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不同導(dǎo)航方式無人機(jī)偵察效能比較研究?

2017-06-05 15:03,
關(guān)鍵詞:慣導(dǎo)代價(jià)攝像機(jī)

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不同導(dǎo)航方式無人機(jī)偵察效能比較研究?

王光輝1劉文超1,2謝宇鵬1王越2

(1.海軍航空工程學(xué)院煙臺(tái)264001)(2.92026部隊(duì)威海264300)

無人機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行偵察是無人機(jī)作戰(zhàn)使用的主要模式之一,無人機(jī)偵察能力除與機(jī)載偵察設(shè)備有關(guān)外,機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備對(duì)偵察效能也有很大的影響。為此,以CCD攝像機(jī)為機(jī)載偵察設(shè)備,研究了一種基于完成任務(wù)能力和飛行代價(jià)函數(shù)的無人機(jī)偵察效能評(píng)估模型,并對(duì)不同導(dǎo)航方式、不同干擾強(qiáng)度條件下,無人機(jī)對(duì)給定區(qū)域的偵察效能進(jìn)行了評(píng)估,得到了不同導(dǎo)航方式對(duì)無人機(jī)偵察效能的評(píng)價(jià)曲線,為根據(jù)無人機(jī)的使命任務(wù)選擇導(dǎo)航方式提供了決策依據(jù)。

無人機(jī);偵察效能;導(dǎo)航方式;干擾

Class NumberV279

1 引言

導(dǎo)航戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的一種。在信息對(duì)抗中,確定兵力、裝備及目標(biāo)的精確位置十分重要。隨著無人機(jī)的廣泛應(yīng)用,其在復(fù)雜電磁環(huán)境中,對(duì)導(dǎo)航信息的精度、全時(shí)性、抗干擾性和使用范圍的要求越來越高[1]。無人機(jī)運(yùn)用單一固定的導(dǎo)航方式執(zhí)行偵察任務(wù)已經(jīng)很難達(dá)到預(yù)期的目的。因此,需要針對(duì)不同的干擾環(huán)境,采用相應(yīng)的導(dǎo)航方式。目前,對(duì)無人偵察機(jī)作戰(zhàn)效能的研究比較多,關(guān)于導(dǎo)航對(duì)無人機(jī)偵察效能的影響研究還比較少,國內(nèi)外還沒有系統(tǒng)的方法和準(zhǔn)則,所以對(duì)不同導(dǎo)航方式下無人機(jī)的偵察效能進(jìn)行研究是十分必要的。

無人機(jī)的偵察方式主要有四種,分別為

1)點(diǎn)偵察:有獨(dú)立職能且面積較小的目標(biāo)。

2)帶偵察:兩個(gè)參考點(diǎn)之間的直線段搜索。

3)線偵察:沿著指定航線飛行對(duì)線狀地物的連續(xù)偵察。

4)區(qū)域偵察:針對(duì)面積較大的指定工作區(qū)域,自主地對(duì)整片區(qū)域覆蓋偵察[2]。

無人機(jī)的導(dǎo)航方式有:衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、無線電導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航、地磁導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航等。其中最普遍的導(dǎo)航方式是衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和無線電導(dǎo)航[3]。

無人機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí),所搭載的傳感器類型有:紅外傳感器、光學(xué)儀器、CCD(Charge Coupled Device)攝像機(jī)、多普勒或合成孔徑雷達(dá)等[4~5]。

目前,對(duì)于無人偵察機(jī)的單種偵察載荷的偵察效能評(píng)估已經(jīng)有很多成熟的評(píng)估模型[6~7]。本文主要對(duì)在不同強(qiáng)度的電子干擾條件下,無人機(jī)分別利用GPS、羅蘭C以及慣性導(dǎo)航的方式,以CCD攝像機(jī)作為偵察手段,進(jìn)行大面積區(qū)域偵察時(shí)的效能進(jìn)行研究,以此建立無人機(jī)的偵察效能模型。

2 傳感器模型

無人機(jī)進(jìn)入偵察狀態(tài)時(shí),目標(biāo)必須位于CCD攝像機(jī)的靶面(圖1陰影區(qū))內(nèi)。當(dāng)無人機(jī)在一定高度水平飛行,并保持垂直視場(chǎng)角和俯仰角不變時(shí),CCD的靶面掃過的區(qū)域?yàn)橐粭l帶狀區(qū)域(探測(cè)帶),此探測(cè)帶的寬度為靶面的短軸寬度D。在偵察的過程中無人機(jī)想要對(duì)偵察區(qū)域進(jìn)行全面?zhèn)刹?,必須使探測(cè)帶掃描完全部的偵察區(qū)域。

