《簡氏防務(wù)周刊》美軍無人機(jī)載荷的發(fā)展

1、簡氏防務(wù)周刊：美軍無人機(jī)載荷的發(fā)展英國簡氏防務(wù)周刊2004年7月21日報道，過去裝有偵察照相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)無人機(jī)尺寸型號較單一，通常為中等尺寸?，F(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。中空長航時無人機(jī)飛行高度約9144米，能夠持續(xù)飛行24小時，所攜帶載荷重量約250500千克。高空長航時無人機(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，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)動性。 早期戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)（TUAV）續(xù)航時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)時或近實(shí)時圖像。 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)輸出更適合于自動目標(biāo)識別設(shè)備，能夠定位易逝和偽裝目標(biāo)。 對于未來作戰(zhàn)系統(tǒng)（FCS）無人機(jī)，美國陸軍計劃研制新型具備激光測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“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。 最近的兩個趨勢是將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，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)變化探測模式，使該雷達(dá)能夠探測在同一地區(qū)非常小的變化，更進(jìn)一步升級包括海上漂流目標(biāo)的翻轉(zhuǎn)合成孔徑雷達(dá)成像，3-D成像和增強(qiáng)型地面移動目標(biāo)指示器。 此外，合成孔徑雷達(dá)還可以對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)動目標(biāo)，在合成孔徑模式和移動目標(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信號情報 安裝在無人機(jī)上的信號情報系統(tǒng)具有比許多地基或艦基系統(tǒng)更遠(yuǎn)的探測距離，對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，信號情報只能獲取相對較少的傳感器信息。信號情報系統(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)成功安裝信號情報系統(tǒng)載荷，對分布在亞利桑那州40平方千米范圍內(nèi)不同種類的無線電信號進(jìn)行定位。該演示是美陸軍師戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)信號情報項(xiàng)目的一部分。其中計劃用于陸軍RQ-7“影子”200無人機(jī)載荷之一是戰(zhàn)術(shù)信號情報系統(tǒng)，將在師級戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)信號情報項(xiàng)目下開始工作。 “全球鷹”可能將承擔(dān)日益增加的信號情報任務(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情報傳感器在內(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情報飛機(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)的信號情報系統(tǒng)最近由兩個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、定向系統(tǒng)及EL/L-8385綜合電子支援/電子情報系統(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、動電話方式。由于商業(yè)移動電話使用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，因此截獲和干擾并不容易。信號情報無人機(jī)將不得不飛得足夠低，以能夠截獲這些低能量信號。雖然有效的干擾需要有更寬的帶寬，但有報道稱，2003年初，“捕食者”攜帶載荷截獲了移動電話信息。 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，他們在雷達(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，將信號處理工作從一個傳感器分配給另一個傳感器。 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)或升級傳感器時，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)展卡到個人計算機(jī)的人將意識到，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)系的新計算機(jī)。無人機(jī)將設(shè)計得足夠大以可以攜帶兩種型號的傳感器，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。基于激光的雷達(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