《簡(jiǎn)氏防務(wù)周刊》美軍無人機(jī)載荷的發(fā)展

1、簡(jiǎn)氏防務(wù)周刊：美軍無人機(jī)載荷的發(fā)展英國簡(jiǎn)氏防務(wù)周刊2004年7月21日?qǐng)?bào)道，過去裝有偵察照相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)尺寸型號(hào)較單一，通常為中等尺寸。現(xiàn)在無人機(jī)的尺寸變化較大，從最小的50克重的“黑寡婦”無人機(jī)到重達(dá)11000千克的RQ-4A“全球鷹”，各種尺寸的無人機(jī)可謂五花八門。 現(xiàn)代無人機(jī)在尺寸、重量、作戰(zhàn)距離和高度上都有很大不同。在阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍使用的微型無人機(jī)如航宇環(huán)境公司生產(chǎn)的“指針”無人機(jī)只有4千克重，通過手持發(fā)射的微型無人機(jī)起飛重量從10克100千克不等，并主要用于執(zhí)行排級(jí)的短程戰(zhàn)術(shù)偵察任務(wù)，微型無人機(jī)所攜帶的全部載荷只有大約50克重。師旅級(jí)執(zhí)行偵察任務(wù)的戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)重量通常為

2、150千克500千克，根據(jù)無人機(jī)大小尺寸不同，所攜帶載荷重量為20千克100千克。中空長航時(shí)無人機(jī)飛行高度約9144米，能夠持續(xù)飛行24小時(shí)，所攜帶載荷重量約250500千克。高空長航時(shí)無人機(jī)如“全球鷹”能夠執(zhí)行高空偵察任務(wù)，飛行高度約18288米，能夠持續(xù)飛行36小時(shí)，攜帶載荷重量約1000千克。 尺寸更大的無人機(jī)通常能夠攜帶更大的載荷艙，從而使安裝更多的傳感器相對(duì)容易。固定翼和更大型無人機(jī)穩(wěn)定性更高、偵察能力能強(qiáng)，而更小型旋轉(zhuǎn)翼或垂直起降無人機(jī)則具有更好的機(jī)動(dòng)性。 早期戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)（TUAV）續(xù)航時(shí)間受所攜帶膠卷的限制，因?yàn)轱w機(jī)需返回基地更換膠卷，從而耽擱了飛機(jī)獲得圖像的時(shí)間。數(shù)字光電和紅外

3、傳感器代替了早期安裝膠卷的照相機(jī)，使無人機(jī)能夠獲得實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)圖像。 為滿足軍事需要，光電傳感器發(fā)展很快。通用原子公司生產(chǎn)的RQ-1“捕食者”無人機(jī)采用威斯凱姆公司生產(chǎn)的“眼球”視頻和熱成像儀，但為了使無人機(jī)具備激光指示目標(biāo)能力，很快被雷神公司研制的AN/AAS-44所代替。2002年，“捕食者”安裝了雷神公司研制的AN/AAS-52多頻譜目標(biāo)指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了紅外、彩色光電照相機(jī)和激光指示器。 美國陸軍的RQ-7“影子”200無人機(jī)可攜帶載荷25千克，第二批次傳感器設(shè)備是基于IAI公司嵌入式光電載荷研制的，安裝彩色電荷耦合組件電視機(jī)和前視紅外傳感器。 無人機(jī)上將繼續(xù)安裝多波段傳感器，用戶

4、需要多頻譜和高頻譜數(shù)字光電設(shè)備，數(shù)據(jù)輸出更適合于自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別設(shè)備，能夠定位易逝和偽裝目標(biāo)。 對(duì)于未來作戰(zhàn)系統(tǒng)（FCS）無人機(jī)，美國陸軍計(jì)劃研制新型具備激光測(cè)距和激光指示功能的光電/紅外傳感器。圖像由系統(tǒng)收集并在無人機(jī)外進(jìn)行預(yù)處理，并由陸軍分布式通用地面系統(tǒng)處理部件進(jìn)行處理，系統(tǒng)還將對(duì)收集、處理和分析的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合。 由于載荷重量的限制，現(xiàn)在用于最小微型無人機(jī)的可變傳感器是小型視頻照相機(jī)。EADS公司研制的微型無人機(jī)重量約500克，攜帶50克重512×582像素照相機(jī)，如此輕的無人機(jī)攜帶紅外傳感器并非易事，因此紅外傳感器的重量大大減小了。被稱為“歐米茄”的紅外照相機(jī)已開始在美陸軍“