圖1 CCD攝像機(jī)瞬時(shí)探測(cè)示意圖

圖2 瞬時(shí)探測(cè)區(qū)域在鉛錘面內(nèi)的投影

如圖2所示:∠AOC為CCD的垂直視場(chǎng)角,用γ表示;∠COX為CCD光軸與機(jī)軸所形成的俯仰角,用β表示;無人機(jī)的飛行高度為H。無人機(jī)做定高飛行時(shí),由數(shù)學(xué)知識(shí)可以算出:

3 系統(tǒng)偵察能力分析

無人機(jī)完成任務(wù)的能力W實(shí)際上就是無人機(jī)在偵察區(qū)域S(位于水平面內(nèi)的矩形平面)中偵察目標(biāo)的能力,對(duì)于巡邏偵察任務(wù),由于沒有確切的單個(gè)搜索目標(biāo)或更多的目標(biāo)信息,效能指標(biāo)主要選用覆蓋指定搜索海域的飛行代價(jià)(飛行次數(shù)、油耗、時(shí)間)和完成任務(wù)能力(搜索面積的大?。﹣砗饬浚?]。

3.1飛行代價(jià)模型

飛行代價(jià)效能是指對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行偵察時(shí)實(shí)際飛行代價(jià)占理論飛行代價(jià)的比值大小。

由于要對(duì)S進(jìn)行全掃描且CCD一次掃描的結(jié)果為一條探測(cè)帶,因此可知如圖3,在S中相互平行的兩條偵察路徑間的距離即為探測(cè)帶寬度D。

圖3 光柵式偵察示意圖

由于無人機(jī)自身?xiàng)l件的約束且為了使無人機(jī)的飛行路徑最短,對(duì)于轉(zhuǎn)彎點(diǎn),按文獻(xiàn)[9]所述的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin進(jìn)行90°轉(zhuǎn)彎即可。

則在區(qū)域S中進(jìn)行一次偵察的路徑長(zhǎng)度為

設(shè)N為偵察路徑中與路徑段Y(偵察區(qū)域的寬度,單位為m)平行的直線偵察路徑段數(shù)量,則可得

解方程得:

式中:X為偵察區(qū)域的長(zhǎng)度,單位為m。ΔL誤為導(dǎo)航誤差隨時(shí)間變化量(主要是慣性導(dǎo)航完成一次偵察到下一次偵察開始時(shí)的誤差變化大?。?。為便于模型計(jì)算,假設(shè)慣導(dǎo)誤差隨時(shí)間呈線性變化,即:

式中:V為無人機(jī)偵察時(shí)的飛行速度,單位為m/s;ΔL系為導(dǎo)航系統(tǒng)誤差變化量,單位m/s。則無人機(jī)偵察總路徑長(zhǎng)度為

無人機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)付出的飛行代價(jià)W2(W2∈[0,1])包括如下三部分:1)偵察開始時(shí)飛行路徑的長(zhǎng)度代價(jià)Dpath;2)任務(wù)開始時(shí)所費(fèi)的油料代價(jià)Coil;3)完成偵察所費(fèi)的時(shí)間代價(jià)Ttime。由此,可得下式:

無人機(jī)勻速飛行時(shí),其飛行的耗油量Coil表示為

式中:ti、roil、L、V為無人機(jī)偵察開始時(shí)的飛行時(shí)間、耗油率、航路長(zhǎng)度、飛行速度。

無人機(jī)在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)一般情況下作勻速飛行。由式(8)可知:無人機(jī)作勻速飛行時(shí),它的耗油量、飛行時(shí)間都與它所飛過的航路長(zhǎng)度成正比,因此,可以認(rèn)為無人機(jī)的飛行時(shí)間和耗油量是其航路長(zhǎng)度的函數(shù)[10],則:

3.2完成任務(wù)能力模型

完成任務(wù)效能是指對(duì)偵察區(qū)域進(jìn)行偵察時(shí)實(shí)際掃到的有用區(qū)域占偵察區(qū)域的比例大小。

為簡(jiǎn)化模型,假定偵察任務(wù)中的CCD攝像機(jī)參數(shù)和大氣環(huán)境參數(shù)都是確定不變的,偵察區(qū)域電磁環(huán)境對(duì)CCD攝像機(jī)的探測(cè)結(jié)果無影響。則如圖4所示,實(shí)際測(cè)繪區(qū)與偵察區(qū)域的偏差,主要由導(dǎo)航系統(tǒng)定位誤差產(chǎn)生。因此可以得到完成任務(wù)效能算式如下:

