多用途无人机在靶场中的应用

李宁 马顺南(91550部队,辽宁大连 116023)



多用途无人机在靶场中的应用

李宁 马顺南
(91550部队,辽宁大连 116023)

【摘 要】传统测控模式在低空大航程飞行器测控、常态化校飞、空中通信中继、试验的全程可视化、目标特性测量等方面存在着不足,如能建设一套多用途无人机将极大程度的提高靶场对测控系统试验的保障能力。本文分析了传统测控模式存在的不足,提出了靶场建设多用途无人机用于测控系统的构想,并分析了建设效益。

【关键词】靶场 多用途 无人机

1 引言

传统测控模式可以理解为测控装备布设于地面，对航天飞行器进行测控，主要包括对飞行器回传的遥测信号进行接收与解调、对飞行器进行外测和实施实时必要的安控。随着武器装备的发展，对现代测控系统提出了更多的要求。例如除了传统的遥测、外测和安控功能外，还期望获取飞行器的红外目标特性、电磁散射特性，并对反电子干扰、电子欺骗和电子对抗能力等进行评估。此外，传统测控系统在低空大航程测控试验、常态化校飞试验保障，远海试验通信保障、试验全程可视化等方面存在着不足。

综上所述，靶场若能建设一套具备空基测控、常态化校飞、通信空中中继、空中实况摄录和目标特性测量等能力的飞机平台，可以有效解决制约靶场试验的多项技术问题，并大幅度提升靶场的综合试验能力。截至目前，我国已有各型号无人机1000多款，载重从几千克到几百千克、飞行高度从几十米到十几千米、续航从几千米到几千千米、航时从几十分钟到几十小时、速度从几十千米/小时到亚音速应有尽有，且在使用适应性与安全性方面有了很大进步，关键技术指标已能满足靶场实际需求。本文从靶场的实际需求与实际能力差距出发，论述多用途无人机在靶场的应用。

2 多用途无人机建设的必要性

对于现代测控系统而言，传统测控模式主要在以下几方面存在着不足，其中某些方面已经成为制约现代海军靶场试验鉴定能力的瓶颈。

2.1 低空大航程目标测控能力不足

传统的地基测控在对低空大航程飞行器测控能力方面存在着严重不足。由于目标飞行高度低，很容易超出视距，要完成目标的全程测控，需要在整个测控区域布设大量的地面站及相应的测控装备，投入大量的人力物力和财力。若测控站点数量不足，测控系统在部分段落不能完全覆盖航区。在不进行大量布设地面测控站点的条件下，一种折中的办法是提高飞行器的飞行高度来完成测控系统全程覆盖。但该试验条件与被鉴定对象的实际需求状态不相符，无法真实的考核飞行器的性能。如采用天链数据中继，由于同步卫星轨道高度高，飞行器遥测信号发射功率低，天线增益较小，不具备实时传输高码率测控数据的能力，实时仅能传输较低码率的测控数据，不满足实际测控需求。如能采用空基测控模式，利用飞机对目标进行伴飞，则可利用飞机“站的高、看的远”的特点，扩大测控系统的覆盖范围，具备相应测控保障能力。

2.2 常态化校飞保障能力不足

校飞目前仍是验收高精度测量装备和测控系统精度鉴定的主要手段。在新研装备出场验收或测控系统精度鉴定时，需要将测控合作设备加装到飞机上，通过校飞试验考核装备或测控系统的技术状态和整体性能，发现并解决存在的技术问题。

靶场校飞试验通常需协调调用外单位飞机，在实际使用中存在诸多不足：一是协调动用难度大。飞机作战训练战备任务繁重，调动使用困难，特别是在国家未来重点发展高精度武器装备的背景条件下，后续校飞试验需求量加大，协调调用外单位飞机无法支持靶场常态化校飞试验；二是校飞试验效率低。由于飞机转场距离远导致转场难度大、周期长，受起降风力等气象因素制约，通常需要一个星期或更长时间，才能完成1个架次的飞行，长周期的校飞试验严重影响任务进度；三是飞机加改装频繁。更换飞机即需重新选择飞机进行加改装，根据需求的不同，加装不同的机载设备也需要对飞机进行相应的改装，改造周期较长；四是任务消耗大，由于校飞试验效率低，造成飞机保障消耗费用较高，同时，测控系统长时间的待命准备、飞机的频繁加改装也造成地面设备、人员的消耗较大。如采用高效便捷的无人机平台进行校飞，能更便于靶场完成装备或测控系统的精度鉴定工作，提高试验效率。

