美軍無(wú)人機(jī)先進(jìn)機(jī)載偵察感知系統(tǒng)

李鵬勇 王 海

隨著高新技術(shù)在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，美軍無(wú)人機(jī)從最初的靶機(jī)起步，發(fā)展為參與“偵—控—打—評(píng)”作戰(zhàn)全程的戰(zhàn)場(chǎng)明星武器。美軍“全球鷹”“捕食者”“先鋒”“影子”等系列無(wú)人機(jī)在歷次作戰(zhàn)行動(dòng)中出盡風(fēng)頭，其先進(jìn)的機(jī)載偵察感知設(shè)備可以進(jìn)行光學(xué)、紅外、雷達(dá)等多種方式探測(cè)，兼具偵察預(yù)警、通信中繼、防空壓制、對(duì)地攻擊乃至空中格斗等多種功能，從而使無(wú)人機(jī)可全天候遂行多樣化作戰(zhàn)任務(wù)。

機(jī)載合成孔徑雷達(dá)

機(jī)載合成孔徑雷達(dá)具有全天候、高分辨率、多視角等優(yōu)點(diǎn)，可在多種天氣條件下24小時(shí)為作戰(zhàn)部隊(duì)發(fā)送圖像情報(bào)信息。譬如“全球鷹”無(wú)人偵察機(jī)合成孔徑雷達(dá)，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(biāo)，并判斷其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該型雷達(dá)可探測(cè)到偽裝的車輛、坦克、飛機(jī)等目標(biāo)，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(nèi)偵察面積約13.8萬(wàn)平方千米。

未來(lái)美軍計(jì)劃為“全球鷹”Block 40無(wú)人機(jī)安裝新型“空—空/空—地”雷達(dá)系統(tǒng)，即“多平臺(tái)雷達(dá)技術(shù)插入項(xiàng)目”，該模塊化有源電子掃描陣列雷達(dá)可以跟蹤地面移動(dòng)目標(biāo)和低空飛行目標(biāo)。海上“全球鷹”機(jī)載合成孔徑雷達(dá)，在低分辨率模式下可探測(cè)到艦船目標(biāo)，并獲取其坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度和方向等信息，在高分辨率模式下可進(jìn)一步識(shí)別艦船目標(biāo)特征。

光電/紅外傳感器

絕大多數(shù)無(wú)人機(jī)配備光電/紅外傳感器，用于搜索辨識(shí)目標(biāo)、獲取高質(zhì)量圖像和視頻信息。如美軍“先鋒”無(wú)人機(jī)，作戰(zhàn)半徑185千米，機(jī)載45千克的紅外或電子光學(xué)圖像設(shè)備。其機(jī)載的彩色日光電視，在局部戰(zhàn)爭(zhēng)當(dāng)中可向戰(zhàn)術(shù)級(jí)指揮官提供經(jīng)過(guò)處理的前視紅外圖像，更容易辨識(shí)目標(biāo)情況?！跋蠕h”常與E-8C偵察指揮機(jī)配合使用：E-8C遠(yuǎn)程探測(cè)到目標(biāo)后，“先鋒”無(wú)人機(jī)抵近實(shí)施偵察?！跋蠕h”無(wú)人機(jī)還可以向地面或者空中火力單元傳送拍攝的圖像情報(bào)，提高偵察打擊的時(shí)效性。美空軍B1ock-40型“全球鷹”無(wú)人機(jī)，光電傳感器重量為100千克，工作波段為0.4～0.8微米，內(nèi)裝一臺(tái)柯達(dá)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行拍照，可以在不利的氣候條件下，提供高質(zhì)量的目標(biāo)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(cè)到偽裝目標(biāo)，并區(qū)分出活動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)。

MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)機(jī)載廣域監(jiān)視傳感器，又名“石化術(shù)”，重499千克，能夠晝夜連續(xù)工作，可從12個(gè)角度拍攝機(jī)體下方半徑4公里的區(qū)域，各級(jí)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(shù)”傳感器屆時(shí)將補(bǔ)充“死神”全動(dòng)視頻多頻譜瞄準(zhǔn)吊艙，對(duì)每個(gè)方向?qū)嵤ｉT跟蹤，未來(lái)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)視60個(gè)目標(biāo)的強(qiáng)大功能。

