對費用更重要的節省在它的使用與保障費用上。由于它在使用效率上要遠遠高于有人駕駛飛機，而且不需要訓練飛行員來熟悉飛機駕駛，所以在這方面的費用開支上有很大的優勢。

2.2主要功能

1) 作為靶機。無人機可用于地面防空和空中格斗武器的試驗與訓練，還可帶拖靶作為火炮和導彈的靶標。如美國諾斯羅普公司研制的 “全球鷹”無人駕駛飛機MD2R5靶機，最大飛行高度8250米，可裝紅外曳光管和雷達信號;美國瑞安公司的BQM-34靶機飛行速度為1.5馬赫，飛行高度達1.83萬米，可用于模擬敵方戰斗機。

2) 偵察監視。無人偵察機可以深入陣地前沿和敵后一二百公里，甚至更遠的距離。它依靠裝在機上的可見光照相機、電影攝影機、標準或微光電視攝像機、紅外掃描器和雷達等設備，完成各種偵察和監視任務。無人機裝備全球定位系統GPS后，可與偵察衛星和有人駕駛偵察機配合使用，形成高、中、低空，多層次、多方位的立體空中偵察監視網，使所獲得的情報信息更加準確可靠。

3) 騙敵誘餌。作為誘餌之用的無人機，其主要使命是協同其他電子偵察設備遂行誘騙偵察;或作為突防工具，為有人駕駛飛機提供防空壓制;或與反輻射武器配合使用，壓制和摧毀敵防空系統。為了提高作為誘餌的欺騙效果，無人機常常要采取一些措施，如進行特殊設計，并裝上適當的電子設備，使其具有與欲模擬的目標有相仿的機動能力和信號特征;安裝角反射器等無源裝置，增大無人機的雷達反射面積;安裝射頻放大設備，增強雷達反射信號。

4) 實施干擾。無人機可攜帶電子偵察設備、雷達干擾設備和通信干擾設備，飛臨敵方陣地上空實施干擾，使其目標消失信號中斷，指揮失靈;無人機還可裝備煙霧裝置，瓦解敵方的光電制導武器的進攻;也可以裝備閃光燈具，作為紅外誘餌，引偏敵方的紅外制導武器;還可以利用它機動靈活和滯空時間長的特點，把攜帶的曳光彈準確地投放到所需的位置上。

5) 對地攻擊。作為一種空中運載工具，無人機也能攜帶多種對地攻擊武器，飛往前線或深入敵占區縱深，對地面軍事目標進行打擊;它可以用空對地導彈或炸彈對敵防空武器實施壓制;用反坦克導彈等對坦克或坦克群進行攻擊;用集束炸彈等武器對地面部隊集結點等進行轟炸。特別值得一提的是反輻射攻擊無人機。這是一種利用敵方雷達輻射的電磁波信號，發現、跟蹤，以至最后摧毀雷達的武器系統。它不僅可用于攻擊敵方雷達、干擾機和其他輻射源，而且高速反輻射無人機加裝復合制導裝置等設備后，還可用于攻擊敵預警機和專用電子干擾飛機。

6) 校射作用。主要用于火力引導和對射擊效果進行評估。美國洛克希德公司生產的“蒼鷹”就是這樣一種無人機。它裝有測距機。自動跟蹤電視攝像機、激光指示器和熱成像儀，可通過抗干擾的數據鏈向地面傳送位置修正指令，能為“銅斑蛇”激光制導炮彈和機載“海爾法”反坦克導彈指示目標。

7) 通信中繼。如美國的“先鋒”式無人機裝有抗干擾擴頻通信設備、大功率固態放大器、全向甚高頻和超高頻無線電臺中繼設備等，可在C波段進行數據、信號、話音和圖像通信，通信距離為185公里。

2.3關鍵技術

1) 機體結構設計技術。飛機結構強度研究與全尺寸飛機結構強度地面驗證試驗。在飛機結構強度技術研究方面，包括飛機結構抗疲勞斷裂及可靠性設計技術，飛機結構動強度、復合材料結構強度、航空噪聲、飛機結構綜合環境強度、飛機結構試驗技術以及計算結構技術等。

