国外无人机侦察载荷发展综述

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国外无人机侦察载荷发展综述

作者：李源源

来源：《无人机》2017年第07期

现代战争已进人信息制导时代，航空侦察是军事情报的重要信息来源，也是当今世界应用

最广泛的一种信息获取方式。无人机自问世并投入实战以来，已发展成为执行航空侦察任务的

一种不可或缺的多用途平台，甚至有可能在21世纪中后期成为航空侦察作战的主导力量。目

前，全球共有32个国家（地区）具备无人机研制能力，约50个国家（地区）装备了无人机，

基本型近300种。无人机侦察作战能力的发挥，主要依靠其任务载荷。本文简要阐述国外无人

机任务载荷的发展现状与趋势。

国外無人机成像侦察任务载荷的发展现状

光电成像侦察任务载荷的发展现状

无人机机载光电成像侦察设备主要包括电荷耦合器件（CCD）相机、红外成像设备、多光

谱成像设备及光电转塔等。可昼夜在多种气候条件下遂行侦察、目标捕获、监视等任务。除微

小型无人机携带单个传感器外，绝大多数无人机都可装备多种传感器。下面将列举美国、以色

列、俄罗斯等国家的无人机机载光电成像侦察任务载荷的发展现状。

（1）美国

AN/AAS-52（V）组合型光电/红外（EO/IR）和激光测距多频谱目标导引系统（MTS）-

A，将一个EO/IR传感器、一个宽视野EO传感器以及一个激光测距/指示器和一个激光照明器

组合在一起。该装备由一个转塔（WRA-1）和一个电子单元（WRA-2）组成。系统工作波段

0.4～0.7μm（TV）、3～5μm（红外）；系统有两个电子变焦：2倍和4倍。

AN/AAS-44（V）组合型IR和激光测距传感器系统是一种高性能、多用途热成像传感

器，可提供远距离监视、目标获取、跟踪、测距以及为“地狱火”导弹和NATO激光制导武器进

行激光指示。系统由两个电子变焦：2倍和4倍。

基本型EO/IR子系统装备于“全球鹰”无人侦察机。该系统包括一部640×480 px的红外传

感器、一部商用柯达1024×1024px的CCD传感器和一部EO/IR接收机单元。工作波段为

0.55～0.8μm（可见光）、3.7～5μm（红外）；对地精度为20m圆概率误差（CEP）。“全球

鹰”一次任务中，可提供74000km2范围内的可见光/红外图像，具有宽地区搜索和定点搜索两

种主要工作方式。

CA-236行扫仪装备于“暗星”（Tier3）无人机。镜头焦距为915mm，探测器为12064px，

可实现0.6m的分辨率。具有宽地区搜索和定点搜索两种主要工作方式。

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AN/DAS-1多谱目标导引系统（MTS）-B是一种多用途EO/IR激光目标探测、测距和跟踪