艦載無(wú)人機(jī)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(jī)、1部銻化錮前視紅外傳感器和1個(gè)光電/紅外接收機(jī)單元，可不分晝夜地獲取海上艦船的清晰圖像。

新型導(dǎo)航系統(tǒng)

美軍無(wú)人機(jī)傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS衛(wèi)星導(dǎo)航，美國(guó)菲力爾系統(tǒng)公司為美軍研發(fā)了一種新型導(dǎo)航系統(tǒng)，被稱為無(wú)人機(jī)的“復(fù)眼”。該系統(tǒng)是由多個(gè)攝像傳感器組成的“任務(wù)設(shè)備包”，其中包含2部彩色攝像機(jī)、1部紅外攝像機(jī)、1部激光測(cè)距儀和1部激光制導(dǎo)儀，支持可見(jiàn)光、紅外感應(yīng)、電傳照相和寬角度觀察4種視野模式，用戶可根據(jù)作戰(zhàn)需要靈活切換工作模式。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)感受作戰(zhàn)區(qū)域多個(gè)方向的敏感目標(biāo)活動(dòng)信息，其激光制導(dǎo)設(shè)備可使地面操作人員在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，鎖定某一大面積區(qū)域，同時(shí)將窄視野攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)另外一個(gè)可疑區(qū)域，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域探測(cè)感知，便于更好地規(guī)劃和調(diào)整無(wú)人機(jī)任務(wù)路徑。

無(wú)源偵察設(shè)備

無(wú)人機(jī)可攜帶通信信號(hào)偵察、雷達(dá)信號(hào)偵察和測(cè)量信號(hào)情報(bào)偵察等無(wú)源電子偵察設(shè)備，執(zhí)行全天候、大范圍的信號(hào)偵察測(cè)向任務(wù)。無(wú)源電子偵察含信號(hào)偵收、測(cè)向、定位等設(shè)備，可在任務(wù)地域搜索、截獲地面操作人員感興趣的電磁信號(hào)，分析技術(shù)參數(shù)和輻射特征，并測(cè)定信號(hào)源的位置，進(jìn)一步分析提供目標(biāo)活動(dòng)變化規(guī)律、武器平臺(tái)作戰(zhàn)能力等戰(zhàn)術(shù)情報(bào)。如美軍在利用“全球鷹”無(wú)人機(jī)無(wú)源電子偵察進(jìn)行毀傷評(píng)估時(shí)，運(yùn)用信息處理和目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，對(duì)截獲信號(hào)的用頻規(guī)律、通聯(lián)情況等進(jìn)行分析，對(duì)輻射源所在的武器平臺(tái)進(jìn)行判斷，分析目標(biāo)被毀傷時(shí)電子系統(tǒng)發(fā)出短促的、不規(guī)則的信號(hào)等異常情報(bào)，通過(guò)比較做出毀傷評(píng)估結(jié)論。美軍“全球鷹”實(shí)施偵察時(shí)，一般與E-3預(yù)警機(jī)、RC-135電子偵察機(jī)等協(xié)同工作，通過(guò)融合各方目標(biāo)輻射源特征參數(shù)信息，共同研判目標(biāo)變化規(guī)律和相對(duì)位置，向指揮控制單元實(shí)時(shí)傳輸目標(biāo)情報(bào)信息，引導(dǎo)武器進(jìn)行攻擊。

威脅告警設(shè)備

為提高自我防護(hù)功能，美軍一方面通過(guò)降低雷達(dá)散射面積對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行隱身設(shè)計(jì)，另一方面為無(wú)人機(jī)配備雷達(dá)威脅告警、自衛(wèi)干擾和拖曳誘餌等防護(hù)設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)來(lái)襲空空導(dǎo)彈或地空導(dǎo)彈，機(jī)載威脅告警防護(hù)系統(tǒng)可以迅速感知，及時(shí)采取發(fā)射紅外誘餌彈、自衛(wèi)電子干擾等措施進(jìn)行防護(hù)，以提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

