一種無人機管制車的設計

中航天元防務技術（北京）有限公司 王軍

介紹了一種針對小型旋翼無人機的全智能型管制車。該無人機管制車以車載偵查處置平臺為載體，集目標探測、跟蹤識別、指揮控制和打擊處置功能于一體，系統集成度高，擴展性好，能夠兼容目前各類偵測與處置手段，主要應用于重點區域低空防御。

無人機管制車是一種高度集成化的，針對小型旋翼無人機的全智能型綜合性防御系統管制車輛。該系統以車載偵查處置平臺為載體，集目標探測、跟蹤識別、指揮控制和打擊處置功能于一體，系統集成度高，擴展性好，能夠兼容目前各類偵測與處置手段，查打一體，打管結合，主要應用于重點區域低空防御，以應對越來越多小型旋翼無人機的濫用、“黑飛”所帶來的安全威脅。

無人機管制系統集成了Ku波段電子掃描相控陣雷達、定向射頻抑制/干擾系統、全自動光電觀瞄跟蹤系統以及強激光打擊系統，在指控系統平臺支持下，能夠對4km范圍內的無人飛行器進行探測、跟蹤、鎖定、識別、分析及決策，能對1km半徑內所有威脅性無人機和其他無人飛行器目標進行處置打擊，確保要地低空安全。該系統集成度高，能夠兼容目前各類偵測與處置手段。

設計原則

a.機動性：通過外形結構設計，保證車輛良好的通過性。整車改造的質心設計合理，使得該車型在以50km車速轉彎時，側傾角小，抓地力強，安全可靠。

b.安全可靠性：選擇性能可靠穩定，配置合理，動力強勁的底盤作為改裝平臺，保證車輛使用的穩定性與可靠性。底盤的制動性能、動力性能、減震性能、車內空間大小、負載能力均要滿足設備改裝要求。改裝后整備質量滿足原底盤設計要求，不能超過底盤承載能力，最大總質量不超過原車規定的最大總質量要求，且整車改裝質量、前后軸荷分配合理，確保整車的制動性能、爬坡性能不受影響。

圖1 總體外觀圖

c.結構安全可靠性：在車體改造尤其是頂蓋改裝、地板改裝、設備安裝過程中，嚴格遵循“改造與加強相結合”的設計原則，預先設計加強骨架、加強預埋固定件，保證整車的強度與剛度。

d.整車布局合理性：總布置合理，設備安放合理，便于安裝、操作、觀察。

e.環境適應性：充分考慮環境適應性，確保車輛在－20℃～50℃環境下能夠正常工作。

f.密封防水性：充分考慮整車的防腐密封性，防水、防雨、防塵。嚴格控制各類外蒙皮改裝工藝，保證所有的接觸面與外露縫隙均進行涂膠防水處理，保證車輛蒙皮的防水性能。所有地板穿線、穿管、骨架設備安裝位置均要做涂膠密封處理，保證地板的密封防塵性。

g.人機工程設計：考慮人員操作、乘坐、轉動等空間，保證人員的頭部空間、腿部空間與轉動空間。視頻監控設備、操作設備便于觀察、便于操作。充分考慮車輛內部的照明配光設計，保證操作區、乘員區的照明亮度要求。

h.使用與維修方便性：整車的設備維護包括車內設備、頂置設備均方便接近，在不破毀車體結構、不損害其他系統功能的情況下，可以實現對所有設備的檢查維修。

i.平順性：整車與各系統要充分考慮減震、降噪、隔音以及人機工程的要求，從結構上、材料上、工藝上確保各設備安全正常工作，并保證內部乘坐指揮人員良好舒適的工作環境。

j.美觀舒適性：充分運用工業設計手段提高整車的整體美觀性，使車輛的外觀與內飾設計保持美觀、流暢、協調、勻稱、合理。

總體設計

1.底盤選型

該無人機管制車根據配置的上裝部件總體質量選擇適合的車輛底盤,如圖1所示。車輛整備質量、最大總質量不得超過所選擇的車輛底盤規定的承載要求,且整車改裝質量分布合理,前后軸荷分布合理。根據對車身改裝結構和車內安裝設備的質量計算,確定所選擇的底盤必須具備的最小載質量,確定初選車型范圍。這樣可保證選擇的底盤車型能夠滿足整車及上裝設備改裝要求。

本文樣車外形尺寸為5995mm×2 0 0 0 m m×2 9 0 0 m m，總質量為4060kg。整車總體布置如圖2～5所示。

2.內部方案

2.1 駕駛區

駕駛區保持原底盤車輛布局不變，內飾不變，儀表臺安裝GPS導航系統及倒車監視系統。長排警燈警報器主機及喊話器布置在駕駛室內部，以便于人員操作。副駕駛選用雙人座椅，以滿足更多工作人員乘坐需求。

