無人機光電技術的應用與發展分析＊

（海軍裝備部西安軍事代表局 西安 710054）

1 引言

無人機，是一種由無線電遙控設備或由自身程序控制裝置操縱、執行作戰任務的非載人飛行器。它可深入到最危險地區搜集最新的實時戰場情報，為精確打擊武器指示目標、評估打擊效果，具有無人員傷亡、使用靈活、高效費比等獨特優點，起到偵察衛星、預警飛機和有人偵察機等難以比擬的作用。本文將就無人機的特點、光電應用、發展動向、發展分析等，作進一步的研究和探討［1］。

2 特點

1）效費比。從對抗的需求與效益出發：高性能無人機系統的軍事／經濟價值較高，對其實施多種手段對抗的性價比、軍事效益較高；而且，高性能無人機通常擔負了偵察、探測及信息中繼等多種重要作戰任務，是敵方戰場主要的信息獲取源頭與傳輸途徑之一。

2）多功能。可作為靶機、偵察監視、騙敵誘餌、實施干擾、對地攻擊等。

（1）作為靶機。無人機可用于地面防空和空中格斗武器的試驗與訓練。如美國諾斯羅普公司研制的“全球鷹”無人駕駛飛機MD2R5靶機，最大飛行高度8250m，可裝紅外曳光管和雷達信號。

無人機還可帶拖靶作為火炮和導彈的靶標。美國瑞安公司的BQM-34 靶機飛行速度為1.5 馬赫，飛行高度達1.83萬米，可用于模擬敵方戰斗機。面對日益嚴重的反艦導彈的威脅，美國海軍還開發了BQM-74C 型掠海飛行無人機，用于評估艦載反導系統。

（2）偵察監視。無人偵察機可以深入陣地前沿和敵后一二百公里，甚至更遠的距離。它依靠裝在機上的可見光照相機、電影攝影機、標準或微光電視攝像機、紅外掃描器和雷達等設備，完成各種偵察和監視任務。

（3）騙敵誘餌。作為誘餌之用的無人機，其主要使命是協同其他電子偵察設備遂行誘騙偵察；或作為突防工具，為有人駕駛飛機提供防空壓制；或與反輻射武器配合使用，壓制和摧毀敵防空系統。

（4）實施干擾。在光電對抗中，無人機的作用潛力也是十分引人注目的，它可以裝備煙霧裝置，瓦解敵方的光電制導武器的進攻；也可以裝備閃光燈具，作為紅外誘餌，引偏敵方的紅外制導武器；還可以利用它機動靈活和滯空時間長的特點，把攜帶的曳光彈準確地投放到所需的位置上。

（5）對地攻擊。無人機可攜帶多種對地攻擊武器，飛行前線或深入敵占區縱深，對地面軍事目標進行打擊；它可以用空對地導彈或炸彈對敵防空武器實施壓制；用反坦克導彈等對坦克或坦克群進行攻擊；用集束炸彈等武器對地面部隊集結點等進行轟炸。

3）前景。由于無人機在光電對抗的偵察／告警、光電有源攻擊、光電防護、光電裝備等訓練／模擬等各個方向都具有其他平臺無法比擬的獨特優勢，具有巨大的軍事效益與廣泛的應用前景。

3 光電應用

無人機的光電應用，主要表現在：光電偵察／告警、光電有源攻擊、光電防護、光電裝備的訓練／模擬等方面［2］。

3.1 光電偵察／告警

目前光電偵察／告警的手段主要有：衛星、有人飛機、地面／艦載光電偵察設備等。其各有優缺點。例如：全球鷹無人偵察機、捕食者無人偵察機等。

1）全球鷹無人偵察機是美國國防部研制的高空長航時無人偵察機，主要用于未來戰場中低強度沖突中實施大范圍的連續監視與偵察。該機上裝有合成孔徑雷達、光電攝像機、紅外成像儀及數字通信設備等信息化系統，使得全球鷹無人機能夠實時成像，且分辨率高，覆蓋區域大。機上合成孔徑雷達作用距離20～200km，廣域搜索時，在一天之內可監視13.74km2的范圍，圖像分辨率為0.9m，可分辨出小汽車和卡車等；在以點模方式工作時，可對1900個約2×2km2大小的地區實施詳查，圖像分辨率為0.3m，具備發現移動目標的能力。光電攝像機的工作波段為0.5～1μm，可發現偽裝的目標，區分靜止目標和移動目標。圖像傳輸采用衛星通信或微波接力線路，以50Mbit／s的傳輸速率將信息實時傳送給地面站，在發送給戰區或戰場指揮中心，為指揮官進行決策或戰場毀傷評估提供高價值信息。

