一种无人机管制车的设计

中航天元防务技术（北京）有限公司 王军

介绍了一种针对小型旋翼无人机的全智能型管制车。该无人机管制车以车载侦查处置平台为载体，集目标探测、跟踪识别、指挥控制和打击处置功能于一体，系统集成度高，扩展性好，能够兼容目前各类侦测与处置手段，主要应用于重点区域低空防御。

无人机管制车是一种高度集成化的，针对小型旋翼无人机的全智能型综合性防御系统管制车辆。该系统以车载侦查处置平台为载体，集目标探测、跟踪识别、指挥控制和打击处置功能于一体，系统集成度高，扩展性好，能够兼容目前各类侦测与处置手段，查打一体，打管结合，主要应用于重点区域低空防御，以应对越来越多小型旋翼无人机的滥用、“黑飞”所带来的安全威胁。

无人机管制系统集成了Ku波段电子扫描相控阵雷达、定向射频抑制/干扰系统、全自动光电观瞄跟踪系统以及强激光打击系统，在指控系统平台支持下，能够对4km范围内的无人飞行器进行探测、跟踪、锁定、识别、分析及决策，能对1km半径内所有威胁性无人机和其他无人飞行器目标进行处置打击，确保要地低空安全。该系统集成度高，能够兼容目前各类侦测与处置手段。

设计原则

a.机动性：通过外形结构设计，保证车辆良好的通过性。整车改造的质心设计合理，使得该车型在以50km车速转弯时，侧倾角小，抓地力强，安全可靠。

b.安全可靠性：选择性能可靠稳定，配置合理，动力强劲的底盘作为改装平台，保证车辆使用的稳定性与可靠性。底盘的制动性能、动力性能、减震性能、车内空间大小、负载能力均要满足设备改装要求。改装后整备质量满足原底盘设计要求，不能超过底盘承载能力，最大总质量不超过原车规定的最大总质量要求，且整车改装质量、前后轴荷分配合理，确保整车的制动性能、爬坡性能不受影响。

图1 总体外观图

c.结构安全可靠性：在车体改造尤其是顶盖改装、地板改装、设备安装过程中，严格遵循“改造与加强相结合”的设计原则，预先设计加强骨架、加强预埋固定件，保证整车的强度与刚度。

d.整车布局合理性：总布置合理，设备安放合理，便于安装、操作、观察。

e.环境适应性：充分考虑环境适应性，确保车辆在－20℃～50℃环境下能够正常工作。

f.密封防水性：充分考虑整车的防腐密封性，防水、防雨、防尘。严格控制各类外蒙皮改装工艺，保证所有的接触面与外露缝隙均进行涂胶防水处理，保证车辆蒙皮的防水性能。所有地板穿线、穿管、骨架设备安装位置均要做涂胶密封处理，保证地板的密封防尘性。

g.人机工程设计：考虑人员操作、乘坐、转动等空间，保证人员的头部空间、腿部空间与转动空间。视频监控设备、操作设备便于观察、便于操作。充分考虑车辆内部的照明配光设计，保证操作区、乘员区的照明亮度要求。

h.使用与维修方便性：整车的设备维护包括车内设备、顶置设备均方便接近，在不破毁车体结构、不损害其他系统功能的情况下，可以实现对所有设备的检查维修。

i.平顺性：整车与各系统要充分考虑减震、降噪、隔音以及人机工程的要求，从结构上、材料上、工艺上确保各设备安全正常工作，并保证内部乘坐指挥人员良好舒适的工作环境。

j.美观舒适性：充分运用工业设计手段提高整车的整体美观性，使车辆的外观与内饰设计保持美观、流畅、协调、匀称、合理。

总体设计

1.底盘选型

该无人机管制车根据配置的上装部件总体质量选择适合的车辆底盘,如图1所示。车辆整备质量、最大总质量不得超过所选择的车辆底盘规定的承载要求,且整车改装质量分布合理,前后轴荷分布合理。根据对车身改装结构和车内安装设备的质量计算,确定所选择的底盘必须具备的最小载质量,确定初选车型范围。这样可保证选择的底盘车型能够满足整车及上装设备改装要求。

本文样车外形尺寸为5995mm×2 0 0 0 m m×2 9 0 0 m m，总质量为4060kg。整车总体布置如图2～5所示。

2.内部方案

2.1 驾驶区

驾驶区保持原底盘车辆布局不变，内饰不变，仪表台安装GPS导航系统及倒车监视系统。长排警灯警报器主机及喊话器布置在驾驶室内部，以便于人员操作。副驾驶选用双人座椅，以满足更多工作人员乘坐需求。

