美軍無人機先進機載偵察感知系統(tǒng)

李鵬勇 王 海

隨著高新技術在無人機系統(tǒng)的應用，美軍無人機從最初的靶機起步，發(fā)展為參與“偵—控—打—評”作戰(zhàn)全程的戰(zhàn)場明星武器。美軍“全球鷹”“捕食者”“先鋒”“影子”等系列無人機在歷次作戰(zhàn)行動中出盡風頭，其先進的機載偵察感知設備可以進行光學、紅外、雷達等多種方式探測，兼具偵察預警、通信中繼、防空壓制、對地攻擊乃至空中格斗等多種功能，從而使無人機可全天候遂行多樣化作戰(zhàn)任務。

機載合成孔徑雷達

機載合成孔徑雷達具有全天候、高分辨率、多視角等優(yōu)點，可在多種天氣條件下24小時為作戰(zhàn)部隊發(fā)送圖像情報信息。譬如“全球鷹”無人偵察機合成孔徑雷達，重290千克，工作于X波段，裝有1.2米直徑天線，偵察距離范圍為20～200千米，圖像分辨率為0.3米，能夠區(qū)分小汽車和卡車等地面目標，并判斷其運動狀態(tài)。該型雷達可探測到偽裝的車輛、坦克、飛機等目標，也能穿透云雨等障礙，全天候偵察監(jiān)視作戰(zhàn)區(qū)域，一天之內偵察面積約13.8萬平方千米。

未來美軍計劃為“全球鷹”Block 40無人機安裝新型“空—空/空—地”雷達系統(tǒng)，即“多平臺雷達技術插入項目”，該模塊化有源電子掃描陣列雷達可以跟蹤地面移動目標和低空飛行目標。海上“全球鷹”機載合成孔徑雷達，在低分辨率模式下可探測到艦船目標，并獲取其坐標、運動速度和方向等信息，在高分辨率模式下可進一步識別艦船目標特征。

光電/紅外傳感器

絕大多數無人機配備光電/紅外傳感器，用于搜索辨識目標、獲取高質量圖像和視頻信息。如美軍“先鋒”無人機，作戰(zhàn)半徑185千米，機載45千克的紅外或電子光學圖像設備。其機載的彩色日光電視，在局部戰(zhàn)爭當中可向戰(zhàn)術級指揮官提供經過處理的前視紅外圖像，更容易辨識目標情況。“先鋒”常與E-8C偵察指揮機配合使用：E-8C遠程探測到目標后，“先鋒”無人機抵近實施偵察。“先鋒”無人機還可以向地面或者空中火力單元傳送拍攝的圖像情報，提高偵察打擊的時效性。美空軍B1ock-40型“全球鷹”無人機，光電傳感器重量為100千克，工作波段為0.4～0.8微米，內裝一臺柯達數字攝像機進行拍照，可以在不利的氣候條件下，提供高質量的目標偵察圖像。其裝備的紅外傳感器，工作波段為3.6～5.0微米，可探測到偽裝目標，并區(qū)分出活動和靜止狀態(tài)。

MQ-9“死神”無人機機載廣域監(jiān)視傳感器，又名“石化術”，重499千克，能夠晝夜連續(xù)工作，可從12個角度拍攝機體下方半徑4公里的區(qū)域，各級用戶可選擇感興趣的任意畫面，從不同角度觀察搜索。“石化術”傳感器屆時將補充“死神”全動視頻多頻譜瞄準吊艙，對每個方向實施專門跟蹤，未來可實現同時監(jiān)視60個目標的強大功能。

艦載無人機通常采用組合穩(wěn)定式光電/紅外成像系統(tǒng)，包括1部CCD晝/夜攝像機、1部銻化錮前視紅外傳感器和1個光電/紅外接收機單元，可不分晝夜地獲取海上艦船的清晰圖像。

新型導航系統(tǒng)

美軍無人機傳統(tǒng)導航系統(tǒng)為GPS衛(wèi)星導航，美國菲力爾系統(tǒng)公司為美軍研發(fā)了一種新型導航系統(tǒng)，被稱為無人機的“復眼”。該系統(tǒng)是由多個攝像傳感器組成的“任務設備包”，其中包含2部彩色攝像機、1部紅外攝像機、1部激光測距儀和1部激光制導儀，支持可見光、紅外感應、電傳照相和寬角度觀察4種視野模式，用戶可根據作戰(zhàn)需要靈活切換工作模式。該系統(tǒng)能實時感受作戰(zhàn)區(qū)域多個方向的敏感目標活動信息，其激光制導設備可使地面操作人員在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境下，鎖定某一大面積區(qū)域，同時將窄視野攝像機對準另外一個可疑區(qū)域，實現多區(qū)域探測感知，便于更好地規(guī)劃和調整無人機任務路徑。

