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2023军用无人机行业深度报告
2023军用无人机行业深度报告
光大证券 无人机 2023-11-13 20:10 发表于北京
1、 军用无人机简介
1.1、 优在灵活和低耗能，劣在信息与智能化
1.1.1、无人机成现代战争“宠儿”，应用场景不断拓展
近年来，军用无人机的作战效能经历了阿富汗战争、伊拉克战争、也门冲突、利比亚冲突、加沙冲突以及最近的俄乌冲突的实战检验，无人机已成为现代战场中不可或缺的重要装备。相对有人驾驶飞机，无人机的本质优势在于减少人员损失风险，降低使用成本。在战争中后期，无人机能极大地发挥作战效能。1)无人战斗的特性有助于实现“零伤亡”的战斗目标。无人机不受人的因素限制，能够适应瞬息万变的战场环境，最大限度地飞到适合的高度、速度与航程，在极端恶劣的环境下更好地完成任务。2)综合考虑执行任务过程中被摧毁的风险和代价，无人机极具经济性价比。军用无人机制造和维护成本较低，可代替执行大量有人驾驶飞机任务。MQ-9B STOL 执行侦察和打击任务比载人飞机的每小时运行成本少 86%，燃料消耗少 90%，后勤人员减少一半;3)无人机机身体积小，具有低可探测性，能够隐蔽实施侦察，可掌握详细、准确、连续、实时的情报信息、实时传输目标图像，能够有效发现敌方时间敏感目标和无规律活动的目标。利用无人机建立信息网络节点帮助实现数据情报共享，全面感知战场态势，提供侦察预警、战场监视、目标引导、通信中继等支撑。
战争中最为重要的目标是实现对敌军的有效杀伤。实现有效杀伤需要经过一系列步骤，“杀伤链”是指“在打击一个目标的过程中各个相互依赖的环节构成的有序链条”。从杀伤阶段来看，杀伤链通常可分为发现(find)、定位(fix)、跟 踪(track)、瞄准(target)、交战(engage)和评估(assess)6 个阶段， 即 F2T2EA。通过察打一体无人机进入目标空域，对时敏目标实施近距离的探测、定位再实现直接打击。从杀伤链的视角来看，无人机的应用意味着战争领域一场划时代的深刻变革，本质上是促进杀伤链闭环时间的极限压缩。美军凭借包括信息技术在内的强大高新技术优势，不断缩短完成打击链闭环的时间。打击链闭环时间在海湾战争中是 80-101 分钟，科索沃战争缩短到 30-45 分钟，阿富汗战争进一步缩短到 15-19 分钟，在伊拉克战争时期则缩短至 10 分钟左右。到了 2020 年，美军完成杀伤链闭环最快只需要 20 秒。
回顾无人机参与的几场局部战争，技术的发展推动无人机参与深度与广度不断增加，参与方式也更加多元。
1) 美国对外战争：军用无人机由美国率先投入战争场景，长时间执行战场侦察与评估任务，也承担部分电子干扰工作，为战争的顺利进行提供了保障。在科索沃战争中，以美国为首的北约部队使用“捕食者”、“猎人”等无人机，对南斯拉夫联盟共和国境内进行了大量战前与战中常态化侦察，为空袭提供了充分、高效的情报支援。在美国对阿富汗战争中，由于地形的阻碍，无人机承担了地面部队的多项任务，其中美国投入的察打一体无人机更是取得了可观的战果。阿富汗战争是无人机发展的转折点，察打一体机的运用自此在全球范围内得到了重视。
2) 纳卡冲突：凭借无人机与坦克、火炮的有机结合，阿塞拜疆对亚方坦克、步兵战车、榴弹炮等地面武器造成了大量破坏，进而占据了有利的战场态势。纳卡冲突中，亚美尼亚由于缺乏有效的对空侦察体系和密集火力网，无法第一时间侦知阿塞拜疆无人机动向，以至于被敌方无人机大量杀伤。阿塞拜疆的主力装备是来自土耳其的 TB-2 无人机，重量只有美国 MQ-9“收割者”的 1/8，巡航速度 128km/h，搭载 4 枚 MAM 激光制导导弹，具有反坦克能力。在摧毁亚美尼亚防空系统后，TB-2 无人机就能对无防护地面目标进行一边倒打击。除 TB-2 无人机外，阿塞拜疆还装备了以色列的“哈洛普”无人机和俄罗斯的“安-2”无人机。这三种无人机价格低廉、可大量部署，使用成本极低。
纳卡冲突给世界带来的启示在于：1)无人机灵活度高、成本低，将成为未来主 要打击手段之一。在山地、丘陵等地形复杂地区，陆军野战防空态势感知系统受遮蔽严重，此时正适合无人机大展身手;2)现代防空系统不仅要防御战斗机、直升机、巡航导弹等大型飞行目标，对无人机等体型小、速度慢、采用复合机体的飞行目标也应具备灵敏的感知能力。野战防空系统应加强反无人机能力，避免被无人机发现漏洞。
3) 俄乌冲突：传统军事观点认为，非隐形无人机战场生存能力差，俄乌冲突的经验教训让全球反思：雷达系统很难识别出小型无人机和紧贴地面飞行的无人机。冲突初期，即使是野战防空和区域防御防空能力相当先进的俄军，也未能完全抵挡住乌克兰运用并不先进的 TB-2 展开的打击。以上案例足以证明：在辽阔地域发生的大规模冲突中，非隐形无人机依然拥有很强的生存能力。而且随着战争的持续，双方主战装备不断损失，防空能力都在持续下降，此时非隐形无人机的生存条件将大为改善，传统非隐形无人机仍大有用武之地。
俄乌冲突带来的启示在于：1)常规地对地导弹适合战争初期的首次攻击，其火力反应速度远快于空军的攻击机，而常规弹道导弹的效费比并不高;俄军使用伊斯坎德尔导弹攻打一辆乌军的地空导弹发射车，此枚 9M723 弹道导弹的造价或与该辆“山毛榉”导弹车相当。2)采用卫星制导套件改装的精确炸弹重要性高， 数量应充足。巡航导弹、弹道导弹和激光制导炸弹攻打效果优秀，但成本较高， 激光制导炸弹还容易受到干扰;卫星导航套件改装的精确炸弹价格低廉，适合在战争首次导弹打击之后应用。3)巡飞弹本身属于“低慢小”的范畴，打击威力和灵活度高，具有易攻难防的特点。其能够在保持精确制导弹药的精确打击能力和无人机的自主飞行能力的基础上实现“1+1>2”的效果。若能在解放军步兵班中列装，将对步兵远程火力打击能力大有裨益。放眼未来，中高空长航时无人机在军用侦察监视、火力打击、反潜巡逻等更多的 领域具有广泛的应用和广阔的发展空间。2021 年 1 月 19 日，美国通用原子航 空系统公司宣布，其完成了世界上第一个具有独立反潜作战能力的无人机系统。该机在 MQ-9B 察打一体无人机基础上发展而来，机腹安装了一个具有对海搜索功能的雷达，机翼下的挂架则挂载磁探测仪、定向频率分析、声呐浮标吊舱以及反潜鱼雷。与 P-8A 反潜巡逻机相比，MQ-9B 反潜无人机的机载武器和声呐数量更少，但续航时间更强，滞空时间超过 24 小时，可长时间执行任务，且造价和运行成本更低。目前，我国的彩虹-5 海洋应用型无人机、翼龙-2 反潜侦查型无人机都已具备搜潜能力。
1.1.2、台海模拟冲突中无人机运用推演和需求释放方向
蜂群无人机凭借其极强的突防能力，已被美国视为反“反介入/区域拒止”作战 的重要力量。对于中美在台海地区的模拟冲突，美国顶级智库兰德公司提出，在解放军积累了一系列强大的反介入/区域拒止能力之后，美军想要在干预台海的模拟冲突中获胜已越来越难。其给出的解决方案是，在战时向台海投入 1000 架携带不同载荷的蜂群无人机，执行侦查搜索、目标定位、方位引导、突袭攻击等复杂任务，以阻止解放军渡海登陆。美军计划采用的蜂群无人机战术可能对我军带来不小的麻烦，原因在于我军需要耗费大量的防空力量和更高的成本来击落这些成本很低的无人机，由此便造成了双方投入和损失的巨大不对称性。由此可见，技术深刻改变了战争形态，包括兰德公司在内的美国智库已经更加侧重于研究对中国的无人战和信息战。
