李昭奕 劉嘉駒 劉念 楊鵬輝

當前，各國在研及列裝的無人作戰(zhàn)飛機多采用預先規(guī)劃和臨機規(guī)劃相結(jié)合的任務(wù)規(guī)劃模式。無人機執(zhí)行任務(wù)前，任務(wù)規(guī)劃員預先規(guī)劃飛行航線。無人機執(zhí)行任務(wù)過程中，任務(wù)規(guī)劃員根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境信息實時調(diào)整飛行航線。當前世界各軍事強國聚力發(fā)展高自主性的無人作戰(zhàn)飛機，但受機器學習和人工智能等技術(shù)發(fā)展限制，目前高自主性的無人作戰(zhàn)飛機仍停留在概念機階段?；诋斍盁o人機裝備實際運用的技術(shù)實際考慮，半自主模式的預先規(guī)劃與實時規(guī)劃相結(jié)合的方式，對提升無人作戰(zhàn)飛機的作戰(zhàn)能力具有重要現(xiàn)實價值。

無人作戰(zhàn)飛機海上廣域偵察

無人機搭載合成孔徑雷達在海上進行偵察，可以獲取到艦船的遙感圖像。無人機獲取海上遙感圖像的過程為：指揮控制中心發(fā)送艦船位置信息至地面指揮控制站，地面指揮控制站通過上行鏈路發(fā)送飛行控制信號至無人機紅外遙感圖像攝像平臺，無人機將獲取的圖像、視頻和GPS定位信息經(jīng)下行鏈路傳送回地面指揮控制站，地面指揮控制站將圖像、視頻、GPS定位信息傳送給指揮控制中心，指揮控制中心的判讀人員對比艦船目標信息對遙感圖像進行判讀。無人機航拍得到的艦船遙感圖像清晰度高、比例尺度大、空間信息豐富，有利于艦船目標的識別。但小型海島等與艦船相似的目標會對識別工作造成干擾。

無人機遂行作戰(zhàn)任務(wù)時，要結(jié)合任務(wù)和目標特點，精心選擇載荷，靈活運用各種戰(zhàn)法。無人機通常配備多種載荷，針對不同的偵察目標，選擇合適的載荷，能獲取更高質(zhì)量的目標圖像。面對不同的戰(zhàn)場環(huán)境，選擇合適的偵察方法，能夠更大程度提升偵察效果。因此，按照“精選載荷，活用戰(zhàn)法”的原則，需要熟悉各種載荷的戰(zhàn)技性能指標和功能特點，根據(jù)任務(wù)類型選擇最適合的載荷。例如，偵察監(jiān)視某海域，則應(yīng)選擇廣域偵察能力強的掛載設(shè)備。根據(jù)海上聯(lián)合作戰(zhàn)的作戰(zhàn)指導、無人機作戰(zhàn)能力、敵作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)目標，要針對性選取戰(zhàn)法，并根據(jù)敵情變化靈活變換戰(zhàn)法，爭取作戰(zhàn)主動權(quán)。

本文基于海上廣域偵察特征，提出了“圍棋”網(wǎng)格法，結(jié)合多源情報信息，劃設(shè)偵察區(qū)域邊界，推算目標可能出現(xiàn)的區(qū)域，突出偵察重點區(qū)域，提高了偵察搜索的時效性。采取棋格點位“盤旋”、棋盤“切點”跳圈偵察的方法，能夠避免因敵活動艦船目標相對較小，無人機大角度機動易丟失目標，無法實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視，以及敵防空火力系統(tǒng)對我機構(gòu)成威脅，確保了無人機的飛行安全。

預先規(guī)劃，構(gòu)建“棋盤”網(wǎng)格偵察航線

“大視場”任務(wù)區(qū)域全掃描，最快速度發(fā)現(xiàn)“可疑點”

