無人靶機及其自主控制技術發展

靶機是一種用於模擬空中機動目標的軍用飛行器，在對空武器的研製、檢驗及部隊的戰訓等方面具有非常重要的作用。經過近半個世紀的發展，中國已研製開發了覆蓋低空、低速到高空、高速的各型靶機，在靶機總體及其飛行控制技術等領域取得了顯著的進步。本文系統回顧了無人靶機及其控制技術的發展歷程，深入分析了靶機的類型、自主控制的主要內容，並對新一代靶機總體及飛行控制的發展趨勢進行展望。

靶機是一種特殊的有動力無人航空器，作為空中機動目標模擬器用於檢驗對空武器系統的戰術、技術性能及作戰部隊的訓練與演習。多年來，世界各國作戰飛機自身飛行性能、機載武器、航空電子設備、電子或紅外干擾設備不斷在發展，技術性能日趨先進，廣泛採用了雷達或紅外隱身措施，使對空武器系統打擊這些目標更加困難。因此，為評估對空武器系統對於空中目標的打擊效果，開展近炸引信和各種殺傷效果的專項試驗，需要具有能夠反應目標運動與光電特性的空中機動靶目標。由此可見，靶機在對空武器的研製、生產和檢驗過程中具有極其重要的作用。一個國家的靶機水平也間接反映了其對空武器系統的綜合性能，靶機從根本上決定了對空武器裝備的最終作戰效能。

現代靶機的歷史與發展

無人靶機的發展歷史

靶機是無人機最早的應用領域，英、美等西方國家早在1922年就開始研製靶機，是靶機技術水平最高也是產量最大的地區。伴隨著航空技術的飛躍式發展，靶機已成為軍用航空器的重要組成，從低速靶機、亞音速靶機到超音速、旋翼靶機和實體靶機種類齊全。如圖1所示，靶機的分類按巡航靶機、旋翼靶機和實體靶機，其中巡航靶機又按低速靶機、亞音速靶機和超音速靶機分類。

圖1靶機的分類

低速靶機（圖2）是最早發展的靶機，美國的典型產品MQM33/36是世界上服役時間最長的靶機，於1945年7月首飛，先後為至少25個國家生產了73000架，用作多種口徑高射炮以及各種地空導彈的靶標。該型靶機採用上單翼機布局，機翼無上反角，安裝角在翼根為1°而翼尖為-2°，無方向舵和起落架。動力裝置為1台67.1kW的四缸兩衝程發動機，雙葉定距木質螺旋槳。機長（不含助推器）3.85m，翼展3.5m，空重122.5kg，最大發射重量181kg，最大平飛速度（海平面至915m高度）100m/s，實用升限3050m，平均續航時間52min。

圖2低速靶機

中國從20世紀60年代開始研製低速靶機，典型產品為西北工業大學研製的B-2型和B-7型靶機。原總參謀部第六十研究所研製生產的II-70型靶機被廣泛應用於中國對空武器的性能評估及作戰部隊訓練，是生產時間最長、產量最大的靶機。

低速靶機飛行速度主要特徵是飛行速度在100m/s以下，採用活塞式發動機，可以在6000m以下高度飛行。圖2.3（c）為中國研製生產的LHB430C型低速靶機，翼展6.2m，機長4.75m，飛行高度達6000m，具備高原起降能力，能夠搭載50kg負載以50~60m/s速度飛行，滿足國內各種對空武器的靶試和戰訓的需要。

亞音速靶機（圖3）常作為導彈的測試和評估的空中機動目標，是需求量最大的一種靶機。美國的典型產品BQM-74「石雞」（Chukar）於1965年開發，在全球多國生產，產量已超過10萬架，至今仍在服役。「石雞」靶機採用可拆卸的梯形上單翼，圓截面的流線型機身，其下方有發動機進氣道，倒Y型尾翼，帶30°下反角的水平安定面。動力裝置為1台推力為1070N的WR24-8渦噴發動機，機身3.95m，翼展1.75m，空重133kg，最大起飛重量270kg，最大平飛速度953km/h，升限12200m，續航時間78min，能夠滿足防空火炮、地空和空空導彈訓練及武器系統評估的需求。

