无人机装备技术的发展与分析*

王振成

(海军装备部西安军事代表局　西安　710054)



无人机装备技术的发展与分析*

王振成

(海军装备部西安军事代表局西安710054)

摘要无人驾驶飞机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。文章概述了无人机的特点、功能、关键技术和装备概况，最后论述了无人机装备技术的发展动向与分析。

关键词无人机; 装备技术; 分析

Class NumberTN97

1引言

目前，各国对无人机的研制和开发极其重视，其担负的任务也从战场侦察和监视扩展到海域巡逻、反潜战、对舰(地)攻击、电子干扰、通信截听、目标精确定位、中继通信等领域，甚至扩展到战区空中导弹防御、心理战和网络中心战领域。本文就无人机技术、装备概况、发展动向、发展分析等，作进一步的探讨[1]。

2无人机技术

无人驾驶飞机简称无人机，英文缩写为UAV，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机[2]。

2.1特点

1) 以任务为中心设计。无人机设计的最大特点是，它可以主要以任务为中心来设计，而不用考虑人的因素。因而飞机的速度、高度、航程和机动性可以有很大的突破，机动能力可以成倍增长，可携带各种精确制导武器，作战使用灵活多样，更容易实现隐身要求;而且许多受到人的生命安全、人的生理或人为因素限制的技术都可以在无人机的设计中大胆使用。

2) 机身结构简单，系统复杂。对于无人机本身来说，虽然其气动外形与有人驾驶飞机相同或大同小异，但因为没有飞行员，也就没有驾驶舱和相应的设备(如座椅、仪表和生命保障系统)，因此，在结构上比较简单，可以采用模块式设计，以便更换任务组件。

但是，无人飞机整个系统却比较复杂。无人飞机系统一般包括无人飞机、遥控站和数据链。机载系统包括信息存储与传输系统、信息感知与信息对抗系统、任务规划与管理系统、飞行器飞行控制与管理系统、能源管理系统、突防系统、自主起飞着陆系统等。遥控站可以设在地面，也可以设在飞行器和海面舰船上。遥控站的控制人员通过测控等设备，对无人机进行跟踪、定位和数据传输。这样复杂的系统必须人与飞机和各种设备共同工作，相互配合，才能完成无人机的起飞、空中飞行、执行任务和降落。

3) 可在危险环境作战。在非接触战争零伤亡战略目标的驱动下，面对一些必须去执行的危险系数极大的工作，可以交给无人机去执行，这样就不存在飞行员丧命的风险。另外，在与有人驾驶飞机协同编队作战时，无人机还可以在关键时刻牺牲自己以保全有人飞机飞行员生命。

4) 使用费用降低。无人飞机由于不需要座舱、显示器、环境控制和防护救生系统，费用会低一些;无人飞机对费用更重要的节省在它的使用与保障费用上。由于它在使用效率上要远远高于有人驾驶飞机，而且不需要训练飞行员来熟悉飞机驾驶，所以在这方面的费用开支上有很大的优势。

2.2主要功能

1) 作为靶机。无人机可用于地面防空和空中格斗武器的试验与训练，还可带拖靶作为火炮和导弹的靶标。如美国诺斯罗普公司研制的 “全球鹰”无人驾驶飞机MD2R5靶机，最大飞行高度8250米，可装红外曳光管和雷达信号;美国瑞安公司的BQM-34靶机飞行速度为1.5马赫，飞行高度达1.83万米，可用于模拟敌方战斗机。

2) 侦察监视。无人侦察机可以深入阵地前沿和敌后一二百公里，甚至更远的距离。它依靠装在机上的可见光照相机、电影摄影机、标准或微光电视摄像机、红外扫描器和雷达等设备，完成各种侦察和监视任务。无人机装备全球定位系统GPS后，可与侦察卫星和有人驾驶侦察机配合使用，形成高、中、低空，多层次、多方位的立体空中侦察监视网，使所获得的情报信息更加准确可靠。

3) 骗敌诱饵。作为诱饵之用的无人机，其主要使命是协同其他电子侦察设备遂行诱骗侦察;或作为突防工具，为有人驾驶飞机提供防空压制;或与反辐射武器配合使用，压制和摧毁敌防空系统。为了提高作为诱饵的欺骗效果，无人机常常要采取一些措施，如进行特殊设计，并装上适当的电子设备，使其具有与欲模拟的目标有相仿的机动能力和信号特征;安装角反射器等无源装置，增大无人机的雷达反射面积;安装射频放大设备，增强雷达反射信号。

