舰载无人机系统的战场应用及其关键技术分析
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舰载无人机系统的 战场应用及其关键技术分析
陈 波
本文描述了舰载无人机系统在海战场中可承担的作战任务和通常采用的作 战模式，提出了未来舰载无人机的发展趋势，并在此基础上重点分析了构建舰 载无人机系统所需的关键技术。
舰载无人机系统发展概述
无人机 （UAV） 是 “无人驾驶飞行器” 的简称， 又称 “飞行机器人” ， 现在通称为无人机系统， 是人工智能技术与飞行器技术相结合的产物。 无人机诞生于 20 世纪 20 年代。最初是作为靶机使用的。20 世纪末至 今，随着信息技术和作战需求的发展，特别是信息战和网络中心战需 求的发展，舰载无人机系统在世界范围内受到了进一步的广泛重视。 目前世界上大约有 2 万多架舰载无人机在为各国海军服役。
发射机、海空数据链以及中继转发等设备。 3）导航载荷 导航载荷用于舰载无人机的自动 / 自主导航控制，主要载荷有自 动驾驶仪、差分 GPS 导航仪、惯性导航仪、星际导航仪等。 4）电子对抗载荷 电子对抗载荷用于电子战和电子干扰，主要有有源 / 无源干扰机、 电子支援设备、雷达干扰装备、通信干扰装备、雷达诱饵等。 5）武器系统载荷 武器系统载荷包括目标指示装置和各类型弹药。前者包括激光照 射器和测距器、激光指示器；后者常见的有激光制导炸弹，机载导弹、 灵巧炸弹、反辐射导弹、轻型激光器等。 6）运输载荷 运输载荷主要执行空中投送和补给任务，装备包括运输吊舱、挂 钩装置及伞降设备。 随着舰载无人机作战使命的扩展和技术的发展，任务载荷的种类 和性能也在不断扩展。朝数字化、多功能化和集成化方向发展。
05 / 2013 / China Computer&Communication
１７１
Application
内对己方兵力实施掩护等。
应用
算飞机的位置。无线电导航依赖地面站，易受干扰。卫星导航包括 GPS、GLONASS、伽利略、北斗导航及其组合导航方式等，卫星导 航系统精度高，但它们的短时定位精度有可能比较低，尤其是在山区 等有遮挡地区，导航精度会明显降低。地形辅助导航系统分为地形高 度数据匹配、景象匹配。地形辅助导航系统，定位导航精度很高，但 先期地形、地貌数据工作量很大。 以上导航技术有不同的优缺点和适用条件。为达到较高的导航精 度和可靠性，目前多采用组合导航，如惯导 + 地形匹配、惯导 + 图像 匹配、惯导 +GPS，以及多种传感器和多种系统组合的惯性 +GPS+ 多 普勒 + 无线电 / 地形轮廓和景象匹配，等等。目前，欧美等国在无人 机上普遍研究采用差分 GPS+ 惯导的技术。 1）飞行控制技术 飞行控制技术是保障舰载无人机在受到外界干扰的情况下保持 自身姿态（包括俯仰、横滚、航向三轴稳定）和航迹的稳定，以及接 收外界的指令改变航迹和自身姿态，完成给定任务的技术。目前国外 无人机的发射、回收已实现全自动控制，并逐步向全自动作战过渡。 如何保障大中小型舰载无人机飞行的稳定性、可靠性，提高舰载无人 机飞行的自动化、智能化程度，飞行控制技术就成为舰载无人机系统 发展的又一关键技术。目前，比较有前途的飞行控制技术有自适应 BackStepPing 技术、变结构控制技术、动态逆控制技术、模糊智能飞 行控制技术等。 2）测控和数据传输技术 测控和数据传输技术由舰载和机载两部分组成，对于舰载无人机 飞行、对目标侦察和定位，对于舰载无人机系统之间及与其他平台之 间的信息、数据和图像的实时传输具有重要作用。