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优先出版 | 中小型ISR无人机海战场的运用与关键技术分析
来源:航空兵器 | 作者:航空兵器编辑部 | 发布时间: 2022-12-19 | 8168 次浏览 | 分享到:
无人机是海上航空侦察的重要手段之一,是未来海战场获得制信息权、制空权的主要侦察力量。通过梳理国内外海上中小型无……

自主决策技术是无人机系统能够自主做决定、下决心的技术,可以使无人机实现更高的自主性。但目前的自主决策技术仅限于无人机系统的任务设定、任务分配、处理、利用和分发等过程。例如,2021年,针对多无人机协同的自主决策问题,Ma等人结合双甲骨文与临近搜索算法,提出了DO-NS算法,加快了数据计算时间并提高了系统决策质量,从而有效改善了无人机的自主决策能力[28]。但是,对于指挥过程中是否放开机器自主决策存在诸多风险,争议较大,鉴于目前的智能技术,需要慎重考虑。

协同技术是无人机系统与其他有人/无人系统协作的能力。无人机在与其他系统进行协同作战、集群作战时,需要通过信息共享、任务冲突消解、任务分配来提供相互协作能力,使无人机系统编队协调其活动,在不需要人类的监督下,实现共同的目标。这种协同技术将带来无人机系统控制方式的转变,即从以前直接对单个无人机的控制转变为编队制定战略决策,是未来无人机系统重要的发展技术之一[29-30]。

虽然随着人工智能技术的发展,无人机的智能化程度越来越高,但距离独立于操作者的管理和自我管理的真正自主性还很远。

3.3 任务载荷技术

无人机系统能执行侦察、监视、电子对抗、目标跟踪、作战效能评估等任务很大程度得益于无人机的任务载荷,主要是各类通用的传感器,如光电、雷达、信号、生化、气象传感器等。无人机系统的作战效能不仅取决于无人机平台的性能,更多的是取决于任务载荷技术。任务载荷除了必须满足无人机尺寸、重量、能耗、隐身等装机要素约束外,还必须具备成本低、分辨率高、探测远、应用灵活方便等属性要求。无人机的任务载荷技术主要包括在以下几类。

(1)可见光探测技术。它主要是涉及电磁波的可见光波段,此类探测技术成像分辨率高,提供的图像直观、清晰,是其他传感器技术无法比拟的,而且以被动探测为主,隐蔽性好,抗电磁干扰性强。但是,它在传播过程中易受到雨、雪、雾、风等不良天气的形象。所以,在气象环境比较好的情况下,它是无人机执行近距离侦察、监视的最佳选择。如采用光学透雾与电子透雾两种方法相结合,可以增强图像成像质量和增大作用距离,实现无人机的超视距观测[31]。

(2)红外探测技术。它主要涉及电磁波的红外波段,此类探测技术探测距离较近,成像模糊,且极易受环境温差的影响,但是它不受恶劣天气影响,且可以探测隐身单位,特别适合无人机夜间执行ISR任务。红外探测技术通常会和可见光、激光探测技术组合成光电综合探测设备。例如,2020年,以色列拉斐尔公司推出了微晶( Microlite) 轻型紧凑式光电/红外成像系统,可执行全天候广域持续监视任务[32]。

(3)雷达成像技术。它主要是指合成孔径雷达(SAR)技术,涉及电磁波的微波波段。相较于光电探测技术,SAR雷达能在夜间或能见度极低的天气条件下工作,以高分辨率进行大面积成像侦察,但是重量大、功率高,只适合大型无人机装载使用。但随着无线电天线技术和信号处理装备的小型化发展,SAR雷达将可装备于中小型无人机。例如,2022年,Mohammad等人提出了基于无人机SAR图像的分类数据处理技术,有效改善了SAR雷达的成像质量[33]。

无人机任务载荷种类较多,有各自的优缺点。为了适应未来海战的多样化作战需求,无人机的任务载荷需进行模块化设计,即无人机可根据执行任务的不同,选择不同、最适合的任务载荷,实现无人机的“一机多用”,任务载荷的“即插即用”。

3.4 通信链路技术

无人机通信链路技术是无人机开发的重要技术之一,它是连接无人机与各类作战平台的纽带,是无人机成功完成任务的保障。无人机在执行任务时,各类任务载荷产生大量的图像情报、声像情报和信号情报,此时需要通信网络将这些情报信息实时、快速、安全地传回数据中心,以便形成有用的综合情报,供指挥员决策使用。在无人机协同作战、集群作战中,各个无人机与有人机、无人机之间、无人机与水面作战系统之间、无人机与陆地作战系统之间必须进行有机协调,实现无人机与各作战平台、指挥系统之间的互联互通互操作,此时同样需要高带宽、大容量、快速的通信网络系统进行数据传输与通讯。可以说,通信网络系统是无人作战系统的血脉,它的好坏直接决定了整个作战系统的运行畅通与否。

为了应对无人机多样化的作战,提高通信链路的带宽与容量,各类新技术应运而生,包括分布式动态多址技术、实时鲁棒宽带传输技术、多跳网络节点信息交换传输策略等。其中,针对无人机集群作战通信,研究者提出了一种无人机集群自组网通信技术,它是一种动态自组织无线通信网络技术,具有网状分布、无中心、自组织、远距离、准定位等技术优势[34-36]。它可以支持群内任意节点的动态加入和退出,满足无人机集群在大规模、高移动动态情况下的协同通信需求。

3.5 平台设计技术

海上作战环境不同于陆地,所以,海上无人机平台的设计也不同于陆基无人机,它在设计时还需要注意以下几个方面。

(1)抗腐蚀设计。海洋环境高温、高湿、高盐雾,容易导致机械部件生锈破坏以及电子电器短路失效,从而影响无人机的可靠性和使用寿命。因此,在设计海上无人机时需考虑无人机的抗腐蚀性。目前常用的防腐蚀措施是为无人机部件喷涂耐腐蚀材料或加装防护装置[37],当然这也会带来重量增加、散热不畅等问题。