無人機飛行氣象保障研究

95894部隊

無人機飛行需要多方面的綜合保障，氣象保障是無人機安全飛行的先決條件之一。本文聚焦無人機飛行氣象保障研究，分析無人機氣象保障的特點，通過對比無人機與有人機氣象保障的差異，提出有效可行的氣象保障方法，從而提高無人機使用效能，為無人機安全飛行奠定基礎。

近年來，無人機在軍用和民用領域表現卓越，引起世界各國高度重視。無人機憑借多樣化任務載荷、低成本、高機動性等特點，可在航拍、測繪、物流、農林種植、偵察監視、邊境巡邏等多個領域執行各種任務。然而，如果天氣不能滿足無人機飛行的最低氣象要求，將會給飛行安全造成威脅。無人機飛行需要多方面綜合保障，氣象保障是無人機安全飛行的先決條件之一，探索無人機飛行氣象保障特點，研究氣象保障方法和措施，能有效提升無人機使用效能，保證飛行安全。

無人機飛行最低氣象條件

無人機飛行最低氣象條件是無人機安全起降、飛行的天氣標準，是為保證無人機起降和執行任務而規定的最低限度天氣條件。

無人機飛行氣象條件可分為起降場天氣條件和航線天氣條件。一般小型近程無人機如多旋翼無人機，由于續航時間小和航程短，僅在起降場附近使用，所以只需要根據起降場天氣條件實施飛行氣象保障，天氣要素包括云、能見度、風等；很多大型遠程長航時無人機如軍用戰略無人機，由于使用半徑大，航程可達幾百或上千千米，必須在起降場天氣條件基礎上，結合航線天氣條件加以保障，周全考慮空中風、雷暴、無人機積冰、無人機顛簸等要素。

無人機氣象保障特點

最低氣象條件要求苛刻

無人機起降過程中，對風速的要求較為苛刻?？赡軡M足大型飛機起降的風速，卻不能滿足無人機起降要求，因此需要更準確地掌握風速變化。

在無人機飛行過程中，操控人員和保障人員要把握云、無人機積冰、無人機顛簸和空中風等情況。很多無人機搭載了較多精密電子設備，對空氣濕度要求很高，無法長時間在云中飛行，因此層積云、層云、高積云等都對無人機飛行產生較大影響，無人機只能短暫地穿過較薄的云層。有些無人機沒有配備除冰裝置，且航速較慢，因此積冰會嚴重影響它們的飛行安全。無人機與地面控制站之間通過視距和超視距衛通等鏈路傳輸遙控和遙測信息，一旦空中發生顛簸，會導致無人機飛行姿態不穩定，很容易影響鏈路信號傳輸，所以對空中氣流的預判也很重要。

預報精度要求高，協調難度大

圖1 起降場自動氣象站實時獲取氣象觀測數據。

大型無人機通?？鐓^域跨晝夜飛行，其飛行空域更廣、續航時間更長、精度更高，對氣象保障的預報精度要求更高。而且，不同區域的氣象保障，涉及保障部門多，各部門之間組織協調、資源共享、信息傳遞等需要建立良好的協調溝通機制，確保完成飛行保障任務。

相比于有人機，很多無人機無法實施備降場備降。因此，大大增加了氣象保障難度。無人機起飛后，一定要精確預報返航時間段的天氣，確保其安全降落。

協同溝通難度大

有人機飛行過程中，當航線上有濃積云或積雨云時，飛行員可以通過機載雷達或者加強觀察，及時繞過濃積云和積雨云。但無人機操控員難以像飛行員一樣，實時、準確觀察和判斷航線中的天氣，特別是無人機空中顛簸、氣流等情況，很難有直觀感受。而且無人機繞過濃積云和積雨云的能力較弱。此外，若天氣影響到無人機飛行安全，需要重新調整航線、數據上傳、數據處理等一系列過程，臨機處置會有延遲，可能會錯過最佳調整時機。

因此，實施氣象保障時要加強對無人機任務區及航線天氣的掌握，盡可能不在復雜天氣的區域飛行。

任務區氣象站點少，氣象資料獲取少

無人機經常在人員稀少、交通不暢的高原、戈壁、草原等地區執行邊境巡邏、管線檢查等任務，這些地區幾乎無氣象站點，氣象觀探測數據非常少，很難獲取飛行空域的氣象資料，對任務區氣象要素的監測缺乏有效手段，保障中只能依靠衛星云圖、天氣圖、雷達回波圖等資料進行判斷。