国际局势动荡，智能化、无人化军备投入为大势所趋。面对国际秩序的高不确定性，全球各主要国家纷纷提高军费支出和军备投入，发展无人装备，探索人-机协同战法，备战未来智能化战争。我国正处于现代化建设新时期，综合考虑国家安全和发展全局需要、我军现代化进程有序衔接等方面因素，错综复杂的国际形势进一步激发了我国在国防和军队现代化建设进程中对智能化、无人化军备质量、数量和创新研发的需求。未来中国要实现装备现代化和大型化，也需进一步加大对无人机等无人化、智能化装备的投入，做好应对无人化信息战争的准备刻不容缓。军用无人机需求将呈现出多极化：中高空长航时察打一体无人机、高空高速隐形无人机、“低慢小”高性价比的自杀式无人机等需求都将得到进一步强化。
同时，针对无人机仍存在智能化水平不足、抗干扰能力差、通信滞后等问题，也应进一步发展反制无人机手段。1)独立作战能力不足。目前，无人机的智能化水平还比较低，平台控制方式主要以简单遥控和预编程控制为主，对于地面遥控系统有着较高的依赖。这使其无法根据现场环境处理意外情况，战场应变能力与自保能力较差。2)抗干扰能力差。目前的无人机绝大部分由地面操作员进行操控，完全依赖数据链路的通讯指挥。一旦受到敌方电磁强信号的干扰或劫持，无人机与地面指挥之间的联系容易被切断，导致其失联或被敌方劫持。在遭遇电子干扰后，无人机只能依靠基于陀螺仪的惯性导航系统，无法获得足够精确的自身坐标数据，这使其借助于照相机和摄像机获得的情报价值大大降低。在美伊冲突中，美海军“拳师”号两栖攻击舰上搭载的轻型防空综合系统，曾利用电子干扰成功迫降一架伊朗无人机。伊朗也曾使用相似手段，接管了一架美军“哨兵”隐身无人机。3)具有通信滞后性。虽然无线电通信能够实现迅速传播，但通过数据链的人类地面指挥信号仍存在延迟，使得指挥系统无法及时对战场情况做出识别与反馈，通信滞后问题成为空战中的巨大隐患。
1.2、 察打一体无人机是军用无人机发展的大势所趋
无论是阿富汗战争中的初露头角，还是纳卡冲突和俄乌冲突中的突出表现，察打一体机的作战作用不容小觑。世界各国军队都非常注重察打一体无人机应用能力的开发、验证和试用，察打一体无人机是未来无人机发展的重要方向。察打一体无人机集侦察、攻击于一体，具有侦察、监视、目标捕获和对目标的实 时打击能力，极大地缩短了从发现到摧毁目标的时间，能够运用于多种战争场景。一方面，利用机载的精确制导武器，察打一体无人机可以执行“定点清除”“斩首行动”等作战任务，实现对时敏目标出其不意的猎杀效果。另一方面，察打一 体无人机系统的融入不仅可以大大加强情报获取和处理的能力，还可以将传统的作战系统发展成为“指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察、杀伤”(C4ISRK)系统，是向“网络中心战”发展的一种途径。察打一体机群在发挥自身原有优势的基础上进一步增加了协同作战系统，能够实现信息的共享与同步，为执行更加精密复杂的任务提供了保障。
随着技术与作战需求的不断演进，全球各国已经陆续推出三代广泛应用的察打一体无人机。应用能力的发展将带来作战方式的改变，由此可以产生出目前无法预测的作战能力增长。
1)典型的第一代察打一体无人机的对比
MQ-1“捕食者”、“翼龙”-1、“彩虹”-3、“彩虹”-4 均属于第一代察打一 体无人机，这些无人机大多装备涡轮增压发动机或活塞式发动机，主要满足重负 荷、短距离起飞、高机动性的要求，适用于监视、侦查、信息传输、电子对抗及 对地攻击等场景，至今已经广泛参与作战。
2)典型的第二代察打一体无人机的对比
MQ-9“死神”、 Bayraktar TB2、 “翼龙”-2、“彩虹”-5、“云影”均属于 第二代察打一体无人机。既有涡喷发动机功率大、体积小的优点，又兼具活塞式 发动机经济性好的特点，而且可以使无人机升限更高、巡航速度更快的涡桨发动 机开始取代涡轮发动机，使得第二代察打一体无人机展现出动力强、载重大、航时长、航程远、快速轻盈等优势，可靠性、安全性均较第一代察打一体无人机大幅提升。
对比来看，“彩虹”-5、“翼龙”-2 和 MQ-9“死神”无人机的尺寸基本一致， “彩虹”-5 和 MQ-9“死神”的气动外形也很相似。在最大起飞重量方面，MQ-9 “死神”优于“彩虹”-5 无人机;在飞行速度方面，“彩虹”-5 最快飞行速度不及 MQ-9“死神”无人机，并且“彩虹”-5 采用“金鹰”重油发动机，具有优良的油耗率，将“彩虹”-5 的航程由原先的 6500 公里提升到 10000 公里，续航时间提升到 120 小时，可连续飞行时间远超 MQ-9“死神”无人机。另外，我国察打一体无人机具有攻击高度优势。MQ-9“死神”须从 6000-8000 米降低到 2000-3000 米才能发射“海尔法”导弹，而在此高度，23 毫米和 57 毫米高炮、单兵便携式防空导弹均可对无人机造成威胁。相比之下，“云影”无人机的招牌能力是高空高速，同时隐形能力是一大亮点。但是发动机落后，飞机巡航时间太短，亟需升级先进的涡扇发动机以提高航程和巡航时间。
3)典型的第三代察打一体无人机的对比
“复仇者”、“翼龙”-3、“彩虹”-10 均属于第三代察打一体无人机。高空高 速、隐身化、智能化是第三代察打一体无人机的典型特征。
新一代察打一体无人机主要沿着应用能力和平台能力的增长两个方向发展。依托大系统的支持，发展各种直接链接无人机与前线作战单元的应用终端将是提升察打一体无人机应用能力的有效手段。同时，提高隐身能力和链路可靠性成为提升无人机平台生存能力的重要路径。
2、 典型无人机系统组成与价值量拆分
无人机是不携载操作人员，由动力驱动、可重复使用、利用空气动力承载飞行、可携带有效载荷、在远程控制或自主规划的情况下完成指定任务的航空器。根据航空工业出版社的《无人机系统关键技术》，典型的无人机系统由飞行器平台分系统、信息传输分系统、地面测控分系统、任务载荷分系统、地面保障设备五部分组成。无人机高技术壁垒的核心在于动力技术，光电、雷达等传感器技术，通信数据链以及人工智能等技术，这些领域的发展将带来显著的价值拉动效果。根据美国《2005-2030 年无人机发展路线图》，目前无人机系统中平台和载荷分系统的主要技术能力已经较为完备，通信系统中的实时中继电子情报和实时中继 1000 波段超光谱图像能力以及信息处理系统中的类人处理器预计将在 2025-2030 年得到充分发展。
2.1、 飞行器平台分系统：无人机的基本构成主体
飞行器平台分系统是无人机最基本的组成部分，是无人机的主体。飞行平台将飞行器机体、动力装置、控制与导航以及其他部件组合成一个整体，以实现无人机在空中的飞行。
2.1.1、飞行器机体与气动布局：无人机的“骨骼”架构
飞行器机体是指飞行器骨架及其机械结构部分，一般包括除推进系统之外的机 身、起落架、尾翼和机翼。气动布局是指无人机的主翼、尾翼等各翼面是如何放置的。无人机机体布局取决于其使命任务，而气动布局又决定了其机动性。