一些具有電子攻擊能力的無(wú)人機(jī)，還裝備有寬波段雷達(dá)干擾一體化系統(tǒng)，如“先鋒”“蒼鷹”，可以偵察截獲戰(zhàn)場(chǎng)電磁輻射信號(hào)、分析出信號(hào)參數(shù)，對(duì)各種威脅快速做出反應(yīng)。美軍“全球鷹”無(wú)人機(jī)也采取偵防一體化自衛(wèi)防護(hù)設(shè)計(jì)，具備較強(qiáng)的戰(zhàn)場(chǎng)威脅應(yīng)對(duì)能力。

感測(cè)/規(guī)避系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)機(jī)載感測(cè)/規(guī)避系統(tǒng)一般由光電攝像機(jī)和電子裝置構(gòu)成，是一種綜合探測(cè)設(shè)備，可在無(wú)人機(jī)飛行途中進(jìn)行空中物體探測(cè)、距離計(jì)算和飛行規(guī)避，使無(wú)人機(jī)具備自動(dòng)防撞功能，自由出入空域。如美軍RQ-7“影子”無(wú)人機(jī)機(jī)載感測(cè)和規(guī)避系統(tǒng)，設(shè)備總重為3.4千克，安裝在無(wú)人機(jī)前端，內(nèi)裝3臺(tái)光電攝像機(jī)和相關(guān)電子設(shè)備，可實(shí)時(shí)探測(cè)跟蹤空中飛行物和障礙物，及時(shí)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(jìn)行氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向風(fēng)速等戰(zhàn)場(chǎng)氣象信息收集，加強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境感知能力。美軍通過(guò)實(shí)施“聯(lián)合無(wú)人機(jī)氣象探測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃”，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)搭載綜合氣象傳感器，執(zhí)行氣象探測(cè)任務(wù)。如在“捕食者”無(wú)人機(jī)上安裝綜合氣象傳感器組件，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)任務(wù)空域氣象信息，并可投放小型探空儀，實(shí)時(shí)感知?dú)鉁?、風(fēng)向等信息，還可監(jiān)測(cè)核生化威脅，為作戰(zhàn)部隊(duì)提供任務(wù)所需的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境情報(bào)信息，為精確制導(dǎo)武器提供打擊時(shí)機(jī)建議。

通信數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o(wú)人機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)，是連接無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)在起飛、回收段以及執(zhí)行近距偵察打擊支援任務(wù)時(shí)，采用視距空地通信鏈路；在執(zhí)行遠(yuǎn)程ISR任務(wù)的空域，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)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(yuǎn)程偵察、監(jiān)視、評(píng)估等任務(wù)，采用X/Ku波段衛(wèi)星鏈路、UHF通信數(shù)據(jù)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(nèi)把戰(zhàn)場(chǎng)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(jīng)衛(wèi)星傳送到視距外地面站，經(jīng)衛(wèi)星下行鏈路接收到地面站的指令信息。

可以預(yù)測(cè)，隨著人工智能、電子信息技術(shù)等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，美軍無(wú)人機(jī)機(jī)載偵察感知系統(tǒng)將進(jìn)一步升級(jí)換代，融合光學(xué)、紅外、雷達(dá)成像與電子偵察等多種偵察手段，戰(zhàn)場(chǎng)綜合感知能力將不斷增強(qiáng)。一是具備對(duì)低可探測(cè)性信號(hào)的偵察、自動(dòng)化處理、智能化目標(biāo)識(shí)別能力。二是數(shù)據(jù)鏈性能的進(jìn)一步升級(jí)，將使無(wú)人機(jī)具備瞬時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，更好地滿足執(zhí)行超視距作戰(zhàn)任務(wù)需求。三是多平臺(tái)信息融合、情報(bào)共享、態(tài)勢(shì)感知能力的發(fā)展，可滿足無(wú)人機(jī)參與人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)、執(zhí)行編隊(duì)作戰(zhàn)等任務(wù)，大幅提升無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)使用效能。（國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院）