2.2 指控區

指控區設置兩席位顯控系統，包括監控席位和處置席位。監控席主要用于監控武器狀態、圖像等信息。處置席用于決策的操作執行。席位設計成360°旋轉座椅，滿足車輛行使過程中的乘坐需求。

顯控系統主要由顯控臺及電子設備組成，如圖6所示，其中顯控臺包括6個大屏幕，4個小屏幕，并設置鼠標、鍵盤、音響、操控面板等附屬設施及底部電子設備機柜等。顯控系統主要顯示內容包括雷達顯控圖像、本方無人機空中監控圖像、光電轉塔的視頻畫面、指揮控制畫面、武器狀態顯示畫面、外部輸入畫面、起飛區單兵畫面及態勢顯示畫面。所有圖像均可以切換和保存。

2.3 設備區

車體后部設置設備區。設備區與操控區通過隔斷分隔。隔斷前部安裝LED顯示屏，以顯示飛行控制時間、速度、溫度、濕度等信息。設備區采用電動升降平臺安裝及舉升雷達及微波干擾設備，如圖7。對應此兩種設備的車體頂部開設電動翻轉艙門。設備工作時，需將頂艙門打開，通過升降平臺將雷達和微波干擾設備舉升至車體頂部工作。設備區底部制作防水底托及泄水口，避免設備區底部存水。利用升降平臺底座制作儲物柜，以放置外接線纜及無人機充電器等設備。

2.4 空氣調節系統

a.行車空調：匹配原底盤大功率行車空調系統。

b.駐車空調：為提高工作人員的現場辦公環境質量，在指控區內設計車載頂置駐車冷暖空調。頂置空調為220V電壓，可以使用車載發電機供電，也可以使用外接電源供電。需要特別注意頂置空調安裝時，頂蓋骨架需焊接預埋板，以加強頂蓋強度，減小空調工作帶來的共振噪音，且要嚴格做好防水密封處理。

c.暖風系統：在頂置冷暖空調基礎上安裝空氣加熱器，滿足冬季車內保溫調溫能力要求。

d.換氣系統：在指控區車頂安裝電控強制雙向排風系統，提高車輛空間的空氣調節能力。

2.5 供電系統

通過配電箱對市電(發電機)實行自動控制。保證各系統用電互不干擾，提高整車設備的可靠性。整車供電系統交直流分開供電，通過電源總控箱進行控制。12V直流系統由備用蓄電池供電。配電箱上安裝車內及車外電源集中控制面板，并安裝有發電機及市電電壓、蓄電池電壓供電指示, 可觀測各路供電情況。配電箱各路供電配備漏電保護器、轉換開關、空氣控制開關，并安裝明顯中文標識。

圖8 電動翻轉艙門機構

圖9 系統拓撲圖

2.6 外部附屬設施

車體附屬后爬梯、頂艙外翻車頂LED顯示屏、外部照明燈、艙門頂部圍欄、光電吊艙、車體側頻閃報警燈、前頂部長排爆閃警燈等設施。可通過外部LED顯示屏顯示部分指揮控制宣傳信息。

系統進入工作狀態前，通過電動遙控方式操作車頂翻轉艙門，隨后通過遙控方式控制舉升平臺升降，將雷達及反制設備舉升至車頂，如圖8所示。

系統組成及性能指標

系統主要由車載指控單元，探測跟蹤單元，打擊處置單元三大部分組成，系統拓撲圖如圖9所示。

1.車載指控單元

車載指控單元+偵測跟蹤處置單元整體集成方式，機動性強，布設時間短，操作靈活方便。車內布置指揮控制系統與席位，可滿足2～3名操作員、指揮員工作，如圖10所示。

圖10 車載指控單元

圖11 指揮中心信息流程圖

車載指控系統可實現采集信息實時處理，并預留多個通信接口。通過對目標的檢測、識別、分析，完成對目標的識別和信息顯示，風險與態勢評估。實現目標監控、跟蹤、鎖定，在作戰地圖上實時顯示作戰資源，為決策者綜合判斷提供依據，切實提高應用部門的現場快速反應、統一指揮、處置打擊的能力和要點防空管制水平，指揮中心信息流程圖如圖11所示。

由于低、慢、小目標具備發現難，預警時間短等特點，防空體系3個步驟（探測、指控、處置）中的指控系統設計時應能夠在一定的預警時間內為處置留有更多的時間，甚至二次處置的時間，指控系統應降低指揮信息流的傳輸層級，降低中間環節的信息處理時間，減少指揮的層次，提高指揮效率。所有的傳感器都可以進行引導處置，提高系統的可靠性。