设备。该传感器采用了最尖端的数字体系结构，具有远距离监视功能，可为“地狱火”空对地导

弹和所有的NATO激光制导弹药提供高空目标截获、跟踪、测距和激光指示功能。系统有两

个电子变焦：2倍和4倍。

“女妖凝视”广域机载监视（WAAS）吊舱或“戈尔贡凝视”（Gorgon Stare）的通用型光电传

感器吊舱，由5台光电静态照相机和4台红外照相机组成。每架飞机配有12个摄像机，能同

时提供12个视频图像，并将信息及时反馈给地面部队。第一批“增量1”吊舱能够提供10 路同

步的高空影像信号。随后第二批第三批是“增量2”吊舱，具备提供30路同步影像信号的能力，

最终将达到可提供多达65路同步影像信号的能力。

高光谱成像仪（H SI）及微型高光谱成像仪（MHIS）装备于“捕食者”无人机。在可见光

和近红外频谱部分（450～900nm）覆盖64个波长谱段，视场角为9.3°，在典型飞行高度3km

时分辨率为1m。2007年，美国空军向Headwall Photonics公司采购了一批微型高光谱成像仪

（MHIS），用于装载“捕食者”无人机。MHIS具有小于3.5nm的光谱分辨率，但其空间分辨率

不高，谱段范围包括可见近红外400～1000nm以及近红外900～1700nm。

（2）以色列

M O S P光电传感器装备于“苍鹭”（Heron） TP高空长航时无人侦察机。其组件包括

1.06μm激光指示器/测距仪的电视观测器、激光指示器/测距仪的前视红外观测器、前视视频红

外及两个电视摄像机，其中，CCD相机有14倍变焦和37倍变焦两种，前视红外可能是3～

5μm的面阵传感器，激光指示器的能量水平为80MJ，PRF为20Hz，光速散度为0.45mrad。

ES P-1H光电系统装备于“赫尔墨斯”（Hermes）450无人侦察机。有两个照相通道，一个

为带6倍变焦镜头（50～300mm）的高分辨率黑白或彩色CCD电视摄像机，另一个为16mm

焦距长度固定镜头的广角照相机。

FSP-1前视红外系统装备于“赫尔墨斯”（Hermes）450无人侦察机。高度为12～20km时，

可探测卡车目标；高度为4～5km时，可识别卡车目标。

DSP-1型监视系统装备于“侦察兵”无人侦察机和“搜索者”长航时无人侦察机。该系统携带

22.5倍变焦镜头的3～5μ焦平面阵探测器热成像仪和带20倍变焦镜头的高分辨率彩色CCD白

天型照相机。

ESP-600C型监视系统装备于“侦察兵”无人侦察机、“搜索者”长航时无人侦察机和“赫尔墨

斯”450无人侦察机。该系统为高分辨率、轻型、稳定的昼间侦察系统。携带两个高分辨率

（450线对）的标准彩色CCD相机，可在25km处探测到卡车大小的目标。

（3）欧洲国家

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德国KRb8/24F全景相机装备于庞巴迪CL-89无人侦察机。焦距为80mm，适合于低空和

中空侦察照相。分辨率为75线对/mm，每服覆盖的视场角为横跨轨迹143？，沿轨迹48？。

法国AA6.62“欧米亚”相机装备于“食雀鹰”（Epervier）无人机。使用75mm镜头，胶片长

度为7.5m。

英国MRT-S热成像系统，其不带转塔的改进型装备于“不死鸟”监视无人机。波段范围为

8～12μm。

合成孔径雷达成像侦察任务载荷发展现状

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种主动微波成像雷达，具有全天

候、全天时、高分辨率特性，已广泛应用于军事情报侦察、打击效果评估等领域，是对地观测

和军事侦察的最有效的手段之一。下面简要列举一些外军典型的无人机载SAR系统的发展现

状。

（1）美国

为了具备对战场全天时和全天候的侦察能力，美国几乎每款无人机都配备了合成孔径雷

达，覆盖了各种功能、性能和用途，在实战中发挥了巨大作用。

TESAR裝备于“捕食者”无人机，是一种高性能、轻型高分辨率监视雷达。后来的MQ-1

已不再装备该型雷达，而换装山猫多模式SAR——AN/APY-8（Lynx）。TESAR工作在Ku波

段，圆概率误差在25m之内。可提供两种模式，一种条带模式，覆盖范围400～800m；一种

点图模式，覆盖800m×800m或2400m×2400m。分辨率为0.3～1m。

HISAR是雷达系统公司研制开发，装备于空军“全球鹰”无人侦察机上。机上装有1.2m直

径天线，能穿透云雨等障碍物，连续监视运动中的目标。工作波段为X波段，该雷达获取的

条幅式侦察照片可精确到1m，定点侦察照片可精确到0.3m。在MTI模式时，最小可探测速度

为7.5km/h。

AN/APY-8（Lynx）（山猫多模式SAR）装备于“死神”无人机，是一部轻型、高性能、多

工作模式SAR。工作在Ku波段。条带模式时，分辨率为0.3～3m；点波束模式时，分辨率为

0.1～3m；GMTI模式时，最小可探测速度为11km/h。

Sandia-miniSAR（无人机mini-SAR）装备于“捕食者”无人机，可以进行精确制导和空间应

用。mini-SAR体积为常规雷达的1/4～1/5，工作在Ku波段（16.8GHz），后续扩展到Ka波段

和X波段。它的工作模式有：聚束、条带、GMTI和相干变化检测（CCD），最高分辨率可达

0.1m。

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TUAVR（战术无人机小型SAR）是诺格公司为美国陆军开发的项目，载荷重量仅为