戰(zhàn)場偵搜范圍大是海上艦船偵察任務(wù)的主要特征。全范圍偵掃作戰(zhàn)海域，并在最短時限內(nèi)完成，是首要任務(wù)目標。無人機偵察載荷的偵照范圍是重要限制條件。具體而言就是，在任務(wù)計劃所設(shè)定的飛行高度下，無人機任務(wù)載荷偵照目標，任務(wù)載荷監(jiān)控員通過指揮控制站監(jiān)視實時下傳顯示的視頻信息，任務(wù)載荷監(jiān)控員能夠清晰發(fā)現(xiàn)疑似目標的“小黑點”。無人機執(zhí)行“盤旋”指令進行偵察，無人機任務(wù)載荷的傾斜偵察角度決定了偵照圖像內(nèi)容，無人機的盤旋半徑也是決定偵照圖像內(nèi)容的關(guān)鍵影響因素。

先手布局，劃定“棋盤”方格最小間距

假設(shè)無人機處于“盤旋狀態(tài)”，飛行高度為H，無人機傾斜角度為θ，無人機任務(wù)載荷設(shè)定最小焦距時，處于最大視場狀態(tài)，此時在地面指揮控制站的監(jiān)控畫面中，可以清晰看到“小黑點”。據(jù)此，可以推算出無人機在“盤旋”狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)目標的偵察半徑理論最大值Rmax，即Rmax=H tan θmax，如圖1所示。無人機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，飛行安全是首要因素。假設(shè)無人機的最小轉(zhuǎn)彎半徑為R，第一種情況，若無人機在盤旋狀態(tài)下，可發(fā)現(xiàn)目標的半徑理論最大值Rmax小于無人機最小轉(zhuǎn)彎半徑R，無法保證無人機的飛行安全。在此情況下，為保證無人機的飛行安全，無人機盤旋偵察識別目標半徑理論最大值Rmax，取值為無人機最小轉(zhuǎn)彎半徑R值，即令Rmax=R。第二種情況，若無人機在盤旋狀態(tài)下，可發(fā)現(xiàn)目標的半徑理論最大值Rmax大于或等于無人機最小轉(zhuǎn)彎半徑R，能夠保證無人機的飛行安全，則無人機盤旋偵察識別目標半徑理論最大值Rmax，取值理論計算值，即Rmax。本文劃設(shè)“棋盤”方格，“棋盤”方格最大間距，即為無人機盤旋偵察可識別目標半徑理論最大值Rmax，如圖2所示。

圈“地”圍域，劃設(shè)偵察范圍邊界

首先，根據(jù)敵我雙方攻守關(guān)系，結(jié)合海上探測預警雷達等多源情報信息綜合研判，預判敵方艦船航行方向及最大可能性出現(xiàn)區(qū)域，采取主動出擊、劃設(shè)重點區(qū)域的方式。情況一：若敵方艦船意圖抵進我方海域，并企圖登陸我海岸線，則根據(jù)敵方艦船可能抵進偵察的最大范圍，甚至敵方艦船抵進打擊我方陸基兵力或基礎(chǔ)設(shè)施的最遠距離，劃設(shè)為偵察范圍邊界。情況二：若我方艦船于近海或深藍遠海遂行海上任務(wù)，敵方艦船闖入我方雷達探測識別區(qū)，則根據(jù)我方艦船或編隊的最小安全距離，劃設(shè)為偵察范圍邊界。

橫經(jīng)縱緯，自內(nèi)向外劃設(shè)“棋盤”