4) 实施干扰。无人机可携带电子侦察设备、雷达干扰设备和通信干扰设备，飞临敌方阵地上空实施干扰，使其目标消失信号中断，指挥失灵;无人机还可装备烟雾装置，瓦解敌方的光电制导武器的进攻;也可以装备闪光灯具，作为红外诱饵，引偏敌方的红外制导武器;还可以利用它机动灵活和滞空时间长的特点，把携带的曳光弹准确地投放到所需的位置上。

5) 对地攻击。作为一种空中运载工具，无人机也能携带多种对地攻击武器，飞往前线或深入敌占区纵深，对地面军事目标进行打击;它可以用空对地导弹或炸弹对敌防空武器实施压制;用反坦克导弹等对坦克或坦克群进行攻击;用集束炸弹等武器对地面部队集结点等进行轰炸。特别值得一提的是反辐射攻击无人机。这是一种利用敌方雷达辐射的电磁波信号，发现、跟踪，以至最后摧毁雷达的武器系统。它不仅可用于攻击敌方雷达、干扰机和其他辐射源，而且高速反辐射无人机加装复合制导装置等设备后，还可用于攻击敌预警机和专用电子干扰飞机。

6) 校射作用。主要用于火力引导和对射击效果进行评估。美国洛克希德公司生产的“苍鹰”就是这样一种无人机。它装有测距机。自动跟踪电视摄像机、激光指示器和热成像仪，可通过抗干扰的数据链向地面传送位置修正指令，能为“铜斑蛇”激光制导炮弹和机载“海尔法”反坦克导弹指示目标。

7) 通信中继。如美国的“先锋”式无人机装有抗干扰扩频通信设备、大功率固态放大器、全向甚高频和超高频无线电台中继设备等，可在C波段进行数据、信号、话音和图像通信，通信距离为185公里。

2.3关键技术

1) 机体结构设计技术。飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验。在飞机结构强度技术研究方面，包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术，飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合环境强度、飞机结构试验技术以及计算结构技术等。

2) 机体材料技术。机体材料(包括结构材料和非结构材料)、发动机材料和涂料，其中最主要的是机体结构材料和发动机材料，结构材料应具有高的比强度和比刚度，以减轻飞机的结构重量，改善飞行性能或增加经济效益，还应具有良好的可加工性，便于制成所需要的零件。非结构材料量少而品种多，有：玻璃、塑料、纺织品、橡胶、铝合金、镁合金、铜合金和不锈钢等。

3) 飞行控制技术。提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机，所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术，可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。

4) 无线通信遥控技术。劲鹰无人机通信一般采用微波通信，微波是一种无线电波，它传送的距离一般可达几十公里。频段一般是902MHz～928MHz，常见有MDSEL805， 一般都选用可靠的跳频数字电台来实现无线遥控。

5) 无线图像回传技术。采用COFDM调制方式，频段一般为300MHz,实现视频高清图像实时回传到地面，比如NV301等。

3装备概况

例如，美国研制的多款无人机系统[3]。

1) 全球观察者无人机系统。全球观察者(Global Observer)是作为联合能力技术验证 (JCTD)项目的一部分进行研制的高空长航时(HALE)平台。该项目得到了美国特种作战司令部、陆军、空军、国土安全部和海岸警卫队的资助，并主要由美国Aero-Vironment公司负责项目承包。该平台使用液态氢混合动力发动机，有效载荷400磅，飞行高度65000英尺，续航能力大约一周，可用于执行情报、监视和侦察以及通信中继任务。

2) RQ-4B 全球鹰和RQ-4N广域海上监视无人机系统。RQ-4B 全球鹰无人机的飞行高度在55000-60000英尺之间，续航能力28小时，有效载荷3000磅，巡航速度310节，机上装有光电红外线(EO/IR)和合成孔径雷达(SAR)。Block-30新型机装载了信号情报(SIGINT)搜集装置;RQ-4N是一种海军型全球鹰无人机，配有海军专用的控制站，即：战术控制系统 (TCS)。空军的RQ-4A和RQ-4B使用的是侧视雷达，而海军的RQ-4N则使用了360°全方位探测雷达。与空军型不同，海军的广域海上监视无人机系统能搜集全动态视频信号(FMV)。