圖3亞音速靶機

國內與美國BQM-74型靶機性能相近的產品有II-150型靶機和HB170B靶機，均採用小型渦噴發動機作為動力裝置，配置雙通道數字式飛控，能攜帶典型的目標增強器和誘餌彈，是國內的戰訓和科研重點產品。HB170B靶機採用雙渦噴發動機為推進動力，翼展1.8m，機長4.0m，最大任務載荷25kg，最大起飛重量150kg，飛行速度大於170m/s，飛行高度6000m，具有最大4g的橫向過載能力。

為模擬第二代戰機高亞音速飛行的特性，美國研製世界上首架用於面空武器戰術訓練以及性能測試的「火蜂」I型靶機（FirebeeIBMQ-34，圖4（a））。該型靶機依據美國陸軍、海軍和空軍聯合計劃而研製，由特里達因瑞安航空科技公司和富士重工業株式會社生產，由空中或地面發射。北大西洋公約組織用其進行導彈測試和評估等項目，此外，「火蜂」I型靶機還被改造成面空武器使用，服役於美國空軍。「火蜂」I型採用中單翼機，雙翼梁矩形機翼布局，機翼有45°後掠角，無上反角和安裝角；後掠尾翼（垂直尾翼後掠角48°，水平尾翼後掠角45°）；尾椎下面有一個腹鰭；錐形機身，機身中段下面有抗震龍骨。機身6.98m，翼展3.93m，空重680kg，最大起飛重量可達1134kg，最大平飛速度1111km/h，使用高度5~18920m，最大續航時間115min。

圖4高亞音速大型靶機

中國的高亞音速靶機由趙煦院士團隊於20世紀60年代首次研發成功，後由南京航空航天大學發展和生產的長空系列靶機（圖4（b）），其採用渦噴-6發動機，具有飛行包線寬機動能力強的特點，是中國典型的大型高亞音速靶機，至今已生產數百架。長空系列靶機已廣泛應用在國內各類中高空導彈的評估和試驗中，為國防武器的發展做出了巨大貢獻。

超音速靶機（圖5）大多採用火箭或衝壓發動機為動力，美國的典型產品GQM-163A「郊狼」（Coyote）是海軍研製的一種超音速掠海飛行靶機，用於模擬超音速掠海飛行的反艦巡航導彈。「郊狼」為兩級圓柱形機體，前段為主發動機段，安裝涵道式火箭/衝壓發動機，後段為一個MK70Mod1標準導彈助推器，具有一個NSROC1型尾翼，總長9.56m，其中主發動機段5.62m，助推器段3.94m；最大飛行速度在發射後6s為Ma2.8，發射後20s為Ma2.5，發射後122s為Ma2.2；使用高度在發射後6s為213m，發射後20s為5m，發射後122s為4m；以Ma2.5巡航期間航程為66.7km，以Ma2.2飛行末端為20.4km。大陸S-400型超音速無人靶機採用兩級固體火箭作為發射助推和和巡航動力，最大飛行速度Ma1.2，具有定高、定向、支線飛行，以及遙控遙測功能。

圖5超音速靶機

美國的實體靶機QF-4始於20世紀70年代，利用美國軍方不再使用的F-4「鬼怪」戰鬥機為美國空軍和海軍改裝成的高速全尺寸靶機，是雙發噴氣、下單翼布局，動力裝置為2台推力為48.5kN的J79-GE-8渦噴發動機（開後加力時推力可達75.6kN）。機長19.2m，翼展11.77m，空重13757kg，最大起飛重量28030kg，最大平飛速度2389km/h，實用升限16575m。

QF-16（圖6（a））是美國軍方改造的另一系列全尺寸高速靶機，F-16「戰隼」一直被視為QF-4系列靶機的後繼機型。2013年QF-16完成了首次自主飛行，最大飛行速度達到Ma1.47。它採用單發噴氣式單翼布局，半硬殼式機身採用翼身融合形式與機翼相連，提高了升阻比並增加了剛度，開裂式減速板位於平尾內側的尾撐後端。F-16A採用1台推力為100.5kN的渦扇發動機，F16-C採用1台推力為105.7kN的渦扇發動機。機長15.09m，翼展9.45m，空重7070kg，最大起飛重量10800kg，實用升限15240m。

