无人机飞行气象保障研究

徐陈磊，刘博

95894部队

无人机飞行需要多方面的综合保障，气象保障是无人机安全飞行的先决条件之一。本文聚焦无人机飞行气象保障研究，分析无人机气象保障的特点，通过对比无人机与有人机气象保障的差异，提出有效可行的气象保障方法，从而提高无人机使用效能，为无人机安全飞行奠定基础。

近年来，无人机在军用和民用领域表现卓越，引起世界各国高度重视。无人机凭借多样化任务载荷、低成本、高机动性等特点，可在航拍、测绘、物流、农林种植、侦察监视、边境巡逻等多个领域执行各种任务。然而，如果天气不能满足无人机飞行的最低气象要求，将会给飞行安全造成威胁。无人机飞行需要多方面综合保障，气象保障是无人机安全飞行的先决条件之一，探索无人机飞行气象保障特点，研究气象保障方法和措施，能有效提升无人机使用效能，保证飞行安全。

无人机飞行最低气象条件

无人机飞行最低气象条件是无人机安全起降、飞行的天气标准，是为保证无人机起降和执行任务而规定的最低限度天气条件。

无人机飞行气象条件可分为起降场天气条件和航线天气条件。一般小型近程无人机如多旋翼无人机，由于续航时间小和航程短，仅在起降场附近使用，所以只需要根据起降场天气条件实施飞行气象保障，天气要素包括云、能见度、风等；很多大型远程长航时无人机如军用战略无人机，由于使用半径大，航程可达几百或上千千米，必须在起降场天气条件基础上，结合航线天气条件加以保障，周全考虑空中风、雷暴、无人机积冰、无人机颠簸等要素。

无人机气象保障特点

最低气象条件要求苛刻

无人机起降过程中，对风速的要求较为苛刻。可能满足大型飞机起降的风速，却不能满足无人机起降要求，因此需要更准确地掌握风速变化。

在无人机飞行过程中，操控人员和保障人员要把握云、无人机积冰、无人机颠簸和空中风等情况。很多无人机搭载了较多精密电子设备，对空气湿度要求很高，无法长时间在云中飞行，因此层积云、层云、高积云等都对无人机飞行产生较大影响，无人机只能短暂地穿过较薄的云层。有些无人机没有配备除冰装置，且航速较慢，因此积冰会严重影响它们的飞行安全。无人机与地面控制站之间通过视距和超视距卫通等链路传输遥控和遥测信息，一旦空中发生颠簸，会导致无人机飞行姿态不稳定，很容易影响链路信号传输，所以对空中气流的预判也很重要。

预报精度要求高，协调难度大

图1 起降场自动气象站实时获取气象观测数据。

大型无人机通常跨区域跨昼夜飞行，其飞行空域更广、续航时间更长、精度更高，对气象保障的预报精度要求更高。而且，不同区域的气象保障，涉及保障部门多，各部门之间组织协调、资源共享、信息传递等需要建立良好的协调沟通机制，确保完成飞行保障任务。

相比于有人机，很多无人机无法实施备降场备降。因此，大大增加了气象保障难度。无人机起飞后，一定要精确预报返航时间段的天气，确保其安全降落。

协同沟通难度大

有人机飞行过程中，当航线上有浓积云或积雨云时，飞行员可以通过机载雷达或者加强观察，及时绕过浓积云和积雨云。但无人机操控员难以像飞行员一样，实时、准确观察和判断航线中的天气，特别是无人机空中颠簸、气流等情况，很难有直观感受。而且无人机绕过浓积云和积雨云的能力较弱。此外，若天气影响到无人机飞行安全，需要重新调整航线、数据上传、数据处理等一系列过程，临机处置会有延迟，可能会错过最佳调整时机。

因此，实施气象保障时要加强对无人机任务区及航线天气的掌握，尽可能不在复杂天气的区域飞行。

任务区气象站点少，气象资料获取少

无人机经常在人员稀少、交通不畅的高原、戈壁、草原等地区执行边境巡逻、管线检查等任务，这些地区几乎无气象站点，气象观探测数据非常少，很难获取飞行空域的气象资料，对任务区气象要素的监测缺乏有效手段，保障中只能依靠卫星云图、天气图、雷达回波图等资料进行判断。