3) MQ-1捕食者、MQ-1C空中勇士、MQ-9死神和复仇者无人机。MQ-1捕食者执行监视任务，并加载了狱火导弹，主要装备空军和陆军;MQ-1C 空中勇士是的MQ-1改型机，使用柴油发动机并由陆军的通用地面控制站系统 (GCS)进行控制。这种无人机装有光电红外线传感器、全动态视频信号和合成孔径雷达。机翼下装有激光指示器和固定挂点，实用升限28000英尺，可外挂800磅载荷，续航能力约28小时，巡航速度60节;空军的MQ-9 死神实用升限为50000英尺、续航能力24小时、巡航速度120节、机翼外挂硬点可携带3000磅载荷、内载75磅载荷。该无人机装有光电红外线传感器、全动态视频信号装置和合成孔径雷达，主要用于猎杀时效目标。其起降是在无人机的视距链内进行控制，飞行则由内华达州的克里奇空军基地进行遥控。

4) N-UCAS无人战斗机系统。海军无人战斗机系统(N-UCAS)在设计上参照了X-47B 飞马，可携带4500磅有效载荷，作战半径2100海里，在不加油的情况下可连续飞行6小时。此外还能将其用作情报、监视和侦察平台，将内置武器换成油料。这样它的作战半径就能达到5000海里、续航能力达到14小时并装载建制传感器从而成为纯粹的情报、监视和侦察平台。这种情报、监视和侦察无人机能将其中的一个武器舱用来装载油料，将另一个武器舱用来装载更多传感器，如用以执行海上监视任务的雷达系统。这种配置的无人机的续航能力将小于纯情报、监视和侦察型无人机。

5) RQ-7 影子无人机系统。影子无人机装有自动起降系统，通过弹射器发射并能降落在飞机跑道上。这种无人机的续航能力为6小时，升限15000英尺，巡航速度60节并能携带60磅有效载荷。它通过视距链操作(无卫星通信)并由陆军的“通用地面控制站系统”进行控制。影子无人机装有光电红外线传感器、激光指示器等。

6) MQ-8B 火力侦察兵无人机系统。MQ-8B是垂直起降型战术无人机(VTUAV)，主要用以执行侦察、监视和目标定位(RSTA)任务，还可用于支援滨海战斗舰的反水雷、水面作战和反潜作战任务模块。它还能使用不同配置的传感器和武装系统来支援这些任务模块。它占用的空间小于MH-60多用途直升机并能在不同的军舰甲板上起降。火力侦察兵的实用升限为20000英尺，有效载荷600磅，巡航速度117节，续航能力至少6小时，装有光电红外线传感器、激光指示器和测距仪，还可装载海面搜索雷达、海上移动目标指示器或信号情报搜集系统，甚至可能研发声纳浮标监测能力和延长视距通信的通信中继能力。火力侦察兵的机翼下有武器挂架，可携带狱火导弹或毒蛇激光制导滑翔武器。

7) 波音蜂鸟无人机系统。波音A160T 蜂鸟是垂直起降型无人机系统，这种无人机较火力侦察兵大，占地面积接近MH-60直升机，但它将飞得更高并具有更大的载荷，可从海上平台起飞和实施广域海上监视任务。它能在15000英尺的高度盘旋，在30000英尺的高度巡航，有效载荷为300～1000磅，携带300磅载荷时续航能力为10小时，巡航速度60节。这款无人机也可用于执行猎杀任务或在地面战中为特种作战部队和海军陆战队提供近距离空中支援。

8) 扫描鹰无人机系统。扫描鹰是一种小型战术无人机系统(STUAS)，擅长长航时飞行而不是载荷，可使用舰上发射和回收装置。扫描鹰的有效载荷为13磅，续航能力至少15小时(验证飞行时曾飞过29小时)，巡航速度49节。它通过气动弹射器进行发射并用天钩(SkyHook)回收。它能在多种舰船上使用，包括没有任何飞行甲板的舰船，也能在偏远、简陋的地区使用。它通过视距数据链进行操作，装有光电红外线传感器。

9) 综合者无人机。综合者无人机与扫描鹰相比，这种无人机的航程、载荷、升限、航速和体积都有所增加。综合者能执行目前扫描鹰所执行的任务而且能力会更强。

10) RQ-11大乌鸦无人机系统。RQ-11大乌鸦是一种手抛发射小型无人机系统，其升限为14000英尺、有效载荷1磅、续航能力1.5小时，装有光电红外线传感器。它能从地面控制站通过视距链进行遥控，或通过全球定位系统(GPS)自动飞行。