2) 機體材料技術。機體材料(包括結構材料和非結構材料)、發動機材料和涂料，其中最主要的是機體結構材料和發動機材料，結構材料應具有高的比強度和比剛度，以減輕飛機的結構重量，改善飛行性能或增加經濟效益，還應具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非結構材料量少而品種多，有：玻璃、塑料、紡織品、橡膠、鋁合金、鎂合金、銅合金和不銹鋼等。

3) 飛行控制技術。提供無人機三維位置及時間數據的GPS差分定位系統、實時提供無人機狀態數據的狀態傳感器、從無人機地面監控系統接收遙控指令并發送遙測數據的機載微波通訊數據鏈、控制無人機完成自動導航和任務計劃的飛行控制計算機，所述飛行控制計算機分別與所述航姿傳感器、GPS差分系統、狀態傳感器和機載微波通訊數據鏈連接。本實用新型采用一體化全數字總線控制技術、微波數據鏈和GPS導航定位技術，可使無人機平臺滿足多種陸地及海上低空快速監測要求。

4) 無線通信遙控技術。勁鷹無人機通信一般采用微波通信，微波是一種無線電波，它傳送的距離一般可達幾十公里。頻段一般是902MHz～928MHz，常見有MDSEL805， 一般都選用可靠的跳頻數字電臺來實現無線遙控。

5) 無線圖像回傳技術。采用COFDM調制方式，頻段一般為300MHz,實現視頻高清圖像實時回傳到地面，比如NV301等。

3裝備概況

例如，美國研制的多款無人機系統[3]。

1) 全球觀察者無人機系統。全球觀察者(Global Observer)是作為聯合能力技術驗證 (JCTD)項目的一部分進行研制的高空長航時(HALE)平臺。該項目得到了美國特種作戰司令部、陸軍、空軍、國土安全部和海岸警衛隊的資助，并主要由美國Aero-Vironment公司負責項目承包。該平臺使用液態氫混合動力發動機，有效載荷400磅，飛行高度65000英尺，續航能力大約一周，可用于執行情報、監視和偵察以及通信中繼任務。

2) RQ-4B 全球鷹和RQ-4N廣域海上監視無人機系統。RQ-4B 全球鷹無人機的飛行高度在55000-60000英尺之間，續航能力28小時，有效載荷3000磅，巡航速度310節，機上裝有光電紅外線(EO/IR)和合成孔徑雷達(SAR)。Block-30新型機裝載了信號情報(SIGINT)搜集裝置;RQ-4N是一種海軍型全球鷹無人機，配有海軍專用的控制站，即：戰術控制系統 (TCS)。空軍的RQ-4A和RQ-4B使用的是側視雷達，而海軍的RQ-4N則使用了360°全方位探測雷達。與空軍型不同，海軍的廣域海上監視無人機系統能搜集全動態視頻信號(FMV)。

3) MQ-1捕食者、MQ-1C空中勇士、MQ-9死神和復仇者無人機。MQ-1捕食者執行監視任務，并加載了獄火導彈，主要裝備空軍和陸軍;MQ-1C 空中勇士是的MQ-1改型機，使用柴油發動機并由陸軍的通用地面控制站系統 (GCS)進行控制。這種無人機裝有光電紅外線傳感器、全動態視頻信號和合成孔徑雷達。機翼下裝有激光指示器和固定掛點，實用升限28000英尺，可外掛800磅載荷，續航能力約28小時，巡航速度60節;空軍的MQ-9 死神實用升限為50000英尺、續航能力24小時、巡航速度120節、機翼外掛硬點可攜帶3000磅載荷、內載75磅載荷。該無人機裝有光電紅外線傳感器、全動態視頻信號裝置和合成孔徑雷達，主要用于獵殺時效目標。其起降是在無人機的視距鏈內進行控制，飛行則由內華達州的克里奇空軍基地進行遙控。

4) N-UCAS無人戰斗機系統。海軍無人戰斗機系統(N-UCAS)在設計上參照了X-47B 飛馬，可攜帶4500磅有效載荷，作戰半徑2100海里，在不加油的情況下可連續飛行6小時。此外還能將其用作情報、監視和偵察平臺，將內置武器換成油料。這樣它的作戰半徑就能達到5000海里、續航能力達到14小時并裝載建制傳感器從而成為純粹的情報、監視和偵察平臺。這種情報、監視和偵察無人機能將其中的一個武器艙用來裝載油料，將另一個武器艙用來裝載更多傳感器，如用以執行海上監視任務的雷達系統。這種配置的無人機的續航能力將小于純情報、監視和偵察型無人機。