其上行链路对无人 机及其任务载荷进行控制；其下行链路提供两个通道：一个遥测通道 向舰面控制系统发送命令确认信号和无人机状态信息，另一个通道向 舰面控制系统传输侦察图像和雷达数据。目前，测控技术设备主要有 各类光电测控仪，包括激光测距仪、激光雷达、声纳等；数据传输技 术重点发展宽带、高速、一站多机网络数据链系统。 3）开放式体系结构技术 由于舰载无人机是母舰为平台的，舰载无人机系统和母舰 C3I 系 统及其装备具有相互支持和配合的关系，因此舰载无人机的舰面指控 系统体系结构采用开放式体系结构设计技术，与母舰 C3I 系统及其装 备一体化，采用与母舰 C3I 系统通用（兼容）的硬件设备和支撑软件， 实现相互间的互联互通、互操作，共享舰载 C3I 系统及其网络系统的 物理资源和信息资源。
舰载无人机的战场使用模式
总体上，舰载无人机系统在海战场主要有舰艇平台中心模式（基 于通信）和网络中心模式（基于数据处理）两种作战模式。在舰艇平 台中心模式下，大量原始数据先传递给母舰指挥控制中心，由母舰指 挥控制中心处理后按一定的指挥关系分发给相关平台用户。这种模式 对无人机的机载数据处理能力要求不高，但对通信能力的要求很高， 尤其是对通信距离、通信带宽、通信容量、抗干扰能力等的要求非常 高。在网络中心模式下，由无人机机载处理器对原始信息进行处理后 将信息直接发给相关用户。在这种模式下，舰载无人机是作为一体化 网络作战体系中的一个节点而存在的。 从目前实际作战情况看，舰载无人机作战使用主要是以舰艇平台 中心模式为主。在无人机作战使用过程中，根据母舰指挥中心控制执 行任务的舰载无人机数量，可分为以下几种作战使用方式： 1）单机视距内任务 包括在视距内对任务区域目标进行侦察、情报收集、监视，对目 标进行跟踪，具有侦察—打击一体化能力的舰载无人机在视距内对目 标直接实施打击，与敌空中目标在视距内遭遇进行格斗，以及在视距
2）单机卫星中继视距外任务 在视距外，通过卫星中继将战场情报和目标信息传递给母舰指挥 中心和其他协同作战平台。 3）多机空中中继视距外任务 在多机空中视距外协同作战时，担当通信中继、数据传输、指令 转发、目标指示、危险区域物资补给等任务。 4）多机协同任务 多架同种类或不同种类的舰载无人机协同作战，如携带干扰载荷和 反辐射弹药的多架舰载无人机形成集群对目标区域实施分布式干扰，对 制导雷达、通信中心等辐射源目标以自身或反辐射武器弹药进行摧毁。 5）与有人机协同任务 多架高性价比的舰载无人机配备一架高性能的第三代 / 第四代战 斗机，如 Su30、JAS、“阵风”、F/A-18、F-35 等协同作战，如利用 舰载无人机先行突击，待取得一定战果后再由高性能的有人战斗机完 成后续作战；或由高性能的有人战斗机负责制空和作战指挥任务，由 舰载无人机执行对地 / 对海打击任务，等等。
作者简介：陈波（1980- ），女，湖北孝感人，工程师，研究方向： 舰炮武器系统、反潜火控设备总体研究。
１７２
信息与电脑 / 2013 / 05
Байду номын сангаас
舰载无人机系统的发展关键技术
