無人作戰(zhàn)飛機(jī)查證空飄物方法研究

李昭奕 程文超 齊萌 熊世忠

近年來，不明空飄物時(shí)常出現(xiàn)在我國邊境地區(qū)上空，空飄物攜帶攻擊性武器或者空飄物影響空域內(nèi)航空器正常飛行，將對(duì)我國空域安全造成巨大威脅。因此，空飄物查證任務(wù)至關(guān)重要。空飄物的截面積通常很小，因此，地面雷達(dá)有時(shí)無法探測(cè)到空飄物。即便雷達(dá)可以探測(cè)到空飄物，受空飄物的雷達(dá)截面積過小的因素影響，雷達(dá)難以持續(xù)穩(wěn)定地獲取空飄物的位置信息。相較之下，航空偵察力量執(zhí)行空飄物查證任務(wù)更加可靠且十分必要。當(dāng)空中出現(xiàn)不明空飄物時(shí)，出動(dòng)航空偵察力量實(shí)施抵進(jìn)偵察，可以獲取更加直觀的影像信息，為進(jìn)一步確定不明空飄物的處置措施提供可靠依據(jù)。

空飄物查證任務(wù)的特點(diǎn)

航空偵察力量對(duì)地面目標(biāo)和海上目標(biāo)的偵察，在偵察模型上，通常可簡(jiǎn)化為地、海面目標(biāo)在二維平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，地、海面目標(biāo)周邊多有特征明顯的固定參照物，便于航空偵察力量快速鎖定目標(biāo)，實(shí)施持續(xù)穩(wěn)定的跟蹤監(jiān)視。反觀，空飄物周邊缺乏固定參照物，且空飄物的運(yùn)動(dòng)受風(fēng)的影響較大，空飄物的運(yùn)動(dòng)方向可能隨時(shí)會(huì)發(fā)生改變，空飄物的三維運(yùn)動(dòng)軌跡難以準(zhǔn)確推算。因此，空飄物查證任務(wù)難度較大。

無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行空飄物查證任務(wù)的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)

無人作戰(zhàn)飛機(jī)無需考慮飛行員對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)偵察環(huán)境和飛行時(shí)長(zhǎng)的適應(yīng)和接受能力，可在惡劣、復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)施長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤、偵察、監(jiān)視行動(dòng)。無人作戰(zhàn)飛機(jī)搭載多型偵察載荷，可以根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，靈活選擇使用高空CCD攝像機(jī)、高空紅外行掃儀、多光譜相機(jī)、合成孔徑雷達(dá)等任務(wù)載荷，有效減少不同天候?qū)诊h物偵察效果的影響，同時(shí)地面情報(bào)人員可對(duì)多種成像方式獲取的圖像進(jìn)行比對(duì)，有效提高目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性和判讀結(jié)果的可靠性。因此，無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行空飄物查證任務(wù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

但與此同時(shí)，無人機(jī)執(zhí)行空飄物查證任務(wù)的難點(diǎn)也不容忽視。空飄物的雷達(dá)截面積相較于地面目標(biāo)和海面目標(biāo)通常更小，無人機(jī)發(fā)射激光直接射中空飄物的難度較大。即使無人機(jī)發(fā)射激光成功射中空飄物，但受空中氣象因素影響，無人機(jī)仍無法對(duì)空飄物實(shí)施持續(xù)穩(wěn)定跟蹤，需通過戰(zhàn)術(shù)不斷優(yōu)化無人機(jī)偵察航線，進(jìn)而重新鎖定目標(biāo)。

無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行空飄物查證任務(wù)的作戰(zhàn)流程

聽令起飛，抵進(jìn)偵察，圈定運(yùn)動(dòng)邊界

無人機(jī)接到空中出現(xiàn)不明空飄物的雷情通報(bào)后，聽令出動(dòng)，前往目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行空飄物查證任務(wù)。無人機(jī)即將抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域時(shí)，任務(wù)規(guī)劃員實(shí)施臨機(jī)規(guī)劃，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域當(dāng)前時(shí)刻的平均風(fēng)速，繪制臨時(shí)飛行航線，飛行操控員切換飛行航線，密切監(jiān)控飛行數(shù)據(jù)，任務(wù)載荷監(jiān)控員密切監(jiān)控實(shí)時(shí)下傳的偵察圖像。

無人機(jī)抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，短時(shí)快速發(fā)現(xiàn)空飄物的概率較小。無人機(jī)抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域時(shí)，可重新獲取雷情信息，任務(wù)規(guī)劃員根據(jù)兩次雷情信息，以及時(shí)間段內(nèi)的風(fēng)速風(fēng)向信息，大致推算空飄物的運(yùn)動(dòng)軌跡，圈定偵察區(qū)域邊界，進(jìn)而縮小空飄物的搜索范圍。

分級(jí)劃定，往復(fù)偵察，鎖定疑似目標(biāo)

空飄物的運(yùn)動(dòng)軌跡隨機(jī)性較大，任務(wù)規(guī)劃員應(yīng)按目標(biāo)出現(xiàn)概率靈活規(guī)劃航線，根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向等數(shù)據(jù)，列出空飄物當(dāng)前位置信息矩陣，導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)，繪制出空飄物出現(xiàn)位置的概率點(diǎn)圖，進(jìn)而根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量和密度，劃分偵察區(qū)域，設(shè)定優(yōu)先偵察等級(jí)。

飛行操控員切換偵察航線，控制無人作戰(zhàn)飛機(jī)飛行，采用“光柵”或“掃雪”偵察航線，按照優(yōu)先偵察次序，對(duì)出現(xiàn)目標(biāo)的目標(biāo)區(qū)域，實(shí)施往復(fù)偵察，直至發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)。