無源偵察設備

無人機可攜帶通信信號偵察、雷達信號偵察和測量信號情報偵察等無源電子偵察設備，執(zhí)行全天候、大范圍的信號偵察測向任務。無源電子偵察含信號偵收、測向、定位等設備，可在任務地域搜索、截獲地面操作人員感興趣的電磁信號，分析技術參數和輻射特征，并測定信號源的位置，進一步分析提供目標活動變化規(guī)律、武器平臺作戰(zhàn)能力等戰(zhàn)術情報。如美軍在利用“全球鷹”無人機無源電子偵察進行毀傷評估時，運用信息處理和目標識別技術，對截獲信號的用頻規(guī)律、通聯情況等進行分析，對輻射源所在的武器平臺進行判斷，分析目標被毀傷時電子系統(tǒng)發(fā)出短促的、不規(guī)則的信號等異常情報，通過比較做出毀傷評估結論。美軍“全球鷹”實施偵察時，一般與E-3預警機、RC-135電子偵察機等協(xié)同工作，通過融合各方目標輻射源特征參數信息，共同研判目標變化規(guī)律和相對位置，向指揮控制單元實時傳輸目標情報信息，引導武器進行攻擊。

威脅告警設備

為提高自我防護功能，美軍一方面通過降低雷達散射面積對無人機進行隱身設計，另一方面為無人機配備雷達威脅告警、自衛(wèi)干擾和拖曳誘餌等防護設備，一旦發(fā)現來襲空空導彈或地空導彈，機載威脅告警防護系統(tǒng)可以迅速感知，及時采取發(fā)射紅外誘餌彈、自衛(wèi)電子干擾等措施進行防護，以提高戰(zhàn)場生存能力。

一些具有電子攻擊能力的無人機，還裝備有寬波段雷達干擾一體化系統(tǒng)，如“先鋒”“蒼鷹”，可以偵察截獲戰(zhàn)場電磁輻射信號、分析出信號參數，對各種威脅快速做出反應。美軍“全球鷹”無人機也采取偵防一體化自衛(wèi)防護設計，具備較強的戰(zhàn)場威脅應對能力。

感測/規(guī)避系統(tǒng)

無人機機載感測/規(guī)避系統(tǒng)一般由光電攝像機和電子裝置構成，是一種綜合探測設備，可在無人機飛行途中進行空中物體探測、距離計算和飛行規(guī)避，使無人機具備自動防撞功能，自由出入空域。如美軍RQ-7“影子”無人機機載感測和規(guī)避系統(tǒng)，設備總重為3.4千克，安裝在無人機前端，內裝3臺光電攝像機和相關電子設備，可實時探測跟蹤空中飛行物和障礙物，及時判斷發(fā)生碰撞的可能性并提出規(guī)避建議。

綜合氣象傳感器

氣象傳感器的主要功能是進行氣溫、氣壓、濕度、風向風速等戰(zhàn)場氣象信息收集，加強戰(zhàn)場環(huán)境感知能力。美軍通過實施“聯合無人機氣象探測系統(tǒng)計劃”，實現無人機搭載綜合氣象傳感器，執(zhí)行氣象探測任務。如在“捕食者”無人機上安裝綜合氣象傳感器組件，現場探測任務空域氣象信息，并可投放小型探空儀，實時感知氣溫、風向等信息，還可監(jiān)測核生化威脅，為作戰(zhàn)部隊提供任務所需的戰(zhàn)場環(huán)境情報信息，為精確制導武器提供打擊時機建議。

通信數據鏈

數據鏈是無人機系統(tǒng)的神經，是連接無人機和控制站的重要通信鏈路。通常分為視距通信鏈路和衛(wèi)星通信鏈路兩種。無人機在起飛、回收段以及執(zhí)行近距偵察打擊支援任務時，采用視距空地通信鏈路；在執(zhí)行遠程ISR任務的空域，為了實現數據的遠程傳輸，一般使用衛(wèi)星通信鏈路。如美軍“全球鷹”，一般執(zhí)行遠程偵察、監(jiān)視、評估等任務，采用X/Ku波段衛(wèi)星鏈路、UHF通信數據鏈和L波段衛(wèi)星鏈路等多種通信鏈路。其中UHF頻段鏈路，主用于在視距內把戰(zhàn)場偵察圖像以1.5274Mbps的速率發(fā)送給指揮官和操作人員；Ku頻段鏈路，用于全球鷹在Ku頻段上行鏈路的超視距通信傳輸，可以1.550Mbps速率經衛(wèi)星傳送到視距外地面站，經衛(wèi)星下行鏈路接收到地面站的指令信息。

可以預測，隨著人工智能、電子信息技術等高新技術的飛速發(fā)展，美軍無人機機載偵察感知系統(tǒng)將進一步升級換代，融合光學、紅外、雷達成像與電子偵察等多種偵察手段，戰(zhàn)場綜合感知能力將不斷增強。一是具備對低可探測性信號的偵察、自動化處理、智能化目標識別能力。二是數據鏈性能的進一步升級，將使無人機具備瞬時數據傳輸能力，更好地滿足執(zhí)行超視距作戰(zhàn)任務需求。三是多平臺信息融合、情報共享、態(tài)勢感知能力的發(fā)展，可滿足無人機參與人機協(xié)同作戰(zhàn)、執(zhí)行編隊作戰(zhàn)等任務，大幅提升無人機作戰(zhàn)使用效能。（國防科技大學電子對抗學院）