淺析無人機(jī)在高原多云起伏地形條件下的偵察方法

肖能博 黃源 齊萌 汪關(guān)信

當(dāng)今國(guó)際環(huán)境復(fù)雜，以美國(guó)為首的西方國(guó)家對(duì)我國(guó)采取遏制戰(zhàn)略，境外敵對(duì)勢(shì)力對(duì)我國(guó)邊境的騷擾日趨頻繁，特別是在西南邊境地區(qū)。在這些地區(qū)加強(qiáng)對(duì)敵方的偵察監(jiān)視，能夠有效保證國(guó)土安全。

西南邊境屬高原地形，海拔較高，山脈崎嶇，溝壑縱橫，且氣候特殊。無人機(jī)相較有人機(jī)，滯空時(shí)間相對(duì)更長(zhǎng)，能更好適應(yīng)高原惡劣環(huán)境，因此無人機(jī)遂行高原環(huán)境下的偵察任務(wù)更具優(yōu)勢(shì)。

但無人機(jī)在遂行高原條件下的偵察任務(wù)時(shí)，會(huì)受到山體遮擋、氣象等因素影響，導(dǎo)致目標(biāo)偵照窗口期短，進(jìn)行有效搜索、跟蹤監(jiān)視目標(biāo)困難，云層干擾對(duì)偵察行為的影響具有顯著性。

無人作戰(zhàn)飛機(jī)高原地區(qū)執(zhí)行偵察任務(wù)影響因素

近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，無人機(jī)搭載多載荷遂行作戰(zhàn)任務(wù)已成為常態(tài)。在高原地區(qū)的偵察任務(wù)中，無人機(jī)可搭載可見光、紅外、合成孔徑雷達(dá)等多個(gè)載荷來適應(yīng)不同的偵察條件。無論是哪種偵察載荷，在硬件條件不變的前提下，通過降低平臺(tái)高度的方式能夠顯著提高地面分辨率。然而，由于高原地區(qū)復(fù)雜的地形地貌和獨(dú)特的氣候特點(diǎn)影響，無人作戰(zhàn)飛機(jī)在高原執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，平臺(tái)高度將受到一定限制，進(jìn)而影響平臺(tái)偵照效果。無人作戰(zhàn)飛機(jī)在高原環(huán)境遂行偵察任務(wù)，受高空云層和山地起伏地形兩方面因素影響較大。本文從高原地區(qū)云層和云量、高原地區(qū)低高度飛行和氣流紊亂三個(gè)方面分析了無人作戰(zhàn)飛機(jī)在高原地區(qū)執(zhí)行偵察任務(wù)的影響因素。

云層與云量

無人機(jī)高空對(duì)地偵察，其搭載的任務(wù)載荷性能受氣象因素影響最大。無人作戰(zhàn)飛機(jī)穿云飛行易導(dǎo)致結(jié)冰、遭受雷擊等危險(xiǎn)情況發(fā)生，嚴(yán)重影響飛行安全。高原地區(qū)云量常年在40%以上，夏季甚至可達(dá)70%，無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)前需謹(jǐn)慎考慮氣象因素影響，如符合出航及執(zhí)行任務(wù)條件，在航行期間也須實(shí)時(shí)通過任務(wù)載荷密切關(guān)注周邊云層情況，遇有情況及時(shí)修改任務(wù)航線或改變飛行高度，進(jìn)以規(guī)避云層。

高原地區(qū)云層和云量特征總體上可以用“低云層，高云量”這六個(gè)字概括。云層較低，云量較大，將會(huì)對(duì)無人機(jī)偵照效果和飛行安全造成較大影響。高原環(huán)境復(fù)雜，低云、厚云對(duì)無人機(jī)飛行安全和航空偵察會(huì)造成負(fù)面影響。高原地區(qū)低云大多在距離地面1-2km，中云大多在3-5km。我國(guó)西南方向邊境地形以高原高山為主，海拔高、地形突變明顯復(fù)雜，使用無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行偵照任務(wù)時(shí)，需要綜合考慮全年季節(jié)的云量特點(diǎn)，盡量避免云層濃厚的季節(jié)和時(shí)段，尤其是避開受印度洋暖濕氣流影響較大的1-5月時(shí)段。如果需要在云層濃厚的時(shí)段執(zhí)行任務(wù)，需根據(jù)飛行器承載壓力，有針對(duì)性的制定偵察策略。