任務(wù)載荷監(jiān)控員發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)時(shí)，快速鎖定目標(biāo)，發(fā)射激光，記錄數(shù)據(jù)。此時(shí)，飛行操控員在確保飛行安全的前提下，切換至盤旋狀態(tài)，確保持續(xù)穩(wěn)定的監(jiān)視目標(biāo)。任務(wù)規(guī)劃員統(tǒng)籌數(shù)據(jù)信息，根據(jù)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)間和目標(biāo)位置信息、無人機(jī)鎖定目標(biāo)時(shí)間和目標(biāo)位置信息，以及時(shí)間段內(nèi)風(fēng)速風(fēng)向信息，大致推算空飄物的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而圈定空飄物的運(yùn)動(dòng)范圍。

盤旋偵察，獲取位置，溯源查證目標(biāo)

在搜索目標(biāo)階段，高空CCD偵察攝像機(jī)成像更為直觀。無人機(jī)鎖定目標(biāo)后，任務(wù)載荷監(jiān)控員通過“變倍”“調(diào)焦”等操作，使目標(biāo)處于合適的視場(chǎng)中，便于目標(biāo)識(shí)別和跟蹤。在此特別要強(qiáng)調(diào)的是，因空飄物通常質(zhì)量較小，空飄物在風(fēng)的作用下，漂浮速度很快，極易“飄出”監(jiān)控屏幕范圍。無人機(jī)丟失目標(biāo)后，擴(kuò)大任務(wù)載荷視野，重新鎖定目標(biāo)的難度仍舊較大。因此，空飄物目標(biāo)切不可縮至過小，設(shè)置適宜的任務(wù)載荷的倍率，使目標(biāo)處于合適的視場(chǎng)中，對(duì)無人機(jī)實(shí)施持續(xù)穩(wěn)定的跟蹤監(jiān)視至關(guān)重要。

無人機(jī)實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視后，情報(bào)人員進(jìn)行識(shí)別研判。若情報(bào)人員判定為預(yù)定空飄物目標(biāo)無誤，則無人機(jī)繼續(xù)實(shí)施跟蹤監(jiān)視。若判定目標(biāo)有誤，則無人機(jī)再次實(shí)施往復(fù)偵察，直至搜尋到目標(biāo)。

情報(bào)人員確定當(dāng)前無人機(jī)鎖定的目標(biāo)為預(yù)定目標(biāo)后，任務(wù)規(guī)劃員根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻空飄物航向、無人機(jī)平臺(tái)高低角和當(dāng)前飛行高度，估算預(yù)定盤旋位置，確定臨時(shí)航點(diǎn)并實(shí)時(shí)規(guī)劃航線，使無人機(jī)的臨時(shí)飛行航線與目標(biāo)保持基本平行，進(jìn)而抵消或減小一個(gè)維度的變量影響。無人機(jī)抵達(dá)預(yù)定位置后實(shí)施盤旋偵察，無人機(jī)采取激光測(cè)距的方式，計(jì)算空飄物當(dāng)前位置坐標(biāo)，任務(wù)規(guī)劃員根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻空飄物的位置坐標(biāo)和相關(guān)氣象信息，反向推算空飄物的飛行航跡和釋放源位置，任務(wù)規(guī)劃員重新規(guī)劃溯源查證航線，無人機(jī)執(zhí)行溯源查證任務(wù)。

結(jié)束語

隨著科技發(fā)展，航空愛好者越來越多。小型航空器的無序航行，對(duì)空中交通管制、防空安全構(gòu)成了現(xiàn)實(shí)威脅。因此，空飄物查證也成為國內(nèi)重要城市面臨的長(zhǎng)久問題。本文對(duì)空飄物活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模型化假設(shè)，總結(jié)了空飄物在空活動(dòng)的規(guī)律，結(jié)合空飄物查證任務(wù)的特點(diǎn)和無人機(jī)執(zhí)行空中查證任務(wù)的優(yōu)勢(shì)，提出了無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行空飄物查證任務(wù)的作戰(zhàn)流程。

雖然無人機(jī)在執(zhí)行空飄物搜索查證任務(wù)上具備一定的優(yōu)點(diǎn)，但受無人機(jī)飛行速度和任務(wù)規(guī)劃等因素限制，無人機(jī)的航行速度總體遠(yuǎn)低于大部分有人機(jī)，任務(wù)時(shí)長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，空飄物在短時(shí)內(nèi)運(yùn)動(dòng)距離就相對(duì)較大，因而無人機(jī)空飄物執(zhí)行空飄物搜索查證任務(wù)，存在時(shí)延問題。但有人機(jī)相對(duì)無人機(jī)油耗較大，出動(dòng)有人機(jī)執(zhí)行空飄物搜索查證任務(wù)，效費(fèi)比偏低。相對(duì)而言，無人機(jī)執(zhí)行空飄物搜索查證任務(wù)更為經(jīng)濟(jì)。

目前，航空偵察力量執(zhí)行偵察任務(wù)，更多的是執(zhí)行查證地、海面目標(biāo)任務(wù)，空中小目標(biāo)查證任務(wù)需求較小。我國邊界空域出現(xiàn)大型軍用航空裝備時(shí)，通常出動(dòng)戰(zhàn)斗機(jī)伴飛勸返。在此可以假想，未來可針對(duì)空中目標(biāo)查證任務(wù)，研發(fā)一款低油耗、高性價(jià)比的偵察無人機(jī)，執(zhí)行全天時(shí)空中目標(biāo)偵察任務(wù)，從而縮短航空偵察力量升空到達(dá)時(shí)間。