2.2 指控区

指控区设置两席位显控系统，包括监控席位和处置席位。监控席主要用于监控武器状态、图像等信息。处置席用于决策的操作执行。席位设计成360°旋转座椅，满足车辆行使过程中的乘坐需求。

显控系统主要由显控台及电子设备组成，如图6所示，其中显控台包括6个大屏幕，4个小屏幕，并设置鼠标、键盘、音响、操控面板等附属设施及底部电子设备机柜等。显控系统主要显示内容包括雷达显控图像、本方无人机空中监控图像、光电转塔的视频画面、指挥控制画面、武器状态显示画面、外部输入画面、起飞区单兵画面及态势显示画面。所有图像均可以切换和保存。

2.3 设备区

车体后部设置设备区。设备区与操控区通过隔断分隔。隔断前部安装LED显示屏，以显示飞行控制时间、速度、温度、湿度等信息。设备区采用电动升降平台安装及举升雷达及微波干扰设备，如图7。对应此两种设备的车体顶部开设电动翻转舱门。设备工作时，需将顶舱门打开，通过升降平台将雷达和微波干扰设备举升至车体顶部工作。设备区底部制作防水底托及泄水口，避免设备区底部存水。利用升降平台底座制作储物柜，以放置外接线缆及无人机充电器等设备。

2.4 空气调节系统

a.行车空调：匹配原底盘大功率行车空调系统。

b.驻车空调：为提高工作人员的现场办公环境质量，在指控区内设计车载顶置驻车冷暖空调。顶置空调为220V电压，可以使用车载发电机供电，也可以使用外接电源供电。需要特别注意顶置空调安装时，顶盖骨架需焊接预埋板，以加强顶盖强度，减小空调工作带来的共振噪音，且要严格做好防水密封处理。

c.暖风系统：在顶置冷暖空调基础上安装空气加热器，满足冬季车内保温调温能力要求。

d.换气系统：在指控区车顶安装电控强制双向排风系统，提高车辆空间的空气调节能力。

2.5 供电系统

通过配电箱对市电(发电机)实行自动控制。保证各系统用电互不干扰，提高整车设备的可靠性。整车供电系统交直流分开供电，通过电源总控箱进行控制。12V直流系统由备用蓄电池供电。配电箱上安装车内及车外电源集中控制面板，并安装有发电机及市电电压、蓄电池电压供电指示, 可观测各路供电情况。配电箱各路供电配备漏电保护器、转换开关、空气控制开关，并安装明显中文标识。

图8 电动翻转舱门机构

图9 系统拓扑图

2.6 外部附属设施

车体附属后爬梯、顶舱外翻车顶LED显示屏、外部照明灯、舱门顶部围栏、光电吊舱、车体侧频闪报警灯、前顶部长排爆闪警灯等设施。可通过外部LED显示屏显示部分指挥控制宣传信息。

系统进入工作状态前，通过电动遥控方式操作车顶翻转舱门，随后通过遥控方式控制举升平台升降，将雷达及反制设备举升至车顶，如图8所示。

系统组成及性能指标

系统主要由车载指控单元，探测跟踪单元，打击处置单元三大部分组成，系统拓扑图如图9所示。

1.车载指控单元

车载指控单元+侦测跟踪处置单元整体集成方式，机动性强，布设时间短，操作灵活方便。车内布置指挥控制系统与席位，可满足2～3名操作员、指挥员工作，如图10所示。

图10 车载指控单元

图11 指挥中心信息流程图

车载指控系统可实现采集信息实时处理，并预留多个通信接口。通过对目标的检测、识别、分析，完成对目标的识别和信息显示，风险与态势评估。实现目标监控、跟踪、锁定，在作战地图上实时显示作战资源，为决策者综合判断提供依据，切实提高应用部门的现场快速反应、统一指挥、处置打击的能力和要点防空管制水平，指挥中心信息流程图如图11所示。

由于低、慢、小目标具备发现难，预警时间短等特点，防空体系3个步骤（探测、指控、处置）中的指控系统设计时应能够在一定的预警时间内为处置留有更多的时间，甚至二次处置的时间，指控系统应降低指挥信息流的传输层级，降低中间环节的信息处理时间，减少指挥的层次，提高指挥效率。所有的传感器都可以进行引导处置，提高系统的可靠性。