2）捕食者無人偵察機是美國國防部研制的中空長航時無人偵察機，主要用于為戰區指揮官及合成部隊指揮官進行決策提供情報支持。捕食者無人偵察機配備了合成孔徑雷達、光電攝像機、紅外成像儀、GPS與慣導復合導航系統和通信設備等信息化系統。其中，合成孔徑雷達為Ku波段，功率1KW，在4，000m 高空和6.6km 遠的分辨率為0.3m，當與軍用GPS接收機連通時，可以給出每張圖像的中心坐標，圓公算偏差為0.25m，可精確確定目標的位置。紅外成像儀采用512×512單元鉑硅凝視陣列，工作波段為3～5μm。光電設備包括一臺可放大10倍的變焦彩色電視攝像機、焦距900mm 的彩色電視攝像機和作用距離為10km 的鉺玻璃護目激光測距儀。此外，機上還裝有G／H波段視距通信數據鏈路以及特高頻段和Ku波段衛星通信鏈路。

3.2 光電有源攻擊

無人機可實施戰場外監視、控制占領區的局勢、評估等。例如：無人機載小型激光武器可有效干擾或損傷敵方來襲兵器的多種光電制導導引頭（電視／紅外成像、激光制導及激光目標指示等），使其致盲。因此，無人機機載光電有源干擾系統將成為未來高技術戰爭的主角之一。目前，美國防部正加速發展機載定向能武器，如激光武器、紅外定向干擾系統等，此類武器經小型化，將在無人機上有廣闊應用前景。

3.3 光電防護

一方面，無人機作為機動平臺，可攜帶多種無源遮蔽煙幕等光電無源干擾材料，在戰場上空對己方被保護區域及目標實施煙幕遮蔽，從而降低敵方機載／彈載的光電跟蹤／目標識別的性能，甚至阻斷其激光、紅外線等波段的光波信息傳輸通道，使其無法正常工作、丟失目標。另一方面，作為一種方便、實用的合作探測設備，無人機可搭載多個波段、多種類型和不同分辨率的光電成像偵察／探測設備，較為逼真地模擬敵空對地、天對地等不同平臺對己方重要區域及重點目標的偵察與探測，例如：來襲的光電制導武器及空中光電成像偵察。從而成為己方重要區域和目標反偵察、抗打擊的多頻譜隱身偽裝、多波段假目標等隱真示假效果的空中自檢平臺；即：利用無人機載的多波段、多光譜光電成像設備對己方隱身偽裝器材、光電假目標等進行時時檢測，及早地發現漏洞、缺陷等光電綜合暴露特征，以便于己方進行查漏補缺。此外，還可作為寬廣地域、大面積煙幕的遮蔽性能及效果的定量檢測設備的搭載平臺。

3.4 光電對抗裝備的訓練／模擬

由于缺乏真實的作戰場景與對抗環境，光電對抗裝備及部隊的訓練已成為制約光電對抗裝備有效發揮作戰效能的瓶頸；而絕大多數光電對抗裝備的干擾對象是敵方的空中偵察與來襲目標。因此，無人機便成為光電對抗裝備訓練較為理想的合作目標。既可作為光電干擾措施的驅動源、又可作為光電干擾的合作對象。借此，可方便地構建光電對抗裝備及部隊訓練所需的多種威脅信號與對抗環境等。光電對抗裝備的訓練／模擬無人機系統一般由無人機、機載檢測設備和地面測控設備等組成。

1）無人機可作為光電偵察／告警、尤其是紅外告警的合作目標；利用其模擬敵來襲兵器，進而驅動多種光電干擾措施；同時還可用于近實戰環境下，己方光電對抗裝備中偵察／告警設備探測距離、告警性能等主要參數的考核與檢驗。演習／訓練中，無人機可搭載輻射強度可變的黑體等，以模擬不同距離、不同輻射強度的來襲目標，并可檢測己方對敵方目標的探測與跟蹤性能。

2）在無人機上搭載激光目標指示器，用于模擬敵方激光制導武器的激光目標指示，驅動激光告警設備進行告警，確保光電對抗裝備干擾訓練中激光角度欺騙等干擾對抗措施的實施，并可實時進行干擾效果的有效評定。

3）在無人機上搭載激光能量探測設備，可方便地測試遠場光斑的能量密度／空間分布等重要參數（激光武器等激光有源攻擊系統發射），用于激光干擾／對抗武器系統的作戰效能評估。