新裝備要求高，保障經驗少

無人機攜帶的精密儀器多，對運行環境要求高，同時很多新型無人機剛投入使用，故障率較高。然而很多無人機操控員或保障人員掌握的氣象理論知識比較匱乏，對氣象保障了解較少，在實際飛行中很容易錯失飛行窗口期，影響了飛行計劃，或者忽視天氣復雜性，盲目蠻干危及無人機飛行安全。

圖2 衛星云圖。

無人機氣象保障措施

掌握無人機性能，深入研究氣候特點

氣象保障人員及無人機操控人員需全面掌握無人機性能，充分了解最低天氣條件，根據任務要求，收集、整理任務區域歷史氣象資料，對季節性氣候特點進行分析，深入研究任務區氣象要素特點，準確把握任務區天氣變化規律。

充分掌握起降場及航線天氣

無人機飛行可以由操控員操控飛行，也可以按照預設航線自主飛行，無論哪種飛行，操控人員和保障人員都要提前掌握飛行任務、航線、高度等情況，明確各航點方位、高度及與起降場的距離，無人機到各航點所需的時間，做好起降場及航線天氣預報，并結合最低天氣條件和任務具體要求，嚴格把好飛行天氣條件關。

實時監視天氣情況，提出氣象保障建議

任務臨近和實施飛行時，應充分利用實時觀探測數據、衛星云圖、雷達回波圖等氣象信息，進行要素特點分析和規律總結，嚴密監視重點地域的天氣變化。隨時了解無人機方位和無人機回傳的視頻影像，借助實時視頻影像掌握周圍云的情況，適時規避不利天氣的影響。

密切協同配合，擴大信息來源

圖3 空中風場數值預報截圖。

圖4 便攜式氣象儀。

無人機經常在偏遠地區開展工作，任務保障前，可以從各類氣象APP、中央氣象臺官網等渠道獲取強對流天氣預報、降水量預報等氣象信息；也可以與當地氣象站和航線區域的氣象站建立廣泛的溝通聯絡機制，充分利用現有資源，確保飛行全域氣象保障無縫銜接，提高天氣預報準確性，為航線設置、任務規劃、飛行操控提供可靠依據。

深入研究難點，準確把握飛行窗口期和區域

由于無人機起降對風速要求非常嚴格，保障時可以在起降區域架設便攜式氣象儀，實時掌握風向風速情況，避開大風時間段起降；利用中央氣象臺發布的衛星云圖、雷達回波圖等信息分析航線天氣，選擇可以飛行的區域，規避強對流、云量較多的區域。

對于航速慢且沒有除冰裝置的無人機，在北方秋冬季飛行時，其積冰問題比較突出，所以要提前了解零度層高度以及空中各云層濕度。在保障過程中要重點研究鋒區、空中槽、切變線、低渦附近地區的溫濕度分布，掌握飛行高度的云層溫度，特別要注意氣溫在0～-10℃的云層，結合濕度判斷是否有積冰風險的云層。

制定嚴密預案，加強預防及特情處置

針對無人機對天氣條件要求高的特點，氣象保障要有針對性地制定切實可行的特情處置預案。如果無人機按預設航線飛行，為防止突發情況發生，需時刻掌握無人機所處的航線點，并做好安全區待機、返航、復飛及終止任務的準備。

針對飛行中可能出現的、危及飛行安全的天氣，應確定需重點監測的氣象要素及其方位和持續時間，一旦出現復雜天氣或極端天氣，及時進行處置。比如，無人機不能在強對流云團中飛行，而本身又無法快速改變航線規避強對流云團。因此需要借助雷達回波圖，重點關注航線上是否有正在以及將要發展的強對流區域。

圖5 雷達回波圖。

總結

總體而言，無人機氣象保障面臨以下難點。

一是機體尺寸小、最大起飛重量輕、巡航速度慢的無人機，易受大風、空中顛簸等因素影響；

二是部分大型無人機航程遠、續航時間長、實用升限不高，易受天氣影響；

三是一些無人機使用半徑長、指令響應慢、機動性差，規避危險天氣的能力有限；

四是一些無人機續航速度慢，無除冰裝置，不抗積冰，不能長時間在云中飛行；

五是在一些特殊情況下，操控人員無法及時感知、識別和判斷外界天氣變化，應急處置能力較弱。

因此，保障飛行時，要加強預想、預判和特情處置，準確掌握起降地及航線的各個氣象要素，時刻做好天氣監視，充分利用可以飛行時段，促使飛行計劃順利實施，確保飛行安全?！?/p>