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        攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)研究

        2017-06-19 22:51:04劉曉川沈冬劉玉寶
        航空兵器 2017年2期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)鏈

        劉曉川 沈冬 劉玉寶

        摘要:攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)以微小型無人機(jī)為載體,搭載SAR進(jìn)行全天時、復(fù)雜氣候前沿戰(zhàn)術(shù)偵察,并通過小型化通信設(shè)備構(gòu)成的數(shù)據(jù)鏈路將SAR探測信息傳送至地面,單兵利用輕質(zhì)便攜的地面設(shè)備進(jìn)行SAR實時成像以及情報信息處理。本文介紹了攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)的組成、特點及其工作過程,并對各部分的功能及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析、闡述。該系統(tǒng)的使用能有效提高復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下前沿部隊的偵察和作戰(zhàn)能力。

        關(guān)鍵詞:微小型無人機(jī);SAR;數(shù)據(jù)鏈

        中圖分類號:TJ56;V279+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-5048(2017)02-0033-05

        0引言

        隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展,掌握信息主動權(quán)已成為獲得戰(zhàn)爭勝利的主要因素。特別是處于作戰(zhàn)一線的前沿部隊,便捷、實時、全天候獲取戰(zhàn)場信息是適應(yīng)戰(zhàn)場瞬時萬變的前提。微小型偵察無人機(jī)具有易于部署、使用靈活、便于維護(hù)等顯著優(yōu)勢,可以實時獲取戰(zhàn)場信息,在實際作戰(zhàn)中得到了廣泛應(yīng)用,有效彌補(bǔ)了衛(wèi)星和有人偵察力量的不足,是目前國內(nèi)外裝備數(shù)量最多的一種無人機(jī)。

        在伊拉克戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭中,美國海軍陸戰(zhàn)隊以及陸軍都大量部署了微小型無人機(jī),其頻繁參加戰(zhàn)斗,有效支持了作戰(zhàn)行動的開展。RQ-11A“渡鴉”無人機(jī)是微小型無人機(jī)的典型代表,美軍已大約裝備了3 000架。目前微小型偵察無人機(jī)普遍裝備光電、紅外傳感器。這類傳感器功耗較小,可獲取可見光、紅外波段的偵察影像數(shù)據(jù),但受天氣、環(huán)境、光學(xué)偽裝手段的影響較大,降低了其實際使用效能。根據(jù)美軍長期使用和研究發(fā)現(xiàn),天氣對光電/紅外傳感器的影響比對無人機(jī)的影響要大。美軍在朝鮮半島的偵察監(jiān)視行動中,無人偵察機(jī)1年中有255天可以執(zhí)行偵察任務(wù),但其攜帶的光電/紅外系統(tǒng)只有58天可正常工作;在巴爾干半島1年中無人偵察機(jī)可以正常工作242天,而光電/紅外系統(tǒng)只有83天。

        合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨率成像雷達(dá),可在能見度極低的氣象條件下以側(cè)掃方式得到類似光學(xué)照相的高分辨雷達(dá)圖像。由于其可克服云、霧、煙、塵、夜晚的限制,實施全天時、全天候、高分辨率偵察探測,同時抗干擾、反光學(xué)偽裝能力強(qiáng),引起了各軍事大國的高度重視,逐漸在大中型無人機(jī)上得到裝備。近年來,隨著SAR關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展,SAR設(shè)備體積不斷減小、重量降低,已經(jīng)可加裝到微小型無人機(jī)上,為前沿部隊提供全天時、復(fù)雜氣象條件下的信息獲取手段。

        針對攜SAR微小型無人機(jī)進(jìn)行前沿戰(zhàn)術(shù)偵察的優(yōu)點及技術(shù)發(fā)展,本文對攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)的組成及工作過程、主要分系統(tǒng)功能及研制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述及探討。

        1系統(tǒng)組成

        攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)包括微小型無人機(jī)平臺、SAR偵察設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈、地面控制及信息處理站,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中:微小型無人機(jī)平臺包括無人機(jī)機(jī)體、自動駕駛儀、動力設(shè)備、發(fā)射與回收裝置等;微小型SAR偵察設(shè)備包括微波子系統(tǒng)、數(shù)字子系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺子系統(tǒng)等;數(shù)據(jù)鏈包括機(jī)載、地面通信模塊和通信天線;地面控制及信息處理站包含計算機(jī)、液晶顯示屏、大容量電池、操控裝置。