根据美国国防部发布的 2007—2032 年无人机系统发展路线图， 舰载无人机系统将向以下 5 个方面发展：向高空、长航时方向发展； 向隐身化方向发展；向攻击作战功能发展；向智能化方向发展；向协 同作战能力发展。其主要关键技术包括以下几部分： 1 舰载无人机回收技术 舰载无人机系统是以母舰（载舰）为平台进行起飞、降落和实施 补给的无人驾驶飞行器。受母舰起降平台尺寸的限制及海上平台摇摆 的影响，目前母舰对无人机起降技术的要求很高，特别是回收要求技 术性强，难度高。据统计，无人机回收过程中的故障数占无人机整个 任务期间故障数的 80% 以上。因此，舰载无人机回收技术是发展舰 载无人机系统的关键技术之一。 目前，舰载无人机回收技术主要有撞网回收技术、伞降回收技术、 “天钩”skyhook 技术、拦阻索技术、垂直着舰技术、水面降落技术等。 这些技术在舰载无人机回收的快速性、完好性、安全性、可靠性、经 济性等方面各有自己的优缺点和使用场合。如何在这些已有回收技术 的基础上，根据舰载的具体情况和不同国家海军具体的作战需求，研 究能快速、准确、安全、可靠的舰载无人机回收技术是舰载无人机系 统发展的一项关键技术。 2 导航技术 舰载无人机系统是一种自带动力的、无线遥控或自主飞行的无人 驾驶飞行器。舰载无人机系统要实现自主飞行、对目标精确打击并顺 利返回，导航技术是其关键技术之一。目前，可用的导航技术繁多， 有惯性导航（INS）、无线电导航、卫星导航、地形辅助导航及组合 导航技术等。惯导系统是一种完全依靠机载设备自主完成导航任务的 导航系统，能够提供载体的位置、速度以及航向和姿态信息，与外界 不发生任何联系，隐蔽性好，工作不受气象等条件限制。具有数据更 新率高、短期精度和稳定性好等优点，但定位误差随时间累计。惯性 导航系统分平台惯导和捷联惯导两大类。平台惯导计算量小，定位精 度高，但机电结构复杂，尺寸大，成本高。捷联惯导结构相对简单、 体积小、重量轻、可靠性强，但动态误差大。无线电导航应用无线电 极坐标定位原理测量飞机相对地面站的水平测向角，方位和斜距，计
结束语
鉴于舰载无人机系统的应用将在未来海战中发挥重大作用，目前 世界各国海军，特别是海军强国都积极研发各种舰载无人机系统。如 美国海军就在“捕食者”、“全球鹰”、“先锋”等著名无人机系统 的基础上，面向未来，开发多种类型的舰载隐身无人机系统。尽管目 前舰载无人机系统发展还需要克服一些问题，但随着技术的发展，舰 载无人机系统将不断完善，在未来以航母编队或以驱护编队为载体平 台的一体化联合海战中，舰载无人机系统必将融入整个海上联合作战 核心体系，成为一支能力强大的空中“影子杀手”，并将带来海上作 战方式的变革。
舰载无人机系统的战场使用
1. 舰载无人机的作战任务 舰载无人机系统作为无人飞行器与舰艇平台及其装备相结合的新 事物，舰载无人机相对于有人舰载机具有轻便、灵活、更机动的特点。 它的出现为海上作战提供了一种灵活、高效、低风险的战场感知和战 斗应用平台，可伴随母舰深入海洋的各个角落执行各种作战任务，扩 展和优化了舰载机的作战模式。舰载无人机系统可遂行从战场侦察、 监视，目标跟踪、定位，支持保障到直接对目标实施军事打击等一系 列任务。 舰载无人机任务域涵及战场情报搜集、侦查与监视，目标跟踪、 导引，电子对抗（反辐射），直接对海、对岸、对空打击，中继通信 与制导，战果评估，空中投送与补给，以及特种作战。 2. 舰载无人机的任务载荷 舰载无人机的任务载荷是指舰载无人机上用于完成特定任务或既 定任务的设备和产品。根据载荷的功能和使命任务，目前，舰载无人 机的任务载荷主要有以下类型： 1）侦察、监视载荷 主要是用于执行情报侦察、战场监视、检测以及预警等任务。 载荷常见的有光学照相机、红外行扫描仪、日光 / 微光电视摄像机、 光电 / 红外传感器、激光测距和激光指示装置、雷达、合成孔径雷达 （SAR）、电子情报侦察仪、电子战设备（ESM）、声传感器、电磁 辐射计、核生化检测仪等。 2）通信载荷 通信载荷承担舰载无人机与母舰控制站之间、舰载无人机之间， 以及与其他作战平台之间的通信联络和数据传输任务。包括机载卫星 信号接收机、无线通信设备、高频 / 超高频数据通信系统、视频数据