4 發展動向

1）以色列推出最新型微小型無人機夜視載荷。德國《防務專家》2012年8月29日報道：以色列Bental工業公司推出了MicroBAT 275 系列機載傳感器載荷的最新型號MicroBAT 275-IR夜視載荷。這種新產品延續了Bental公司穩定傳感器載荷方案體積小、重量輕、結構簡單、即插即用的一貫特點［3］。

微小型無人機的外形在不斷減小，對續航能力的要求卻越來越高，這就對機載組件的尺寸和重量提出了更為苛刻的要求。Bental公司采用了創新的機載監視方案，為微小型無人機開發出了一系列輕型機載傳感器。

MicroBAT 275-IR夜視載荷采用了先進的非制冷熱像儀，具有數字變焦功能，可提供高分辨率畫面，支持PAL 制式和NTSC 制式，重量與白晝型MicroBAT 275載荷相比沒有增加，均為400g。該熱像儀還采用了與白晝型載荷相同的電機系統和機械／電子接口，終端用戶可根據任務性質選用不同的組件，提高了易用性和通用性。此外，該穩定載荷僅使用了一種攝像機，一旦無人平臺墜毀，終端用戶也不會損失過多，大大提高了系統的經濟可承受性。

2）美德聯合開發用于無人機的空天激光通信技術。美國通用原子航空系統公司網站2012年9月12日報道：美國通用原子航空系統公司與德國特薩特空間通信公司9月12日宣布，將聯合開發供無人機（UAV）使用的寬帶、抗干擾、安全保密空天激光通信技術，作為現有的Ku波段和Ka波段數據鏈替換方案，以便在無人機與靜地衛星等航天器之間建立高速激光通信鏈路［4］。

通用原子航空系統公司表示，新型傳感器的引入和UAV 使用的增多，將使近期內對UAV 與地面之間通信帶寬的需求增加，且超過現有射頻通信系統的能力；激光通信有可能把數據率提高到現在的1000倍，能夠為射頻衛星通信提供下一代替換方案；特薩特空間通信公司通過參加美國與德國合作的項目，證實了利用激光數據鏈可實現數據率很高的空間-空間、空間-地面通信。

根據兩家公司達成的協議，通用原子航空系統公司將申請美國政府部門的支持，以便進行一次光學激光子系統演示驗證。特薩特空間通信公司將完成激光通信終端（LCT）的開發，并交付一套數據鏈控制器（用來對UAV 與通信衛星之間的數據傳輸進行管理）。在完成研制工作之后，兩家公司計劃開展驗證，確認UAV 可以通過數據率達2.6吉字節每秒（2.6GBps）的激光通信上行鏈路與一個現成可用的低軌道航天器通信。后續的原型機工作將利用安裝在一顆處于靜地軌道的歐洲空間局阿爾法星上的LCT來驗證寬帶UAV-地面通信能力。

3）美國大學和美國國家航空航天局聯合開展無人機的自動傳感器和規避系統研究。美國北達科州大學網站2012年9月12日報道：北達科他大學（UND）和北達科他州立大學（NDSU）已與NASA 合作，聯合開展無人機自動感知與規避系統的研究。UND 的大氣科學系Mark Askelson博士表示：我們正在從事相關工作以便可以對其進行測試，獲取關于該方法可行性的真實數據，這樣我們就可以將相關的信息告知決策者，使之可以對于無人機的進一步和及無人機集成至國家空域作出明智的決定。機載自動感知與規避能力將于9月20日在大福克斯國際機場的一次試飛中進行驗證。該次科研試飛將使用一架NASA 蘭利研究中心的西銳SR-22作為無人機系統的替身。該替身無人機系統將利用MITRE 公司和UND 開發的軟件算法和自動相關監視廣播（ADS-B）的數據進行自動機動，而一架UND 所屬塞斯納172將作為入侵機［5］。

4）俄羅斯聯邦安全局尋求微型無人機傳感器。俄新網2013年1月21日報道：根據俄羅斯政府的國家采購門戶網站上發布的消息，俄羅斯聯邦安全局（FSB）1月21日宣布招標開發一種用于微型無人機的傳感器系統項目［6］。

該項目已經獲得了俄羅斯官方約700萬盧布（23萬美元）的投資，旨在開發一種重200g（6.5盎司）的光電偵察傳感器包，用于一種名為飛魚（Fly Fisher）的微型無人機。該無人機的起飛重量不超過1kg。開發商將負責分析國外和俄羅斯的科學技術，以評估系統的穩定性、監控能力以及電源需求。