圖6實體靶機

20世紀80年代，趙煦院士團隊研製成功由殲5戰機改裝的靶五實體靶機，至20世紀90年代又成功完成殲七飛機改裝完成的靶七型靶機，最大馬赫數可達M2.05，首次實現了由航空動力推進的超音速靶機，填補了中國超音速靶機的空白。隨後又成功將退役的殲6飛機改裝為靶六型靶機，在中國先進對空武器系統的科研和評估中起到巨大作用。

旋翼靶機（圖7）是用於對武裝直升機專門研製的空空和地空戰術導彈的測試靶機，20世紀80年代美國波音公司研製（Mi-4UM），可以高度逼真地模擬來襲攻擊直升機，對地對空武器進行訓練和評估。採用俄羅斯米格24D「雌鹿」直升機的半尺寸模型，機長8.32m，寬1.12m，旋翼直徑6.6m，最大發射重量170kg，最大任務載荷重量55kg，最大平飛速度215km/h。國內同類產品是由南京航空航天大學與上海雛鷹科技有限公司合作研製的LE110直升機靶機，起飛重量300kg，旋翼直徑5.98m，機長5.78m，於2005年投入某新型導彈的科研靶試應用。

圖7旋翼靶機

靶機控制的現狀和發展目標

如今國際軍事航空工業已進入由第三代戰鬥機向第四代戰鬥機過渡的階段，中國也已進入了四代戰機的部署與列裝階段，為檢驗第四代戰鬥機的作戰性能，為第四代戰鬥機對空武器系統的試驗鑒定和裝備部隊後的軍事訓練提供保障，為地面防空部隊防禦第四代戰鬥機的導彈提供目標，開展研製模擬第四代戰鬥機的高速、大機動性和高隱身性的靶機顯得非常重要。相對於四代戰機配套武器的先進靶機研製已成為無人機領域中迫切需要發展的目標。

靶機有兩大作用，一是新型對空武器的檢驗標準，二是戰訓的假想目標，相比與戰訓靶機而言，用於對空武器檢驗和評估的靶機具有更高性能要求，即必須能夠模擬四代戰機的基本飛行特徵。四代戰機的基本特徵是：高隱身目標（雷達散射截面積RadarCrossSection,RCS<0.02m2）、大機動過載（橫向過載8g並持續30s）、超音速飛行（M1.2~M1.7）。為了體現現代戰鬥機的空中防禦能力，靶機還需攜帶相應的任務裝置，使之具有紅外和雷達的對抗能力，用於模擬戰機在受導彈攻擊時能夠採用對抗行動。

體現四代戰機基本性能和抗干擾能力的靶機主要性能和特徵如下。

1）小RCS目標特性，前向±30°雷達反射面小於0.01m2。

2）大機動飛行特徵，要求水平過載8g持續40s，或10g過載持續10s。

3）高空高速飛行，要求飛行高度大於18000m，速度M1.2~M2。

4）目標增強器和抗干擾設備攜帶能力，25～50kg任務設備。

5）低研製和產生成本。

對空武器系統性能包絡面很寬，不是採用一個彈道就可以全面考核性能，通常需要設置10條以上的典型彈道來檢驗導彈性能，因此以四代戰機的模擬目標特性為牽引，按不同的導彈攻擊彈道和靶試科目針對性來設計和研製先進靶機。

先進靶機及控制的發展目標如下。

1）採用先進的氣動隱身一體化布局，或直接採用先進戰機的縮比設計，減小靶機的RCS面積。顯然採用大尺寸的實體靶機不僅隱身設計很困難，其工程實現上也有很大的代價。採用減小靶機幾何尺寸的方案顯然是減小RCS的最直接和最便捷措施，但靶機尺寸的減小會使靶機的攜帶紅外和電磁干擾彈的能力下降。因此，在適當減小無人機外形尺寸前提下，綜合氣動隱身一體化設計與吸波塗層技術，實現具有足夠任務攜帶能力的無人機是新一代小RCS靶機的一種有效措施。