陈 波
本文描述了舰载无人机系统在海战场中可承担的作战任务和通常采用的作 战模式，提出了未来舰载无人机的发展趋势，并在此基础上重点分析了构建舰 载无人机系统所需的关键技术。
舰载无人机系统发展概述
无人机 （UAV） 是 “无人驾驶飞行器” 的简称， 又称 “飞行机器人” ， 现在通称为无人机系统， 是人工智能技术与飞行器技术相结合的产物。 无人机诞生于 20 世纪 20 年代。最初是作为靶机使用的。20 世纪末至 今，随着信息技术和作战需求的发展，特别是信息战和网络中心战需 求的发展，舰载无人机系统在世界范围内受到了进一步的广泛重视。 目前世界上大约有 2 万多架舰载无人机在为各国海军服役。
发射机、海空数据链以及中继转发等设备。 3）导航载荷 导航载荷用于舰载无人机的自动 / 自主导航控制，主要载荷有自 动驾驶仪、差分 GPS 导航仪、惯性导航仪、星际导航仪等。 4）电子对抗载荷 电子对抗载荷用于电子战和电子干扰，主要有有源 / 无源干扰机、 电子支援设备、雷达干扰装备、通信干扰装备、雷达诱饵等。 5）武器系统载荷 武器系统载荷包括目标指示装置和各类型弹药。前者包括激光照 射器和测距器、激光指示器；后者常见的有激光制导炸弹，机载导弹、 灵巧炸弹、反辐射导弹、轻型激光器等。 6）运输载荷 运输载荷主要执行空中投送和补给任务，装备包括运输吊舱、挂 钩装置及伞降设备。 随着舰载无人机作战使命的扩展和技术的发展，任务载荷的种类 和性能也在不断扩展。朝数字化、多功能化和集成化方向发展。
05 / 2013 / China Computer&Communication
１７１
Application
内对己方兵力实施掩护等。
应用
算飞机的位置。无线电导航依赖地面站，易受干扰。卫星导航包括 GPS、GLONASS、伽利略、北斗导航及其组合导航方式等，卫星导 航系统精度高，但它们的短时定位精度有可能比较低，尤其是在山区 等有遮挡地区，导航精度会明显降低。地形辅助导航系统分为地形高 度数据匹配、景象匹配。地形辅助导航系统，定位导航精度很高，但 先期地形、地貌数据工作量很大。 以上导航技术有不同的优缺点和适用条件。为达到较高的导航精 度和可靠性，目前多采用组合导航，如惯导 + 地形匹配、惯导 + 图像 匹配、惯导 +GPS，以及多种传感器和多种系统组合的惯性 +GPS+ 多 普勒 + 无线电 / 地形轮廓和景象匹配，等等。目前，欧美等国在无人 机上普遍研究采用差分 GPS+ 惯导的技术。 1）飞行控制技术 飞行控制技术是保障舰载无人机在受到外界干扰的情况下保持 自身姿态（包括俯仰、横滚、航向三轴稳定）和航迹的稳定，以及接 收外界的指令改变航迹和自身姿态，完成给定任务的技术。目前国外 无人机的发射、回收已实现全自动控制，并逐步向全自动作战过渡。 如何保障大中小型舰载无人机飞行的稳定性、可靠性，提高舰载无人 机飞行的自动化、智能化程度，飞行控制技术就成为舰载无人机系统 发展的又一关键技术。目前，比较有前途的飞行控制技术有自适应 BackStepPing 技术、变结构控制技术、动态逆控制技术、模糊智能飞 行控制技术等。 2）测控和数据传输技术 测控和数据传输技术由舰载和机载两部分组成，对于舰载无人机 飞行、对目标侦察和定位，对于舰载无人机系统之间及与其他平台之 间的信息、数据和图像的实时传输具有重要作用。其上行链路对无人 机及其任务载荷进行控制；其下行链路提供两个通道：一个遥测通道 向舰面控制系统发送命令确认信号和无人机状态信息，另一个通道向 舰面控制系统传输侦察图像和雷达数据。