本次招標要求開發人員設計草圖，并創建等比例模型進行測試，同時還要求定義參數，可在5km 范圍內實時無損傳輸監控圖像。

投標者的申請截止日期為2月21日，該研究定于2014年11月完成。

5）諾·格公司研發具備更強航電設備保護能力的新一代火力偵察兵無人機。諾·格公司網站2013年1月31日報道：諾斯羅普·格魯曼公司近日接收了其新一代MQ-8C火力偵察兵無人直升機的首個防護罩，MQ-8C 無人機將能夠抵御強電場和電磁波的干擾，為飛機的關鍵電子器件提供更強的防護能力［7］。

如果不裝備該防護罩，直升機內部的電子器件極易受到閃電以及機上其它電磁干擾（EMI）的影響。

Summit Aviation公司負責該防護罩的設計和制造工作，該公司去年被選定承接這份建造合同，相關產品在五個月內便問世，該公司制造的產品被命名為法拉第籠。

諾·格公司是美國海軍“火力偵察兵”項目的主承包商。諾·格公司將在改裝型貝爾-407直升機的基礎上，總計建造28架MQ-8C持久升級火力偵察兵無人機。

完工之后，“法拉第籠”將被運往諾·格公司位于莫斯岬的無人系統中心，在向MQ-8C 機身安裝之前，電子設備將預先接受集成測試等工作。

MQ-8C持久升級火力偵察兵無人機的機身體積更大，航程相比MQ-8B可增加超過1／3，可搭載的載荷重量也大幅增加。

MQ-8B無人機目前正部署在美國海軍護衛艦和阿富汗地區，可為海上和陸上指揮官提供情報、監視和偵察等能力。

6）雷聲公司欲為無人機集成小型空射誘餌彈。美通社2013年2月13日報道，雷聲公司已經與通用原子航空系統公司（GA-ASI）展開合作，為捕食者B／MQ-9死神無人機集成雷聲公司的小型空射誘餌彈（MALD），以實現無人機的高度自主作戰能力。2012年11月，研發團隊已經在加利福尼亞帕姆代爾市灰峰飛行試驗工廠結束了地面認證試驗，預計在2013年完成無人機與小型空射誘餌彈的集成工作［8］。

小型空射誘餌彈重不到136kg，最大航程達到了925km，可以深入敵綜合防空系統（IADS）并在敵地空導彈的跟蹤范圍內對其雷達設備實施干擾。小型空射誘餌彈按作戰任務特點可分為誘騙型小型空射誘餌彈和干擾型小型空射誘餌彈。小型空射誘餌彈通過逼真模擬作戰飛機在敵方地空防御系統雷達屏幕上顯示“真實”飛機信號，制造虛假空情；干擾型小型空射誘餌彈通過實施逼近式壓制干擾，對敵方地空防御系統進行壓制。雷聲公司已經于2012年秋季開始交付干擾型小型空射誘餌彈。

7）微系統公司將為美國海軍艦載小型戰術無人機提供情報顯示系統。美國《海軍技術》網站2013年2月27日報道：美國海軍水面戰中心已經授予Z·微系統公司一份訂單，委托該公司為RQ-21A 型整合者小型戰術無人機研制情報顯示系統。根據合同要求，Z·微系統公司將為美國海軍陸戰隊使用的“整合者”無人機提供帶平板顯示器的情報顯示系統，提高該型無人機的實時視頻性能［9］。

小型戰術無人機的研發目的是供部署在兩棲登陸艦、兩棲攻擊艦和兩棲運輸艦等兩棲艦艇上的海軍陸戰隊作戰人員使用，為他們提供情報、監視與偵察能力。

為了提高戰術監視性能，該型情報顯示系統的液晶顯示面板采用了高能現場可編程門陣列（GPGA）器件，可以對采集到的視頻流進行畫面增強算法處理。即使在低能見度條件下，該型情報顯示系統內置的視頻增強模塊也可以輸出清晰的圖像，可以為決策提供更有力的支持。Z·微系統公司軍隊項目部副部長鮑勃·Kopas指出，海軍水面戰中心在看到該公司顯示系統的超強性能后選擇了這款產品，這款產品能增強態勢感知能力，還可為決策者提供無附加延時的決策支持，在霧、塵、沙、煙，霾等惡劣環境下，該型顯示系統仍能提供清晰的圖像，非常適合在近海作戰環境中使用。

