試論民用無人機作為防空靶機的方法及可行性

付強+李鳴+徐艷+馬德有

摘要：本文結合地面防空裝備的訓練過程，指出了目前靶機協調困難、成本高、技術保障難、不利于基層實施的問題，分析了民用無人機的一系列優勢，說明了將其用于防空裝備訓練的可行性，提出了相關組織管理、加改裝、航路規劃等工作的一般方法，可為防空部隊開展類似工作提供借鑒。

關鍵詞：防空訓練；民用無人機；靶機

中圖分類號：TU891 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）23-0075-03

我軍地面防空裝備分為導彈、高炮兩大類；主要探測手段為雷達、光電；作戰空域分為高空、中空、低空和超低空；主要作戰對象是空域內的戰斗機、直升機、無人機、巡航導彈、傘兵等。為提高防空裝備作戰效能，充分的、接近實戰的防空訓練是必要途徑。一般利用靶機模擬敵方目標，提供目標保障。一般根據裝備技戰術指標和靶機特性，規劃飛行航路。選擇恰當地域部署防空裝備并做好戰斗準備后，導調人員放飛并控制靶機進入規劃航路，防空裝備根據上級指揮及空情通報，實施目標探測、跟蹤、解算，并視情射擊。通過觀測、記錄過程數據，可離線評估裝備性能及訓練水平。

顯而易見，靶機的性能、成本、技術難度、場地要求等特性，直接影響防空訓練整體實施方案和最終效果。本文分析了現有靶機的不足和民用無人機的優勢，說明了民用無人機用于防空裝備訓練的可行性和基本實施方法。

一、現有靶機的不足

按照是否有駕乘人員，靶機分為有人靶機和無人靶機。有人靶機一般是專用型號靶機、普通現役戰機或退役戰機改裝，由空軍及空管部門負責協調、管理，其技戰術性能先進、穩定，最接近真實目標。但其技術條件要求高、場地環境要求高、飛行成本高，而且受空軍自身訓練計劃影響較大，常需要跨軍種審核，步驟多，協調難，不易臨時申請，難以多架次、高頻次地實施目標保障。因此，利用有人靶機保障防空裝備訓練的方法不適于基層部隊或常規訓練，一般只有大單位在大型靶場才能輪流實施，每個單位的訓練機會十分有限。

無人靶機一般是為靶場試驗、基地演訓而研發的專用無人機，根據飛行速度分為若干型號，普遍存在技術復雜、操作困難、成本高的不足。例如，某型低速靶機飛行成本每小時約4萬元，擊落成本近20萬元；某高速靶機飛行成本每小時約20萬元，擊落成本近200萬元。在基層部隊或裝備訓練初期，很難籌劃實施。此外，現有無人靶機的機型、速度、航路等屬性相對固定，可選機型少，加改裝困難，不利于模擬特定目標。

鑒于上述原因，研究利用民用無人機提供防空訓練目標保障，可為基層部隊常規訓練提供一種方便、可行的技術手段，有效增強裝備訓練效果，促進部隊戰斗力提升。

二、民用無人機的優勢

本世紀以來，無人機技術日益成熟、普及，無論軍用還是民用，都帶來巨大的利益與改變[1]。軍用無人機已成為一種新型空中力量，引起了各國對未來戰爭作戰思想、作戰模式、組織編制等方面的新探索；民用無人機吸引了大批的航空愛好者，出現了許多不同規模的競賽活動，技術、資本、消費者三要素相互促進，相關產業出現了爆發式增長，消費級無人機與工業、農業、運輸業無人機都在快速推廣[2-4]。

相對于軍用無人機和專用靶機，民用無人機具備以下特點：

1.市場成熟，質優價廉。據統計，2014年全球無人機銷售達39萬臺，市場規模約52億美元。預計2020年保有量將達到1600萬臺。國外Google、Face book、亞馬遜、3D Robotics、Skyward、Skydo，國內的大疆、艾特、小米、洪都航空、西安愛生、山東礦機、一電航空等企業都持續投入巨額資金[3]，布局民用無人機市場。目前市場上廠家眾多，種類齊全，服務完善，相關法規與配套政策不斷完善。特別是多旋翼無人機市場發展非常迅猛[4]，質優價廉。如Phantom3系列無人機，理論升空極限達6000米，售價僅7000—10000元。

2.人機友好，易于學習、操控。民用無人機市場規模的迅速擴大，不僅促進了技術升級，也有效提升了人機交互性，使其易學、易用、易維護。隨著自動飛控、衛星定位、姿態測量、多通道通信、容錯控制等技術的應用，操作更加簡潔、智能，并且支持軌跡設置、安全區設置、地形匹配等高級操作，用戶不需專業培訓也可安全使用。

3.易加改裝，易客制化。民用無人機具有較好的載重能力和續航能力，升力、風阻、平衡等指標都留有一定裕度，并且整機結構相對簡單，廣泛采用模塊化設計，預留擴展接口，用戶可根據任務自行選購、裝配，能夠滿足特定需求的加改裝，維修、升級也十分方便、低廉。同時，客制化市場也比較成熟，定制開發成本及周期都較理想。