2.3 远海试验通信保障能力不足

以往海军靶场试验主要集中于近海区域，海面通信保障较大程度依赖于岸站微波系统，对海通信保障能力仅限于近海有岸站微波系统保障的区域。受到视距限制和海面多径效应的影响，岸站微波系统作用距离较近，能够保障的通信带宽较小，对测控系统试验指挥保障而言，仅具备保障部分关键数据的实时传输能力。

在海军从浅蓝走向深蓝的大背景下，仍延续使用低带宽小范围的岸站微波对海通信保障模式已经无法满足后续试验任务需求。当试验区域远离陆地，舰载船载通信装备不能与岸上通信设备通视，会造成指挥信息、测量数据无法实时传送到指挥所，给试验的指挥、协同带来很大难度，甚至成为试验方案能否成立的瓶颈。如果采用无人机进行空中通信中继，利用无人机飞行高度高的特点，可大大增加岸站微波通信装备的视距，减小海面多径效应的影响，提高通信保障范围和保障能力，有效解决远海试验通信能力受限的问题。

2.4 试验全程可视化保障能力不足

视频图像是测控试验中的一种重要信息，其对试验指挥、试验结果评定，特别是故障弹的分析判断具有重要意义。由于海军武器装备试验的任务特点，试验航区一般远离陆地，受地理位置限制，通常只能在发射区和落区布设少量的实况摄录设备，获取部分段落的实况信息，无法获取目标飞行关键动作(如助推器分离、发动机级间分离、航路拐点、爬升及俯冲等)的清晰实况。依托直升机的便携式广角摄录装备，由于试验现场条件所限很难稳定跟踪目标，获取图像清晰度不够，且存在一定安全隐患。

如在无人机上加装实况摄录装备，采用飞机与目标伴飞摄录的方式，则可以获取目标起飞、巡航直至下落的各飞行段落的实况信息，多角度的获取试验任务图像数据，形成测控系统试验全程可视化的保障能力。

2.5 目标特性测量保障能力不足

目标特性是测控目标本身的一种属性，主要包括目标的红外特性与电磁散射特性，是武器生存和突防的关键因素。为提升武器的生存和突防能力，新一代的武器系统鉴定必须考虑武器本身的目标特性，武器的目标特性测量将会是靶场今后的一项重要试验内容。

对于目标特性的鉴定，仅仅依靠静态测试不能对其进行客观测量，需进行动态条件下的多方位的测量与统计分析，例如在试验时，实时测量目标在动态条件下不同方位、俯仰角度的目标的红外特性和电磁散射特性。为满足今后大量的目标特性测量任务需求，提升靶场自主保障能力，有必要建设靶场自主的飞机系统，进行目标特性测量。

3 靶场无人机的主要应用

3.1 空基转发测控系统

空基转发测控系统适用于含遥测、BD/GPS(接收机方式)、安控信息的武器飞行试验。空基转发测控系统安装在飞机上，伴随目标飞行，由相控阵天线跟踪并接收遥测、BD/GPS测量信息。接收到信号分为两路，一路信号经遥测转发器后转发给地面或舰船上的测控设备，由测控设备完成对遥测信号的接收解调，处理后传输给指控中心；另一路信号经机载遥测接收解调设备进行解调处理后通过机载卫通天线经卫星传给地面卫通设备，再由卫通设备传送给指控中心。

在试验出现问题需要对目标采取安全控制措施时，可通过两种方式发送按控指令。一种方式是由测控设备向空基转发测控系统发送安控指令，系统经相应处理后，转发给目标，完成航区安全控制任务；另一种方式是由测控设备发送安控指令到卫通设备，由卫通设备将安控指令信息经卫星转发至空基转发测控系统，再发送给测控目标，完成航区安全控制任务。这样，通过无人机的“中继”，可完成对目标的遥测、BD/GPS测量和安全控制任务。

当飞机加装空间、载重和供电等因素受限不能加装机载遥测解调设备时，可使用地面装备接力测控，由于飞机飞行高度高，与地面装备通视距离远，对低空大航程目标测控可大大减少所需布设的地面站数量。当飞机加装了机载遥测解调设备时，测控试验可不依赖于地面测控站，仅利用无人机的卫通链路完成全部航程的测控任务。

3.2 常态化校飞试验系统

测控系统需要通过专项试验考核系统的功能、协调性，发现并解决装备存在的技术问题，考核系统的可靠性和测量精度等战术技术指标，为完成试验测控任务打下基础，也为试验决策提供依据。对于新研或改造的大型装备，也需要通过专项试验进行靶场验收。从国内靶场的通用作法来看，校飞试验是最有效的方法。