2）對於高速靶機而言，採用高推重比的渦噴發動機是提高靶機的速度有效方法，但高端的高增壓比大推力發動機不僅使靶機的尺寸增加，研製成本隨之也大幅度增加。實際上靶機並不需要長時間超音速巡航飛行，只需在進入靶道後有限的時間內超音速飛行，因此採用機-彈結合方案是較好的選擇，即靶機以較小的航空動力飛行進入靶道，再啟動火箭動力作為加力推進，使靶機達到超音速狀態飛行一段有限時間（十幾秒至幾十秒鐘）。

目前大機動靶機一是採用航空動力，二是採用火箭動力，無論採用哪種動力方案，不採用矢量推進技術很難達到持續過載的要求。對於國內經典的大機動靶機長空靶機而言，其動力餘量是很大的，幾乎達到1∶1的推重比，其水平過載能力還未達到6g。顯然依靠舵面控制的操縱能力尚不能滿足飛行控制的要求，長時間大坡度過載的飛行將會明顯損失靶機飛行高度。有效的技術措施之一是在常規靶機基礎上，應用矢量推進技術來實現靶機的直接力和力矩控制，這不僅可實現靶機較長時間的大機動飛行，而且在可行性和經濟上都是理想的。

3）靶機還需要裝備有與目標戰鬥機相似的目標特徵模擬器和對抗導彈的各種干擾裝置，因此靶機能裝載足夠重量和尺寸的任務設備。一般載荷能力必須在25～50kg。

4）靶機的飛行保障也是靶機的重要內容，靶機大多在野外靶場使用，地面保障應儘可能簡便，大多場合要求靶機能零長發射、1h的快速陣地布置和20min內快速撤收。

靶機的回收是降低靶機使用費用的重要因素，在科研或戰訓中常有非實彈發射過程的演練和測試飛行，靶機應能多次使用，並保持較低的單次使用費用。傘降氣襄回收是最常見的靶機回收方式。零長發射和定點傘降+氣襄回收更便於靶機的外場使用。

5）為適應多機編隊和協同任務的靶試也將成為科研和戰訓的內容，採用一站多機的測控鏈路裝置將有利於靶機的集群供靶的需要。

6）無論何種靶機，其低成本研製要求都十分明確，國際上通常一枚新型導彈研製從設計到定型過程至少需要40~50次空中靶試，多達十幾個靶試科目，因此發展中國的靶機需從多方面著手，不能按照四代戰機的要求去研製靶機，不僅技術實現難度大，而且研製經費昂貴，即使研製成功也因生產費用昂貴而難以大量使用。對於戰訓靶機而言，武器系統的典型彈道和敵機的典型特徵是對靶機的基本要求，這種靶機不追求武器系統的邊界指標和性能，主要用於對武器系統的操縱和發射過程的演練，並具有一定的戰訓效果為宜，重要的還是靶機大量生產後能降低成本，以適應戰訓需求。

無人靶機的自主控制

靶機是一種無人機，靶機的自動控制和自主控制很大程度體現靶機的性能和品質。靶機作為一類特定的無人航空飛行器，在氣動結構方面以常規布局的構形為主，在控制方面則與常規無人機控制模式大致相同。當靶機配置適當的動力裝置，搭載各類任務設備，具備遠程遙控飛行和預設航跡自主飛行，並在規定時刻準確啟動目標增強器和各類干擾源，即可完成靶試任務。靶機作為無人機還要求必須有較高的可靠性，能在惡劣條件下起飛，在複雜的電磁環境和地形環境中飛行，完成各種各樣的科研和戰訓供靶任務。

早期的靶機採用模擬電子電路實現對靶機的姿態控制，通過遠程遙控指令，由地面操縱員發送指令來控制靶機的高度和航線飛行。如今隨著計算機技術的發展，所有靶機均已採用計算機數字控制，因此從靶機的控制而言不僅由數字控制帶來了控制邏輯複雜度的提高，還將不斷引入智能技術大大增強靶機的自主能力。

