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民用无人机作为防空靶机的方法及可行性

时间:2019-11-13 15:54:12编辑:小吴来源:互联网栏目:演习靶机点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  我军地面防空装备分为导弹、高炮两大类;主要探测手段为雷达、光电;作战空域分为高空、中空、低空和超低空;主要作战对象是空域内的战斗机、直升机、无人机、巡航导弹、伞兵等。为提高防空装备作战效能,充分的、接近实战的防空训练是必要途径。一般利用靶机模拟敌方目标,提供目标保障。一般根据装备技战术指标和靶机特性,规划飞行航路。选择恰当地域部署防空装备并做好战斗准备后,导调人员放飞并控制靶机进入规划航路,防空装备根据上级指挥及空情通报,实施目标探测、跟踪、解算,并视情射击。通过观测、记录过程数据,可离线评估装备性能及训练水平。显而易见,靶机的性能、成本、技术难度、场地要求等特性,直接影响防空训练整体实施方案和最终效果。本文分析了现有靶机的不足和民用无人机的优势,说明了民用无人机用于防空装备训练的可行性和基本实施方法。

  一、现有靶机的不足

  按照是否有驾乘人员,靶机分为有人靶机和无人靶机。有人靶机一般是专用型号靶机、普通现役战机或退役战机改装,由空军及空管部门负责协调、管理, 其技战术性能先进、稳定,最接近真实目标。但其技术条件要求高、场地环境要求高、飞行成本高,而且受空军自身训练计划影响较大,常需要跨军种审核,步骤多,协调难,不易临时申请,难以多架次、高频次地实施目标保障。因此,利用有人靶机保障防空装备训练的方法不适于基层部队或常规训练,一般只有大单位在大型靶场才能轮流实施,每个单位的训练机会十分有限。

  无人靶机一般是为靶场试验、基地演训而研发的专用无人机,根据飞行速度分为若干型号,普遍存在技术复杂、操作困难、成本高的不足。例如,某型低速靶机飞行成本每小时约4万元,击落成本近20万元;某 高速靶机飞行成本每小时约20万元,击落成本近200 万元。在基层部队或装备训练初期,很难筹划实施。此外,现有无人靶机的机型、速度、航路等属性相对固定,可选机型少,加改装困难,不利于模拟特定目标。鉴于上述原因,研究利用民用无人机提供防空训练目标保障,可为基层部队常规训练提供一种方便、可行的技术手段,有效增强装备训练效果,促进部队战斗力提升。

  二、民用无人机的优势

  本世纪以来,无人机技术日益成熟、普及,无论军用还是民用,都带来巨大的利益与改变。军用无人机已成为一种新型空中力量,引起了各国对未来战争作战思想、作战模式、组织编制等方面的新探索;民用无人机吸引了大批的航空爱好者,出现了许多不同规模的竞赛活动,技术、资本、消费者三要素相互促进,相关产业出现了爆发式增长,消费级无人机与工业、农业、运输业无人机都在快速推广。

  相对于军用无人机和专用靶机,民用无人机具备以下特点:

  市场成熟,质优价廉。据统计,2014年全球无人机销售达39万台,市场规模约52亿美元。预计2020年保有量将达到1600万台。国外Google、Face book、亚马逊、3D Robotics、Skyward、Skydo,国内的大疆、艾特、小米、洪都航空、西安爱生、山东矿机、一电航空等企业都持续投入巨额资金[3],布局民用无人机市场。目前市场上厂家众多,种类齐全,服务完善,相关法规与配套政策不断完善。特别是多旋翼无人机市场发展非常迅猛[4],质优价廉。如Phantom3系列无人机,理论升空极限达6000米,售价仅7000—10000元。

  1. 人机友好,易于学习、操控。民用无人机市场规模的迅速扩大,不仅促进了技术升级,也有效提升了人机交互性,使其易学、易用、易维护。随着自动飞控、卫星定位、姿态测量、多通道通信、容错控制等技术的应用,操作更加简洁、智能,并且支持轨迹设置、安全区设置、地形匹配等高级操作,用户不需专业培训也可安全使用。

  2. 易加改装,易客制化。民用无人机具有较好的载重能力和续航能力,升力、风阻、平衡等指标都留有一定裕度,并且整机结构相对简单,广泛采用模块化设计,预留扩展接口,用户可根据任务自行选购、装配, 能够满足特定需求的加改装,维修、升级也十分方便、低廉。同时,客制化市场也比较成熟,定制开发成本及周期都较理想。

  综上所述,民用无人机技术成熟,经济性、安全性优点明显,经过恰当选型及加改装,能够满足防空装备训练的相关需求。

  三、运用流程及相关问题

  靶机各项性能指标与作战对象的接近程度,直接影响实战化水平和防空装备的训练效果。利用民用无人机作为靶机开展防空训练,需要结合训练具体情况,制定翔实的训练方案,确保训练顺利、高效,可参考的组织流程如图1所示。

