国外无人侦察监视飞机发展分析

战略前沿技术mp 2016-12-01 00:19

本文由信息与电子前沿(ID:caeit-e)授权转载,作者:刘长清、潘舟浩、唐晓斌(中国电子科技集团公司电子科学研究院专家),发表于《中国电子科学研究院学报》第'...

本文由信息与电子前沿(ID:caeit-e)授权转载,作者:刘长清、潘舟浩、唐晓斌(中国电子科技集团公司电子科学研究院专家),发表于《中国电子科学研究院学报》第10卷第5期

1 无人侦察监视飞机发展现状

ISR仍然是无人机系统的核心任务

无人机执行侦察监视任务具有固有优势。一方面,在作战中无需考虑机组遭攻击的风险,降低侦察监视任务的危险性;另一方面,其续航能力可远远超过机组成员的承受能力,有利于执行枯燥的侦察监视任务。因而,侦察监视仍是军用无人系统、尤其是无人机的主要任务和优先发展领域。美国防部2007版无人系统路线图中明确指出,无论何种类型的无人机,对侦察监视需求优先级都是最高的。即使是美海军未来舰载无人空中监视与打击系统(UCLASS),其定位也是偏向情报侦察与监视任务,并将具备一定的打击能力。

作战运用越来越频繁

美国《大中科学网》2012年引用一份美国国会报告称,2012年美国现役军用飞机中有近1/3是无人机,与前几年相比无人机数量快速增长。另据《UAS VISION》2013年7月报道称,以色列建立了一只无人机系统部队,完成了以色列空军50%的任务。而美军“捕食者/灰鹰”系列无人机的飞行时数以前所未有的速度持续增长:1993-2008年实现了50万飞行小时,至2010年实现了100万飞行小时,至2012年实现了200万飞行小时,而在2014年10月2日达到了300万飞行小时,这相当于连续不间断飞行340年。美国空军一架MQ-9“死神”更是在2015年创下了无人机单机累计飞行时间新纪录,突破20000小时。

情报质量越来越高

诺思罗普格鲁曼公司对有人、无人机从事ISR任务的对比分析发现,美军装备的主力无人机系统不仅可以像有人机一样提供较好的信号情报、图像情报和动目标指示情报质量,而且可提供的情报类型更丰富,已经可以胜任有人机从事的侦察任务。装备美空军的Block40型“全球鹰”不仅具有高质量的图像采集能力,而且具备高精度动目标指示能力;而海军型“全球鹰”MQ-4C“人鱼海神”更是初步具备了海上目标自动识别能力。

2 无人侦察监视飞机发展趋势

2.1 多任务

无人机系统,尤其是大中型无人机系统,基于通用平台实现多任务应用,是一个重要发展方向。美空军为实现21世纪空中力量效能的最大化,希望利用不断增加的自动化、模块化和可持续的无人机系统打造一支更加精干、更具适应性、可定制的部队。从目前美军的发展思路与趋势来看,未来中等无人机系统应具备电子战、侦察、监视、通信中继、防空、导弹防御、战略打击等能力;未来的大型无人机系统在此基础上增加指控、空中/地面目标指示、全球打击等能力。集“侦察、监视、打击”等多任务于一身,是美军未来综合性无人机发展的长远规划。

为支撑多任务的实现和能力的不断提升,美军在载荷上趋向于采用具有标准接口的综合化和模块化设计,以提升系统的通用性、开放性,实现“一机多用”和“一站多控”,同时降低全寿命周期的使用维护成本。

综合化、模块化的任务电子系统具有故障状态下的动态重构能力,能在更广泛的应用中增加新的功能,限定范围内的功能/性能升级并能与旧的系统组件兼容工作,支持系统结构的有限演变(如新技术支持下的功能要素的分化和归并等),实现设计师通过软件定义一切(SDA)。

2.1.1 任务电子系统模块化设计技术

任务电子系统模块化设计具有可移植性、可互操作性、可扩展性、即插即用等优点。当前,任务载荷、软件算法等升级换代较载机平台更快。任务电子系统的软件、硬件模块化水平的提升,可使得无人侦察监视飞机更容易地实现功能扩展、更快地采用新技术,并且具有维护成本低的优势。

当前通信系统的模块化技术相对成熟,如全球鹰装备的通信中继设备ACN就是一种模块化、尺寸大小可变的通信中继载荷,既可以装载在RQ-4“全球鹰”上以支持战区级的通信(直径为550公里的通信范围),也适合于RQ-7“影子”无人机上实现战术通信(直径为60公里的通信范围)。但传感器模块化技术相对落后,当前美军主要侧重多传感器实现多任务目标的技术成熟性和可靠性,未来将进一步提升传感器模块化(Sensor Modularity)水平,并将其作为技术类项目发展的中期目标(2018-2021)。

2.1.2 任务电子系统综合化架构设计技术

机载任务电子系统的体系架构已经从第一代的分布式架构、第二代的联合式架构,发展到第三代的综合化体系架构。综合化体系架构是基于共用模块进行实时控制、资源共享、资源管理、资源分配。采用综合化体系架构的任务电子系统将具有数据共享、信息融合、互联、互通、互操作等优势。

为满足未来多任务的作战需求,无人机任务电子系统采用综合化架构是必然趋势。美军RQ-4A“全球鹰”无人机采用综合化设计方案,研制了集成光电(EO)、红外(IR)和合成孔径雷达(SAR)为一体的综合传感器设备,实现软件和硬件共享,避免功能重复,简化传感器与电气系统、控制系统和链路设备之间的交联。

2.2 高时效

为满足信息化战争的需要,美军“基于效果作战”理论要求以最快的速度达成作战目标。美军海湾战争中,从目标感知到实施精确打击的周期为数小时(甚至数天),阿富汗战争缩短到10分钟,在伊拉克战争中进一步实现了无人机“捕食者”作为侦察装备情况下10分钟内对时敏目标的打击。

未来作战任务将由传统侦察任务向实时性要求更强的预警、监视方向发展,不仅要求对车辆、舰船等常规目标的监视,而且要对导弹发射车、导弹、潜艇、隐身飞机等时敏目标实现预警监视。这就要求无人机系统能对传感器数据快速处理,而且能在复杂战场环境内快速分发情报,满足实战的时效性要求。

为满足时效性要求,美军一方面不断采用新技术实现高速率宽带通信,发展可提升目标态势快速分发的通信技术,另一方面加强机上情报处理能力,减少数据分发量,提升系统的自动程度、提升威胁环境下高宽带保密通信能力。

2.2.1 目标态势快速分发通信技术

以无人机为平台的侦察监视系统,通常配置高分辨率SAR雷达、红外/光电等传感器,对通信带宽要求更高。无人侦察监视飞机比有人机更加依赖通信资源,通信是无人机系统的“软肋”。因而,美军将无人机的通信带宽视为与燃油同等重要的因素。“全球鹰”在伊拉克战争期间,利用卫星(Milstar II)将一帧图像(120M)传输到美国本土情报处理基地(DGS)需要12分钟,在2008年利用先进极高频卫星(AEHF)进一步缩短到2分钟,未来有望进一步缩短。

美国国防部2011年版无人系统路线图中指出了未来发展的支撑技术:可针对数据内容动态调整传输顺序的数传技术、速率可达2.5G比特每秒(bps)到10Gbps的激光通信技术、已在第四代商业无线通信系统中应用的多发多收(MIMO)技术等。

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