按照靶機的使用要求，靶機控制的基本內容如下。

1）對常規布局靶機的控制策略通常按常規飛行控制策略來設計，需設置的基本控制迴路包括增穩迴路、姿態迴路、定向迴路、定高迴路、航跡迴路等，以實現各種模態下的可靠飛行，其中航跡控制包括靶機的出航、靶道巡航和返航等航線自主飛行控制，使靶機能從起飛點以最短航線進入靶道，並能根據空勤指揮的指令在靶道多次進入和即時退出，具備多次重複進入靶道的功能，在完成靶試任務或訓練任務後，靶機可以按預設航線安全返航並回收。

2）靶機控制目的是提高靶機的穩定性和操縱性，改善靶機的飛行品質，靶機控制以經典控制理論為基礎，由系統給定指令值與實際輸出狀態值之差構成偏差，並基於偏差通過比例（P）、積分（I）、微分（D）3個基本校正環節以及濾波器和陷波器等產生成操縱控制量，實現對靶機運動模態的穩定化控制和迴路品質的調節。雖然有大量文獻採用各類先進和複雜控制規律對無人機的飛行控制進行驗證，但以理論推導和數字模擬驗證為多，投放實用的很少，因此僅從靶機的基本控制而言，採用經典控制理論的線性控制規律仍有很大應用，在全飛行包線中的控制參數則多採用增益表來實現變參數控制。實踐證明這些方法是行之有效的。

3）從可靠性而言，靶機控制需包括故障識別和特情處置邏輯，當發生局部部件或感測器故障時能及時判斷和正確處置，保證完成飛行任務，最低限度也要保證靶機的安全。靶機可配置必要的冗餘結構來提高靶機的任務可靠度指標。

4）靶機具有必要的任務設備控制功能，即能按航路和觸發邏輯啟動紅外目標模擬器和各種雷達、紅外干擾設備，尤其是干擾的投放控制需與導彈的發射時刻保持同步，以規範靶試科目的評判標準。

5）對於多機協同和編隊飛行，也是靶機自主控制的基本要求，即當需要靶機編隊飛行時，要考慮多機的集結和編隊飛行策略與協同控制。

綜上考慮，靶機自主飛行控制等級應接近5級，即靶機的飛控系統具備全部自動控制功能、自主航線控制功能、故障診斷和處理功能、控制系統重構功能、機上航線重規劃功能和多機自主協同編隊飛行功能。

因此，靶機的控制技術體現在全自動控制、適應靶試科目的自主航線控制、任務設備的即時控制、密集編隊和協同任務控制幾個方面。

靶機的全自動控制

靶機自動控制不僅指一般意義上的姿態穩定控制，更重要的是指在儘可能低的成本代價上能保證靶機可靠飛行的控制效能。

1）增穩和姿態控制。對於常規固定翼靶機而言，其基本控制迴路是增穩迴路和姿態迴路，即靶機能實現縱向和橫向的姿態穩定和姿態保持，通過遙控指令可以使靶機爬升、平飛、下滑、直飛、左轉和右轉飛行。增穩迴路在靶機上體現的是角速率陀螺構成的閉環阻尼迴路，通過角速率陀螺增加靶機的固有阻尼係數，從而使二個通道的姿態閉環易於實現。靶機不過於關注轉彎時的側滑角，因而很少使用方向舵與副翼舵共同完成的協調控制方式，有的靶機採用雙V型尾舵而沒有設置方向舵，更是不便於構成協調轉彎的控制迴路。在角速率閉環迴路中多採用比例控制規律，為了提升控制的穩定性在該迴路很少採用積分控制。姿態迴路則以比例控制為主，輔助有限幅的慢積分控制，以減小姿態控制誤差和超調。雖然有很多文獻對無人機的姿態控制提出多種先進控制規律，包括自適應控制或其他複雜控制，但作為靶機而言雖然也有大的飛行包線和建模的誤差存在，採用線性控制規律的阻尼迴路和姿態迴路仍是目前靶機的主要控制方式。