        為了便于前沿戰(zhàn)術(shù)偵察使用,攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)以及相關(guān)備附件總重量要求輕,同時設(shè)備分拆后的尺寸應(yīng)符合單兵背負(fù)標(biāo)準(zhǔn),才能便于攜帶。數(shù)據(jù)鏈通信半徑一般要求大于10 km,連續(xù)飛行偵察時間應(yīng)超過45 min。

        攜SAR微小型無人機(jī)系統(tǒng)為前沿作戰(zhàn)“偵察監(jiān)視、打擊效果評估”提供快速、安全的手段,形成全天時、復(fù)雜氣候下靈活、便捷的戰(zhàn)術(shù)情報獲取能力,其系統(tǒng)工作方式如圖2所示。

        微小型無人機(jī)

        微小型無人機(jī)采用單兵攜帶,彈射起飛,并根據(jù)任務(wù)規(guī)劃進(jìn)入預(yù)定偵察地域上空,完成全自主飛行;機(jī)載微小型SAR偵察設(shè)備進(jìn)行全天時、復(fù)雜氣候下的雷達(dá)波束發(fā)射和回波信息預(yù)處理;地面控制及信息處理站對機(jī)載SAR的工作模式、成像角度進(jìn)行在線設(shè)定,并通過數(shù)據(jù)鏈路接收機(jī)載微小型SAR探測信息,完成實時成像和情報信息處理及顯示。

        2主要分系統(tǒng)

        2.1微小型無人機(jī)平臺

        2.1.1無人機(jī)機(jī)體

        無人機(jī)機(jī)體為任務(wù)載荷、機(jī)載設(shè)備和動力裝置等提供裝載空間,產(chǎn)生升力滿足負(fù)載需求,形成足夠的穩(wěn)定性和操控力,使無人機(jī)能在飛行包線內(nèi)穩(wěn)定飛行,是影響無人機(jī)飛行性能的關(guān)鍵因素。

        機(jī)體的總體、氣動和結(jié)構(gòu)等設(shè)計必須考慮無人機(jī)存儲、運輸以及整個飛行剖面的使用要求。微小型無人機(jī)采用桿式吊艙結(jié)構(gòu)形式,進(jìn)行模塊化設(shè)計,動力、機(jī)翼、尾翼、任務(wù)載荷艙、機(jī)載設(shè)備艙等各個功能部件均相互獨立,可拆分存儲在較小的背包中,對于有故障的部件可直接替換,滿足了單兵攜帶和便捷使用的要求。動力采用前置布局,有效降低手拋操作時高速螺旋槳造成人體損傷的風(fēng)險。機(jī)翼采用小翼載設(shè)計,適應(yīng)手拋速度低的特點,有效提高起飛安全性。傘艙采用融合式設(shè)計,在保證容積和負(fù)載特性的情況下,實現(xiàn)綜合減阻。翼型設(shè)計以改善失速特性和增大巡飛低阻區(qū)范圍為主要目標(biāo),一方面解決手拋起飛,迎角難控制,易失速的問題,另一方面能夠使無人機(jī)在實際有風(fēng)干擾的情況下始終以較高的氣動效率飛行。

        2.1.2自動駕駛儀

        自動駕駛儀是無人機(jī)自主完成飛行任務(wù)的核心部件,其能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定控制、自主導(dǎo)航飛行、任務(wù)載荷控制、異常情況處理等諸多功能。微小型無人機(jī)自動駕駛儀主處理部件是以低功耗Soc芯片為核心構(gòu)成的飛控計算機(jī),通過使用小型化的微型機(jī)電系統(tǒng)MEMS、氣壓高度計和北斗/GPS接收機(jī)等傳感器采集飛行中的姿態(tài)、位置、速度等信息,執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用扭矩大、轉(zhuǎn)動精度高、速度快、尺寸薄的數(shù)字舵機(jī)。

        自動駕駛儀的控制律以PID(比例、微分和積分)控制為主,對飛行姿態(tài)的穩(wěn)定和飛行航跡的控制通過傳感器、飛控計算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的內(nèi)外回路閉環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn),如圖3所示。

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