摘要：军用无人机(简称uav)是一种借助动力装置、携带军用性质任务载荷，在空中执行持续、受控任务的无人驾驶飞行器，它在侦察、巡逻、监视、预警等军事活动中发挥着重要作用。由于军用无人机实行无人驾驶的遥控模式，在其执行任务过程中会受到一定的外部干扰，因此还需通过任务载荷设计为其稳定瞄准与跟踪提供保障。
关键词：军用无人机；任务载荷；光电侦察任务；
军用无人机的任务载荷设计可帮助其实现侦察巡逻、地质勘探、环境监测、通信中继等任务目标，简要概述了军用无人机任务载荷的发展趋势，围绕系统技术方案设计、电机选型与计算、陀螺稳定控制模型、实验测试几个层面，探讨了军用无人机光电侦察任务载荷控制系统的具体设计，以供参考。
一、军用无人机分类
军用无人机是高性能信息化武器，是现代信息技术发展成果在军事方面的重要体现。自20世纪70年代以来，军用无人机越来越频繁地出现在局部战争中，无人机的发展也被越来越多的国家置于重要的地位。世界范围内，美国与以色列的无人机发展相对领先，西欧发达国家和其他地区的一些发展中国家也有各自的进展。目前全球军用无人机已经有两百多种型号。军用无人机可以用来执行各种任务，如侦察、监视、攻击、拦截等。未来战争中，军用无人机的使用将会非常广泛。军用无人机按用途主要分为无人侦察机和无人战斗机。无人侦察机几乎不受天气和昼夜的影响，无论是白天还是晚上，都能潜入到目标上空进行侦查，为军队的作战指挥中心提供准确的目标信息，让军队及时掌握战场的情况，制定作战计划。无人侦察机目前门类齐全，种类繁多，如著名的美国“全球鹰”、“捕食者”无人侦察机，曾在伊拉克和阿富汗战争中多次执行侦察任务。无人战斗机是指携带有导弹或激光武器的无人作战飞机，主要任务是攻击、拦截地面和空中目标。和传统有人驾驶的战斗机相比，无人战斗机具有成本低、维护少、无飞行员、没有与人相关的安全性要求等特点，所以可以在不牺牲人员的情况下，完成高风险任务，进行精确打击。
二、军用无人机国内外发展现状
目前，美国的无人机技术处在世界领先的水平，其主要的研究对象和发展方向是长航时无人机、无人作战飞机、微型无人机和特种无人机。以色列是无人机的出口大国，无论是技术还是产量，在世界范围内排名都非常靠前，所以军用和民用无人机产品在国际市场上的占有率也相对较高。欧洲无人机技术发展较快，主要集中在英国、法国、德国、俄罗斯等国家。欧洲各国在无人机的研制技术方面各有长短，但整体的技术水平都比较一般，与美国的无人机技术相比，存在着短期内难以赶上的差距。亚洲的日本、韩国、印度、新加坡等国都在积极研制各种用途的军用和民用无人机，但他们的自主研发能力都较为薄弱，主要还是依靠从外国进口。随着“翼龙”、“翔龙”无人机侦察机，“利剑”无人机战斗机的研制成功，我国军用无人机技术迈入世界前列。
三、军用无人机光电侦察任务载荷控制系统的设计
1.系统技术方案设计。以某无人机光电侦察任务载荷控制系统为例，该系统在组成结构上主要划分为以下两部分：其一是机载光电吊舱，用于实现目标的侦察、跟踪等功能；其二是地面操纵系统，负责控制机载光电吊舱的具体操作与图像显示，并采用栓系线缆实现两部分的连接，采用HD-SDI接口高清摄像机作为光学传感器。在系统处于手动状态下时，利用传感器获取目标信息，实现对目标的跟踪；在系统处于自动状态下时，光学传感器即会自动获取目标图像、跟踪目标，并将脱靶量转化后输入到力矩器内，当陀螺受到加载力矩后即会向伺服电机输出电信号，用以调整光电吊舱运动轨迹实现纠偏。
2.电机选型与计算。
在进行电机选型时应以控制系统的负载特性作为衡量指标，其惯性力矩为MGX=0.024N·m、MGY=0.009N·m，摩擦力矩为MMX=0.01N·m，风阻力矩为MFZ=0.07N·m，不平衡力矩为MPX=0.012N·m、MPY=0.0045N·m，由此计算得出电机总力矩为M总X=0.116N·m、M总Y=0.0935N·m。在转矩取值1.3-1.5倍的情况下，电机裕量分别为M方位=0.174N·m、M高低=0.14N·m。结合电机性能差异拟选取J54LXY12型永磁式直流力矩电机，在过载能力、响应速度、力矩波动性等方面具有显著性能优势。