2）故障診斷和系統重構。靶機的先進性還體現在使用過程中的高可靠性，環境複雜、指揮操縱錯誤及靶機自身器件故障等因素均可能導致飛行任務失敗，因此靶機需要具備一定的故障診斷與重構能力以提高任務的魯棒性。從研製和生產成本角度，並不希望靶機具有很大的任務余度，即不能按一般無人機那樣採用多餘度備份的方式提高其任務可靠度，但仍要從不增加明顯成本的角度實現其任務可靠性。靶機安全的要求一是保證自身的安全，最壞情況也要保證靶機能安全回收，二是要保證足夠高的任務可靠度，即其任務可靠度應在94%以上。為了達到94%的任務可靠度，靶機需要有一定的故障診斷和系統重構功能，其體現在：關鍵低成本的器件如全球定位系統（GlobalPositionSystem，GPS）或北斗導航定位接受器可採用雙備份構型，而對陀螺或慣導裝置等則只採用單件配置，對於執行機構也是以單通道部件為主，局部採用備份迴路的方式提高系統重構邏輯，如當副翼舵出現故障時可將升降舵改為差動升降舵模式來代替副翼舵功能，實現系統重構的實現。靶機的飛控計算機可以採用雙機熱備份方案，即當其中某一模塊出現故障時，另一熱備份的模塊即時投入運行，保證飛行安全。當靶機出現機上不可控故障時，需對靶機進行應急處置，包括採用應急回收等措施。總之，靶機不能過度強調其高可靠性而過大地提升了研製和生產成本，靶機的故障診斷和重構邏輯應保持在一定的適用程度。

3）發動機及其推力變向控制。發動機控制是靶機中的重要內容之一，靶機配置的發動機一般也配置有發動機的電子控制單元（electroniccontrolunit，ECU），可以直接實現對靶機發動機的控制。在現代靶機控制中，飛行推進一體化控制已成為可行的方案，並具有很好的效果。特別在推力變向控制中，將發動機的ECU單元與飛控計算機融合在一體能極大地方便飛行推進一體化控制。受靶機飛行任務的限制，發動機並不需要頻繁地改變狀態，只有在編隊或協同任務時發動機狀態調整才變得十分必要。因此將發動機控制的策略與飛控策略組合設計和考慮是現代靶機的重要研究內容。

實現大坡度的橫向大機動飛行，靶機僅靠氣動舵的功效已難實現。靶機的矢量推進和推力變向對提升靶機的橫向機動性有著明顯的作用。一般採用氣動舵面的靶機橫向機動過載在3g~4g，達到6g時高度將很難保持，為了實現大於8g的橫向過載，將發動機的噴口推力線在360°範圍內轉動，以適應推力與靶機保持坡度和高度的需要。

4）安保控制。靶機一般在靶場內飛行，對超出靶場的安全區域需要有嚴格的限定，即靶機正常飛行時不應越過安全邊界，但當靶機受傷或部件失效時會出現失控和失聯等現象，尤其在沿海靶場，失控的靶機有可能飛入其他國家的領空或領海。就安全飛行區域保護而言，靶機上需設置特殊的安保裝置，在出現越界飛行時應及時啟動，緊急回收或迫降靶機，甚至採取措施墜毀靶機。安保控制裝置採用單獨的GPS或北斗導航定位接收器，通過安保邊界紅線識別程序在靶機飛出警介和控制區域時發出告警信號，當靶機飛出限制邊界時啟動墜毀程序。

靶試航線的自主控制

靶試航線的自主控制是指靶機能按照靶試科目自動設置飛行航線並按航線要求完成直線飛行、等彎道轉向飛行和沿設定的任意機動航線飛行。完成要求科目航線飛行中不僅能保持較小的航偏距，而且重要的是在任何干擾條件如大側風條件下保證飛行航跡的準確性和飛行的安全性。靶機的航線設置一般分為3個航段，一是出航航段，即靶機從起飛點以儘可能短的距離到達靶道的進入點，隨後靶機進入靶道巡航航段。在靶道巡航航段，靶機有可能是直線飛行，也有可能沿靶道的一弧段飛行，當靶機到達退出點後，靶機應轉入另一側再進入航段，或聽令返航。從靶道的退出點再次到達進入點的過程擬按典型的四彎航線飛行。另外靶機還具備有任意機動航線的設置和飛行能力，能執行複雜航線的機動飛行。當靶機完成靶試任務或測試任務後，如靶機沒有被擊中，靶機可進入返航的航段，到達預定回收點按指令回收。靶機的自主航線控制還包括靶機在空中出現故障後的應急回收航線，即靶機進入安全區域回收或墜毀。