图12 指控系统界面

图13 有源相控阵雷达

图14 光电

从态势信息的融合过程出发，可以更清晰地体现指挥控制与信息的融合。指挥员根据要实现的任务实施任务规划，实现战术制定，指挥员更具体布置任务和战术展开行动，行动的结果又导致战场的态势发生改变，态势的改变通过信息的收集等信息一系列处理后以及情报的收集处理、态势的多维表现为指挥员提供当前的态势理解。指挥员根据对信息的综合判断，实现对敌方意图的识别、威胁的评估，并修订我方的作战规划，如此循环，最终体现一个完整的指挥控制过程。

指控系统软件业务层次主要包括两个部分：指挥控制部分和态势显示部分。系统界面如图12所示。

指挥控制部分具备良好的人机界面，界面简洁、标示明确、操作容易。界面主体具备发现目标的各种信息主要包括编号、高度、方位角、距离、飞行方向等信息。可同时显示多个架次的飞行器目标，当目标消失时具备消隐功能。同时可以控制系统中雷达的工作方式、机械扫描的扫描范围、电子扫描的扫描范围、信号处理的门限值、MTI值是否开启、TWS工作模式是否开启、扫描的工作模式选择以及雷达信号的开机、关机和归零等操作。可以控制系统中的干扰设备的频率选择、作业时间选择、方向选择等信息。还可以控制光电转塔的方向、锁定。

态势显示部分，以卫星地图作为基础，可以设置起飞区、禁飞区、安全区、警戒区和飞行走廊；可以划设防护网格，以网格进行区块防护；可以手绘标示重点区域、重点目标；可以根据雷达和光电发现威胁目标在态势图中显示出来；按照时间的顺序对报备的飞行路线进行加载；明确我方、友方的作战资源所在位置。

2.探测跟踪单元

探测单元采用有源相控阵脉冲多普勒雷达体制，如图13所示，可同时搜索200批目标，对于Rcs = 0.1m2的目标，探测距离≥4 km；对于Rcs = 0.01m2 的目标，探测距离≥1.5 km，并能快速上报入侵无人机的速度、距离、方位和高度等信息，虚警率低，杂波抑制能力强。

图15 微波干扰设备

图16 高能激光发射器

跟踪识别设备为光电转塔，如图14所示。当系统发现目标后自动引导光电转塔追踪目标，光电转塔完成锁定操作，利用可见光、敌我识别、红外敌我识别等手段对目标进行确认，当发现目标为威胁目标时，引导干扰设备进行处置。

光电跟踪系统昼间利用可见光，夜间利用红外热像仪对目标进行搜索、跟踪和识别，最大发现距离大于1.5 km，稳定精度≥50urad(RMS)。

3.打击处置单元

系统处置打击方式主要通过指控系统引导定向射频压制系统对无人机的控制链路、数据链路和导航信号进行压制，使其迫降、迷航、返航甚至坠毁，实现重点区域无人机防护的目的，该设备支持多频段反制信号同时输出，反制距离可达1 km以上，可处置多方位多批次的空中威胁。

打击处置系统主要采用微波复合干扰设备实现，如图15所示。通过电子压制干扰切断无人飞行器与遥控端的通信链路，破坏其导航系统正常工作。反制设备在探测设备提供的目标信息（速度、距离、方位和高度）的引导下，能快速响应，对入侵无人机实施反制，达到使低空无人机迫降或者返航的目的。

此外，该系统还可以根据任务需要，扩展兼容强激光打击单元，如图16所示，用以应对无线电压制手段无法处置的各类型遥控无人机以及孔明灯、空飘气球、无人滑翔机、航模等飞行器。

强激光打击单元是利用高能激光束照射目标，对空中来袭的“低小慢”目标实施激光毁伤，从而实现对重要活动及重点区域的安保防护作用。强激光打击单元采用车载机动平台方式。强激光打击单元的功能是利用雷达探测提供预警信息，引导跟踪瞄准系统自动对目标进行锁定、实现精确跟踪和瞄准，发射高能激光束，通过发射光学系统，对目标实施精确打击。

结语

综上所述，无人机管制车的设计布置精心合理，各个功能区域得到了有效利用，充分体现了人性化设计原则。该车可实现采集信息实时处理，并预留多个通信接口。通过对目标的检测、识别、分析，完成对目标的识别和信息显示，风险与态势评估。可实现目标监控、跟踪、锁定，在作战地图上实时显示作战资源，为决策者综合判断提供依据，切实提高现场快速反应、统一指挥、处置打击的能力。