5、烏鴉”無人機(jī)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)“龍眼”無人機(jī)上服役。 1合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 合成孔徑雷達(dá)（SAR）技術(shù)可產(chǎn)生幾百米寬的虛擬天線，分析來自運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的雷達(dá)掃描多譜勒頻率。合成孔徑雷達(dá)具有全天候工作能力，圖像清晰度將可能接近照片質(zhì)量，從而比光電和紅外傳感器具有更大優(yōu)越性。然而最近表明，重量過大和能耗過高限制了將其裝在最大的無人機(jī)上。 最近的兩個(gè)趨勢(shì)是將SAR能力擴(kuò)展到更小的無人機(jī)上。首先，最新的戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)如“影子600”和“火力偵察兵”RQ-8B變得越來越重，諾·格公司研制的用于“影子”戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)的雷達(dá)（TUAVR）重25.8千克。第二，合成孔徑雷達(dá)硬件重量減小。諾斯羅普·格魯曼公司為“

6、影子”無人機(jī)研制的戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)雷達(dá)重25.8千克，作為“捕食者“載荷的AN/ZPQ-1戰(zhàn)術(shù)合成孔徑雷達(dá)重73.8千克。 通用原子公司研制的APY-8“山貓”合成孔徑雷達(dá)采用美國國家實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)，樣機(jī)雷達(dá)重220千克，通用原子公司將樣機(jī)雷達(dá)重量減少到52千克，為“徘徊者II”無人機(jī)設(shè)計(jì)的減小距離型雷達(dá)重量約為45千克。新的“山貓”II雷達(dá)大小將滿足如“獵手”無人機(jī)和“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”無人機(jī)攜帶載荷能力，并將在2007年開始服役。 同時(shí)，美國Sandia實(shí)驗(yàn)室正在研制微型合成孔徑雷達(dá)，重量不超過14千克，達(dá)到“山貓”雷達(dá)100毫米的地面分辨率，探測(cè)距離約15千米。未來發(fā)展將使全部重量不超過4.5千克，

7、EADS公司研制的防務(wù)和通信系統(tǒng)微型合成孔徑雷達(dá)重量不超過4千克，圖像分辨率約50厘米。成像微型傳感器公司宣布已研制成功高分辨率、超輕型合成孔徑雷達(dá)。用于微型無人機(jī)的微型合成孔徑雷達(dá)重150克，分辨率約300厘米，用于戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)的小型合成孔徑雷達(dá)重5.4千克，分辨率約100厘米。 安裝合成孔徑雷達(dá)的無人機(jī)能夠處理急需的高能數(shù)據(jù)鏈，向地面站傳輸高分辨率圖像。先進(jìn)行波管技術(shù)是研制像穩(wěn)定轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵，使合成孔徑雷達(dá)/地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示器生成圖像的分辨率可達(dá)到100毫米。先進(jìn)的信號(hào)處理可以提高圖像分辨率，但Sandia國家試驗(yàn)室指出增加了計(jì)算機(jī)的處理量。 在改進(jìn)型“山貓”雷達(dá)中，在能量孔徑方面有很大提高