劃設(shè)偵察區(qū)域邊界，對海上偵察任務(wù)區(qū)域進行柵格化處理。影響因素為最小偵察區(qū)域邊界，以及無人機盤旋偵察可識別目標半徑理論最大值R_max。具體過程為：多源情報信息綜合研判結(jié)果為偵察區(qū)域中心位置點，自中心向邊界展開，建立同間距網(wǎng)格點。實際作戰(zhàn)運用中，依據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境信息經(jīng)驗，通常海上艦船目標出沒于距陸地較遠的海洋深處，一般周邊存在大型海島的可能性較小，但也在此提及，若艦船周邊明顯存在不必要劃設(shè)為偵察區(qū)域，則可不再拘泥于矩形“棋盤”設(shè)定，在此僅為理想化假設(shè)。具體實施作戰(zhàn)任務(wù)時，不可生搬硬套，應(yīng)結(jié)合具體戰(zhàn)場態(tài)勢及地理環(huán)境信息做以取舍。本文總體思路為確保偵察區(qū)域全覆蓋，在無人機確定高度的前提下，保證任務(wù)載荷可有效清晰識別監(jiān)控圖像中最小影像信息，圖3為輔助偵察航路點“棋盤”概念圖。

落“子”為棋，規(guī)劃全域偵察航線

在預先規(guī)劃中，可載入的任務(wù)規(guī)劃航路點數(shù)量受數(shù)據(jù)存儲限制。但基于前文思路，在確保偵察區(qū)域全覆蓋的情況下，根據(jù)多源信息劃設(shè)的網(wǎng)格，往往會過于密集，因而造成航路點數(shù)量過多。一方面，航路點可能由于數(shù)據(jù)存儲限制，無法全部加載。另一方面，無人機在航行過程中，飛行操控席的監(jiān)控屏幕上的態(tài)勢點位過于密集，飛行操控員視覺上會產(chǎn)生額外負擔和干擾，影響飛行操控員有效監(jiān)控無人機的飛行狀態(tài)，降低飛行的安全性。因此，建議采取四等分、八等分等切分方式，在任務(wù)航線中，僅輸入偵察區(qū)域關(guān)鍵點位信息，確保飛行航線絕對精簡，在無人機飛抵任務(wù)區(qū)域前，為飛行操控員提供態(tài)勢參考。

具體過程為：任務(wù)前，加載“精簡版”“棋盤”網(wǎng)格航線至任務(wù)航線，作以態(tài)勢輔助；任務(wù)執(zhí)行過程中，當無人機抵進偵察區(qū)域邊界，加載“任務(wù)版”“棋盤”網(wǎng)格偵察航線，無人機抵進重點區(qū)域?qū)嵤﹤刹?，此時可結(jié)合多源情報信息，預判艦船航行方向，順向搜索偵察。

實時規(guī)劃，持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視艦船目標

綜合多方情報信息，確定“火力威脅圈”

無人機抵進執(zhí)行航空偵察任務(wù)，須首要保證無人機的飛行安全，進而確保無人機有效完成作戰(zhàn)任務(wù)目標。任務(wù)過程中，無人機從偵察區(qū)域邊界進入，沿預判艦船航行方向順向搜尋，當發(fā)現(xiàn)疑似目標時，或者臨近重點目標區(qū)域時，無人機需要立即調(diào)整飛行探測位置，及時切點“外跳”，確保無人機處于安全的偵察位置，隨后無人機任務(wù)載荷對目標進行偵照，地面情報人員綜合研判，判斷目標是否為艦船，判斷艦船所屬國別、類型等基本信息，判斷艦船上是否搭載防空武器、反無人機裝備等火力裝備，進而判斷敵方的火力打擊范圍。

無人機根據(jù)“棋盤”信息，確定最近偵察點位，無人機依托航路點，盤旋偵察目標。綜合多源情報信息，劃設(shè)敵防空武器火力打擊范圍，根據(jù)“棋盤”信息，確認無人機當前偵察位置是否安全。飛行操控員操控無人機，快速做出反應(yīng)動作，向“棋格”外圈機動，確保無人機飛行安全。

根據(jù)激光測距確定敵我位置距離，靈活機動確保安全

計算敵防空火力圈和無人機的相對距離，當無人機處于安全位置時，載荷監(jiān)控員向艦船目標發(fā)射激光，測定無人機與艦船目標的直線距離，持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視敵方艦船目標，動態(tài)監(jiān)控敵我位置距離，判斷無人機當前是否存在安全威脅，適時采取機動“跳圈”方式應(yīng)對。