5) RQ-7 影子無人機系統。影子無人機裝有自動起降系統，通過彈射器發射并能降落在飛機跑道上。這種無人機的續航能力為6小時，升限15000英尺，巡航速度60節并能攜帶60磅有效載荷。它通過視距鏈操作(無衛星通信)并由陸軍的“通用地面控制站系統”進行控制。影子無人機裝有光電紅外線傳感器、激光指示器等。

6) MQ-8B 火力偵察兵無人機系統。MQ-8B是垂直起降型戰術無人機(VTUAV)，主要用以執行偵察、監視和目標定位(RSTA)任務，還可用于支援濱海戰斗艦的反水雷、水面作戰和反潛作戰任務模塊。它還能使用不同配置的傳感器和武裝系統來支援這些任務模塊。它占用的空間小于MH-60多用途直升機并能在不同的軍艦甲板上起降。火力偵察兵的實用升限為20000英尺，有效載荷600磅，巡航速度117節，續航能力至少6小時，裝有光電紅外線傳感器、激光指示器和測距儀，還可裝載海面搜索雷達、海上移動目標指示器或信號情報搜集系統，甚至可能研發聲納浮標監測能力和延長視距通信的通信中繼能力。火力偵察兵的機翼下有武器掛架，可攜帶獄火導彈或毒蛇激光制導滑翔武器。

7) 波音蜂鳥無人機系統。波音A160T 蜂鳥是垂直起降型無人機系統，這種無人機較火力偵察兵大，占地面積接近MH-60直升機，但它將飛得更高并具有更大的載荷，可從海上平臺起飛和實施廣域海上監視任務。它能在15000英尺的高度盤旋，在30000英尺的高度巡航，有效載荷為300～1000磅，攜帶300磅載荷時續航能力為10小時，巡航速度60節。這款無人機也可用于執行獵殺任務或在地面戰中為特種作戰部隊和海軍陸戰隊提供近距離空中支援。

8) 掃描鷹無人機系統。掃描鷹是一種小型戰術無人機系統(STUAS)，擅長長航時飛行而不是載荷，可使用艦上發射和回收裝置。掃描鷹的有效載荷為13磅，續航能力至少15小時(驗證飛行時曾飛過29小時)，巡航速度49節。它通過氣動彈射器進行發射并用天鉤(SkyHook)回收。它能在多種艦船上使用，包括沒有任何飛行甲板的艦船，也能在偏遠、簡陋的地區使用。它通過視距數據鏈進行操作，裝有光電紅外線傳感器。

9) 綜合者無人機。綜合者無人機與掃描鷹相比，這種無人機的航程、載荷、升限、航速和體積都有所增加。綜合者能執行目前掃描鷹所執行的任務而且能力會更強。

10) RQ-11大烏鴉無人機系統。RQ-11大烏鴉是一種手拋發射小型無人機系統，其升限為14000英尺、有效載荷1磅、續航能力1.5小時，裝有光電紅外線傳感器。它能從地面控制站通過視距鏈進行遙控，或通過全球定位系統(GPS)自動飛行。

11) 美洲獅無人機。美洲獅是一種手拋發射小型無人機系統，目前有兩種型號：一種用于海上，另一種用于陸地。其升限為10000英尺，有效載荷2～4磅，續航能力2小時。

4 發展動向

1) 俄羅斯可能計劃開發一種核潛艇無人機。俄羅斯《生意人》網站2015年11月12日報道：在11月10日國防部官員例會上，俄羅斯總統普京討論了反擊北約導彈防御系統的措施，克里姆林宮擔心導彈防御系統將削弱俄羅斯的核威懾。其中，這份文件包括計劃開發一種可由潛艇攜帶的水下無人機，可對沿海的重要區域進行核打擊。該研制項目被稱為海洋多用途系統Status -6。這種武器系統旨在對敵方沿海地區經濟的重要構成進行破壞，并通過制造廣泛的放射性污染區域，導致長期內不適合從事軍事、經濟或其他活動，對敵國造成不可接受的損失。這種無人機可由俄羅斯已于三年前開始研制的兩種新型潛艇發射。據稱，無人機的最大航程達到10000km，可在1000m深水下航行[4]。