8、。由于通用原子公司研制的“捕食者B”今年末或明年初將試飛，所安裝的新型雷達(dá)即使在更高的巡航高度即45000英尺高度也可以達(dá)到現(xiàn)在AN/APY-8雷達(dá)的性能。 合成孔徑雷達(dá)的有效性可通過特種作戰(zhàn)模式得以提高，該模式可以獲取來自雷達(dá)圖像的額外信息?！吧截垺崩走_(dá)已具備連續(xù)變化探測(cè)模式，使該雷達(dá)能夠探測(cè)在同一地區(qū)非常小的變化，更進(jìn)一步升級(jí)包括海上漂流目標(biāo)的翻轉(zhuǎn)合成孔徑雷達(dá)成像，3-D成像和增強(qiáng)型地面移動(dòng)目標(biāo)指示器。 此外，合成孔徑雷達(dá)還可以對(duì)從其他傳感器接收數(shù)據(jù)進(jìn)行合成。2003年5月，美國陸軍無人機(jī)、機(jī)器人和無人傳感器項(xiàng)目辦公室使用2架諾·格公司/IAI公司研制的RQ-5A“獵人”無人機(jī)，

9、其中一架飛機(jī)安裝通過地面操作的戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)雷達(dá)合成孔徑/移動(dòng)目標(biāo)指示器傳感器，另一架飛機(jī)安裝“獵人”標(biāo)準(zhǔn)光電/紅外傳感器。操作者能夠通過戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)雷達(dá)定位靜止和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，在合成孔徑模式和移動(dòng)目標(biāo)指示模式之間轉(zhuǎn)換，并通過光電/紅外傳感器有效確定目標(biāo)。 2信號(hào)情報(bào) 安裝在無人機(jī)上的信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)具有比許多地基或艦基系統(tǒng)更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，對(duì)于代替或至少部分代替世界最老的無人偵察機(jī)具有很好的前景。然而，信號(hào)情報(bào)只能獲取相對(duì)較少的傳感器信息。信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)接收器只能接受部分傳感器裝備，并且由能夠攜帶合成孔徑雷達(dá)同樣級(jí)別的無人機(jī)攜帶，特別是“獵人”、“赫爾墨斯”和通用原子公司的“捕食者”和諾·格公司研制

10、的“全球鷹”。 2000年12月，RQ-5A“獵人”戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)成功安裝信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)載荷，對(duì)分布在亞利桑那州40平方千米范圍內(nèi)不同種類的無線電信號(hào)進(jìn)行定位。該演示是美陸軍師戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)信號(hào)情報(bào)項(xiàng)目的一部分。其中計(jì)劃用于陸軍RQ-7“影子”200無人機(jī)載荷之一是戰(zhàn)術(shù)信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)，將在師級(jí)戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)信號(hào)情報(bào)項(xiàng)目下開始工作。 “全球鷹”可能將承擔(dān)日益增加的信號(hào)情報(bào)任務(wù)。在2001年中，“全球鷹”通過國際海事衛(wèi)星組織的衛(wèi)星通信鏈路和包括信號(hào)情報(bào)傳感器在內(nèi)的載荷，首次進(jìn)行了跨太平洋自主飛行，并在澳大利亞和周圍海域?qū)嵤?1次飛行演示任務(wù)。 諾·格公司與EADS公司聯(lián)合研制“歐洲鷹”，作為“全球鷹”的

11、改型用于滿足德國和歐洲國家的需要。德國需要找到用于代替舊式信號(hào)情報(bào)飛機(jī)的新型飛機(jī)。2003年10月末和2003年12月初，6架RQ-4A電子情報(bào)演示機(jī)組由德國海軍諾德赫茲基地起飛獲得成功。 基于更輕型無人機(jī)的信號(hào)情報(bào)系統(tǒng)最近由兩個(gè)以色列公司研制成功，分別是電子系統(tǒng)公司研制的AES-210/V ESM/ELINT系統(tǒng)和機(jī)載ESM/ELINT系統(tǒng)，重量大約22千克，每一個(gè)重量不足15千克，并將應(yīng)用于無人機(jī)。 IAI Elta電子公司研制成功的EL/K-7071綜合無人機(jī)通信情報(bào)、定向系統(tǒng)及EL/L-8385綜合電子支援/電子情報(bào)系統(tǒng)，都將用于無人機(jī)和機(jī)載處理。 美國正在研究基于無人機(jī)的截獲和干擾移

