《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MQ-4C無人偵察機(jī)的機(jī)載傳感器

2017-06-05

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  MQ-4C無人機(jī)在機(jī)頭下部裝有MTS-B系統(tǒng),。

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  MQ-4C無人機(jī)利用MFAS雷達(dá)俯瞰海面,。

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  ITT Exelis公司研制的ABSAA雷達(dá)無法滿足要求,。

  作為“全球鷹”的衍生型,,MQ-4C“海上信使”(Trion)無人偵察機(jī)是諾格公司為美國海軍精心設(shè)計(jì)的一種先進(jìn)自主飛行器任務(wù)系統(tǒng),主要任務(wù)是協(xié)同P-8A“海神”反潛巡邏機(jī)在大洋上空?qǐng)?zhí)行情報(bào),、監(jiān)視與偵察(ISR)任務(wù),。根據(jù)海上作戰(zhàn)需求,該機(jī)加裝了多種機(jī)載傳感器,,從而可以在更大范圍內(nèi)持續(xù)不斷地監(jiān)視海洋或陸地,,大大增強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力,,并將探測(cè)到的潛在目標(biāo)及時(shí)地傳送給“海神”,,顯著縮短“從傳感器到射手”的時(shí)間。

  多功能有源傳感器

  MQ-4C無人機(jī)完成ISR任務(wù)的關(guān)鍵是腹部安裝的多功能有源傳感器(MFAS),。MFAS雷達(dá)是第一種能夠從極遠(yuǎn)的距離對(duì)海洋及沿岸進(jìn)行360度持續(xù)覆蓋的雷達(dá)系統(tǒng),,采用了2D有源電子掃描陣列(AESA),具備海上模式和空地模式,,可以遠(yuǎn)距探測(cè),、識(shí)別和跟蹤海上和沿岸的多個(gè)目標(biāo)。

  這種雷達(dá)采用了一個(gè)旋轉(zhuǎn)式電子掃描傳感器,,工作在X波段,,通過一個(gè)萬向支架固定在機(jī)身腹部。從工作機(jī)理來看,,它將電子掃描與機(jī)械旋轉(zhuǎn)合為一體,,使MQ-4C無人機(jī)獲得了一個(gè)360度視場(chǎng),而不僅僅只是掃描一側(cè)或另一側(cè),,意味著可以在數(shù)百英里上空俯視到下方任何方向的任何目標(biāo),。

  憑借這種靈活的覆蓋能力,MFAS雷達(dá)可以對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行聚束照射,,以更長時(shí)間地凝視特定位置,,增強(qiáng)在海浪等雜波背景下探測(cè)小型目標(biāo)的性能,使操作員可以更好地跟蹤海上目標(biāo),。該雷達(dá)一旦探測(cè)到目標(biāo),,將會(huì)以跟蹤,、單幀快照以及高分辨率快照的不同形式,將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面站,,同時(shí)仍繼續(xù)保持360度覆蓋,。

  對(duì)海搜索時(shí),MFAS雷達(dá)具備跟蹤海上目標(biāo)的海面搜索(MSS)模式和識(shí)別艦船的逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)模式,,并能夠在各種模式之間敏捷地轉(zhuǎn)換,。在MSS模式掃描過程中,邊掃描邊成像能力可與ISAR功能進(jìn)行瞬間交替,,以得到ISAR的快速成像和較高的距離分辨率,。

  對(duì)地搜索時(shí),MFAS雷達(dá)具有兩種合成孔徑雷達(dá)(SAR)模式,。其中,,聚束式合成孔徑的波束始終指向地面上的固定區(qū)域,用于對(duì)地面和靜止目標(biāo)成像,;條帶式合成孔徑的波束指向始終保持不變,,沿著固定方向?qū)崿F(xiàn)成像,掃描過的區(qū)域呈現(xiàn)條帶狀,,能夠在相同時(shí)間里對(duì)更大范圍的區(qū)域進(jìn)行成像,。

  多頻譜目標(biāo)截獲系統(tǒng)

  根據(jù)海上任務(wù)需要,MQ-4C無人機(jī)在機(jī)頭下采用了雷神公司研制的多頻譜目標(biāo)截獲系統(tǒng)(MTS-B),。該系統(tǒng)在萬向節(jié)中設(shè)計(jì)有一個(gè)慣性測(cè)量部件,,由固態(tài)光纖陀螺和加速度計(jì)組成,可以精確測(cè)定平臺(tái)的姿態(tài),,生成控制信號(hào),,保證轉(zhuǎn)塔內(nèi)的傳感器能夠穩(wěn)定、精確地指示目標(biāo),。

  MTS-B具備了紅外,、光電、激光指示等能力,,并采用了先進(jìn)的數(shù)字體系結(jié)構(gòu),,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程空中監(jiān)視、高空目標(biāo)截獲,、跟蹤,、測(cè)距,主要用于偵察和瞄準(zhǔn),。借助于MQ-4C無人機(jī)配備的先進(jìn)任務(wù)計(jì)算機(jī),,這種傳感器還能自動(dòng)跟蹤和半自動(dòng)地搜索MFAS雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)。

  MQ-4C無人機(jī)的先進(jìn)光學(xué)設(shè)備還允許其傳輸潛在目標(biāo)的圖像,,并能為特種作戰(zhàn)任務(wù)提供實(shí)時(shí)的監(jiān)視畫面,。最不可思議的是,,該機(jī)能夠從探測(cè)數(shù)百英里遠(yuǎn)的一個(gè)可疑雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的狀態(tài),快速下降到最低飛行高度監(jiān)視目標(biāo),,甚至識(shí)別出艦船尾部的名字,,彌補(bǔ)了以往高空廣域戰(zhàn)略監(jiān)視飛機(jī)的不足。