25.8kg。工作在Ku波段，工作模式包括GMTI模式和SAR成像模式。GMTI模式下的分辨率

为0.3～0.9m，有效作用半径为15km。

NanoSAR（小型无人机SAR）是世界上最小的合成孔径雷达，由ImSAR公司研发，载荷

重量为0.9kg，NanoSAR系统的载机包括“扫描鹰”和E-BUSTER（BLACKLIGHT）小型无人

机。

（2）其他国家

EL/M-2055雷达是以色列无人机的一种新型战术侦察高性能SAR/GMTI雷达系统，装载

在无人机上，主要用于深入敌区进行侦察。其雷达图像的清晰度接近光学图像质量。

MiSAR是德国无人机小型调频连续波SAR，是一种调频连续波Ka波段（35mm）雷达系

统，重量仅3.95kg，可以装在0.01m3的任务载荷舱内。该系统能以条带模式覆盖500～1000m

幅宽的地带，分辨率为0.5m，还能以聚束模式详查特别感兴趣的区域。

SWORD是法国无人机一种全天时全天候空中侦察无人机使用的雷达系统，具有成像模式

和动目标显示模式（GMTI）。该系统由法国汤姆逊-CSF导弹电子公司（Thomson-CSF Missile

Electronics）和德国道尼尔（Dornier）联合研制。

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MiniSAR（SAR）由荷兰的TNO物理电子实验室开发研制，是荷兰小型无人机的一种很