12、動(dòng)電話方式。由于商業(yè)移動(dòng)電話使用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，因此截獲和干擾并不容易。信號(hào)情報(bào)無人機(jī)將不得不飛得足夠低，以能夠截獲這些低能量信號(hào)。雖然有效的干擾需要有更寬的帶寬，但有報(bào)道稱，2003年初，“捕食者”攜帶載荷截獲了移動(dòng)電話信息。 使用無人機(jī)進(jìn)行雷達(dá)或通信攔截的主要問題在于無人機(jī)的這些應(yīng)用要求高水平的能量傳輸。在無人機(jī)上，可獲得的電子能量受電池能或所安裝發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的限制。 雖然無人機(jī)可以被用于干擾通信鏈路，他們?cè)诶走_(dá)干擾方面的有效性仍需驗(yàn)證。 3即插即用 隨著無人機(jī)日益先進(jìn)，成本也逐漸增加。用戶要求無人機(jī)具備更多多任務(wù)能力，由于載荷重量所限，只有將飛機(jī)設(shè)計(jì)得更大才可以攜帶雙傳感器。 如果在單任

13、務(wù)中使用多傳感器，其中一項(xiàng)可用于減少傳感器重量的技術(shù)是使用通用信號(hào)和圖像處理器。該技術(shù)可以在無人機(jī)飛行重新安裝，并可根據(jù)需要，通過改變?nèi)蝿?wù)中的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境，將信號(hào)處理工作從一個(gè)傳感器分配給另一個(gè)傳感器。 模塊化載荷概念受到更多關(guān)注，由于這樣將改變傳感器或無人機(jī)上傳感器，以滿足一個(gè)或一系列任務(wù)的需要。 實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法之一是由Taman公司研制一系列嵌入式光電載荷傳感器。這些載荷是基于260毫米直徑的球，傳感器安裝在可移動(dòng)部位，并可以滑入萬向節(jié)中。這些傳感器單元可以在數(shù)分鐘內(nèi)替換，嵌入式光電載荷能夠攜帶焦平面陣列熱成像儀、遠(yuǎn)程彩色耦合器件等。 在理想世界中，傳感器是完全可以互換的。當(dāng)無人機(jī)執(zhí)行不同任

14、務(wù)或升級(jí)傳感器時(shí)，無人機(jī)能夠迅速重新安裝各種傳感器。 然而，任何努力增加即插即用擴(kuò)展卡到個(gè)人計(jì)算機(jī)的人將意識(shí)到，安裝可互換硬件通常只是目標(biāo)而不是現(xiàn)實(shí)。開發(fā)“即插即用”型傳感器所面臨的問題之一是不能將任何型號(hào)的傳感器安裝在通用的部件中。無人機(jī)上的電子偵察情報(bào)或雷達(dá)傳感器的天線位置將按工程標(biāo)準(zhǔn)分類，例如，合成孔徑雷達(dá)的傳輸和接受天線安裝部位可能相隔較遠(yuǎn)。 改進(jìn)型RQ-8B火力偵察兵將具備“即插即用”傳感器能力。飛機(jī)的改進(jìn)包括安裝與可交換載荷保持聯(lián)系的新計(jì)算機(jī)。無人機(jī)將設(shè)計(jì)得足夠大以可以攜帶兩種型號(hào)的傳感器，通常是EO/IR和SAR/GMIT，但操作者可以選擇去掉其中之一，以安裝替換傳感器更好地滿足特定任務(wù)的需要。 無人機(jī)及其傳感器的發(fā)展速度將越來越快?；诩す獾睦走_(dá)傳感器將能夠生成關(guān)于潛在目標(biāo)的3維圖像，該技術(shù)能備準(zhǔn)確的目標(biāo)識(shí)別能力。2003年2月，美空軍研究試驗(yàn)室提交建議演示適于安裝在無人機(jī)上的3維成像激光雷達(dá)傳感器。7月，洛克希德·馬丁公司獲得377萬元合同開始“捕食者”成像激光