靶機的各航段和航點均可預先裝訂，航線和航點通常在起飛前完成裝訂，根據任務要求以一條航線為主，同時多裝訂1～3條備份航線，也可以在空中飛行時按四彎航點裝訂進入靶道和退出靶機的航點參數，以提高靶機空中飛行時的靈活性。

靶機具有遠程遙控指令模式，可以通過地面測控站實現對靶機的瞬時指令控制，通過人工引導完成航線飛行。

靶機任務設備的自動控制

靶機任務設備的控制也是靶機控制中的重要組成單元，靶機的任務設備有多種形式，控制方式各異，主要包括以下設備。

1）目標增強器：靶機的目標增強器包括紅外增強器和電磁增強器。紅外增強器大多採用火藥燃燒來增加紅外輻射的強度，使導彈能在更遠的距離發現目標。採用火藥燃燒的紅外增強器採用點火雷管點燃，只需提供一定電壓的直流電流即可。低溫紅外增強器則多採用小型燃氣發生器排出的灼熱氣流增加靶機紅外目標特性，這時包含了小型燃氣發生器的控制：一是能將小型燃氣發生器空中成功點火，二是可以控制燃氣發生器的工作狀態，使其噴出的火焰溫度有所調整。雷達目標的增強一是採用無源的角反射體或龍伯球來增強雷達的反射波，二是採用主動的微波信號發生源主動模擬雷達的反射波，並可以通過其反射波的強弱來模擬目標的大小和距離。這種主動目標模擬器通過串列通信介面接收地面的控制指令，通過遙控訊道來改變目標的大小和距離。

2）誘餌彈：靶機上安裝多枚紅外誘餌彈或鉑條彈形成紅外目標和雷達目標的干擾效果。靶機上使用的誘餌彈與戰鬥機上的誘餌彈相同，通過電擊發方式發射。對於誘餌彈的發射時機、發射枚數和發射間隔則因攻擊的導彈不同而有所變化，一般要在飛行前裝訂。發射時機需要在導彈發射後的某一時刻才發射誘餌彈，靶機發射時刻常需要由導彈的離樑信號作為觸發信號，這在科研階段是十分重要的，因此在靶機和攻擊機間構成訊道成為抗干擾靶試的基本要求。

3）拖曳干擾：拖曳干擾是現代空戰中的重要干擾形式，即被攻擊的飛機投放出一個拖曳的假目標，其相對目標機保持一個安全的距離，當導彈來襲時會將拖曳的目標誤認為是攻擊目標而保證目標機的安全。靶機拖曳的假目標也是一個無動力的飛行器，需要保持一定的距離、姿態和高度，因此拖曳靶標本身也設置有控制單元，當拖曳靶標投放後，靠其自身控制器能保持其姿態和高度跟隨飛行。拖曳靶標也能在適當時機觸發紅外或雷達的目標增強器，使導彈不能命中靶機。

另外靶機上還有其他類型的干擾源，能模擬形形色色的假目標，如拖影干擾源等，隨著紅外和雷達對抗技術的不斷發展，對靶機掛載不同任務設備的要求也會不斷提升，總之靶機具備一定重量和尺寸的機載裝置搭載能力是必要的性能和要求。

密集編隊和協同任務控制

靶機的密集編隊和協同任務是靶機應用的發展趨勢。近年來，飛行編隊技術發展迅速，多機協同作戰已經成為未來空戰的主要作戰方式之一，相應地，對空武器系統需要具備打擊敵方飛行編隊的能力。事實上，目前固定翼靶機編隊技術尚處於試驗和驗證階段，現役靶機尚不具備採用單一測控站的密集編隊控制能力。靶機編隊飛行時，靶機不僅要通過機載的定位裝置確定本機的位置，還需通過網路通信獲取其他靶機的位置信息以推算出各靶機之間的相對距離，需要自主地適應複雜的環境因素及飛行時的不確定因素，根據實際情況實時地調整航線和編隊策略，這對靶機自主控制有著較高的要求。在合作式的飛行編隊中，編隊中的靶機可以互相通信，可以得知編隊中其他靶機的位置、速度、角速度等信息，並根據這些信息對自身飛行狀態進行調整，從而保持編隊隊形。合作式編隊的通信問題較為複雜，通信方式是多對多的，任意一架飛機的通信發生故障都將影響到編隊的穩定性，且通信裝置相對昂貴。靶機採用非合作式的編隊方式，即編隊中的靶機之間相互不進行通信，各靶機只與地面站進行通信，通過地面站對各靶機進行協同控制。