固定翼无人机常见的气动布局包括正常式布局、鸭式气动布局和无尾气动布局 等。1)大展弦比、小后掠角平直机翼的正常式布局适用于追求长航时而对速度 要求不高的无人机，美国 MQ-1B“捕食者”、“全球鹰”无人机，以及我国“翼龙”-1 和“翼龙”-2 无人机均采用此类气动布局。2)鸭式气动布局能够有效提升飞机在大迎角飞行状态下的升阻比，节省发动机推力，但需要先进的飞行控制系统提供支持。我国“彩虹”-3 无人机即采用鸭式气动布局。3)无尾布局最适合高速飞行，但其低速性能和稳定性较差，影响飞机的低速机动性能和起降能力。我国“无侦”-8 和“攻击 11”无人机均采用无尾式布局。无人机总体厂商通常进行无人机总体设计以及气动布局设计，以军工集团下属的 科研院所为代表，中航系、航天系等具备了深厚的技术积累。近几年我国无人机总体厂商在气动布局方面进行了众多创新，具备引领潮流的能力。1)我国“彩虹”-4 无人机主翼采用大展弦比梯形机翼，翼展达到 20 米，机身设计在隐身结构前提下最大限度满足了长航时气动性的要求;2)我军 TB-001“双尾蝎”无人机拥有独特的“双垂尾”气动布局，机翼长达 10 米，集载荷大、航程远、稳定性强等优点于一身，最大航程可达 6000 公里，最长滞空时间达 36 小时。3)我国无侦-7 无人机在世界范围内首次采用“Φ”型连接翼气动布局，该布局相较大展弦比机翼具有明显优势，能够大幅提升机体结构强度与稳定性，同时降低整体重量和飞行阻力。
2.1.2、动力系统与能源：无人机的“心脏”
动力系统是无人机的“心脏”，决定无人装备的载荷能力、升限、续航、飞行速度、机动性等总体性能，涡桨发动机在无人机成本占比约为 16%。无人机广泛 采用的动力装置类型各异，主要包括往复式活塞式发动机和旋转活塞式发动机、传统小型涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机和涡轮轴发动机等燃气涡轮发动机，以及在微型无人机中普遍使用的由电池驱动的电动机等。
具体对比各类发动机的特性：1)涡桨发动机和涡扇发动机能够支撑无人机中高空长航时飞行。按照发动机支持的高度、速度及起飞重量由小到大进行粗略排序，微型电动机适用于微型无人机，部分飞机的起飞重量可少于 100g;活塞式发动机适用于低中低空速的侦察、监视无人机及长航时无人机，起飞重量一般为几百千克;涡轴发动机适用于中低空、低速短距、垂直起降无人机、旋翼无人机，飞机起飞重量可达 1000kg;涡喷发动机适用于飞行时间较短的中高空、高速侦察机及靶机、无人攻击机，起飞重量可达 2500kg;涡桨发动机适用于中高空长航时无人机，飞机起飞重量可达 3000kg;涡扇发动机适用于高空长航时无人机和无人战斗机，能够支撑很大的起飞重量，如“全球鹰”无人机的起飞重量达 11.6t。
2)从高度与最大速度两个维度来看，未来无人机高空高速的发展或将加大对涡喷发动机和涡轮冲压发动机的需求。随着高度与最大速度的同时提升，适用的发动机依次为：活塞式发动机(最大高度约 20000ft，最大速度约 500km/h) < 涡桨发动机(最大高度约 36000ft，最大速度约 800km/h) < 涡扇发动机(最大 高度约 60000ft，最大速度约 1500km/h) < 涡扇发动机(带加力燃烧室)< 涡喷发动机(最大高度约 90000ft，最大速度约 2700km/h) < 涡喷发动机(带加力燃烧室)< 涡轮冲压发动机(最大高度超过 100000ft，最大速度约 4000km/h) < 冲压发动机(最大高度超过 100000ft，最大速度约 5000km/h) < 火箭发动机。此外，太阳能发动机适用于低速高空特殊场景。
3)综合考虑耗油率与推进效率，涡扇发动机和涡桨发动机各占一席之地。高速区间(0.6-1.2 马赫)涡扇发动机最优;低速区间(0-0.4 马赫)涡桨发动机和活塞式发动机推进效率最高且耗油率最低，为最优选择。当速度达到 0.4-0.6 马赫区间时，涡桨发动机和活塞式发动机推进效率递减且耗油率急剧上升，若有进一步提速需求，可考虑以涡扇发动机进行替代。涡喷发动机推进效率最低且耗油率最高。
2.1.3、飞行控制与惯性导航：无人机的“大脑”与“小脑”
飞行控制系统是无人机的“大脑”。自主控制技术是无人机系统区别于有人机， 实现无人操控和执行各种任务的关键。自动驾驶仪是无人机飞行控制功能的硬件平台，能够对无人机的三个通道进行控制以达到良好的飞行性能。随着无人机系统智能化、信息化水平的提高，人机智能融合的交互控制逐渐处于主导地位。人机智能融合的交互控制对通信系统的能力要求较高，在面临复杂的战场环境时，由于存在通信中断、链路带宽和距离受限以及人员操控能力等因素的限制，人机智能融合的交互控制仍存在很大的缺陷。美国国防部《2009-2034 财年无人系统综合路线图》指出，无人机系统自主能力和稳健性的提高，能够改进对战场的感知，提高目标定位的速度和精度，增强生命力，扩大任务的灵活性，美国计划到 2034 年实现在线态势感知，使得无人机具备完全自主能力。
惯性导航系统(INS)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，是无人机的“小脑”。正如人类小脑控制着人类的运动感知系统，惯性导航通过陀螺仪、惯性传感器等装置来感知无人机所处的位置、姿态、加速度等重要信息。其工作原理是以陀螺仪和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯导系统的优势在于：1)隐蔽性好，不受外界电磁干扰的影响;2)可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;3) 能提供位置、速度、航向和姿态角数据，产生的导航信息连续性好且噪声低;4) 数据更新率高、短期精度和稳定性好。
我国 GNSS 芯片已初步实现规模化应用，迈入国际领先水平。截至 2021 年底，国产 GNSS 芯片占据全球 GNSS 芯片市场总份额的 27.65%。自 2015 年和芯星通发布全球首款高精度多模多频卫星导航系统级 SoC 芯 片 NebulasIIUC4C0 后，我国 GNSS 芯片迈入国际领先水平。国外主要 GNSS 板卡厂商为 Trimble 导航公司，国内主要 GNSS 板卡厂商为北京合众思壮科技股份有限公司。
2.2、 信息传输分系统：确保数据收发，保障战场“神经 网络”通畅
无人机的数据链系统主要负责目标、环境和协同三个方面信息的传递和交换。数据链系统的组成一般包括操控平台上的数据链舱、控制面板、机载数据链和遥控测试设备等。
无人机的通信系统一般由机载、地面和中继三个部分组成。机载部分包括机载数据终端(ADT，Airborne Data Terminal)和天线。前者包含 RF(Radio Frequency) 接收机、发射机和调制解调器三个部分，有些 ADT 为满足链路带宽限制，还集成了数据压缩处理器;地面部分也称为地面数据终端(GDT，Ground DataTerminal)，由天线、RF 接收机、发射机、调制解调器组成。若数据在机载部分经过了压缩，地面部分则还需配备数据重建处理器以还原数据;中继部分一般由中继平台和转发设备构成，只有需要延伸链路作用距离的中、长航时无人机才需要配备。
