无人机即无人驾驶的飞行器, 是利用无线电测控设备和预设的程序控制装置操纵的不载人航空飞机器, 同时可由计算机操作控制。无人机中继的实现原理与卫星中继原理类似, 但是无人机的飞行高度明显低于卫星的运行高度, 从而实现灵活布局, 这也是无人机得到广泛应用和发展的一个重要原因。
一、无人机发展简史
无人机诞生于1913年, 世界上第一台自动驾驶仪装在一架双翼机上, 进行了首次飞行试验。从此拉开了研制无人机的序幕。随着第二次世界大战中德国研制出的蜂鸟飞弹, 促成了无人机的兴盛发展。在巴以冲突中, 小型无人机开始崭露头角, 以色列为减少人员伤亡, 根据美国提供的无人机为讫点自行研制出的侦察兵和猛犬等无人机, 传回的视频图像明确显示了战场火力配置情况, 使其成为战争的支持取得了显著效果。在海湾战争中, 无人机同样有显著作用, 为多国部队掌握伊拉克战场分布以及情报搜集提供了有效支持。在伊拉克战争, 英美两国在战场上远程无人机得到了广泛的使用, 其突出战果的为首次启用全球鹰无人机, 可搭载通信中继载荷为搜索情报、实时战场态势监控和战区级通信连接提供超强平台。从现阶段来看, 无人机的开发和创新可谓日新月异, 其根本是在未来战争中, 作战环境将体现信息化和网络化, 是否能够实时的搜集和处理战场信息尤为重要, 而战场无人机的优势日益突出。
二、现代无人机的分类
现代无人机按照装备规模大小和执行任务级别可分为:任务型无人机、战术型无人机和战略型无人机[1]。
(一) 任务型无人机
活动半径在30km之内, 续航时间2~3h, 其显著特点是体积小、成本低且便于携带, 主要用于小规模且形式单一的直接任务 (情报搜集、侦察监视) 或支援任务。一般配发在基层一线作战单位及某些特殊作战单元。
(二) 战术型无人机
活动半径在150~800km以内, 续航时同8~20h, 覆盖范围较广, 载荷能力较大并且有较强的机动性, 能够将发射和回收装置安装在高速机动移动平台使其发射回收较为容易, 具备相当的协同作战能力, 用于作侦查打击一体化任务, 以及情报收集。
(三) 战略型空无人机
包括中空长航时无人机和高空长航时无人机, 续航时间在36h以上, 其平台的空间和载重量大, 能搭载多种功能载荷和大体积设备, 主要用于远程打击和数据中继、全天候24h战略侦察等任务。
三、军用无人机战场中继发展现状
(一) 任务型无人机
任务型无人机作用距离一般仅在视距范围内, 位于空间内最低层的地面战斗部中继, 负责执行侦察任务。该类型无人机体积较小使得有效载荷和机身动力有限, 从而限制了机载设备的功能发挥。载荷主要为简易的光电探测设备, 为作战和指挥人员提供视距外的战区态势。通信系统仅由两条视距通信链路组成, 采用数字数据链以提高频率利用率。影子200无人机就是典型的任务型无人机, 其通信系统由窄带视距链路和宽带视距数据链两条组成。其中窄带视距链路用于指控信息传输, 使用UHF和S频段;宽带视距数据链传输遥测数据, 使用C频段。此外, 与其同类别的美洲狮和扫描鹰无人机上也具备远程窄频段通信中继能力, 这也说明绝大多数任务无人机都已经具备执行通信中继任务的能力
(二) 战术型无人机
战术型无人机主要用作侦查打击一体化空基平台, 此类平台除了配置视距链路外, 还需要配备卫星通信链路以支持其全球组网作战。可实现城市作战或山地作战的战场态势感知、空中转信、侦察预警、战场救援及打击效果评估等。能够为陆地、海上和空中的各种固定、移动基站和通信终端, 提供信息传输通道, 确保战场态势信息输送畅通, 这也是信息化战场下出奇制胜的关键, 例如捕食者无人机。捕食者无人机上配备的通信系统主要包括视距数据链、卫星通信数据链和超短波电台。视距数据链用于地面控制点对无人机的操作控制使用C频段, 频带范围5.25~5.85GHz;当无人机飞行到超视距范围时, 地面控制站使用Ku频段卫星通信数据链, 频带范围12.5~18GHz;超短波电台用于空管话音中继通信和指控备份, 频带范围30~512MHz[2]。
(三) 战略型空无人机
位于整个战场超视距通信环境中最顶层的是战略型无人机, 其主要功能是完成战区与战区之间、战区与其它指挥控制平台之间, 以及作为卫星与中央指挥系统之间的通信中继, 类似的机型有全球鹰无人机。全球鹰的机载综合化通信系统提供五条通信链路, 包括三条窄带链路和两条宽带链路。三条窄带链路是指挥控制信息的主要链路, 使用UHF频段, 频带范围0.3~3GHz;两条宽带链路包括空地数据链和卫星通信链路, 频带范围分别为8~12.5GHz和12.5~18GHz[2]。
四、无人机通信中继技术发展方向
无人机系统巡航里程长、飞行高度低、设备部署灵活、态势适应性强。使得无人机通信中继将在未来战场上发挥重要作用, 成为战场通信网络系统的重要组成部分。
(1) 制定统一的标准化平台。随着无人机通信中继技术的发展, 目前无人机通信中继设备可以任意搭载到任何无人机平台上, 所以在未来会使无人机通信中继载荷构建出一套标准的体系架构, 使其与无人机系统的体系结构的融合性增强, 实现快速和智能通信, 这也必然为战场通信带来一场巨大的变革。
(2) 全空域通信中继全面发展。早期的无人机通信中继主要体现在中高空长航时无人机上, 与有人机功能相近, 而容易作为备份平台。但随着通信中继载荷技术的迅速发展, 目前科研院所研发出适合于中空甚至是低空飞行的通信中继载荷设备, 这样可使将中继通信之手伸到两军交战的最前端, 根据需求配备多架无人机, 大大提高了战场通信网的覆盖范围。
(3) 无人机作战多样化提升。未来的战场情况必将日益复杂, 战争的挑战也越来越大, 战场通信网络是否能够实现全覆盖的无缝连接, 成为战争制胜的关键。多架无人机协同作战, 即可实现战场态势的全覆盖又可提高整体作战效能并可减少完成任务的耗时。在今后的空域战争必将由单一型号的无人机协调作战转向多型号无人机协同作战。
参考文献
[1] 叶永桢, 李晓毅, 谭露.基于无人机的中继通信系统在军事上的应用[J].信息通信, 2017 (2) :212-213.
[2] 关中锋.美军无人机通信系统发展现状及趋势[J].通信技术, 2014 (10) :1109-1113.