无人作战飞机任务系统技术
Mission System Technology of UCAV
卢广山 朱荣刚 张红 贺建良 （中国一航第六一三研究所）
摘 要 无人作战飞机（UCAV）是指无人在机上驾驶、可自主控制或遥控的飞机武器系统，它可执行对空、对地（海）作战任务，并具有可回收、可重复使用的特征。先进的任务系统是UCAV执行作战任务的核心。本文设计了UCAV任务系统方案，并从功能层、物理层和技术实现层三个层面进行了论述。在功能层上，该方案采用人在回路中的控制方式，由地面控制站操作员操纵，执行作战任务；也可由UCAV任务系统对目标进行自动识别、威胁判断、攻击排序及火力分配，自主完成攻击及对威胁的规避任务；或者由操作员指定攻击目标后，任务系统自动规划飞行轨迹和飞行操作指令，由飞控系统控制UCAV自主飞行到最佳攻击区域完成对目标的攻击。在物理层上，任务系统由机载任务系统、地面控制站两大部分组成，其中机载任务系统包括任务管理及信息综合处理机、目标信息传感器（光电传感器、合成孔径雷达等）、载机信息传感器（惯导、大气机等）、武器管理系统等。在技术实现层上，涉及的关键技术主要有任务规划技术、传感器数据处理与信息融合技术、传感器管理技术、态势评估与战术决策技术、自主攻击技术等。 主题词 无人作战飞机 任务系统
UCAV is an aircraft weapon system without pilot in the vehicle, which can be controlled autonomously and remotely. UCAV can carry out air-to-air and air-to-ground (sea) combat missions, and can be recovered and used repeatedly. Advanced mission system is the core of UCAV to perform missions. In this paper, a UCAV mission system is designed and described in terms of 3 levels: functionality level, physics level and technology implementation level.
In functionality level, there are 3 options: 1) man-in-the-loop control mode, i.e. UCAV is controlled by operator in ground control station to perform combat missions; 2) UCAV mission system performs ATR, threat degree judge, attack priority and fire assignment, and implement autonomous attack and threat avoidance; 3) after operator designates target to attack, the mission system plans flight path and operation commands automatically, and the flight control system controls UCAV to fly autonomously to optimum attack area and attack the target.
In physics level, the mission system is composed of airborne mission system and ground control station. In technology implementation level, key technologies involved include, mission planning technology, sensor data processing & information fusion technology, sensor management technology, situation assessment & tactics decision technology, autonomous attack technology, etc.
一、 概述
1 UCAV、UCAV任务系统的发展背景
UCAV是指无人在机上驾驶、可自主控制或遥控的飞机武器系统，它可执行对空、对地（海）作战任务，并具有可回收、可重复使用的特征。UCAV概念是
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20世纪90年代中期出现的，它是现代政治、军事需求与科学技术发展到信息时代的产物，是在无人机、有人作战飞机基础上向更高技术和更高作战能力方向深入发展的一种全新武器系统。无人战斗机作为信息化武器装备的产物，已成为世界各军事强国继第四代战斗机之后下一代战斗机的发展方向。
UCAV任务系统是指UCAV完成作战任务所必须的电子设备的集合。在执行作战任务时，任务系统自主进行目标探测、任务规划、战术决策，进行攻击/武器投放，并按优先级准则接收地面/海面/空中指挥机指挥人员的指令，投放携带的武器或作为武器直接攻击目标。UCAV系统组成见图1。
2 国内外发展状况