11) 美洲狮无人机。美洲狮是一种手抛发射小型无人机系统，目前有两种型号：一种用于海上，另一种用于陆地。其升限为10000英尺，有效载荷2～4磅，续航能力2小时。

4 发展动向

1) 俄罗斯可能计划开发一种核潜艇无人机。俄罗斯《生意人》网站2015年11月12日报道：在11月10日国防部官员例会上，俄罗斯总统普京讨论了反击北约导弹防御系统的措施，克里姆林宫担心导弹防御系统将削弱俄罗斯的核威慑。其中，这份文件包括计划开发一种可由潜艇携带的水下无人机，可对沿海的重要区域进行核打击。该研制项目被称为海洋多用途系统Status -6。这种武器系统旨在对敌方沿海地区经济的重要构成进行破坏，并通过制造广泛的放射性污染区域，导致长期内不适合从事军事、经济或其他活动，对敌国造成不可接受的损失。这种无人机可由俄罗斯已于三年前开始研制的两种新型潜艇发射。据称，无人机的最大航程达到10000km，可在1000m深水下航行[4]。

2) 洛克希德·马丁公司生产的X-56A无人机在美空军试验靶场演示。据英国《飞行国际》2015年11月23日报道：洛克希德·马丁公司生产了两架X-56A无人机试验平台，用来测试新的大展弦比机翼震颤抑制技术[5]。

两架X-56A无人机都是美空军研究实验室资助计划的一部分，目的在于开发新的飞行震颤抑制技术和阵风载荷抑制技术，由此开发减少气动阻力的高效机翼。

3) 英军采用西风8无人机强化监视能力。据防务新闻网2015年11月27日报道：英国《战略防御与安全评审》报告已经明确，一种以太阳能为动力、在大气层边缘飞行的无人机将为英特种部队等军队提供持久的监视能力[6]。

西风8的翼展将达28m，能够在约7万英尺(合2.1万米)的高空飞行长达3个月，为军事和安全人员提供持久的通信中继和监视能力，而其成本只有卫星或有人驾驶飞机的一小部分。

4) 美陆军实现阿帕奇直升机与灰鹰无人机之间的通信。防务系统网2015年12月2日报道：为实现有人驾驶飞机与无人机之间的有效协作，美国陆军在近期演习中演示验证了部分远距离数据在MQ-1C灰鹰无人机和一架有人驾驶直升机之间实现了共享[7]。

阿帕奇直升机可将来自无人机中的图像重新向一个系统远程可视终端传输，使地面部队可以看到画面。此外，战术作战中心的指挥人员能够看到灰鹰(直播)和阿帕奇(转播)的画面。

在目标通过机载传输与飞机一个系统地面控制站的操作人员通信后，地面部队可指示灰鹰传感器识别和跟踪目标。

5) 韩国首次演示验证MQ-1C/AH-64有人-无人机编队。据美国航空周刊与空间技术网站2015年11月19日报道：通用原子航空系统公司MQ-1C灰鹰无人机在韩国用于演示验证有人/无人机编队。通用原子公司表示，该试验在釜山(Kunsan)空军基地附近举行，包括一架MQ-1C和一架波音AH-64阿帕奇武装直升机。在试验中，MQ-1C将视频和其它数据传入攻击直升机，然后被中继到地面。通用原子公司飞机系统部总裁Frank Pace表示，飞行试验对于MQ-1C灰鹰是一个重要里程碑，韩国成功演示验证有人-无人编队证明了飞机在韩国Peninsula典型复杂天气条件下完成作战任务的能力[8]。

6) 全球鹰无人机将于2016年开展新型有效载荷试验。飞行国际网站2015年12月16日报道：诺斯罗普·格鲁曼公司计划于2016年为RQ-4B全球鹰的三个新型有效载荷开展飞行试验[9]。

能够举行有效载荷试验得益于诺斯罗普·格鲁曼公司和美国空军联合出资研制了一种通用型有效载荷适配器。

RQ-4B无人机原型缺失可装载由洛克希德?马丁公司研制的U-2侦察机所搭载的两个传感器的有效载荷附着点。此外，预计全球鹰无人机将于2019财年后替代U-2侦察机。