有特色的小型合成孔径雷达，它体积小、质量轻、精度高，并具有对地面慢速动目标显示

（GMTI）能力，可用于环境监测和各种军事活动。工作在X波段，最高分辨率0.05m。

国外无人机信号侦察载荷的发展现状

在各种电子设备充斥的现代战场上，对敌方的指挥控制系统、通信系统以及雷达系统等的

侦察以获取相关的电子情报成为战争的重要任务之一。信号侦察载荷主要用于对通信、雷达、

测控等信号辐射源进行侦察、分析、识别、定位，主要由接收天线、接收机、信息处理单元组

成。目前，美国等各大军事强国都很重视将无人机应用于电子侦察。

美国

目前，美军“全球鹰”第20批次装备了诺斯罗普-格鲁门公司生产的LR-100电子情报系统

（重27kg，频率范围为2～18GHz）和BAE系统公司的Hyoerwide通信情报系统，并为第30

批次“全球鹰”无人机开发规模可变的机载信号情报和ASIP。ASIP项目的主承包商是诺格公

司。其目标是将一个高波段（ELINT）分析同与一个低波段（COMINT）分系统集成在一起。

ASIP高波段系统由诺格公司研制，低波段分系统的大部分由雷神公司供应。美国空军估计

ASIP约生产25套，需4亿美元。为使ASIP能安装于更多的平台，从2007财年开始，为“捕

食者”等任务载荷装载能力较低的平台发展称为ASIPLite（ASIP轻型）的型别。缩小版的

ASIP-1C和ASIP-2C安装在机体较小的“死神”和“影子200”无人机上。

美国陆军的战术SIGINT任务载荷（TSP）是另一个即将投产的项目。TSP的目标是发展

一种无人机SIGINT任务载荷，使它能够提供近实时情报，支持“未来战斗系统”（FCS）。TSP

系统基于BAE公司的商用货架硬件以及该公司的“钻石”软件结构。美国陆军打算将TSP用于

FCS的第4级无人机。TSP作为规模可调的系统，其应用除了“火力侦察兵”无人机外，美国陆

军已选择“捕食者”的另一种型别“勇士”以及经缩减体积和功能装载“影子200”这类小型无人

机。

英国

英国Roke Manor研究所开发的Modular ESM就可作为小型无人机装备的信号情报传感

器。该装置设计成可以单机装备和多机分散装备。Modular ESM按接收方式不同，可分为A型

（直接检波接收式）和B型（扫描超外差方式）两种类型。电波发射源方位的探测是利用多部

Modular ESM同步工作，对所接收的数据进行处理。接受数据的处理方面，首先由无人机发送

到地面站，由地面站进行实时分析。另外，在无人机上记录的数据也可在返回地面后进行分析

处理。

无人机侦察载荷的发展趋势

光电成像侦察载荷的发展趋势

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（1）向通用型、模块化发展

无人机侦察系统具有重量轻、结构简单、价格便宜、使用安全方便、战场生存能力强等优

点，是目前国外军事侦察装备发展的重点之一。未来，各种不同类型的航空侦察设备可以组合

在一起使用，并且可挂装在各类无人机平台上。

（2）前视红外技术迅速发展

前视红外工作在3～5μm中波红外波段，比8～14μm长波红外波段具有更强的湿热气候穿

透能力，这一优点使得近年来锑化铟及硅化铂等3～5μm中波红外凝视焦平面阵列成像红外探

测器得以迅速发展和应用。目前，已发展到第四代前视红外技术，可以覆盖整个可见光波段和

近、中、远红外波段。可为飞机提供100多千米的红外搜索跟踪能力。第四代前视红外系统准

备用于“全球鹰”无人机的红外搜索与跟踪系统。

（3）电视摄像机分辨率提高，且不断小型化

电荷耦合器件电视摄像机的像素阵列正在不断精化，产生高分辨率，足以在近距离探测和

识别出装甲车。如果说前视红外在追求接近电视摄像机的图像质量，那么电荷耦合器件电视摄

像机则更一步追求光学照相机的图像质量。

（4）发展多光谱和超光谱探测器

未来的机载成像光谱仪可以在几十个甚至几百个波段成像，而不仅仅只进行双波段探测。

这类“超光谱”摄像机已出现多年，但由于缺乏稳定的性能，且性能不足以满足要求，还无法应

用于军事侦察。随着光谱成像技术的发展和传感器的不断研发，高空间分辨率和高光谱分辨率

是光谱成像技术发展的必然趋势；无人机平台载重能力较有人机有限，所以任务载荷多为小

型、综合手段，所以小型化的要求更为突出；同时，为了更高效、更好地对光谱图像加以利

用，必须进行图像融合和多手段相结合。美国将第一代机载超光谱传感器系统安装在“捕食者”

和“先驱”无人机上，第二代可见光超光谱传感器正处在研制的最后阶段，一旦成功，将成为未

来无人机侦察监视的重要手段之一。

SAR成像侦察载荷的发展趋势

未来军事作战要求雷达传感器要有在广阔区域内建立近实时态势感知的能力，要能同时对

多个目标进行监视、跟踪和分类。这就需要进一步拓展无人机载SAR的能力来满足未来任务

要求。

（1）向多波段、多极化、多波束、多模式、高分辨率和宽测绘带方向发展

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进一步提高分辨率、目标识别和实时成像能力，实现同时监视、跟踪、分类识别，实现对

战场进行连续、及时和清晰地监视，提供更详细信息，具备更高效率的战术战场侦察能力及情

报处理能力。

（2）向小型化方向发展

近年来，小型、微型无人机发展很快，无形中推动了小型化SAR侦察设备的发展。通用

原子公司改进后的APY-8 仅重39kg，桑地亚公司的MiniSAR仅重14kg，其分辨率均达到了

0.1m。

（3）UHF/VHF SAR、激光SAR将得到进一步发展

UHF/VHF SAR具有树叶穿透能力，可用于發现隐藏在树林中或用树叶伪装的军事目标。

激光SAR具有波长短、分辨率高的优点，不但可以探测到簇叶下的目标，还可以对目标进行

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分类，采集三维数据，如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强度，并将数据以图像的形式显

示，获得辐射几何分布图像、距离选通图像、速度图像等，为地面部队提供实施交战所需的精

确目标信息，有潜力成为重要的侦察手段。美国陆军和国防高级研究计划局联合投资，启动了

“线锯”激光雷达计划，目标是发展一种无人机载的小型三维成像激光雷达。

信号侦察载荷发展趋势

机载信号侦察载荷将重点提升全频段、全方位、远距离侦收能力。随着接收天线向更高效

率、综合孔径、智能共形发展，接收机向大带宽、高灵敏度、大动态发展，信息处理向高速、

大容量、智能化方向发展，信号侦察能力将进一步提升。信号侦察载荷主要向两个方向发展：

对于大中型平台，侦察载荷采用高效率天线、高灵敏度宽带大动态接收、智能化处理技术，设

备形态向模块化、通用化、标准化方向发展，以获取更好的侦察效能；对于中小型平台，侦察

载荷采用小型低功耗轻量化技术，设备形态向综合集成一体化、小型化方向发展。

（责任编辑：刘玲蕊）