  該機(jī)在技術(shù)上最突出特點(diǎn)是把圖像融合技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)配置,,提高了對(duì)圖像的處理能力和清晰度,。例如,全動(dòng)態(tài)視頻可以實(shí)時(shí)捕獲海面船只的高分辨率圖像或視頻,,并通過數(shù)倍電子變焦獲得進(jìn)一步放大的畫面,,以便通過視覺識(shí)別艦船。

  自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

  與主要偵察陸地目標(biāo)的“全球鷹”不同,,MQ-4C無人機(jī)還根據(jù)海上巡邏任務(wù)需要安裝了一種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS),,類似于飛機(jī)上安裝的敵我識(shí)別器,可以接收到海面上行駛的船只通過VHF頻段廣播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自動(dòng),、定時(shí)播發(fā)的信息,,有效地采集到相關(guān)的船籍、船型,、位置就航向等多種數(shù)據(jù),,從而可以全面地掌控目標(biāo)海域的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),完善海上ISR手段,。

  MQ-4C無人機(jī)可以借助兩種常規(guī)的無線電頻率,,也可以通過數(shù)據(jù)鏈,,直接與美國海軍即將裝備的P-8A反潛巡邏機(jī)之間保持通信,。它還可以將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛嬲荆?jīng)過評(píng)估和篩選后,,再傳輸給正在執(zhí)行任務(wù)的P-8A反潛巡邏機(jī),。

  根據(jù)高分辨率視頻和其他數(shù)據(jù)的傳輸需要,MQ-4C無人機(jī)將“全球鷹”使用的10.7兆字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)鏈更新為一種非專用的數(shù)據(jù)鏈,,增加了一倍容量,。該機(jī)還將集成一種VHF/UHF中繼載荷,以便作為低空飛行的海上巡邏飛機(jī)和直升機(jī)與水面船只的通信中繼平臺(tái),。

  該機(jī)還集成了AN/ZLQ-1電子支援測(cè)量系統(tǒng),,具有跟蹤船舶能力。AN/ZLQ-1電子支援措施采用全數(shù)字化的特定發(fā)射器識(shí)別(SEI)技術(shù),,通過監(jiān)測(cè)無線電頻率,,探測(cè)和跟蹤感興趣的發(fā)射機(jī)。

  從外部細(xì)節(jié)對(duì)比還可以看出,,MQ-4C無人機(jī)保留了“全球鷹”的Ku波段天線,、敵我識(shí)別(IFF)天線,、UHF視線通信天線、TCAS天線和GPS天線,,但是圍繞作戰(zhàn)需要,,在發(fā)動(dòng)機(jī)艙上部增加了Link-16數(shù)據(jù)鏈天線和通用數(shù)據(jù)鏈(CDL)天線,在后機(jī)身下部安裝了一副通用數(shù)據(jù)鏈天線,,在機(jī)翼外段加裝了電子情報(bào)(ELINT)天線,。

  機(jī)載感知與規(guī)避雷達(dá)

  MQ-4C無人機(jī)在研制過程中最具挑戰(zhàn)性的要求之一是無人機(jī)必須具備在可控空域外安全飛行的能力。按照最初合同,,ITT Exelis公司將為MQ-4C無人機(jī)提供一種空對(duì)空雷達(dá)子系統(tǒng)——機(jī)載感知與規(guī)避(ABSAA)雷達(dá),,也被形象地稱為“預(yù)先關(guān)注”(due regard)雷達(dá)。這種雷達(dá)能夠使無人機(jī)完全滿足國際民用航空組織的要求,,即軍用和他國飛機(jī)在國際水域上空飛行時(shí),,都應(yīng)該“預(yù)先關(guān)注”民用飛機(jī)的安全。

  ABSAA雷達(dá)安裝在無人機(jī)的鼻錐后面,、衛(wèi)星通信天線的前方,,采用一種三面薄瓦式的有源電子掃描陣列,工作于Ku波段,,探測(cè)距離大約為14~18千米,,水平視場(chǎng)達(dá)到220度,俯仰視場(chǎng)達(dá)到60度,。MQ-4C無人機(jī)飛行期間,,該雷達(dá)將向地面站提供信息,由操作員及時(shí)發(fā)出指令,,讓無人機(jī)遠(yuǎn)離可能發(fā)生碰撞的空域,;未來,具備自主飛行能力的無人機(jī)將基于ABSAA雷達(dá)的數(shù)據(jù),,自行改變飛行路徑,。

  由于技術(shù)問題和成本超支,美國海軍在2013年6月終止了ABSAA項(xiàng)目,,并專門成立了一個(gè)專家組,,以評(píng)估如何替代這一子系統(tǒng),但迄今為止仍未尋找到成熟的方案,。目前,,諾格公司與美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室正在實(shí)施一項(xiàng)多功能侵?jǐn)_自主規(guī)避(MIAA)計(jì)劃,合作發(fā)展一種ABSAA技術(shù),。

  該技術(shù)借助雷達(dá)和光電傳感器探測(cè)和跟蹤一些沒有安裝應(yīng)答機(jī)的非協(xié)作空中目標(biāo),,利用所獲得的數(shù)據(jù)并通過一種算法產(chǎn)生潛在的飛行軌跡,向無人機(jī)的飛行控制協(xié)同協(xié)同發(fā)送機(jī)動(dòng)指令,。今年5月初,,諾格公司利用一架利爾噴氣試驗(yàn)機(jī),,初步驗(yàn)證了MIAA系統(tǒng)。如果發(fā)展順利,,美國海軍航空系統(tǒng)司令部有可能將這一技術(shù)應(yīng)用到MQ-4C無人機(jī)上,。


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