新装备要求高，保障经验少

无人机携带的精密仪器多，对运行环境要求高，同时很多新型无人机刚投入使用，故障率较高。然而很多无人机操控员或保障人员掌握的气象理论知识比较匮乏，对气象保障了解较少，在实际飞行中很容易错失飞行窗口期，影响了飞行计划，或者忽视天气复杂性，盲目蛮干危及无人机飞行安全。

无人机气象保障措施

掌握无人机性能，深入研究气候特点

气象保障人员及无人机操控人员需全面掌握无人机性能，充分了解最低天气条件，根据任务要求，收集、整理任务区域历史气象资料，对季节性气候特点进行分析，深入研究任务区气象要素特点，准确把握任务区天气变化规律。

充分掌握起降场及航线天气

无人机飞行可以由操控员操控飞行，也可以按照预设航线自主飞行，无论哪种飞行，操控人员和保障人员都要提前掌握飞行任务、航线、高度等情况，明确各航点方位、高度及与起降场的距离，无人机到各航点所需的时间，做好起降场及航线天气预报，并结合最低天气条件和任务具体要求，严格把好飞行天气条件关。

实时监视天气情况，提出气象保障建议

任务临近和实施飞行时，应充分利用实时观探测数据、卫星云图、雷达回波图等气象信息，进行要素特点分析和规律总结，严密监视重点地域的天气变化。随时了解无人机方位和无人机回传的视频影像，借助实时视频影像掌握周围云的情况，适时规避不利天气的影响。

密切协同配合，扩大信息来源

图2 卫星云图。

图3 空中风场数值预报截图。

图4 便携式气象仪。

无人机经常在偏远地区开展工作，任务保障前，可以从各类气象APP、中央气象台官网等渠道获取强对流天气预报、降水量预报等气象信息；也可以与当地气象站和航线区域的气象站建立广泛的沟通联络机制，充分利用现有资源，确保飞行全域气象保障无缝衔接，提高天气预报准确性，为航线设置、任务规划、飞行操控提供可靠依据。

深入研究难点，准确把握飞行窗口期和区域

由于无人机起降对风速要求非常严格，保障时可以在起降区域架设便携式气象仪，实时掌握风向风速情况，避开大风时间段起降；利用中央气象台发布的卫星云图、雷达回波图等信息分析航线天气，选择可以飞行的区域，规避强对流、云量较多的区域。

对于航速慢且没有除冰装置的无人机，在北方秋冬季飞行时，其积冰问题比较突出，所以要提前了解零度层高度以及空中各云层湿度。在保障过程中要重点研究锋区、空中槽、切变线、低涡附近地区的温湿度分布，掌握飞行高度的云层温度，特别要注意气温在0 ～-10℃的云层，结合湿度判断是否有积冰风险的云层。

制定严密预案，加强预防及特情处置

针对无人机对天气条件要求高的特点，气象保障要有针对性地制定切实可行的特情处置预案。如果无人机按预设航线飞行，为防止突发情况发生，需时刻掌握无人机所处的航线点，并做好安全区待机、返航、复飞及终止任务的准备。

针对飞行中可能出现的、危及飞行安全的天气，应确定需重点监测的气象要素及其方位和持续时间，一旦出现复杂天气或极端天气，及时进行处置。比如，无人机不能在强对流云团中飞行，而本身又无法快速改变航线规避强对流云团。因此需要借助雷达回波图，重点关注航线上是否有正在以及将要发展的强对流区域。

总结

图5 雷达回波图。

总体而言，无人机气象保障面临以下难点。

一是机体尺寸小、最大起飞重量轻、巡航速度慢的无人机，易受大风、空中颠簸等因素影响；

二是部分大型无人机航程远、续航时间长、实用升限不高，易受天气影响；

三是一些无人机使用半径长、指令响应慢、机动性差，规避危险天气的能力有限；

四是一些无人机续航速度慢，无除冰装置，不抗积冰，不能长时间在云中飞行；

五是在一些特殊情况下，操控人员无法及时感知、识别和判断外界天气变化，应急处置能力较弱。

因此，保障飞行时，要加强预想、预判和特情处置，准确掌握起降地及航线的各个气象要素，时刻做好天气监视，充分利用可以飞行时段，促使飞行计划顺利实施，确保飞行安全。■