按任务种类划分，通信链路可以分为测控链、指控链、ATC(Air Traffic Control) 链、侦察监视链和作战协同链等。其中，测控链用于地面站对无人机飞行情况的控制、任务设备的遥控遥测和定位跟踪;指控链用于地面站对无人机的指令传输和姿态控制等;ATC 链用于与民航机有领域交互的无人机，实现交通控制和管理，防止碰撞;侦察监视链用于无人机侦测信息的实时传输，一般都是数据传输、控制一体化的宽带高速数据链;作战协同链用于无人机与其他平台之间协同作战时的信息交互。
视距通信链路分为宽带链路和窄带链路，其中宽带链路一般工作在 C 或 L 波段，主要用于遥控遥测和宽带任务数据传输，窄带链路一般工作在 UHE 或工波段，仅用于遥控遥测数据传输。超视距链路通常工作在 Ku 或 Ka 波段，主要用于遥控遥测和宽带任务数据传输。小型战术无人机一般只安装视距通信链路，甚至只安装视距宽带链路，中高空、长航时无人机会配备视距和超视距等多条通信链路。随着无人机任务载荷能力的不断提高，机上任务传感器的数据量将越来越大，高性能的宽带数据链将成为无人机测控数据链的主流。
无人机通信系统发展趋势在于提升抗干扰能力、数据传输能力两方面。目前，无人系统的通信频率和带宽不断提高，已迅速推动了高速率、低延迟和大容量的可靠通信。但由于电磁频谱逐渐紧缺，无人系统个体都面临着通信中断、阻塞或恶 意干扰的挑战，从而容易影响通信效率和能力。因此，确保高频谱效率的前提下保证低截获概率和抗干扰性能，对于战术边缘网络中通信安全性和可靠性至关重要。无人系统通信常采用直扩、跳频、跳时等抗干扰通信技术，通过将信号特征 隐藏于时域或频域的方式规避敌方截获。
2.3、 任务载荷分系统：无人机携带的辅助完成指定任务 的设备装置
侦察载荷分系统包括光电传感器，合成孔径雷达等，可以在战场上空进行高速扫描，也可控制无人机低速飞行或者悬停凝视，为部队提供实时情报支持。
2.3.1、光电任务载荷：无人机的“眼睛”和部分“头脑”
光电载荷是实现战场信息获取、态势感知和制导武器引导的关键装备，在无人机重量和成本上均占据了较高的比重。光电载荷利用目标和背景反射或辐射光波的差异来实现对导弹、飞机、军用车辆、作战部队等军事目标的持久性大范围实时监视、目标识别、打击评估等多样化需求，其从探测波段上可分为可见光、红外、激光等，现役装备大多采用多波段复合模式，通过不同波段的传感器配合，可以在作战中达到协同探测、协同识别和协同导引的目的。
制造高质量的察打一体侦察机，技术壁垒之一是如何避免飞行器载体的姿态变化和机械振动对光电传感器的指向和抖动的影响。光电任务载荷要发挥功能大多需要安装在云台上以实现水平和竖直方向的转动，即光电吊舱=云台(电机伺服系统)+光电设备+软件。平台增稳是将全部的光学系统和敏感元件安装在一个用环架系统悬挂起来的台体上，并用陀螺等惯性传感器安装于台体上，形成陀螺稳定平台。根据环架系统稳定轴的数量，可分为单轴、两轴和三轴稳定平台。陀螺增稳平台是目前无人机常用的一种两轴增稳平台，该平台通常设置俯仰和滚转两个方向的稳定陀螺，以实现两个基本功能：一是稳定功能，即通过产生适当的反旋转力抵消被基座带动的强制旋转;二是跟踪功能，即能跟踪指令，按要求的角速度旋转，确保云台的坐标轴指向要求的方位。当环架的支承轴无任何干扰力矩作用时，云台将相对惯性空间始终保持在原来的 方位上，当云台因干扰力矩作用而偏离原来的方位时，陀螺敏感云台变化的姿态 角或角速率反馈到控制核心，经过一系列算法处理，送出控制室给环架的力矩电机，通过力矩电机产生补偿力矩对干扰力矩进行补偿，从而使云台保持稳定，而云台的稳定也就保证了其上的光学系统的视轴的稳定，即视轴的稳定是通过对整个台体的稳定来实现的。
典型外军现役无人机机载光电装备包括美国 FLIR 公司的 Star SAFIRE 光电侦察转塔、雷神公司的“全球鹰”光电侦察载荷和 AN/AAS-52 多光谱瞄准系统、洛马公司的“军团”和“狙击手”先进瞄准吊舱、Logos 技术公司的 SPRITE 轻型多模式侦察吊舱、加拿大 L3Harris WESCAM 公司的 MX-15/20/25 多传感器转塔、以色列拉斐尔公司的 RecceLite 侦察吊舱、Elbit 公司的 AMPS NG 多传感器载荷等。
2.3.2、合成孔径雷达：全天候、全天时的高分辨率微波成像雷达
合成孔径雷达能够克服光电侦察设备易受气象条件限制、飞行高度过低、生存力有限等缺陷，是未来战争中实现“无伤亡”侦察的重要手段。在 20 世纪 90 年代发生的几次局部战争中，使用了大量的装载红外、光电侦察设备的无人侦察机，为高技术条件下实现“无伤亡”现代战争提供了有力工具。但光电侦察设备不能在恶劣气候条件下工作，缺乏实时大面积连续成像能力，易受气象条件限制，存在飞行高度过低、生存力有限等缺陷。因而无人机载合成孔径雷达成为未来战争中实现“无伤亡”侦察的重要手段。合成孔径雷达(SAR)是利用与目标做相对运动的小孔径天线，把在不同位置接收的回波进行相干处理，获得方位分辨率高的成像雷达。其基本原理是利用雷达与目标的相对运动，把雷达在不同位置接收到的目标回波信号进行相干处理，相当于把许多个小孔径天线合并为一个大孔径天线，这样就可以获得很高的目标方位分辨率，加上脉冲技术又可以获得很高的距离分辨率。鉴于无人机的天线不可能很大的特点，合成孔径雷达非常适合在无人机上使用。
作为无人机和无人机载 SAR 系统的先行者，美国一直高度重视相关 SAR 系统研制和装备工作。海湾战争后，随着信息处理和通信技术的发展，美军的无人机载 SAR 取得了快速发展和广泛运用。为了加强战地实时侦察能力，美军先后研制装备了多型无人机载 SAR 侦察遥测系统，如“全球鹰”系统、“捕食者”系统和“火力侦察兵”系统等，并不断地升级改造以适应多任务类型。为适应现代战争与民用微波遥感信息获取的需要，我国在近 20 年来也对无人机 载 SAR 系统进行了技术研究与开发，并形成了系列化产品。例如“彩虹”-4 无人机配备探测距离 50 公里的合成孔径雷达和探测距离 15 公里的四合一光电平台，还专门研制了一款“射手”-1 无人机导弹，可在 5000 米巡航高度发射，无需降高和改变正常的飞行航线。国内生产雷达的公司中，中航工业雷达所涵盖机载火控雷达、搜索监视雷达、成像侦察雷达、气象探测与导航雷达、预警雷达、弹载雷达等主要产品谱系，其中机载有源相控阵雷达、超高分辨率合成孔径雷达、机载多功能气象雷达等系列技术和产品已达国内领先水平、世界先进水平。中航电子主营航空电子系统产品，产品涉及雷达系统、光电探测系统等。
合成孔径雷达在战场侦察、监视、遥感和测绘方面已得到成功的应用，在火控和制导领域也具有广泛的应用前景。利用激光器作辐射源的激光合成孔径雷达，由于其工作频率远高于微波，对于相对运动速度相同的目标可产生更大的多普勒频移，因此横向距离分辨率也更高，而且利用单个脉冲可瞬时测得多普勒频移，因而无需高重频发射脉冲。正因如此，基于距离/多普勒成像的激光合成孔径雷达的研究工作受到重视。美国自 20 世纪 80 年代开始开展了激光合成孔径雷达的概念研究。2003 年，雷声公司空间和机载系统部得到了一份 800 万美元的合同，设计和演示世界上第一台合成孔径激光雷达成像装置(SALTI)。这种装置首次为作战飞机提供机载光合成成像能力，改进了对目标的成像清晰度，同时也避免了工作在 X 波段的普通合成孔径雷达的目标闪烁问题，可以为有人和无人机载平台提供对防区外目标的探测和识别能力。