式中:S目為偵察區(qū)域面積,S實(shí)為實(shí)測(cè)任務(wù)區(qū)域面積,S誤為導(dǎo)航誤差造成的沒有偵察到的面積,L誤為導(dǎo)航誤差大小。

圖4 掃描區(qū)域俯視圖

3.3偵察效能評(píng)估模型

無人機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)進(jìn)行效能評(píng)估的目的就是在無人機(jī)付出最小代價(jià)的情況下,按偵察目的,以最高的效能完成偵察任務(wù),它的評(píng)估模型為

式中:F為無人機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)的效能值;K1,K2為大于零、小于1的常數(shù),用來根據(jù)需要調(diào)整能力與代價(jià)之間的權(quán)重。

4 仿真實(shí)例

4.1仿真條件

1)無人機(jī)參數(shù)。無人機(jī)偵察時(shí)高度H= 1000m,速度V=100m/s,轉(zhuǎn)彎半徑Rmin=200m。

2)CCD參數(shù)。CCD的俯仰角β=10°,視場(chǎng)角γ=9°,安裝平臺(tái)上,CCD攝像機(jī)鏡頭在偏航方向的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為±180°。

3)偵察方案。采用光柵式縱向偵察方案。

4)偵察區(qū)域?yàn)閷挾龋╕=40000m)不變,長(zhǎng)度(X=0~50000m)變化的矩形海域。

5)K1和K2值分別取0.1和0.9。

6)不同電磁干擾狀態(tài)下,各導(dǎo)航方式定位誤差參數(shù)(見表1)。在抗能量壓制干擾方面,羅蘭C系統(tǒng)比GPS系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),需要更大的干擾設(shè)備和干擾功率,戰(zhàn)時(shí)大面積的干擾較難實(shí)現(xiàn)。

表1 不同條件下系統(tǒng)定位誤差參數(shù)

4.2仿真結(jié)果分析

對(duì)建立的模型進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如圖5~8所示(圖中效能初始值大小和斜率變化的原因與導(dǎo)航系統(tǒng)誤差值大小有關(guān);基于GPS和羅蘭C系統(tǒng)的偵察效能曲線為平滑的曲線;基于慣導(dǎo)的偵察效能曲線為單位面積內(nèi)變化的線段,線段的長(zhǎng)度大小與CCD攝像機(jī)的探測(cè)寬度和無人機(jī)偵察高度有關(guān))。

仿真結(jié)果表明:

1)無干擾狀態(tài)時(shí),GPS系統(tǒng)作用下的偵察效能優(yōu)于羅蘭C和慣導(dǎo),但隨著干擾強(qiáng)度的增加,效能逐漸減小,直至不可用,這與GPS系統(tǒng)信號(hào)弱,且容易受干擾的特點(diǎn)有關(guān);

2)在GPS和羅蘭C系統(tǒng)都可用的狀態(tài)下,隨著偵察區(qū)域面積的增大,兩個(gè)系統(tǒng)的偵察效能值逐漸逼近;

圖5 無干擾狀態(tài)

圖6 輕度干擾狀態(tài)

圖7 中度干擾狀態(tài)

圖8 強(qiáng)度干擾狀態(tài)

3)采用能量壓制干擾時(shí),羅蘭C系統(tǒng)作用下的偵察效能比GPS要好;

4)偵察區(qū)域面積較小時(shí),慣導(dǎo)系統(tǒng)作用下的偵察效能最大,隨著偵察區(qū)域面積的不斷增大,慣導(dǎo)系統(tǒng)作用下的偵察效能整體上逐漸減小,這與慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差隨時(shí)間積累有關(guān);

5)三個(gè)系統(tǒng)不同時(shí)段、不同干擾狀態(tài)下的偵察效能各有優(yōu)劣,可以根據(jù)具體的任務(wù)要求,通過調(diào)整相關(guān)參數(shù),利用文中模型得到一個(gè)合理的導(dǎo)航方案或者組合導(dǎo)航的方式,進(jìn)而使偵察效能實(shí)現(xiàn)最大化。

5 結(jié)語

本文從導(dǎo)航系統(tǒng)定位誤差對(duì)無人機(jī)偵察效能的影響方面入手,給出了一種無人機(jī)偵察效能模型,通過仿真計(jì)算表明模型的可用性,為無人機(jī)在復(fù)雜電磁干擾條件下,導(dǎo)航方式的選擇提供了理論決策依據(jù)和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]饒建國,董金鑫.信息戰(zhàn)中的導(dǎo)航作戰(zhàn)[J].艦船電子對(duì)抗,2004,27(6):6-8.

