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摘要：无人驾驶飞机可以在军用以及民用领域逐渐扩大其使用范围，无人机的应用为各行各业的发展带来了一定程度的便利，国家也在不断下达鼓励政策扩大对无人机的应用。相比于发达国家，我国对于无人机的应用还处于起步阶段，在发展的过程不断提升对其飞行控制与管理的探究以求加深其应用程度显得尤为重要。本文首先对无人机系统进行简要概述；其次，对无人机系统功能进行了综合分析；最后，针对无人机控制管理方式进行具体分析。
关键词：多波束；透镜；相控阵；无人机
引言
无人机用于电子战是军用无人机应用领域的一个重要分支，已越来越引起人们的关注。但由于相控阵雷达特别是有源相控阵雷达的广泛使用，无人机面临着新的威胁，这就对无人机电子战设备提出了更高的要求，比如要具有瞬时宽空域截获能力、足够宽的瞬时接收频带、更高的灵敏度（提高１０ｄＢ以上）、更高的干扰功率以及更强的多目标干扰能力。多波束技术对相控阵雷达具有较好的适应能力，能较好地满足以上要求。
1无人机应用概述
无人机的发展在近年来逐渐被广泛应用于各个领域之中，导航、拍摄、智能控制技术是无人机应用的最主要的技术，无人机在2018年被世界海关组织协调制度委员会定义为“会飞的照相机”。在应用的过程中与载人飞机相比具有应用方便、时效性强、成本投入低等特点，对未来的无人驾驶飞机以及空军领域的发展具有重要的意义。无人机系统在应用的过程中涉及的因素较多，主要有高度、速度、稳定度、遥感指令控制、发动机的运行故障检测等多项任务，且需要对其进行系统管理。在无人机系统的应用中，需要进行严密的检查与流程规划，其工作流程如图1所示。由开始界面进入任务监控系统，实现航拍任务的快速分档，在这一部分要检查无人机的GPS系统、罗盘、空速以及俯仰翻滚的状态是否良好；同时进行飞行任务的规划，规定无人机的飞行区域、导航以及拍摄任务等具体任务；投入飞行的过程中要对飞机的方位、速度、电池电压等多种形式进行监控，保障任务完成的完整性与无人机应用的安全性；最后，将无人机内的航拍影像导出并对所需要的影像进行拼接。
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2无人机系统功能
2.1无人机飞行控制功能
无人机飞行控制与管理系统的组成如图2所示。其中“传感器子系统”中有无人机的GPS配置以及导航设备，“伺服作动子系统”主要是对飞行的机翼、升降、方向和发动机等进行运行控制，“地面操控与显示终端”是对其进行遥控感知的最主要的系统，通过测控数据链路与无人机的核心系统控制与管理计算机相连，承担无人机的所有信息数据的收集和处理工作。无人机的飞行控制的功能主要是对其运动状态进行综合控制，即对无人机的飞行高度、飞行速度、飞行角度进行综合的飞行控制。无人机属于遥感操控，与载人飞机相比其可控性较为不稳定，因此，在其飞行控制的过程中更需要注重度遥感与空间轨道预设的保障，以保障其运行的安全性与准确性。
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2.2无人机设备管理功能
无人机的设备管理功能的主要任务是运用电子信息系统进行设备的有效管理，将其飞行控制与管理功能进行综合化统一协调管控，加强无人机设备的正常运转功能，提升其运行的工作效率与安全性。自动监控系统，在飞行的过程中可以进行故障检测，能够保障其安全运行。设备管理功能是以人为主导，充分运用计算机网络技术，对无人机进行数据的收集、传输、加工、储存、更新以及维护等工作，加强人机交互的应用程度。目前来说，无人机设备管理功能最主要的是对测控数据链路进行遥感控制，加深遥控与无人机自主控制的协调程度，提升应用的智能化程度，推进无人机系统应用与AI智能系统加速创新融合。
3多波束的适应能力
3.1多波束对相控阵雷达信号适应能力
3.1.1空域截获能力
多波束天线阵具有宽的视场角，可同时产生多个波束覆盖威胁空域，如方位±４５°的范围。只要相控阵雷达在该视场范围内，不管它如何灵活地扫描，都可以被侦收，如图3所示。这大大提高了对相控雷达信号的截获能力，解决了一般窄波束电子战系统对相控阵雷达信号的接收难题。
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3.1.2带宽适应能力
透镜采用实延时技术，无色散，不会出现普通相控阵干扰机中波束指向和频率耦合的现象，波束指向带宽达数吉赫兹。对于常见的２～６ＧＨｚ、６～１８ＧＨｚ这样宽的频率范围，波束指向不随频率变化，可适应相控阵雷达中的频率捷变、掩护脉冲的信号形式和宽带脉内调制。如，机载ＡＥＳＡ雷达在４ＧＨｚ频率范围内捷变时，多波束干扰机的波束仍可有效接收。
3.1.3高灵敏度接收能力
多波束天线阵每一波束都具有天线阵全部孔径增益的能力。多波束接收天线增益相对于相同覆盖空域的宽波束接收天线可提高１５ｄＢ左右。这大大提高的系统灵敏度，对采用功率管理的相控阵雷达信号有较强的适应能力。如果在直线阵和透镜阵元口之间增加相位一致性低噪声放大器，可进一步提高多波束接收系统的灵敏度。
3.2无人机上多波束的设计
3.2.1多波束天线的布局和透镜设计
对于自卫干扰和随队支援干扰来说，威胁主要来自无人机的前、后方向。接收多波束阵和发射多波束阵可以分别布置于无人机机身两侧。并尽量利用机身的遮挡，提高收发天线之间的隔离，实现收发同时工作。对于远距离支援干扰来说，由于威胁目标位于无人机机身侧面，接收多波束阵和发射多波束阵应布置于无人机机身的同一侧。多波束透镜设计方面，虽然形成多波束的原理相同，但对于发射多波束和接收多波束的设计准则却有所差别。对于发射多波束，阵列的边缘激励电平应尽可能高，以提高阵列的口径利用系数，得到更大的阵列增益。并且，相邻波束交点绝对电平应尽量高一些，以减小在相邻波束交界处增益的损失；对于接收多波束，则降低阵列的边缘照射电平，以得到低副瓣的阵列特性。同时，全频段范围内波束宽度应相对恒定，天线波束交点设计为－３ｄＢ左右，这样既有较高的灵敏度又有良好的比幅测向精度。
3.2.2引导方式
为简化设备，同时提高反应速度，多波束发射阵和多波束接收阵可采用相同的阵列，波束设计为一一对应。接收波束直接引导发射波束，引导更加简单、快速。接收阵某个波束接收到信号，就从发射阵相应的波束发射干扰信号，无需像一般的干扰系统先通过测向确定目标方位，才能引导干扰波束指向该方位。同时，该方式可利用多波束接收阵增益高的特点，提高系统灵敏度，以实现对包括有源相控阵雷达功率管理模式在内的低截获（ＬＰＩ）信号的接收。
结语
本文介绍了多波束技术的特点及其对现代电磁威胁环境的适应能力。作为一种先进的干扰技术，其在无人机平台上的发展将对电子战无人机起极积的推动作用。
参考文献
[1]刘煜志．微带Ｒｏｔｍａ透镜的分析与改进设计［Ｊ］．电讯技
术，２０１２，５２（１０）：１６５２－１６５７．
[2]王雅超.无人机飞行控制与管理[J].设备管理与维修，2018（24）：31-33.
论文作者:沈永春 闫宁
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/25
标签：波束论文; 无人机论文; 相控阵论文; 系统论文; 干扰论文; 天线论文; 透镜论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;