美國海軍最近在圣安東尼奧級兩棲船塢運輸艦上對小型戰術無人機系統進行了首飛試驗。在兩棲船塢運輸艦上進行試驗之前，小型戰術無人機還在海軍航空戰中心中國湖武器系統分部進行為期三個月的陸基飛行試驗。

5 發展分析

無人機光電應用的發展趨勢：自主控制技術；網絡連通性；空域管理；平臺相關技術；機載武器微型化等［10］。

1）自主控制技術。由于計算機處理速度和軟件技術的巨大進步，使得自主控制和決策輔助成為可能。為實現自主控制，需發展的技術包括：容錯技術、行為智能和自適應推理系統（如神經網絡）等。

2）網絡連通性。從戰場管理的角度來講，無人機與其他飛行器的外部傳感器以及地面控制站聯網是非常必要的。需要進一步發展的技術包括：全天候的安全寬帶數據鏈，分布式、高速處理技術和圖像／數據壓縮技術（可以降低對帶寬的需求），數字式軟件無線電技術，動態無線組網技術。

3）空域管理。無人機的大量使用帶來了新的空域管理，這些問題的解決將涉及為避免空中相撞而制定的基于規則的操作過程和協議以及所需的技術。攜帶彈藥的無人機的返航問題也要引起特別關注，對于艦載機來說這一問題更復雜。除了寬帶數據鏈以及單一的綜合空中圖像（SIAP）、空域管理外，尚需發展的關鍵技術包括：抗干擾GPS系統、極低漂移率的慣性測量設備、沖突檢測和防撞系統、空中交通管制和任務管理算法、精確著陸輔助裝置、氣候對作戰環境的影響等。

4）平臺相關技術。與其他平臺相比，無人機的平臺組件并沒有什么特殊的。然而，隨著任務從SEAD 和縱深遮斷擴展到戰場遮斷、空中優勢和近距空中支援，無人機將需要更大的續航能力、更大的機動性、更大的有效載重能力、更快的目標搜索能力，發動機和機體設計將是關鍵。無人機依靠數據鏈在網絡環境下作戰，因此其機載傳感器組件會相當復雜，還需要一些無人機防撞、著陸、甚至空中加油時所用的專門傳感器。不僅如此，無人機操縱人員還希望開發新型智能軟件可以有效降低無人機對人力的需求量。例如，給無人機加裝多攝像機傳感器系統，可以同時觀測遠、近距離目標，讓操作者對戰場情況了如指掌。

5）機載武器微型化。無人機可裝備空地導彈、空空導彈以及精確制導炸彈和炸彈箱等機載武器。例如：近距空空導彈（毒刺、西北風、AIM29X 響尾蛇）和中距空空導彈（AIM2120）。空地武器，小型機載導彈（小牛導彈、海爾法反坦克導彈）以及航空制導炸彈（GBU239、GBU238、GBU212）和制導炸彈箱（CBU2 103、104、105）等。

6 結語

隨著通信技術、控制技術、材料技術以及計算技術、網絡技術、傳感器技術的飛速發展，無人機的光電技術越來越成熟，在未來現代化戰爭或局部戰爭中，對于防空反導、對敵進行近距偵察、對于移動或重點目標，可實施有效干擾、進行突然襲擊等，都會達到預期的效果。

［1］滄桑.國外正在研制的無人戰斗機［J］.國外科技動態，2005（05）：35-38.

［2］韓冰，張秋菊，徐世錄.無人戰斗機的現狀與發展趨勢［J］.飛航導彈，2005（10）：45-49.

［3］以色列推出最新型微小型無人機夜視載荷［N］.每日防務快訊，2012，09（04）.

［4］美德聯合開發用于無人機的空天激光通信技術［N］.每日防務快訊，2012，09（20）.

［5］美國大學和美國國家航空航天局聯合開展無人機的自動傳感器和規避系統研究［N］.每日防務快訊，2012，09（25）.

［6］俄羅斯聯邦安全局尋求微型無人機傳感器［N］.每日防務快訊，2013，01（30）.

［7］諾·格公司研發具備更強航電設備保護能力的新一代火力偵察兵無人機［N］.每日防務快訊，2013，02（06）.

［8］雷聲公司欲為無人機集成小型空射誘餌彈［N］.每日防務快訊，2013，02（25）.

［9］微系統公司將為美國海軍艦載小型戰術無人機提供情報顯示系統［N］.每日防務快訊，2013，03（01）.

［10］羅德林，吳順祥，段海濱，李茂青.無人機協同多目標攻擊空戰戰決策研究［J］.系統仿真學報，2008，（24）：6778-6782.