3.陀螺稳定控制模型。为提高无人机在执行飞行任务过程中的抗干扰能力，拟采用双速度环稳定控制模型进行陀螺控制。该控制模型采用串级控制，内、外环分别由增量式编码器与三轴光纤陀螺构成，保障陀螺在进行空间测速的过程中视轴处于稳定状态，借助内速度环消除摩擦等干扰因素。在控制结构设计方面，采用分层设计法进行载体扰动隔离与克服摩擦力矩两大主体功能的设计，采用PI控制进行控制器设计，在系统工作频带内其控制器主要依靠内外环控制器实现对非线性干扰因素与对基座扰动的有效抑制。同时，该稳定控制模型还可以借助内速度环提高目标的线性度，进一步抑制摩擦力矩与非线性因素对系统的影响，有效提高系统应对摩擦与干扰的抑制能力。
4.实验测试。选取单速度环控制模型与该双速度环控制系统进行对比，从中可以发现该模型的稳定精度处于0.01°之内，优于单速度环0.02°的稳定精度，由此可证明双速度环控制模型的性能更优，具备更佳的鲁棒性与适应性，能够有效抵抗系统自身摩擦力矩与外部干扰等因素的影响。基于DSP控制与三轴光纤陀螺的光电侦察任务载荷控制系统，在稳定控制精度、捕获图像质量、定位目标参数等方面具有显著性能优势，为军用无人机的稳定瞄准与跟踪提供了重要的借鉴价值。
四、军用无人机任务载荷的发展方向
1.光电载荷。以往军用无人机采用CCD电视摄像机，其内部由FPA电荷耦合器件组成，具有体积质量小、功耗低、灵敏度高、使用寿命长等特点，搭配前视红外设备执行侦察任务时可实现24h实时获取图像情报，为地面操纵员的遥控驾驶提供可靠的辅助支持。近年来微电子技术的研发使CCD摄像机在可见光波段范围内的分辨率得到显著提高，同时还赋予其光电变焦功能，其中红外变焦摄像机可同时具备宽、中、窄与极窄视场，将其与定点摄像机配合使用可获取目标在极窄视场下的细节信息，还可实现同一区域内的即时切换，用于侦察多个目标的具体特征，配合固体光纤陀螺还能够进一步提高摄像机拍摄的稳定性与定位精度。
2.红外载荷。红外载荷的指标参数囊括视场、分辨率、稳定精度、探测距离等几种类型，红外照相机的工作原理是通过借助红外行扫描仪将收集到的红外辐射投射在红外探测器中，利用获取到的红外图像信号调制光源，在感光胶片上实现红外图像的记录，还可利用红外图像信号进行视频通道的调制，并经由数据传输发送至地面接收站。以“影子200战术无人机”为例，该无人机由CCD电视摄像机、前视红外系统与激光测距机等构成，其中前视红外系统采用640×480锑化铟FPA，视场为2°-20°，稳定精度为5μrad-10μrad，常平架旋转速度为1000°/s。该无人机采用的光电/红外传感器的有效载荷质量为18.1/kg，探测能力较强，适用于执行大面积监视任务。
3.激光雷达。激光雷达通过发出多个或连续激光波束实现对目标的扫描，获取到目标的形状、动态变化情况等精确信息，反映出相应的建筑物图像、地形、高度等数据。以64×64元多狭缝条纹管成像激光雷达为例，该雷达采用闪光泵浦倍频Nd:YAG作为发射机，视场为5.8°，空间采样结果为单像素750mm2，接收机孔径为42mm，可在空速为25节的状态下以30Hz的速率与每个像素40个距离块进行影像信息的采集，在连续拍摄状态下重叠部分为80％。
总之，光学成像、传感器等技术的研发创新使无人机设备的性能得到显著增强，为无人机在复杂战况下的侦察、监视等活动提供了技术支持。在此还需进一步加强对计算机、微电子等技术的研究，提高不同类型任务载荷传输的时效性与参数的可靠性，进一步提高无人机的任务执行率，实现安全可控飞行。
参考文献：
[1]章华.浅谈军用无人机任务载荷的设计发展.2019.
[2]李明.一种无人机任务载荷参数空中加载设计方法.2018.