2) 洛克希德·馬丁公司生產的X-56A無人機在美空軍試驗靶場演示。據英國《飛行國際》2015年11月23日報道：洛克希德·馬丁公司生產了兩架X-56A無人機試驗平臺，用來測試新的大展弦比機翼震顫抑制技術[5]。

兩架X-56A無人機都是美空軍研究實驗室資助計劃的一部分，目的在于開發新的飛行震顫抑制技術和陣風載荷抑制技術，由此開發減少氣動阻力的高效機翼。

3) 英軍采用西風8無人機強化監視能力。據防務新聞網2015年11月27日報道：英國《戰略防御與安全評審》報告已經明確，一種以太陽能為動力、在大氣層邊緣飛行的無人機將為英特種部隊等軍隊提供持久的監視能力[6]。

西風8的翼展將達28m，能夠在約7萬英尺(合2.1萬米)的高空飛行長達3個月，為軍事和安全人員提供持久的通信中繼和監視能力，而其成本只有衛星或有人駕駛飛機的一小部分。

4) 美陸軍實現阿帕奇直升機與灰鷹無人機之間的通信。防務系統網2015年12月2日報道：為實現有人駕駛飛機與無人機之間的有效協作，美國陸軍在近期演習中演示驗證了部分遠距離數據在MQ-1C灰鷹無人機和一架有人駕駛直升機之間實現了共享[7]。

阿帕奇直升機可將來自無人機中的圖像重新向一個系統遠程可視終端傳輸，使地面部隊可以看到畫面。此外，戰術作戰中心的指揮人員能夠看到灰鷹(直播)和阿帕奇(轉播)的畫面。

在目標通過機載傳輸與飛機一個系統地面控制站的操作人員通信后，地面部隊可指示灰鷹傳感器識別和跟蹤目標。

5) 韓國首次演示驗證MQ-1C/AH-64有人-無人機編隊。據美國航空周刊與空間技術網站2015年11月19日報道：通用原子航空系統公司MQ-1C灰鷹無人機在韓國用于演示驗證有人/無人機編隊。通用原子公司表示，該試驗在釜山(Kunsan)空軍基地附近舉行，包括一架MQ-1C和一架波音AH-64阿帕奇武裝直升機。在試驗中，MQ-1C將視頻和其它數據傳入攻擊直升機，然后被中繼到地面。通用原子公司飛機系統部總裁Frank Pace表示，飛行試驗對于MQ-1C灰鷹是一個重要里程碑，韓國成功演示驗證有人-無人編隊證明了飛機在韓國Peninsula典型復雜天氣條件下完成作戰任務的能力[8]。

6) 全球鷹無人機將于2016年開展新型有效載荷試驗。飛行國際網站2015年12月16日報道：諾斯羅普·格魯曼公司計劃于2016年為RQ-4B全球鷹的三個新型有效載荷開展飛行試驗[9]。

能夠舉行有效載荷試驗得益于諾斯羅普·格魯曼公司和美國空軍聯合出資研制了一種通用型有效載荷適配器。

RQ-4B無人機原型缺失可裝載由洛克希德?馬丁公司研制的U-2偵察機所搭載的兩個傳感器的有效載荷附著點。此外，預計全球鷹無人機將于2019財年后替代U-2偵察機。

7) 喬治亞理工學院開展無人機蜂群試驗。無人機視野網站2015年12月18日報道： 據喬治亞理工學院研究所(GTRI)消息，這項研究的目的，是要確定大量小型無人機像蜂群一樣集體行動的能力。研究將獲得蜂群行為算法與通信方法(以支持1～100架飛機行動)，并建立便于監控與管理的操作界面。其試驗包含多個階段，最初只起飛1架飛機，然后3～5架，再然后10架，最后一共起飛了30架飛機[10]。

機動作戰實驗室試驗部門負責人哈利·魯賓(Harry Lubin)表示，陸軍卓越機動中心合作開展此類研究將可以推動機動部隊的創新與變革，使機動部隊指戰員在執行未來任務中變得更智能、更迅速、更精準、更具殺傷力。

他還表示，無人機正變得更智能，并將能夠協同指定目標及獲取信息。運用“蜂群”可以讓使機動部隊更具殺傷力。該技術將是快速的，這至關重要，因為速度與獲勝及主宰戰場息息相關。