綜上所述，民用無人機技術成熟，經濟性、安全性優點明顯，經過恰當選型及加改裝，能夠滿足防空裝備訓練的相關需求。

三、運用流程及相關問題

靶機各項性能指標與作戰對象的接近程度，直接影響實戰化水平和防空裝備的訓練效果。利用民用無人機作為靶機開展防空訓練，需要結合訓練具體情況，制定翔實的訓練方案，確保訓練順利、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人機特性與裝備訓練需求之間的差異，具體包括以下四個方面：

民用無人機必須具備與真實作戰對象相似的輻射/反射特性特，才能考核防空裝備雷達、光電等探測設備的探測、跟蹤性能。

1.雷達反射特性。雷達一般具備測角、測距、測高、測速等功能。考慮民用無人機的雷達反射特性，一般應包括其雷達截面積和多普勒頻率。雷達截面積描述了無人機對雷達波后向散射的能力，是雷達能否發現目標的重要指標，它不僅與雷達電磁波特性有關，還與無人機相對雷達的角度有關。對于具體的雷達裝備，在有效探測范圍內，無人機越遠，需要的目標截面積越大。因此，規劃訓練航路時，應將雷達截面積與探測距離、相對角度綜合考慮。必要時，還應考慮到外界環境的干擾，如大氣傳播、折射等衰減現象。為調整民用無人機的雷達截面積，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。多普勒頻率是指運動目標反射雷達電磁波時產生的頻率偏移，目標相對雷達的徑向運動速度不同，對應的頻率偏移程度也不同。現代雷達常常根據多普勒頻率區分不同速度的目標。部分雷達將多普勒頻率較低的回波作為雜波濾除。因此，民用無人機用于防空裝備訓練時，為避免被雷達“視而不見”，應具有一定的徑向速度，在無人機選型及規劃飛行航路時有所考慮。（1）可見光反射特性。防空裝備采用可見光探測器（如電視跟蹤器）時，需考慮民用無人機的外形、尺寸、顏色（特別是與背景的差異）、紋理等特性，并根據飛行航跡及探測器性能，計算成像后的像素數和角速度，與裝備相關性能指標進行對比，不滿足探測需求時，應進行必要的加改裝。此外，上述過程還應注意環境能見度、空氣濕度可能的影響。（2）紅外特性。與可見光探測類似，對于紅外探測器需考慮民用無人機的紅外特性，可根據裝備內紅外探測器的工作波長，分析無人機飛行狀態的熱輻射特性，計算目標像素數及角速度。改善無人機紅外特性時，可利用電燈泡、電熱棒等裝置，確保航路內無人機能夠被探測。

2.飛行特性。一般需要考慮無人機飛行速度范圍、飛行高度范圍、最遠（可遙控）距離、續航時間（有效航程）、多機編隊能力等。與之相關的指標包括飛行載荷、電池性能、遙控器通道數等。裝備相關指標包括：最大/最小探測距離、有效探測高度、有效射擊范圍、火控濾波解算時間等。其中，民用無人機最大飛行速度和最大飛行高度是關鍵指標，應根據裝備訓練需求恰當選取。

3.經濟性。民用無人機選型及改裝時，在滿足性能要求的前提下，應注意降低成本，提高回收成功概率和重復使用次數。具體成本包括單套采購成本、附屬配件成本、日常維護及消耗成本、人力培訓成本等。

4.安全性。一方面，應考慮所選無人機的自身安全性，如抗風能力、抗電磁干擾能力（應特別考慮與雷達的兼容性）、防水性能、放飛/回收的實施條件、是否具備自主著陸功能、電量監控報警功能、區域/高度限定功能等；還應考慮無人機異常墜落對周邊裝備、人員的潛在隱患。特別對于具備錄音、錄像、衛星定位、無線wifi等功能的民用無人機，訓練過程很可能產生涉密信息，應及時消除失泄密隱患，避免其存儲介質外泄或被無線電竊聽。

以上四個方面中很多因素相互影響，甚至相互矛盾，訓練籌劃階段應綜合考慮，詳細分析。設計加改裝方案，既要兼顧各種探測器正常工作的需求，又要考慮有效載荷、續航能力、抗風能力；規劃飛行航路時，要權衡無人機性能與跟蹤、射擊需求，根據無人機的速度、高度、續航能力確定航路的起始點、飛行速度、飛行高度，又要檢驗其雷達截面積、多普勒頻率、成像質量等指標是否滿足要求。訓練實施階段，應循序漸進，可從簡單方式、近距離、低高度進行飛行嘗試，逐步完善、增加難度。另外，相關人員訓練過程保持通信暢通，注意天氣、地形等因素，及時規避風險，配備適當備件和工具，以備應急維修。

四、結束語

民用無人機市場龐大，技術性能不斷提升，逐漸用于防空裝備訓練任務，既是部隊迫切需求使然，又是無人機產業自身發展的必然。本文對其可行性及實施方法進行了分析總結，可為防空部隊開展類似工作提供借鑒。

參考文獻：

[1]崔秀敏，王維軍，方振平.小型無人機發展現狀及其相關問題分析[J].飛行力學，2005，（23）：14-18.

[2]凌云.農業無人機在農業生產中前景無限[J].農業機械，2013，（7）：17-18.

[3]劉勇，周星，陳天偉等.民用無人機應用發展概述[J].赤峰學院學報（自然科學版），2014，（12）：30-33.

[4]黃愛鳳，鄧克緒.民用無人機發展現狀及關鍵技術[C].第九屆航空航天科技創新與長三角經濟轉型發展論壇論文集，2012.11，南京：24-30.

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