光大证券 无人机 2023-11-13 20:10 发表于北京
1、 军用无人机简介
1.1、 优在灵活和低耗能，劣在信息与智能化
1.1.1、无人机成现代战争“宠儿”，应用场景不断拓展
近年来，军用无人机的作战效能经历了阿富汗战争、伊拉克战争、也门冲突、利比亚冲突、加沙冲突以及最近的俄乌冲突的实战检验，无人机已成为现代战场中不可或缺的重要装备。相对有人驾驶飞机，无人机的本质优势在于减少人员损失风险，降低使用成本。在战争中后期，无人机能极大地发挥作战效能。1)无人战斗的特性有助于实现“零伤亡”的战斗目标。无人机不受人的因素限制，能够适应瞬息万变的战场环境，最大限度地飞到适合的高度、速度与航程，在极端恶劣的环境下更好地完成任务。2)综合考虑执行任务过程中被摧毁的风险和代价，无人机极具经济性价比。军用无人机制造和维护成本较低，可代替执行大量有人驾驶飞机任务。MQ-9B STOL 执行侦察和打击任务比载人飞机的每小时运行成本少 86%，燃料消耗少 90%，后勤人员减少一半;3)无人机机身体积小，具有低可探测性，能够隐蔽实施侦察，可掌握详细、准确、连续、实时的情报信息、实时传输目标图像，能够有效发现敌方时间敏感目标和无规律活动的目标。利用无人机建立信息网络节点帮助实现数据情报共享，全面感知战场态势，提供侦察预警、战场监视、目标引导、通信中继等支撑。
战争中最为重要的目标是实现对敌军的有效杀伤。实现有效杀伤需要经过一系列步骤，“杀伤链”是指“在打击一个目标的过程中各个相互依赖的环节构成的有序链条”。从杀伤阶段来看，杀伤链通常可分为发现(find)、定位(fix)、跟 踪(track)、瞄准(target)、交战(engage)和评估(assess)6 个阶段， 即 F2T2EA。通过察打一体无人机进入目标空域，对时敏目标实施近距离的探测、定位再实现直接打击。从杀伤链的视角来看，无人机的应用意味着战争领域一场划时代的深刻变革，本质上是促进杀伤链闭环时间的极限压缩。美军凭借包括信息技术在内的强大高新技术优势，不断缩短完成打击链闭环的时间。打击链闭环时间在海湾战争中是 80-101 分钟，科索沃战争缩短到 30-45 分钟，阿富汗战争进一步缩短到 15-19 分钟，在伊拉克战争时期则缩短至 10 分钟左右。到了 2020 年，美军完成杀伤链闭环最快只需要 20 秒。
回顾无人机参与的几场局部战争，技术的发展推动无人机参与深度与广度不断增加，参与方式也更加多元。
1) 美国对外战争：军用无人机由美国率先投入战争场景，长时间执行战场侦察与评估任务，也承担部分电子干扰工作，为战争的顺利进行提供了保障。在科索沃战争中，以美国为首的北约部队使用“捕食者”、“猎人”等无人机，对南斯拉夫联盟共和国境内进行了大量战前与战中常态化侦察，为空袭提供了充分、高效的情报支援。在美国对阿富汗战争中，由于地形的阻碍，无人机承担了地面部队的多项任务，其中美国投入的察打一体无人机更是取得了可观的战果。阿富汗战争是无人机发展的转折点，察打一体机的运用自此在全球范围内得到了重视。
2) 纳卡冲突：凭借无人机与坦克、火炮的有机结合，阿塞拜疆对亚方坦克、步兵战车、榴弹炮等地面武器造成了大量破坏，进而占据了有利的战场态势。纳卡冲突中，亚美尼亚由于缺乏有效的对空侦察体系和密集火力网，无法第一时间侦知阿塞拜疆无人机动向，以至于被敌方无人机大量杀伤。阿塞拜疆的主力装备是来自土耳其的 TB-2 无人机，重量只有美国 MQ-9“收割者”的 1/8，巡航速度 128km/h，搭载 4 枚 MAM 激光制导导弹，具有反坦克能力。在摧毁亚美尼亚防空系统后，TB-2 无人机就能对无防护地面目标进行一边倒打击。除 TB-2 无人机外，阿塞拜疆还装备了以色列的“哈洛普”无人机和俄罗斯的“安-2”无人机。这三种无人机价格低廉、可大量部署，使用成本极低。
纳卡冲突给世界带来的启示在于：1)无人机灵活度高、成本低，将成为未来主 要打击手段之一。在山地、丘陵等地形复杂地区，陆军野战防空态势感知系统受遮蔽严重，此时正适合无人机大展身手;2)现代防空系统不仅要防御战斗机、直升机、巡航导弹等大型飞行目标，对无人机等体型小、速度慢、采用复合机体的飞行目标也应具备灵敏的感知能力。野战防空系统应加强反无人机能力，避免被无人机发现漏洞。
3) 俄乌冲突：传统军事观点认为，非隐形无人机战场生存能力差，俄乌冲突的经验教训让全球反思：雷达系统很难识别出小型无人机和紧贴地面飞行的无人机。冲突初期，即使是野战防空和区域防御防空能力相当先进的俄军，也未能完全抵挡住乌克兰运用并不先进的 TB-2 展开的打击。以上案例足以证明：在辽阔地域发生的大规模冲突中，非隐形无人机依然拥有很强的生存能力。而且随着战争的持续，双方主战装备不断损失，防空能力都在持续下降，此时非隐形无人机的生存条件将大为改善，传统非隐形无人机仍大有用武之地。
俄乌冲突带来的启示在于：1)常规地对地导弹适合战争初期的首次攻击，其火力反应速度远快于空军的攻击机，而常规弹道导弹的效费比并不高;俄军使用伊斯坎德尔导弹攻打一辆乌军的地空导弹发射车，此枚 9M723 弹道导弹的造价或与该辆“山毛榉”导弹车相当。2)采用卫星制导套件改装的精确炸弹重要性高， 数量应充足。巡航导弹、弹道导弹和激光制导炸弹攻打效果优秀，但成本较高， 激光制导炸弹还容易受到干扰;卫星导航套件改装的精确炸弹价格低廉，适合在战争首次导弹打击之后应用。3)巡飞弹本身属于“低慢小”的范畴，打击威力和灵活度高，具有易攻难防的特点。其能够在保持精确制导弹药的精确打击能力和无人机的自主飞行能力的基础上实现“1+1>2”的效果。若能在解放军步兵班中列装，将对步兵远程火力打击能力大有裨益。放眼未来，中高空长航时无人机在军用侦察监视、火力打击、反潜巡逻等更多的 领域具有广泛的应用和广阔的发展空间。2021 年 1 月 19 日，美国通用原子航 空系统公司宣布，其完成了世界上第一个具有独立反潜作战能力的无人机系统。该机在 MQ-9B 察打一体无人机基础上发展而来，机腹安装了一个具有对海搜索功能的雷达，机翼下的挂架则挂载磁探测仪、定向频率分析、声呐浮标吊舱以及反潜鱼雷。与 P-8A 反潜巡逻机相比，MQ-9B 反潜无人机的机载武器和声呐数量更少，但续航时间更强，滞空时间超过 24 小时，可长时间执行任务，且造价和运行成本更低。目前，我国的彩虹-5 海洋应用型无人机、翼龙-2 反潜侦查型无人机都已具备搜潜能力。
1.1.2、台海模拟冲突中无人机运用推演和需求释放方向
蜂群无人机凭借其极强的突防能力，已被美国视为反“反介入/区域拒止”作战 的重要力量。对于中美在台海地区的模拟冲突，美国顶级智库兰德公司提出，在解放军积累了一系列强大的反介入/区域拒止能力之后，美军想要在干预台海的模拟冲突中获胜已越来越难。其给出的解决方案是，在战时向台海投入 1000 架携带不同载荷的蜂群无人机，执行侦查搜索、目标定位、方位引导、突袭攻击等复杂任务，以阻止解放军渡海登陆。美军计划采用的蜂群无人机战术可能对我军带来不小的麻烦，原因在于我军需要耗费大量的防空力量和更高的成本来击落这些成本很低的无人机，由此便造成了双方投入和损失的巨大不对称性。由此可见，技术深刻改变了战争形态，包括兰德公司在内的美国智库已经更加侧重于研究对中国的无人战和信息战。