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  上述组织过程中,最重要的是深入分析并解决民用无人机特性与装备训练需求之间的差异,具体包括以下四个方面:

  民用无人机必须具备与真实作战对象相似的辐射/反射特性特,才能考核防空装备雷达、光电等探测设备的探测、跟踪性能。

  1.雷达反射特性。雷达一般具备测角、测距、测高、测速等功能。考虑民用无人机的雷达反射特性,一般应包括其雷达截面积和多普勒频率。雷达截面积描述了无人机对雷达波后向散射的能力,是雷达能否发现目标的重要指标,它不仅与雷达电磁波特性有关,还与无人机相对雷达的角度有关。对于具体的雷达装备,在有效探测范围内,无人机越远,需要的目标截面积越大。因此,规划训练航路时,应将雷达截面积与探测距离、相对角度综合考虑。必要时,还应考虑到外界环境的干扰,如大气传播、折射等衰减现象。为调整民用无人机的雷达截面积,可采用吊装反射体、增加金属材料或加敷金属膜(如铝箔纸)的方式。多普勒频率是指运动目标反射雷达电磁波时产生的频率偏移,目标相对雷达的径向运动速度不同,对应的频率偏移程度也不同。现代雷达常常根据多普勒频率区分不同速度的目标。部分雷达将多普勒频率较低的回波作为杂波滤除。因此,民用无人机用于防空装备训练时,为避免被雷达“视而不见”,应具有一定的径向速度,在无人机选型及规划飞行航路时有所考虑。(1)可见光反射特性。防空装备采用可见光探测器(如电视跟踪器) 时,需考虑民用无人机的外形、尺寸、颜色(特别是与背景的差异)、纹理等特性,并根据飞行航迹及探测器性能,计算成像后的像素数和角速度,与装备相关性能指标进行对比,不满足探测需求时,应进行必要的加改装。此外,上述过程还应注意环境能见度、空气湿度可能的影响。(2)红外特性。与可见光探测类似,对于红外探测器需考虑民用无人机的红外特性,可根据装备内红外探测器的工作波长,分析无人机飞行状态的热辐射特性,计算目标像素数及角速度。改善无人机红外特性时,可利用电灯泡、电热棒等装置,确保航路内无人机能够被探测。

  2. 飞行特性。一般需要考虑无人机飞行速度范围、飞行高度范围、最远(可遥控)距离、续航时间(有效航程)、多机编队能力等。与之相关的指标包括飞行载荷、电池性能、遥控器通道数等。装备相关指标包括: 最大/最小探测距离、有效探测高度、有效射击范围、火控滤波解算时间等。其中,民用无人机最大飞行速度和最大飞行高度是关键指标,应根据装备训练需求恰当选取。

  3. 经济性。民用无人机选型及改装时,在满足性能要求的前提下,应注意降低成本,提高回收成功概率和重复使用次数。具体成本包括单套采购成本、附属配件成本、日常维护及消耗成本、人力培训成本等。

  4. 安全性。一方面,应考虑所选无人机的自身安全性,如抗风能力、抗电磁干扰能力(应特别考虑与雷达的兼容性)、防水性能、放飞/回收的实施条件、是否具备自主着陆功能、电量监控报警功能、区域/高度限定功能等;还应考虑无人机异常坠落对周边装备、人员的潜在隐患。特别对于具备录音、录像、卫星定位、无线wifi等功能的民用无人机,训练过程很可能产生涉密信息,应及时消除失泄密隐患,避免其存储介质外泄或被无线电窃听。

  以上四个方面中很多因素相互影响,甚至相互矛盾,训练筹划阶段应综合考虑,详细分析。设计加改装方案,既要兼顾各种探测器正常工作的需求,又要考虑有效载荷、续航能力、抗风能力;规划飞行航路时, 要权衡无人机性能与跟踪、射击需求,根据无人机的速度、高度、续航能力确定航路的起始点、飞行速度、飞行高度,又要检验其雷达截面积、多普勒频率、成像质量等指标是否满足要求。训练实施阶段,应循序渐进,可从简单方式、近距离、低高度进行飞行尝试,逐步完善、增加难度。另外,相关人员训练过程保持通信畅通,注意天气、地形等因素,及时规避风险,配备适当备件和工具,以备应急维修。

  四、结束语

  民用无人机市场庞大,技术性能不断提升,逐渐用于防空装备训练任务,既是部队迫切需求使然,又是无人机产业自身发展的必然。本文对其可行性及实施方法进行了分析总结,可为防空部队开展类似工作提供借鉴。

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