海拔較高，能降低的高度有限

高原地區(qū)山脈連綿，山體海拔高，地形地貌復(fù)雜，為了保證飛行安全，能夠降低高度是有限的。但是由于山體的遮擋作用，使得過高的平臺(tái)高度無法達(dá)到理想的成像條件，這對(duì)后續(xù)的判讀、分析和研判造成了較大的困難。因此，如何精準(zhǔn)把握平臺(tái)高度，對(duì)于飛行安全和偵察效果來說是至關(guān)重要的。

無人機(jī)對(duì)目標(biāo)精確偵察時(shí)需要盡量靠近地面飛行。高原地區(qū)地形突變大，為確保飛行安全，無人機(jī)需要有廣闊的飛行視野，以提高通視能力，提前發(fā)現(xiàn)和規(guī)避地形障礙。研究表明，高原地區(qū)和濃厚云霧都會(huì)造成無人機(jī)通視性顯著下降。同時(shí)，山體遮斷和云層散射都會(huì)影響信號(hào)傳遞，在Ku波段、C波段等頻道上都有一定影響。在高原地區(qū)放飛無人機(jī)必須要注意安全，提高飛行高度，避免穿越云層和山體。

氣流紊亂，難以控制

在高原地區(qū)，飛機(jī)低高度（相較平原環(huán)境，高原地區(qū)相對(duì)海拔高度已屬中高空）飛行，會(huì)受到較強(qiáng)的上升氣流和下沉氣流的影響，甚至?xí)庥鲲L(fēng)切變或者湍流等劇烈的氣流變化。雖然無人作戰(zhàn)飛機(jī)的飛控系統(tǒng)擁有一定的處理能力，但是如果飛行高度過低，飛機(jī)就沒有充足的時(shí)間進(jìn)行處理，飛行安全隱患大。

高原地區(qū)平均風(fēng)速高，空氣與地面溫差大，氣動(dòng)強(qiáng)勁。距離地表越近，湍流的影響與地表裸露情況的關(guān)系越密切，無人機(jī)在高原地區(qū)飛行必須估計(jì)復(fù)雜湍流、切變、氣流團(tuán)對(duì)飛行安全的影響。必要時(shí)，無人機(jī)需要盡可能遠(yuǎn)離地面，防止裸露地表造成的湍流對(duì)無人機(jī)飛行安全造成威脅。

高原地區(qū)無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)無法顯著降低高度，再加上高原地區(qū)云量較大，也就導(dǎo)致了目標(biāo)偵照窗口期短，有效搜索、跟蹤監(jiān)視目標(biāo)困難。

無人作戰(zhàn)飛機(jī)高原環(huán)境高空偵察方法

大視場(chǎng)找窗口，小視場(chǎng)找目標(biāo)

在高原地區(qū)云量較大、低空云較多的情況下，想要對(duì)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行高精度偵察是十分困難的，偵察時(shí)云層的遮擋也會(huì)使偵察效果大打折扣，所獲取的圖像的質(zhì)量也會(huì)大幅度降低。如何規(guī)避云層的影響是實(shí)現(xiàn)偵察任務(wù)目標(biāo)的重中之重。

首先根據(jù)既定任務(wù)目標(biāo)，導(dǎo)引觀察當(dāng)前時(shí)刻大視場(chǎng)情況下是否存在云層空隙，找到云層空隙后，則可飛行至云層空隙進(jìn)行偵察，從而減小云層對(duì)偵察的影響。若低高度無法發(fā)現(xiàn)云層空隙，可適當(dāng)采取升高飛行高度、盤旋機(jī)動(dòng)飛行的方式，在通視條件更好的大視場(chǎng)模式下進(jìn)行觀察尋找。

在觀察云層空隙的過程中，還要綜合考慮云層的流動(dòng)方向、當(dāng)前時(shí)刻的云層空隙，可能一段時(shí)間后隨著云層的流動(dòng)就不適宜偵察；而有些云層當(dāng)前時(shí)刻沒有空隙，一段時(shí)間過后，可能會(huì)出現(xiàn)適合偵察的云層空隙。找到云層空隙之后，即可根據(jù)既定的任務(wù)目標(biāo)，在小視場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行更加精細(xì)的偵察。在此過程中也要時(shí)刻注意云層的變化，避免穿云飛行。