目前，测控技术设备主要有 各类光电测控仪，包括激光测距仪、激光雷达、声纳等；数据传输技 术重点发展宽带、高速、一站多机网络数据链系统。 3）开放式体系结构技术 由于舰载无人机是母舰为平台的，舰载无人机系统和母舰 C3I 系 统及其装备具有相互支持和配合的关系，因此舰载无人机的舰面指控 系统体系结构采用开放式体系结构设计技术，与母舰 C3I 系统及其装 备一体化，采用与母舰 C3I 系统通用（兼容）的硬件设备和支撑软件， 实现相互间的互联互通、互操作，共享舰载 C3I 系统及其网络系统的 物理资源和信息资源。
舰载无人机的战场使用模式
总体上，舰载无人机系统在海战场主要有舰艇平台中心模式（基 于通信）和网络中心模式（基于数据处理）两种作战模式。在舰艇平 台中心模式下，大量原始数据先传递给母舰指挥控制中心，由母舰指 挥控制中心处理后按一定的指挥关系分发给相关平台用户。这种模式 对无人机的机载数据处理能力要求不高，但对通信能力的要求很高， 尤其是对通信距离、通信带宽、通信容量、抗干扰能力等的要求非常 高。在网络中心模式下，由无人机机载处理器对原始信息进行处理后 将信息直接发给相关用户。在这种模式下，舰载无人机是作为一体化 网络作战体系中的一个节点而存在的。 从目前实际作战情况看，舰载无人机作战使用主要是以舰艇平台 中心模式为主。在无人机作战使用过程中，根据母舰指挥中心控制执 行任务的舰载无人机数量，可分为以下几种作战使用方式： 1）单机视距内任务 包括在视距内对任务区域目标进行侦察、情报收集、监视，对目 标进行跟踪，具有侦察—打击一体化能力的舰载无人机在视距内对目 标直接实施打击，与敌空中目标在视距内遭遇进行格斗，以及在视距
2）单机卫星中继视距外任务 在视距外，通过卫星中继将战场情报和目标信息传递给母舰指挥 中心和其他协同作战平台。 3）多机空中中继视距外任务 在多机空中视距外协同作战时，担当通信中继、数据传输、指令 转发、目标指示、危险区域物资补给等任务。 4）多机协同任务 多架同种类或不同种类的舰载无人机协同作战，如携带干扰载荷和 反辐射弹药的多架舰载无人机形成集群对目标区域实施分布式干扰，对 制导雷达、通信中心等辐射源目标以自身或反辐射武器弹药进行摧毁。 5）与有人机协同任务 多架高性价比的舰载无人机配备一架高性能的第三代 / 第四代战 斗机，如 Su30、JAS、“阵风”、F/A-18、F-35 等协同作战，如利用 舰载无人机先行突击，待取得一定战果后再由高性能的有人战斗机完 成后续作战；或由高性能的有人战斗机负责制空和作战指挥任务，由 舰载无人机执行对地 / 对海打击任务，等等。
作者简介：陈波（1980- ），女，湖北孝感人，工程师，研究方向： 舰炮武器系统、反潜火控设备总体研究。
１７２
信息与电脑 / 2013 / 05
Байду номын сангаас
舰载无人机系统的发展关键技术
根据美国国防部发布的 2007—2032 年无人机系统发展路线图， 舰载无人机系统将向以下 5 个方面发展：向高空、长航时方向发展； 向隐身化方向发展；向攻击作战功能发展；向智能化方向发展；向协 同作战能力发展。其主要关键技术包括以下几部分： 1 舰载无人机回收技术 舰载无人机系统是以母舰（载舰）为平台进行起飞、降落和实施 补给的无人驾驶飞行器。受母舰起降平台尺寸的限制及海上平台摇摆 的影响，目前母舰对无人机起降技术的要求很高，特别是回收要求技 术性强，难度高。据统计，无人机回收过程中的故障数占无人机整个 任务期间故障数的 80% 以上。