靶场校飞试验对测量设备或测控系统的动态跟踪性能、工作的协调性、测量元素的精度鉴定，目前常用的方法是携带合作目标(应答机、信标机、遥测信号源、发射机和目标模拟器等)的飞机，在预定航路上按照一定的飞行工况飞行，被鉴定的设备和作为比较标准的设备同时跟踪飞机，事后通过对被鉴定设备跟踪参数的分析及测量元素的数据处理，评价其动态跟踪性能和测量精度。可以检验测量设备的技术性能；鉴定设备的综合测量精度；同时检验设备的工作状态、数据传输、录取、处理及软件设计的正确性和可靠性。

采用无人机校飞具有如下优势：一是利于飞机改装，便于加装所需的应答机、信标机、发射机及天线等任务载荷；二是可以多次飞行，获取足够的测试结果和测量数据，提高对设备或系统的性能评估、精度鉴定的可信度；三是自主性强，可以大大提高校飞试验效率。

3.3 无人机空中通信中继系统

随着武器性能的提升、航程的增大，要求试验航区进行拓展，由近海逐步向远海和陆地纵深发展，测控系统对通信保障的要求也相应提高，主要表现为：远距离、大带宽。

无人机空中中继通信利用无人机装载无线电中继通信设备，能实现地面大覆盖范围的通信，是一种非常有前景的通信方式。无人机是可以重复使用的平台，该方式与地面微波中继通信方式类似，与地面微波中继相比，通信保障距离更远，经济效益优势明显。采用无人机空中通信中继具有以下几个方面的优点：一是适用于特殊地形，飞机飞行高度高，减小了地形、建筑物、树林和海面等引起的多径衰落影响，电波传播路径开阔，减少了阻挡和反射；二是通信距离远，无人机在高空飞行，可以减少地球曲率对电波视距传播造成的影响，增大通信距离，例如无人机的飞行高度为10km时，通信覆盖半径可达357km，与机载卫通设备联合使用，通信保障范围可达数千公里；三是机动性强，高空高速无人机飞行速度可达亚音速，应急反应速度快，配合便携式微波通信设备，可作为通信保障的重要应急手段，经过事先演练和准备，可迅速抵达几百公里外的目标，对其进行应急通信保障。

3.4 无人机空中实况摄录系统

在无人机上加装实况摄录装备，测控时伴随目标飞行，并实时根据光测图像数据对目标进行跟踪，可形成测控试验全程的可视化能力，特别是能够获取目标飞行关键动作(如助推器分离、发动机级间分离、航路拐点、爬升及俯冲等)的清晰实况。在飞机与地面通信装备通视时，实时图像数据可通过地面通信装备接收，然后回传至指控中心；在飞机与地面通信装备不通视时，实时图像数据可利用机载卫通系统将图像发送至卫星，由地面卫通系统接收后回传至指控中心，当飞机不具备卫星通信能力时，可采用地面通信装备接力的方式回传图像数据，以飞机飞行高度10km为例，适当选择通信装备布设位置，两个地面通信站便可实现长达1400km范围测控带的覆盖。

3.5 无人机目标特性测量系统

将目标特性测量装备加装于无人机平台上，可以实现对目标静态或动态的多角度的特性测量，主要包括红外特性和电磁散射特性测量。红外特性测量可以获取目标的红外特性数据，特别目标高速运动条件下的红外目标特性，对于武器的生存与突防能力的提升具有重要意义。单架飞机进行电磁特性测量可以获取目标的后向散射特性，例如目标的RCS测量、极化特性测量，还可以测量目标的角闪烁特性和多普勒微动特性等；两架或多架飞机协同进行电磁特性测量时，还可以获取目标的非后向散射特性，这对于研究目标的反隐身具有重要意义。对目标电磁特性测量数据进行特征提取和特征识别方面的研究，对目标识别和武器精确制导具有特别重大的意义。

4 结语

多用途无人机系统建成后，将大大提升海军靶场的试验保障能力，具有较高的军事效益。主要表现在以下几方面：一是提升对低空大航程飞行目标的测控能力。二是具备校飞常态化的保障能力，特别是高精度测控系统校飞试验的保障能力。三是大大提高远海试验的通信保障能力。四是形成试验的全程可视化能力。五是形成目标特性测量的自主保障能力，提高靶场试验效率。

参考文献:

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[2]黄学德.导弹测控系统[M].北京:国防工业出版社,2000.

[3]边居廉,王惠连.试验通信技术[M].北京:国防工业出版社,2000.

[4]黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社, 2005.

作者简介:李宁(1981—),男,博士,工程师,研究方向:测控总体技术。