国际局势动荡，智能化、无人化军备投入为大势所趋。面对国际秩序的高不确定性，全球各主要国家纷纷提高军费支出和军备投入，发展无人装备，探索人-机协同战法，备战未来智能化战争。我国正处于现代化建设新时期，综合考虑国家安全和发展全局需要、我军现代化进程有序衔接等方面因素，错综复杂的国际形势进一步激发了我国在国防和军队现代化建设进程中对智能化、无人化军备质量、数量和创新研发的需求。未来中国要实现装备现代化和大型化，也需进一步加大对无人机等无人化、智能化装备的投入，做好应对无人化信息战争的准备刻不容缓。军用无人机需求将呈现出多极化：中高空长航时察打一体无人机、高空高速隐形无人机、“低慢小”高性价比的自杀式无人机等需求都将得到进一步强化。
同时，针对无人机仍存在智能化水平不足、抗干扰能力差、通信滞后等问题，也应进一步发展反制无人机手段。1)独立作战能力不足。目前，无人机的智能化水平还比较低，平台控制方式主要以简单遥控和预编程控制为主，对于地面遥控系统有着较高的依赖。这使其无法根据现场环境处理意外情况，战场应变能力与自保能力较差。2)抗干扰能力差。目前的无人机绝大部分由地面操作员进行操控，完全依赖数据链路的通讯指挥。一旦受到敌方电磁强信号的干扰或劫持，无人机与地面指挥之间的联系容易被切断，导致其失联或被敌方劫持。在遭遇电子干扰后，无人机只能依靠基于陀螺仪的惯性导航系统，无法获得足够精确的自身坐标数据，这使其借助于照相机和摄像机获得的情报价值大大降低。在美伊冲突中，美海军“拳师”号两栖攻击舰上搭载的轻型防空综合系统，曾利用电子干扰成功迫降一架伊朗无人机。伊朗也曾使用相似手段，接管了一架美军“哨兵”隐身无人机。3)具有通信滞后性。虽然无线电通信能够实现迅速传播，但通过数据链的人类地面指挥信号仍存在延迟，使得指挥系统无法及时对战场情况做出识别与反馈，通信滞后问题成为空战中的巨大隐患。
1.2、 察打一体无人机是军用无人机发展的大势所趋
无论是阿富汗战争中的初露头角，还是纳卡冲突和俄乌冲突中的突出表现，察打一体机的作战作用不容小觑。世界各国军队都非常注重察打一体无人机应用能力的开发、验证和试用，察打一体无人机是未来无人机发展的重要方向。察打一体无人机集侦察、攻击于一体，具有侦察、监视、目标捕获和对目标的实 时打击能力，极大地缩短了从发现到摧毁目标的时间，能够运用于多种战争场景。一方面，利用机载的精确制导武器，察打一体无人机可以执行“定点清除”“斩首行动”等作战任务，实现对时敏目标出其不意的猎杀效果。另一方面，察打一 体无人机系统的融入不仅可以大大加强情报获取和处理的能力，还可以将传统的作战系统发展成为“指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察、杀伤”(C4ISRK)系统，是向“网络中心战”发展的一种途径。察打一体机群在发挥自身原有优势的基础上进一步增加了协同作战系统，能够实现信息的共享与同步，为执行更加精密复杂的任务提供了保障。
随着技术与作战需求的不断演进，全球各国已经陆续推出三代广泛应用的察打一体无人机。应用能力的发展将带来作战方式的改变，由此可以产生出目前无法预测的作战能力增长。
1)典型的第一代察打一体无人机的对比
MQ-1“捕食者”、“翼龙”-1、“彩虹”-3、“彩虹”-4 均属于第一代察打一 体无人机，这些无人机大多装备涡轮增压发动机或活塞式发动机，主要满足重负 荷、短距离起飞、高机动性的要求，适用于监视、侦查、信息传输、电子对抗及 对地攻击等场景，至今已经广泛参与作战。
2)典型的第二代察打一体无人机的对比
MQ-9“死神”、 Bayraktar TB2、 “翼龙”-2、“彩虹”-5、“云影”均属于 第二代察打一体无人机。既有涡喷发动机功率大、体积小的优点，又兼具活塞式 发动机经济性好的特点，而且可以使无人机升限更高、巡航速度更快的涡桨发动 机开始取代涡轮发动机，使得第二代察打一体无人机展现出动力强、载重大、航时长、航程远、快速轻盈等优势，可靠性、安全性均较第一代察打一体无人机大幅提升。
对比来看，“彩虹”-5、“翼龙”-2 和 MQ-9“死神”无人机的尺寸基本一致， “彩虹”-5 和 MQ-9“死神”的气动外形也很相似。在最大起飞重量方面，MQ-9 “死神”优于“彩虹”-5 无人机;在飞行速度方面，“彩虹”-5 最快飞行速度不及 MQ-9“死神”无人机，并且“彩虹”-5 采用“金鹰”重油发动机，具有优良的油耗率，将“彩虹”-5 的航程由原先的 6500 公里提升到 10000 公里，续航时间提升到 120 小时，可连续飞行时间远超 MQ-9“死神”无人机。另外，我国察打一体无人机具有攻击高度优势。MQ-9“死神”须从 6000-8000 米降低到 2000-3000 米才能发射“海尔法”导弹，而在此高度，23 毫米和 57 毫米高炮、单兵便携式防空导弹均可对无人机造成威胁。相比之下，“云影”无人机的招牌能力是高空高速，同时隐形能力是一大亮点。但是发动机落后，飞机巡航时间太短，亟需升级先进的涡扇发动机以提高航程和巡航时间。
3)典型的第三代察打一体无人机的对比
“复仇者”、“翼龙”-3、“彩虹”-10 均属于第三代察打一体无人机。高空高 速、隐身化、智能化是第三代察打一体无人机的典型特征。
新一代察打一体无人机主要沿着应用能力和平台能力的增长两个方向发展。依托大系统的支持，发展各种直接链接无人机与前线作战单元的应用终端将是提升察打一体无人机应用能力的有效手段。同时，提高隐身能力和链路可靠性成为提升无人机平台生存能力的重要路径。
2、 典型无人机系统组成与价值量拆分
无人机是不携载操作人员，由动力驱动、可重复使用、利用空气动力承载飞行、可携带有效载荷、在远程控制或自主规划的情况下完成指定任务的航空器。根据航空工业出版社的《无人机系统关键技术》，典型的无人机系统由飞行器平台分系统、信息传输分系统、地面测控分系统、任务载荷分系统、地面保障设备五部分组成。无人机高技术壁垒的核心在于动力技术，光电、雷达等传感器技术，通信数据链以及人工智能等技术，这些领域的发展将带来显著的价值拉动效果。根据美国《2005-2030 年无人机发展路线图》，目前无人机系统中平台和载荷分系统的主要技术能力已经较为完备，通信系统中的实时中继电子情报和实时中继 1000 波段超光谱图像能力以及信息处理系统中的类人处理器预计将在 2025-2030 年得到充分发展。
2.1、 飞行器平台分系统：无人机的基本构成主体
飞行器平台分系统是无人机最基本的组成部分，是无人机的主体。飞行平台将飞行器机体、动力装置、控制与导航以及其他部件组合成一个整体，以实现无人机在空中的飞行。
2.1.1、飞行器机体与气动布局：无人机的“骨骼”架构
飞行器机体是指飞行器骨架及其机械结构部分，一般包括除推进系统之外的机 身、起落架、尾翼和机翼。气动布局是指无人机的主翼、尾翼等各翼面是如何放置的。无人机机体布局取决于其使命任务，而气动布局又决定了其机动性。