地形匹配判讀法

高原地區(qū)的既定目標(biāo)所在的區(qū)域，地形通常較為復(fù)雜，可采用地形匹配判讀法輔助進(jìn)行偵察。山體之間相互遮擋，回暖會(huì)對(duì)無人機(jī)和偵測(cè)目標(biāo)的通視性造成影響。既定目標(biāo)有些位于山脈之間的溝壑中，有些隱藏在山脈背面，山體掩擋、霧霾、高空云層等不利因素，使得難以直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效偵察。因此，可通過實(shí)時(shí)規(guī)劃航線來規(guī)避山體和云霧的遮擋，繞開遮擋點(diǎn)位，尋找有效偵察窗口位置。并結(jié)合目標(biāo)的隱藏特點(diǎn)，對(duì)溝壑、山體背面等特殊地形進(jìn)行重點(diǎn)偵察、研判。結(jié)合這些標(biāo)志性地物，能夠更加有效進(jìn)行偵察。

靈活切換使用任務(wù)載荷

在高原地區(qū)，一年中不同季節(jié)、一天中不同時(shí)段的氣象條件都有不同。根據(jù)這些氣象條件，靈活切換使用任務(wù)載荷。氣象條件較好時(shí)，使用地面分辨率較高、較易判讀的可見光成像偵察載荷，采取“大視場(chǎng)找窗口，小視場(chǎng)找目標(biāo)”的方法，尋找合適的窗口進(jìn)行偵察；在氣象條件不好時(shí)，可靈活切換為紅外載荷或者合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行偵察。何時(shí)需要切換任務(wù)載荷、切換哪種任務(wù)載荷，就需要載荷操控員根據(jù)具體情況進(jìn)行判斷。

當(dāng)前，各國(guó)運(yùn)用無人機(jī)執(zhí)行偵察、監(jiān)視和情報(bào)任務(wù)，仍以采用可見光CCD攝像機(jī)成像為主。實(shí)際運(yùn)用中，可見光成像平臺(tái)以其成像圖片直觀可見性、情報(bào)判讀以及情報(bào)處理難度較低等優(yōu)勢(shì)，見長(zhǎng)于紅外行掃儀和合成孔徑雷達(dá)。尤以高原環(huán)境高空偵察任務(wù)為典型代表，很多種類紅外行掃儀和合成孔徑雷達(dá)受技術(shù)發(fā)展限制，針對(duì)高空多云環(huán)境和地形起伏較大、山巒疊嶂以及偵察目標(biāo)同地表溫度溫差較小等成像條件，成像質(zhì)量不佳，對(duì)情報(bào)人員執(zhí)行后續(xù)情報(bào)判讀和情報(bào)處理工作造成較大挑戰(zhàn)。因此，對(duì)于大多數(shù)任務(wù)，靈活運(yùn)用光電平臺(tái)遂行偵察任務(wù)，進(jìn)而有效完成任務(wù)目標(biāo)，是以現(xiàn)階段快速有效形成戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵途徑和戰(zhàn)法研究的重要課題。

結(jié)語

無人作戰(zhàn)飛機(jī)在高原地區(qū)執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，由于高原地區(qū)的氣候、地形情況特殊，常規(guī)的偵察方式難以對(duì)高原地區(qū)的偵察目標(biāo)進(jìn)行有效的偵察。本文分析了高原地區(qū)的云變化情況，根據(jù)高原地區(qū)云變化特點(diǎn)，以及高原地區(qū)地形、高空風(fēng)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行分析，提出了“大視場(chǎng)找窗口，小視場(chǎng)找目標(biāo)”的方法，用以規(guī)避高原地區(qū)云層的影響；提出“地形匹配判讀法”，用以進(jìn)行高原地區(qū)既定目標(biāo)的搜索；針對(duì)高原地區(qū)氣象條件變化快 的特點(diǎn)，提出使用靈活切換任務(wù)載荷的方式，進(jìn)行多個(gè)維度的偵察，可大大改善偵察的效果。這對(duì)高原地區(qū)無人作戰(zhàn)飛機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)具有重要意義，可供從事本專業(yè)的人員參考使用。