7) 乔治亚理工学院开展无人机蜂群试验。无人机视野网站2015年12月18日报道： 据乔治亚理工学院研究所(GTRI)消息，这项研究的目的，是要确定大量小型无人机像蜂群一样集体行动的能力。研究将获得蜂群行为算法与通信方法(以支持1～100架飞机行动)，并建立便于监控与管理的操作界面。其试验包含多个阶段，最初只起飞1架飞机，然后3～5架，再然后10架，最后一共起飞了30架飞机[10]。

机动作战实验室试验部门负责人哈利·鲁宾(Harry Lubin)表示，陆军卓越机动中心合作开展此类研究将可以推动机动部队的创新与变革，使机动部队指战员在执行未来任务中变得更智能、更迅速、更精准、更具杀伤力。

他还表示，无人机正变得更智能，并将能够协同指定目标及获取信息。运用“蜂群”可以让使机动部队更具杀伤力。该技术将是快速的，这至关重要，因为速度与获胜及主宰战场息息相关。

5 发展分析

无人机装备技术的发展趋势：提高性能、扩展功能、编队使用、创新战术[11]。

1) 提高性能，无人机向智能化、系统化方向发展。无人机在智能性、隐身性、机动性、滞空性以及全天候飞行能力等方面，要采用新思想、新材料、新技术，致力于无人机性能的改善。其中，无人机的智能化指挥控制系统、智能化武器装备、智能化材料、空中加油及太阳能动力等方面采取措施，主要开发全天候、高分辨率、远距离、实时化、小型化的任务设备，开发距远离、安全保密、通用化、网络化的测控传输系统，开发基于数据链的地面控制系统，全面提高无人机的智能化水平。

2) 扩展功能，无人机向多用途、格斗化方向发展。随着无人作战飞机的出现，无人机将一改过去在战场上主要执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等作战支援任务充当辅助角色的状况，升级成为能执行压制敌防空系统、对地攻击，甚至可以执行对空作战任务的主要作战装备之一。

3) 编队使用，无人机向与有人机协同作战方向发展。无人机与无人机、与其他有人驾驶飞机和武器控制平台之间要做到无缝隙连接，就可以保证情报信息的顺畅传递与协同作战。

4) 创新战术，无人机使用复眼和蜂群战术。复眼战术是指在无人机平台上加挂小型雷达和光电侦测设备，相互以数据链和卫星信道通信。蜂群战术是指加挂导弹、制导炸弹等空战武器的无人机群，通过数据链或者卫星信道获得同一目标坐标并对同一目标同时实施饱和攻击，就形成一个可遮蔽一定空域的火力群。

6结语

随着无人机装备技术的不断研制和开发，无人机从过去主要是执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务的作战支援装备，升级成为能执行压制敌防空系统、对地攻击，甚至可以与有人战斗机并肩作战，甚至在某些条件下还能替代有人战斗机执行作战任务，从而成为未来空中作战的主力航空武器装备[12]。

参 考 文 献

[1] 王正林.无人机光电载荷及其应用[J].光电技术应用,2013,28(1):16-17.

[2] 李国柱.无人机光电技术的应用与发展分析[J].舰船电子工程,2013,227(5):17-20.

[3] 刘洵,戴明.无人机光电载荷的研制与改进[J].光电工程,2008,35(3):1-3.

[4] 杨力.俄罗斯可能计划开发一种核潜艇无人机[N].每日防务快讯，2015-11-16.

[5] 吕芮光.洛克希德·马丁公司生产的X-56A无人机在美空军试验靶场演示[N].每日防务快讯，2015-12-02.

[6] 《防务新闻》周刊网.英军采用“西风”8无人机强化监视能力[N].每日防务快讯，2015-12-04.

[7] 美国防御系统网.美陆军实现阿帕奇直升机与黑鹰无人机之间的通信[N].每日防务快讯，2015-12-09.

[8] 美国航空周刊与空间技术网.韩国首次演示验证MQ-1C/AH64有人-无人机编队[N].每日防务快讯，2012-12-21.

[9] 张洵.全球鹰无人机将于2016年开展新型有效载荷试验[N].中国航空报，2016-01-04.

[10] 朱家强.乔治亚理工学院开展无人机蜂群试验[N].中国航空报，2016-01-11.

收稿日期：2016年1月9日,修回日期：2016年2月23日

作者简介：王振成，男，硕士研究生，工程师，研究方向：飞机总体技术。

中图分类号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