切換“盤旋”點位，確保任務(wù)載荷平臺畫面穩(wěn)定

無人機飛行姿態(tài)無相對大角度機動，保證了無人機的飛行安全。同時保證了任務(wù)載荷平臺獲取到的實時監(jiān)控畫面，能夠持續(xù)穩(wěn)定鎖定目標，將目標圈定在視線范圍內(nèi)。當前，無人機執(zhí)行區(qū)域偵察任務(wù)，通常采取“直線往復偵察法”“光柵偵察法”以及“掃雪偵察法”。

基于上述三類偵察方法，采取壓縮直線偵察距離的方式，即“壓縮柵格高度”。根據(jù)柵格單向平移特征，相對目標距離會增大或減小，導致無人機逐漸遠離或抵進目標。一是無人機的飛行安全可能出現(xiàn)風險，二是會導致監(jiān)視畫面中的目標圖像“忽大忽小”，造成監(jiān)控不穩(wěn)定，甚至導致目標丟失。

目前，無人機執(zhí)行跟蹤監(jiān)視任務(wù)，飛行操控手段通常采取“左盤旋”“右盤旋”“8字盤旋”等方式，無人機小角度盤旋，確保任務(wù)載荷平臺畫面相對穩(wěn)定，目標圖像大小變化較小，且目標可始終圈定在監(jiān)控畫面內(nèi)。

棋盤“切點”偵察，確保持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視

無人機根據(jù)與敵艦船相對距離、敵防空打擊范圍等關(guān)鍵信息，采取“盤旋”偵察方式，對敵方艦船持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視，如圖6所示。若敵艦船目標與我機距離不斷增大，目標圖像逐漸縮小，結(jié)合當前所處“棋盤”網(wǎng)格位置，綜合分析周邊網(wǎng)格情況，敵防空火力打擊圈和最小偵察半徑等限制因素，遴選最佳切換航路點。

實施規(guī)劃平行敵艦船航行，臨機調(diào)整“棋盤”

持續(xù)穩(wěn)定監(jiān)控敵方艦船目標一段時間后，可實施臨機規(guī)劃，規(guī)劃平行于艦船航行方向的偵察航線，依據(jù)艦船當前概略位置劃定威脅區(qū)，無人機與敵方艦船目標始終保持安全距離，無人機發(fā)現(xiàn)敵方艦船目標后，使用激光測距測定目標位置信息，對敵方艦船目標持續(xù)跟蹤。

結(jié)束語

當前，海上廣域偵察任務(wù)面臨兩大現(xiàn)實難題，一是海上任務(wù)區(qū)域廣闊，正所謂“滄海一粟”，即便無人機偵察載荷平臺切換至“大視場”模式，想要在茫茫大海上尋找相對微小的艦船目標，也需要大量的時間。通過“圍棋”網(wǎng)格法，結(jié)合多源情報信息，劃設(shè)偵察區(qū)域邊界，預判中心區(qū)域，計算最大棋格間距，突出偵察重點，根據(jù)線索，有序搜尋，提高了偵察搜索的時效性。二是無人機高空狀態(tài)下，敵方艦船目標相對較小，無人機大角度機動，采取“柵格法”偵察，易丟失目標，無法持續(xù)穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視目標，以及敵方艦船搭載防空火力系統(tǒng)，對我機構(gòu)成安全威脅。采取依托棋格點位“盤旋”，棋盤“切點”跳圈偵察，確保安全，穩(wěn)定追蹤，有效監(jiān)視。本文針對海上廣域艦船目標偵察任務(wù)背景，提出的構(gòu)建“棋盤”、切點偵察方法，對無人作戰(zhàn)飛機海域作戰(zhàn)運用具有重要實戰(zhàn)意義，可為從事本專業(yè)人員提供參考思路。