圖12 指控系統界面

圖13 有源相控陣雷達

圖14 光電

從態勢信息的融合過程出發，可以更清晰地體現指揮控制與信息的融合。指揮員根據要實現的任務實施任務規劃，實現戰術制定，指揮員更具體布置任務和戰術展開行動，行動的結果又導致戰場的態勢發生改變，態勢的改變通過信息的收集等信息一系列處理后以及情報的收集處理、態勢的多維表現為指揮員提供當前的態勢理解。指揮員根據對信息的綜合判斷，實現對敵方意圖的識別、威脅的評估，并修訂我方的作戰規劃，如此循環，最終體現一個完整的指揮控制過程。

指控系統軟件業務層次主要包括兩個部分：指揮控制部分和態勢顯示部分。系統界面如圖12所示。

指揮控制部分具備良好的人機界面，界面簡潔、標示明確、操作容易。界面主體具備發現目標的各種信息主要包括編號、高度、方位角、距離、飛行方向等信息。可同時顯示多個架次的飛行器目標，當目標消失時具備消隱功能。同時可以控制系統中雷達的工作方式、機械掃描的掃描范圍、電子掃描的掃描范圍、信號處理的門限值、MTI值是否開啟、TWS工作模式是否開啟、掃描的工作模式選擇以及雷達信號的開機、關機和歸零等操作。可以控制系統中的干擾設備的頻率選擇、作業時間選擇、方向選擇等信息。還可以控制光電轉塔的方向、鎖定。

態勢顯示部分，以衛星地圖作為基礎，可以設置起飛區、禁飛區、安全區、警戒區和飛行走廊；可以劃設防護網格，以網格進行區塊防護；可以手繪標示重點區域、重點目標；可以根據雷達和光電發現威脅目標在態勢圖中顯示出來；按照時間的順序對報備的飛行路線進行加載；明確我方、友方的作戰資源所在位置。

2.探測跟蹤單元

探測單元采用有源相控陣脈沖多普勒雷達體制，如圖13所示，可同時搜索200批目標，對于Rcs = 0.1m2的目標，探測距離≥4 km；對于Rcs = 0.01m2 的目標，探測距離≥1.5 km，并能快速上報入侵無人機的速度、距離、方位和高度等信息，虛警率低，雜波抑制能力強。

圖15 微波干擾設備

圖16 高能激光發射器

跟蹤識別設備為光電轉塔，如圖14所示。當系統發現目標后自動引導光電轉塔追蹤目標，光電轉塔完成鎖定操作，利用可見光、敵我識別、紅外敵我識別等手段對目標進行確認，當發現目標為威脅目標時，引導干擾設備進行處置。

光電跟蹤系統晝間利用可見光，夜間利用紅外熱像儀對目標進行搜索、跟蹤和識別，最大發現距離大于1.5 km，穩定精度≥50urad(RMS)。

3.打擊處置單元

系統處置打擊方式主要通過指控系統引導定向射頻壓制系統對無人機的控制鏈路、數據鏈路和導航信號進行壓制，使其迫降、迷航、返航甚至墜毀，實現重點區域無人機防護的目的，該設備支持多頻段反制信號同時輸出，反制距離可達1 km以上，可處置多方位多批次的空中威脅。

打擊處置系統主要采用微波復合干擾設備實現，如圖15所示。通過電子壓制干擾切斷無人飛行器與遙控端的通信鏈路，破壞其導航系統正常工作。反制設備在探測設備提供的目標信息（速度、距離、方位和高度）的引導下，能快速響應，對入侵無人機實施反制，達到使低空無人機迫降或者返航的目的。

此外，該系統還可以根據任務需要，擴展兼容強激光打擊單元，如圖16所示，用以應對無線電壓制手段無法處置的各類型遙控無人機以及孔明燈、空飄氣球、無人滑翔機、航模等飛行器。

強激光打擊單元是利用高能激光束照射目標，對空中來襲的“低小慢”目標實施激光毀傷，從而實現對重要活動及重點區域的安保防護作用。強激光打擊單元采用車載機動平臺方式。強激光打擊單元的功能是利用雷達探測提供預警信息，引導跟蹤瞄準系統自動對目標進行鎖定、實現精確跟蹤和瞄準，發射高能激光束，通過發射光學系統，對目標實施精確打擊。

結語

綜上所述，無人機管制車的設計布置精心合理，各個功能區域得到了有效利用，充分體現了人性化設計原則。該車可實現采集信息實時處理，并預留多個通信接口。通過對目標的檢測、識別、分析，完成對目標的識別和信息顯示，風險與態勢評估。可實現目標監控、跟蹤、鎖定，在作戰地圖上實時顯示作戰資源，為決策者綜合判斷提供依據，切實提高現場快速反應、統一指揮、處置打擊的能力。