5 發展分析

無人機裝備技術的發展趨勢：提高性能、擴展功能、編隊使用、創新戰術[11]。

1) 提高性能，無人機向智能化、系統化方向發展。無人機在智能性、隱身性、機動性、滯空性以及全天候飛行能力等方面，要采用新思想、新材料、新技術，致力于無人機性能的改善。其中，無人機的智能化指揮控制系統、智能化武器裝備、智能化材料、空中加油及太陽能動力等方面采取措施，主要開發全天候、高分辨率、遠距離、實時化、小型化的任務設備，開發距遠離、安全保密、通用化、網絡化的測控傳輸系統，開發基于數據鏈的地面控制系統，全面提高無人機的智能化水平。

2) 擴展功能，無人機向多用途、格斗化方向發展。隨著無人作戰飛機的出現，無人機將一改過去在戰場上主要執行空中偵察、戰場監視和戰斗毀傷評估等作戰支援任務充當輔助角色的狀況，升級成為能執行壓制敵防空系統、對地攻擊，甚至可以執行對空作戰任務的主要作戰裝備之一。

3) 編隊使用，無人機向與有人機協同作戰方向發展。無人機與無人機、與其他有人駕駛飛機和武器控制平臺之間要做到無縫隙連接，就可以保證情報信息的順暢傳遞與協同作戰。

4) 創新戰術，無人機使用復眼和蜂群戰術。復眼戰術是指在無人機平臺上加掛小型雷達和光電偵測設備，相互以數據鏈和衛星信道通信。蜂群戰術是指加掛導彈、制導炸彈等空戰武器的無人機群，通過數據鏈或者衛星信道獲得同一目標坐標并對同一目標同時實施飽和攻擊，就形成一個可遮蔽一定空域的火力群。

6結語

隨著無人機裝備技術的不斷研制和開發，無人機從過去主要是執行空中偵察、戰場監視和戰斗毀傷評估等任務的作戰支援裝備，升級成為能執行壓制敵防空系統、對地攻擊，甚至可以與有人戰斗機并肩作戰，甚至在某些條件下還能替代有人戰斗機執行作戰任務，從而成為未來空中作戰的主力航空武器裝備[12]。

參 考 文 獻

[1] 王正林.無人機光電載荷及其應用[J].光電技術應用,2013,28(1):16-17.

[2] 李國柱.無人機光電技術的應用與發展分析[J].艦船電子工程,2013,227(5):17-20.

[3] 劉洵,戴明.無人機光電載荷的研制與改進[J].光電工程,2008,35(3):1-3.

[4] 楊力.俄羅斯可能計劃開發一種核潛艇無人機[N].每日防務快訊，2015-11-16.

[5] 呂芮光.洛克希德·馬丁公司生產的X-56A無人機在美空軍試驗靶場演示[N].每日防務快訊，2015-12-02.

[6] 《防務新聞》周刊網.英軍采用“西風”8無人機強化監視能力[N].每日防務快訊，2015-12-04.

[7] 美國防御系統網.美陸軍實現阿帕奇直升機與黑鷹無人機之間的通信[N].每日防務快訊，2015-12-09.

[8] 美國航空周刊與空間技術網.韓國首次演示驗證MQ-1C/AH64有人-無人機編隊[N].每日防務快訊，2012-12-21.

[9] 張洵.全球鷹無人機將于2016年開展新型有效載荷試驗[N].中國航空報，2016-01-04.

[10] 朱家強.喬治亞理工學院開展無人機蜂群試驗[N].中國航空報，2016-01-11.

收稿日期：2016年1月9日,修回日期：2016年2月23日

作者簡介：王振成，男，碩士研究生，工程師，研究方向：飛機總體技術。

中圖分類號TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.007

Development and Analysis of UAV Equipment Technology

WANG Zhencheng

(Xi’an Military Agent’s Bureau of Naval Armament Department, Xi’an710054)

AbstractUnmanned aerial vehicle is unmanned aircraft which uses radio control equipment and control equipment for the control. This paper summarizes the characteristics, functions, key technologies and equipment of UAV, and finally discusses the development trend and analysis of UAV equipment technology.

Key Wordsunmanned aerial vehicle, equipment technology, analysis