因此，舰载无人机回收技术是发展舰 载无人机系统的关键技术之一。 目前，舰载无人机回收技术主要有撞网回收技术、伞降回收技术、 “天钩”skyhook 技术、拦阻索技术、垂直着舰技术、水面降落技术等。 这些技术在舰载无人机回收的快速性、完好性、安全性、可靠性、经 济性等方面各有自己的优缺点和使用场合。如何在这些已有回收技术 的基础上，根据舰载的具体情况和不同国家海军具体的作战需求，研 究能快速、准确、安全、可靠的舰载无人机回收技术是舰载无人机系 统发展的一项关键技术。 2 导航技术 舰载无人机系统是一种自带动力的、无线遥控或自主飞行的无人 驾驶飞行器。舰载无人机系统要实现自主飞行、对目标精确打击并顺 利返回，导航技术是其关键技术之一。目前，可用的导航技术繁多， 有惯性导航（INS）、无线电导航、卫星导航、地形辅助导航及组合 导航技术等。惯导系统是一种完全依靠机载设备自主完成导航任务的 导航系统，能够提供载体的位置、速度以及航向和姿态信息，与外界 不发生任何联系，隐蔽性好，工作不受气象等条件限制。具有数据更 新率高、短期精度和稳定性好等优点，但定位误差随时间累计。惯性 导航系统分平台惯导和捷联惯导两大类。平台惯导计算量小，定位精 度高，但机电结构复杂，尺寸大，成本高。捷联惯导结构相对简单、 体积小、重量轻、可靠性强，但动态误差大。无线电导航应用无线电 极坐标定位原理测量飞机相对地面站的水平测向角，方位和斜距，计
结束语
鉴于舰载无人机系统的应用将在未来海战中发挥重大作用，目前 世界各国海军，特别是海军强国都积极研发各种舰载无人机系统。如 美国海军就在“捕食者”、“全球鹰”、“先锋”等著名无人机系统 的基础上，面向未来，开发多种类型的舰载隐身无人机系统。尽管目 前舰载无人机系统发展还需要克服一些问题，但随着技术的发展，舰 载无人机系统将不断完善，在未来以航母编队或以驱护编队为载体平 台的一体化联合海战中，舰载无人机系统必将融入整个海上联合作战 核心体系，成为一支能力强大的空中“影子杀手”，并将带来海上作 战方式的变革。
舰载无人机系统的战场使用
1. 舰载无人机的作战任务 舰载无人机系统作为无人飞行器与舰艇平台及其装备相结合的新 事物，舰载无人机相对于有人舰载机具有轻便、灵活、更机动的特点。 它的出现为海上作战提供了一种灵活、高效、低风险的战场感知和战 斗应用平台，可伴随母舰深入海洋的各个角落执行各种作战任务，扩 展和优化了舰载机的作战模式。舰载无人机系统可遂行从战场侦察、 监视，目标跟踪、定位，支持保障到直接对目标实施军事打击等一系 列任务。 舰载无人机任务域涵及战场情报搜集、侦查与监视，目标跟踪、 导引，电子对抗（反辐射），直接对海、对岸、对空打击，中继通信 与制导，战果评估，空中投送与补给，以及特种作战。 2. 舰载无人机的任务载荷 舰载无人机的任务载荷是指舰载无人机上用于完成特定任务或既 定任务的设备和产品。根据载荷的功能和使命任务，目前，舰载无人 机的任务载荷主要有以下类型： 1）侦察、监视载荷 主要是用于执行情报侦察、战场监视、检测以及预警等任务。 载荷常见的有光学照相机、红外行扫描仪、日光 / 微光电视摄像机、 光电 / 红外传感器、激光测距和激光指示装置、雷达、合成孔径雷达 （SAR）、电子情报侦察仪、电子战设备（ESM）、声传感器、电磁 辐射计、核生化检测仪等。 2）通信载荷 通信载荷承担舰载无人机与母舰控制站之间、舰载无人机之间， 以及与其他作战平台之间的通信联络和数据传输任务。包括机载卫星 信号接收机、无线通信设备、高频 / 超高频数据通信系统、视频数据