在现代战争中，努力确保在“打赢”的前提下将参战人员的伤亡减少到最低限度甚至是“零伤亡”，同时大幅度降低作战成本就成为各国军方追求的目标。因此，发展性价比高、实现“零伤亡”作战思想的UCAV，不仅是军事上的需求，更是政治上的需要。
无人机（UAV）的研究与发展有着长远的历史，但直接应用于战争始于20世纪60～70年代的美越战争。20世纪90年代的几次局部战争把UCAV的发展推向了高潮。目前世界各国在研或即将装备的主要UCAV、通过加改装具有攻击能力的无人机研究计划有：
图1 UCAV系统组成
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a) 波音公司的X-45无人作战飞机；
b) 诺斯罗普·格鲁门公司为美国海军研制的X-47无人作战飞机； c) 洛克希德·马丁公司将F-16飞机改装为无人作战飞机； d) 通用原子公司正在改进使其具有攻击能力的RQ-1“捕食者”； e) 诺斯罗普·格鲁门公司正在改进使其具有攻击能力的RQ-4A“全球鹰”
等。
二、 UCAV任务系统方案
1 UCAV系统的任务
UCAV是充分利用信息技术革命成果而发展的高性能信息化武器装备，对提高战场空间感知能力、高风险目标突防能力、通信导航支援能力、电子战能力、压制敌防空系统能力、固定和移动目标攻击能力、高过载机动能力、联合作战能力、主宰战场空间能力、作战生存能力等起重要作用，在未来战争中处于突出的地位。因此，未来战争要求UCAV除了能够承担传统无人机所承担的常规任务外，对UCAV提出的基本任务要求为：
a) 携带武器完成攻击任务；
b) 执行压制敌防空系统（SEAD）、纵深攻击等危险性较大的任务； c) 在危险作战环境中替代有人机，如轰炸生产、储存化学武器和生物武器
的工厂和仓库等；
d) 作为满足滞空时间、生存性和飞行高度等要求的经济型空中监视平台； e) 作为C4KISR系统中的一员，空战中配合有人机作战； f) 作为空中武器的发射平台。 2 典型作战过程及任务系统的任务
UCAV作战通常都是几架飞机协同行动，协同作战是UCAV系统最基本的作战方式。其作战过程可分为任务规划、巡航飞行、地形跟随/回避飞行、指挥引导（在有预警机或其它指挥机时）、计划攻击/随遇攻击、汇合、退出攻击等任务阶段（UCAV系统的作战过程见图2）。各阶段任务系统的任务为：
a) 任务规划阶段：进行战前任务规划、任务装订和惯导对准等工作。
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b) 巡航飞行阶段：计算载机在最短的时间内安全飞抵作战空域的应飞航
向、应飞速度、待飞距离、待飞时间等，并将有关参数送飞控系统，控制飞机进入作战区域。
c) 地形跟随/回避飞行阶段：在接近作战区域时，UCAV由巡航飞行改为地
形跟随/回避飞行，此时任务系统的任务时根据机载传感器探测到的地形数据及装订的作战区域数据计算UCAV的最佳地形跟随/回避飞行路径和UCAV操纵指令，并将其送飞控系统，控制UCAV进行地形跟随/回避飞行，有效避开对方的探测和拦截。
d) 指挥引导阶段：在有预警机或其它指挥机时，可由其对UCAV进行引导
飞行，此时任务系统的任务是根据预警机或其它指挥机的信息计算UCAV的飞行指令、传感器接通辐射条件及其操作等。 e) 计划攻击/随遇攻击阶段：
计划攻击：是指攻击事先探明并规划好的目标，此时任务系统的任务为传感器管理、目标信息处理与传输、目标鉴别、攻击排序、火力分配、武器前置发射区/武器预测发射点/武器最佳发射时刻计算、UCAV的最佳攻击轨迹/操纵指令计算、武器发射控制等。
随遇攻击：是指攻击临时出现的目标，此时任务系统的任务为目标信息处理与传输、威胁判断、攻击排序、火力分配、武器前置发射区/武器预测发射点/武器最佳发射时刻计算、UCAV的最佳攻击轨迹/操纵指令计算、武器发射控制等。
f) 汇合阶段：
在完成攻击任务后将UCAV控制到指定的区域。此阶段任务系统的任务是计算最佳汇合点、最佳汇合路径和UCAV操纵指令，并送飞控系统执行。
g) 退出阶段：计算在燃油、气动性能、气象条件、地形地貌、地面威胁和
条件、安全着陆点等条件约束下的最佳安全推出航线及载机操纵指令。
3 任务系统组成
UCAV任务系统组成包括机载任务系统和地面控制站两大部分。
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3.1 机载任务系统
机载任务系统组成包括：
a) 任务管理及信息综合处理机； b) 光电传感器；
任务管理及信息综合处理机
合成孔径雷达
武器管理系统
光电 传感器
数据链
c) 合成孔径雷达； d) 导航系统； e) 数据链； f) 武器管理系统。
飞控系统导航系统
图3 UCAV任务系统组成
UCAV分离点防区半径 风 任务起始/ 结束点 最佳巡航路径 操作员分离考虑风的最佳巡航路径不良气象区所有UCAV采取地形跟随离开突然出现 的目标 进入地形跟随目标 UCAV汇合点 所有UCAV汇合点
3.2 地面控制站
图2 无人作战飞机系统的作战过程
地面控制站是UCAV系统的作战指挥中心。其主要功能包括：
a) 规划功能：包括对得到的战术信息进行综合处理，根据得到的战术信息
进行战场态势评估，战术决策与任务规划，航路规划；
b) 操作功能：包括加载任务/航路规划数据，发射UCAV，监视UCAV的状态，
飞行中UCAV的命令和控制，飞行计划的修改建议，监视和控制UCAV的任务载荷，保存传感器的信息，回收UCAV等；
c) 人机系统接口功能：提供人机显示界面及操纵机构等，包括向操作员显
示规划数据、UCAV状态及有效载荷的数据，完成UCAV和有效载荷的控
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