固定翼无人机常见的气动布局包括正常式布局、鸭式气动布局和无尾气动布局 等。1)大展弦比、小后掠角平直机翼的正常式布局适用于追求长航时而对速度 要求不高的无人机，美国 MQ-1B“捕食者”、“全球鹰”无人机，以及我国“翼龙”-1 和“翼龙”-2 无人机均采用此类气动布局。2)鸭式气动布局能够有效提升飞机在大迎角飞行状态下的升阻比，节省发动机推力，但需要先进的飞行控制系统提供支持。我国“彩虹”-3 无人机即采用鸭式气动布局。3)无尾布局最适合高速飞行，但其低速性能和稳定性较差，影响飞机的低速机动性能和起降能力。我国“无侦”-8 和“攻击 11”无人机均采用无尾式布局。无人机总体厂商通常进行无人机总体设计以及气动布局设计，以军工集团下属的 科研院所为代表，中航系、航天系等具备了深厚的技术积累。近几年我国无人机总体厂商在气动布局方面进行了众多创新，具备引领潮流的能力。1)我国“彩虹”-4 无人机主翼采用大展弦比梯形机翼，翼展达到 20 米，机身设计在隐身结构前提下最大限度满足了长航时气动性的要求;2)我军 TB-001“双尾蝎”无人机拥有独特的“双垂尾”气动布局，机翼长达 10 米，集载荷大、航程远、稳定性强等优点于一身，最大航程可达 6000 公里，最长滞空时间达 36 小时。3)我国无侦-7 无人机在世界范围内首次采用“Φ”型连接翼气动布局，该布局相较大展弦比机翼具有明显优势，能够大幅提升机体结构强度与稳定性，同时降低整体重量和飞行阻力。
2.1.2、动力系统与能源：无人机的“心脏”
动力系统是无人机的“心脏”，决定无人装备的载荷能力、升限、续航、飞行速度、机动性等总体性能，涡桨发动机在无人机成本占比约为 16%。无人机广泛 采用的动力装置类型各异，主要包括往复式活塞式发动机和旋转活塞式发动机、传统小型涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机和涡轮轴发动机等燃气涡轮发动机，以及在微型无人机中普遍使用的由电池驱动的电动机等。
具体对比各类发动机的特性：1)涡桨发动机和涡扇发动机能够支撑无人机中高空长航时飞行。按照发动机支持的高度、速度及起飞重量由小到大进行粗略排序，微型电动机适用于微型无人机，部分飞机的起飞重量可少于 100g;活塞式发动机适用于低中低空速的侦察、监视无人机及长航时无人机，起飞重量一般为几百千克;涡轴发动机适用于中低空、低速短距、垂直起降无人机、旋翼无人机，飞机起飞重量可达 1000kg;涡喷发动机适用于飞行时间较短的中高空、高速侦察机及靶机、无人攻击机，起飞重量可达 2500kg;涡桨发动机适用于中高空长航时无人机，飞机起飞重量可达 3000kg;涡扇发动机适用于高空长航时无人机和无人战斗机，能够支撑很大的起飞重量，如“全球鹰”无人机的起飞重量达 11.6t。
2)从高度与最大速度两个维度来看，未来无人机高空高速的发展或将加大对涡喷发动机和涡轮冲压发动机的需求。随着高度与最大速度的同时提升，适用的发动机依次为：活塞式发动机(最大高度约 20000ft，最大速度约 500km/h) < 涡桨发动机(最大高度约 36000ft，最大速度约 800km/h) < 涡扇发动机(最大 高度约 60000ft，最大速度约 1500km/h) < 涡扇发动机(带加力燃烧室)< 涡喷发动机(最大高度约 90000ft，最大速度约 2700km/h) < 涡喷发动机(带加力燃烧室)< 涡轮冲压发动机(最大高度超过 100000ft，最大速度约 4000km/h) < 冲压发动机(最大高度超过 100000ft，最大速度约 5000km/h) < 火箭发动机。此外，太阳能发动机适用于低速高空特殊场景。
3)综合考虑耗油率与推进效率，涡扇发动机和涡桨发动机各占一席之地。高速区间(0.6-1.2 马赫)涡扇发动机最优;低速区间(0-0.4 马赫)涡桨发动机和活塞式发动机推进效率最高且耗油率最低，为最优选择。当速度达到 0.4-0.6 马赫区间时，涡桨发动机和活塞式发动机推进效率递减且耗油率急剧上升，若有进一步提速需求，可考虑以涡扇发动机进行替代。涡喷发动机推进效率最低且耗油率最高。
2.1.3、飞行控制与惯性导航：无人机的“大脑”与“小脑”
飞行控制系统是无人机的“大脑”。自主控制技术是无人机系统区别于有人机， 实现无人操控和执行各种任务的关键。自动驾驶仪是无人机飞行控制功能的硬件平台，能够对无人机的三个通道进行控制以达到良好的飞行性能。随着无人机系统智能化、信息化水平的提高，人机智能融合的交互控制逐渐处于主导地位。人机智能融合的交互控制对通信系统的能力要求较高，在面临复杂的战场环境时，由于存在通信中断、链路带宽和距离受限以及人员操控能力等因素的限制，人机智能融合的交互控制仍存在很大的缺陷。美国国防部《2009-2034 财年无人系统综合路线图》指出，无人机系统自主能力和稳健性的提高，能够改进对战场的感知，提高目标定位的速度和精度，增强生命力，扩大任务的灵活性，美国计划到 2034 年实现在线态势感知，使得无人机具备完全自主能力。
惯性导航系统(INS)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，是无人机的“小脑”。正如人类小脑控制着人类的运动感知系统，惯性导航通过陀螺仪、惯性传感器等装置来感知无人机所处的位置、姿态、加速度等重要信息。其工作原理是以陀螺仪和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯导系统的优势在于：1)隐蔽性好，不受外界电磁干扰的影响;2)可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;3) 能提供位置、速度、航向和姿态角数据，产生的导航信息连续性好且噪声低;4) 数据更新率高、短期精度和稳定性好。
我国 GNSS 芯片已初步实现规模化应用，迈入国际领先水平。截至 2021 年底，国产 GNSS 芯片占据全球 GNSS 芯片市场总份额的 27.65%。自 2015 年和芯星通发布全球首款高精度多模多频卫星导航系统级 SoC 芯 片 NebulasIIUC4C0 后，我国 GNSS 芯片迈入国际领先水平。国外主要 GNSS 板卡厂商为 Trimble 导航公司，国内主要 GNSS 板卡厂商为北京合众思壮科技股份有限公司。
2.2、 信息传输分系统：确保数据收发，保障战场“神经 网络”通畅
无人机的数据链系统主要负责目标、环境和协同三个方面信息的传递和交换。数据链系统的组成一般包括操控平台上的数据链舱、控制面板、机载数据链和遥控测试设备等。
无人机的通信系统一般由机载、地面和中继三个部分组成。机载部分包括机载数据终端(ADT，Airborne Data Terminal)和天线。前者包含 RF(Radio Frequency) 接收机、发射机和调制解调器三个部分，有些 ADT 为满足链路带宽限制，还集成了数据压缩处理器;地面部分也称为地面数据终端(GDT，Ground DataTerminal)，由天线、RF 接收机、发射机、调制解调器组成。若数据在机载部分经过了压缩，地面部分则还需配备数据重建处理器以还原数据;中继部分一般由中继平台和转发设备构成，只有需要延伸链路作用距离的中、长航时无人机才需要配备。