RAO Jianguo,DONG Jinxin.Navigation Countermeasure in Information Warfare[J].Shipboard Electronic Counter?measure,2004,27(6):6-8.

[2]黃丁才.無人偵察機(jī)航線與傳感器規(guī)劃方法研究[D].長(zhǎng)沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2009:1-9.

HUANG Dingcai.THE method of UAV research and sen?sors route planning[D].Changsha:National University of Defense Technology,2009:1-9.

[3]顧云濤.無人機(jī)導(dǎo)航技術(shù)研究[J].現(xiàn)代導(dǎo)航,2013(3):198-200.

GU Yuntao.Research on navigation System of Unmanned Aircraft Vehicle[J].Modern navigation,2013(3):198-200.

[4]吳永亮.美國海軍新型情報(bào)、監(jiān)視與偵察飛機(jī)發(fā)展綜述[J].飛航導(dǎo)彈,2012(5):67-73.

WU Yongliang.The navy's new intelligence,surveillance and reconnaissance aircraft development were reviewed[J].Aerodynamic Missile Journal,2012(5):67-73.

[5]張旺,申洋,陳偉.無人機(jī)多偵察載荷協(xié)同偵察效能評(píng)估[J].電光與控制,2014,21(3):1-4.

ZHANG Wang,SHEN Yang,CHEN Wei.Assessment on Multi-Playload Collaborative Reconnaissance Effective?ness of UAVs[J].Electronics Optics&Control,2014,21(3):1-4.

[6]Moitra A,Mattheyses R M,Didomizo V A,et al.The multi-vehicle reconnaissance route and sensor planning[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Sys?tems,2003,39(3):799-812.

[7]呂峰,王衛(wèi)華,黃德所.偵察無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估準(zhǔn)則研究[J].智慧控制與仿真,2007,29(3):78-80.

LV Feng,WANG Weihua,HUANG Desuo.Estimating the criterion of operation efficiency for unmanned reconnais?sance aerial vehicel[J].Command Control&Simulation,2007,29(3):78-80.

[8]崔翰明.反潛直升機(jī)搜潛效能分析[J].直升機(jī)技術(shù),2013(3):33-41.

CUI Hanming.Effectiveness Analysis of Anti-submarine Warfare Patrol Aircraft[J].HELICOPTER TECHNIQUE,2013(3):33-41.

[9]王慶江,高曉光,符小衛(wèi).無威脅情況下任意兩點(diǎn)間的無人機(jī)路徑規(guī)劃[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2009,31(9):2157-2162.

WANG Qingjiang,GAO Xiaoguang,F(xiàn)U Xiaowei.Path planning of UAV between two random points without threats[J].Systems Engineering and Electronics,2009,31(9):2157-2162.

[10]王慶江,彭軍,倪保航,等.無人機(jī)大區(qū)域偵察研究[J].電光與控制,2015,22(6):39-42.

WANG Qingjiang,PENG Jun,NI Baohang,et al.Re?search on Large-Range Reconnaissance of UAV[J]. Electronics Optics&Control,2015,22(6):39-42.

Comparison of UAV Reconnaissance Effectiveness under Different Navigation Methods

WANG Guanghui1LIU Wenchao1,2XIE Yupeng1WANG Yue2
(1.Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001)(2.No.92026 Troops of PLA,Weihai264300)

As UAV mainly works for reconnaissance,its reconnaissance ability is effected not only by airborne reconnaissance equipment but by airborne navigation equipment.Taking a CCD camera as airborne reconnaissance equipment,a effectiveness eval?uation model for UAV reconnaissance based on mission achievement ability and flight cost is studied.Furthermore,UAV reconnais?sance effectiveness of given area is evaluated under different navigation method and different interference intensity,and the evalua?tion curve is attained,which provides a decision foundation of the choice of navigation methods for UAV mission.

UAV,reconnaissance effectiveness,navigation method,interference

V279

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.05.008

2016年11月12日,

2016年12月14日

王光輝,男,博士,教授,研究方向:武器系統(tǒng)效能評(píng)估。

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