目前，靶機編隊多為鬆散編隊，遠遠沒有達到靶機編隊的實際需求。靶機編隊應實現密集編隊飛行，編隊內各相鄰靶機的水平距離小於300m。

按照靶機密集編隊的要求，靶機自主控制中的難點和要點如下。

1）「一站多機」的通信與控制技術。「一站多機」的通信與控制技術是多機協同飛行的關鍵技術之一。目前多靶機編隊飛行主要靠多個飛行員遠距離地面操縱，每個飛行員分別控制一架飛機。然而，這種方式對飛行員的經驗技術要求很高，其設備成本和人力成本消耗很大，這限制了靶機編隊飛行的實際應用。「一站多機」是指一個地面站同時監測和控制多個靶機的飛行，只需要一個地面人員進行監控，由計算機來控制靶機，真正自主地實現多靶機協同編隊飛行。因此，「一站多機」技術的研發是十分必要的。

2）靶機的自主編隊集結。靶機集結是靶機編隊飛行的必要條件。由於固定翼靶機無法懸停，必須保持一定的前飛速度，其集結難度遠高於直升機和旋翼類飛機。目前多固定翼靶機集結的方案是使二架或二架以上的靶機從相近的初始位置，在盡量短的時間間隔內依次起飛，從而使靶機之間的距離間隔與編隊飛行的距離要求相近，通過微小的速度和路徑調整來形成指定的編隊隊形。然而這種方式只能應用於編隊內靶機較少的情況，嚴重限制了靶機編隊技術的發展。為使靶機能在更寬鬆的初始條件下形成編隊，應研究有多固定翼靶機的自主編隊集結策略，使初始距離及起飛時間不同的靶機，經過路徑及速度的調整自主形成編隊，並能在遇到干擾時進行機上航線重規劃，保證編隊靶機在集結點附近形成多靶機的到達時間一致、航向一致、高度一致和速度一致，即完成集結飛行任務。

3）靶機的協同編隊飛行。靶機的協同編隊飛行技術是靶機編隊的關鍵。由於各種不確定因素的存在，靶機不能完全按照所設定的航線飛行，其實際位置與期望位置會有所偏差。因此，在靶機距離較近時，可能存在碰撞危險。目前的靶機編隊中，各靶機之間的距離較遠，通常在1km以上，屬於鬆散編隊，不能完全發揮靶機編隊的優勢。為此，靶機在編隊飛行時，需自主地根據其飛行狀態對干擾進行估計，對碰撞等威脅進行預測，進而通過編隊飛行控制規律使其安全、穩定地保持編隊隊形。靶機編隊飛行控制的重點是設計一個編隊控制器，使所有靶機按照預定的隊形沿航線飛行，靶機之間保持固定的相對位置。目前，無人機編隊飛行的主要方法有跟隨-領航法、虛擬結構法、基於行為法、人工勢場法等。

結論

本文系統地回顧了無人靶機的發展歷史，總結了靶機控制技術的現狀與發展目標，並對無人靶機及其自主控制技術的未來發展需求進行了展望。隨著四代戰機的逐步列裝，能夠模擬四代戰機飛行特徵的靶機是其發展的重要方向。新一代靶機除具備超音速機動性、隱身性以及強機動性等飛行特性外，還需要能夠滿足電子、光電武器以及戰術對抗訓練的要求，這對靶機飛行控制系統提出了更高的智能化要求。研究靶機的發展模式和控制策略，研發四代靶機對中國面空武器系統的發展具有巨大的支撐作用。（責任編輯劉志遠）

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