按任务种类划分，通信链路可以分为测控链、指控链、ATC(Air Traffic Control) 链、侦察监视链和作战协同链等。其中，测控链用于地面站对无人机飞行情况的控制、任务设备的遥控遥测和定位跟踪;指控链用于地面站对无人机的指令传输和姿态控制等;ATC 链用于与民航机有领域交互的无人机，实现交通控制和管理，防止碰撞;侦察监视链用于无人机侦测信息的实时传输，一般都是数据传输、控制一体化的宽带高速数据链;作战协同链用于无人机与其他平台之间协同作战时的信息交互。
视距通信链路分为宽带链路和窄带链路，其中宽带链路一般工作在 C 或 L 波段，主要用于遥控遥测和宽带任务数据传输，窄带链路一般工作在 UHE 或工波段，仅用于遥控遥测数据传输。超视距链路通常工作在 Ku 或 Ka 波段，主要用于遥控遥测和宽带任务数据传输。小型战术无人机一般只安装视距通信链路，甚至只安装视距宽带链路，中高空、长航时无人机会配备视距和超视距等多条通信链路。随着无人机任务载荷能力的不断提高，机上任务传感器的数据量将越来越大，高性能的宽带数据链将成为无人机测控数据链的主流。
无人机通信系统发展趋势在于提升抗干扰能力、数据传输能力两方面。目前，无人系统的通信频率和带宽不断提高，已迅速推动了高速率、低延迟和大容量的可靠通信。但由于电磁频谱逐渐紧缺，无人系统个体都面临着通信中断、阻塞或恶 意干扰的挑战，从而容易影响通信效率和能力。因此，确保高频谱效率的前提下保证低截获概率和抗干扰性能，对于战术边缘网络中通信安全性和可靠性至关重要。无人系统通信常采用直扩、跳频、跳时等抗干扰通信技术，通过将信号特征 隐藏于时域或频域的方式规避敌方截获。
2.3、 任务载荷分系统：无人机携带的辅助完成指定任务 的设备装置
侦察载荷分系统包括光电传感器，合成孔径雷达等，可以在战场上空进行高速扫描，也可控制无人机低速飞行或者悬停凝视，为部队提供实时情报支持。
2.3.1、光电任务载荷：无人机的“眼睛”和部分“头脑”
光电载荷是实现战场信息获取、态势感知和制导武器引导的关键装备，在无人机重量和成本上均占据了较高的比重。光电载荷利用目标和背景反射或辐射光波的差异来实现对导弹、飞机、军用车辆、作战部队等军事目标的持久性大范围实时监视、目标识别、打击评估等多样化需求，其从探测波段上可分为可见光、红外、激光等，现役装备大多采用多波段复合模式，通过不同波段的传感器配合，可以在作战中达到协同探测、协同识别和协同导引的目的。
制造高质量的察打一体侦察机，技术壁垒之一是如何避免飞行器载体的姿态变化和机械振动对光电传感器的指向和抖动的影响。光电任务载荷要发挥功能大多需要安装在云台上以实现水平和竖直方向的转动，即光电吊舱=云台(电机伺服系统)+光电设备+软件。平台增稳是将全部的光学系统和敏感元件安装在一个用环架系统悬挂起来的台体上，并用陀螺等惯性传感器安装于台体上，形成陀螺稳定平台。根据环架系统稳定轴的数量，可分为单轴、两轴和三轴稳定平台。陀螺增稳平台是目前无人机常用的一种两轴增稳平台，该平台通常设置俯仰和滚转两个方向的稳定陀螺，以实现两个基本功能：一是稳定功能，即通过产生适当的反旋转力抵消被基座带动的强制旋转;二是跟踪功能，即能跟踪指令，按要求的角速度旋转，确保云台的坐标轴指向要求的方位。当环架的支承轴无任何干扰力矩作用时，云台将相对惯性空间始终保持在原来的 方位上，当云台因干扰力矩作用而偏离原来的方位时，陀螺敏感云台变化的姿态 角或角速率反馈到控制核心，经过一系列算法处理，送出控制室给环架的力矩电机，通过力矩电机产生补偿力矩对干扰力矩进行补偿，从而使云台保持稳定，而云台的稳定也就保证了其上的光学系统的视轴的稳定，即视轴的稳定是通过对整个台体的稳定来实现的。
典型外军现役无人机机载光电装备包括美国 FLIR 公司的 Star SAFIRE 光电侦察转塔、雷神公司的“全球鹰”光电侦察载荷和 AN/AAS-52 多光谱瞄准系统、洛马公司的“军团”和“狙击手”先进瞄准吊舱、Logos 技术公司的 SPRITE 轻型多模式侦察吊舱、加拿大 L3Harris WESCAM 公司的 MX-15/20/25 多传感器转塔、以色列拉斐尔公司的 RecceLite 侦察吊舱、Elbit 公司的 AMPS NG 多传感器载荷等。
2.3.2、合成孔径雷达：全天候、全天时的高分辨率微波成像雷达
合成孔径雷达能够克服光电侦察设备易受气象条件限制、飞行高度过低、生存力有限等缺陷，是未来战争中实现“无伤亡”侦察的重要手段。在 20 世纪 90 年代发生的几次局部战争中，使用了大量的装载红外、光电侦察设备的无人侦察机，为高技术条件下实现“无伤亡”现代战争提供了有力工具。但光电侦察设备不能在恶劣气候条件下工作，缺乏实时大面积连续成像能力，易受气象条件限制，存在飞行高度过低、生存力有限等缺陷。因而无人机载合成孔径雷达成为未来战争中实现“无伤亡”侦察的重要手段。合成孔径雷达(SAR)是利用与目标做相对运动的小孔径天线，把在不同位置接收的回波进行相干处理，获得方位分辨率高的成像雷达。其基本原理是利用雷达与目标的相对运动，把雷达在不同位置接收到的目标回波信号进行相干处理，相当于把许多个小孔径天线合并为一个大孔径天线，这样就可以获得很高的目标方位分辨率，加上脉冲技术又可以获得很高的距离分辨率。鉴于无人机的天线不可能很大的特点，合成孔径雷达非常适合在无人机上使用。
作为无人机和无人机载 SAR 系统的先行者，美国一直高度重视相关 SAR 系统研制和装备工作。海湾战争后，随着信息处理和通信技术的发展，美军的无人机载 SAR 取得了快速发展和广泛运用。为了加强战地实时侦察能力，美军先后研制装备了多型无人机载 SAR 侦察遥测系统，如“全球鹰”系统、“捕食者”系统和“火力侦察兵”系统等，并不断地升级改造以适应多任务类型。为适应现代战争与民用微波遥感信息获取的需要，我国在近 20 年来也对无人机 载 SAR 系统进行了技术研究与开发，并形成了系列化产品。例如“彩虹”-4 无人机配备探测距离 50 公里的合成孔径雷达和探测距离 15 公里的四合一光电平台，还专门研制了一款“射手”-1 无人机导弹，可在 5000 米巡航高度发射，无需降高和改变正常的飞行航线。国内生产雷达的公司中，中航工业雷达所涵盖机载火控雷达、搜索监视雷达、成像侦察雷达、气象探测与导航雷达、预警雷达、弹载雷达等主要产品谱系，其中机载有源相控阵雷达、超高分辨率合成孔径雷达、机载多功能气象雷达等系列技术和产品已达国内领先水平、世界先进水平。中航电子主营航空电子系统产品，产品涉及雷达系统、光电探测系统等。
合成孔径雷达在战场侦察、监视、遥感和测绘方面已得到成功的应用，在火控和制导领域也具有广泛的应用前景。利用激光器作辐射源的激光合成孔径雷达，由于其工作频率远高于微波，对于相对运动速度相同的目标可产生更大的多普勒频移，因此横向距离分辨率也更高，而且利用单个脉冲可瞬时测得多普勒频移，因而无需高重频发射脉冲。正因如此，基于距离/多普勒成像的激光合成孔径雷达的研究工作受到重视。美国自 20 世纪 80 年代开始开展了激光合成孔径雷达的概念研究。2003 年，雷声公司空间和机载系统部得到了一份 800 万美元的合同，设计和演示世界上第一台合成孔径激光雷达成像装置(SALTI)。这种装置首次为作战飞机提供机载光合成成像能力，改进了对目标的成像清晰度，同时也避免了工作在 X 波段的普通合成孔径雷达的目标闪烁问题，可以为有人和无人机载平台提供对防区外目标的探测和识别能力。