第二章 载荷选择原则

无人机载荷与行业应用第二章 载荷选择原则目 录载荷相关标准项目1项目2项目3载荷集成“六性”与“三化”要求项目1载荷相关标准无人机的大小和载重能力决定它可以装备什么样的任务载荷，而无人机执行任务的能力主要由各种类型的任务载荷决定，因此任务载荷是无人机执行任务能力的关键。任务1 国家标准任务1 国家标准规定了机载电子设备的一般机箱、安装架的安装形式和基本尺寸适用于机载电子设备的一般机箱、安装架的安装《机载电子设备机箱、安装架的安装形式和基本尺寸》（GJB

441—1988）规定了机载设备包装的通用技术要求及质量保证规定适用于机载设备包装的研制与生产《机载设备包装通用规范》（GJB2352—1995）对于无人机任务载荷的选择，参考的国家标准大多为国家军用标准，具体如下：规定了系统电磁兼容性的总要求，包括系统内电磁兼容性要求、系统对外部电磁环境的适应性要求、雷电防护要求、静电防护要求和电磁辐射的危害防护要求等适用于新研制的和改进的各种武器系统，如飞机、舰船、导弹和地面系统等《系统电磁兼容性要求》（GJB

1389A—2005）规定了无人机任务设备的通用要求适用于任务设备的选择，并为无人机总体选择任务设备提供了参数要求《无人机任务设备通用要求》（GJB

5887—2006）任务1 国家标准任务1 国家标准《机载电子设备通用指南》（GJB/Z

457—2006）为在有人驾驶飞机、直升机、导弹、助推器和类似的飞行器上工作的电子设备的设计和结构、元器件和零部件的选用、材料的选用、表面处理、环境应用和质量保证等提供了通用指南。详细的电气和机械设计、性能及试验要求应按设备详细规范或合同中的规定适用于上述设备研制和生产的各个阶段《无人侦察机成像侦察任务载荷要求》（

GJB6705—2009）规定了无人侦察机成像侦察任务载荷的分类、总体性能要求、主要战术技术项目及使用要求适用于无人侦察机成像任务载荷及其配套设备的选择，并为系统总体论证、设计提供依据任务1 国家标准《无人机信息对抗载荷通用要求》（GJB7100—2010）规定了无人机信息对抗载荷的分类和通用要求适用于无人机信息对抗载荷的论证和研制《无人机任务载荷通用要求》（GJB7101—2010）规定了无人机任务载荷的通用要求适用于无人机任务载荷的论证和研制《机载雷达无源干扰吊舱通用规范》（GJB

7200—2011）规定了机载雷达无源干扰吊舱的技术要求、质量保证规定和交货准备等适用于机载雷达无源干扰吊舱的论证、研制、生产和检验，是拟制产品规范的基本依据任务2 行业标准建立了一个从无人机接口到有效载荷的框架，它定义了无人机有效载荷设备的接口、性能度量、供应、操作控制和管理适用于最大起飞重量（MTOM）小于25kg的无人机的有效载荷接口要求，不包括无人机的内置有效载荷《无人机有效载荷设备的标准接口要求及性能特性》（IEEE1937.1—2020）规定了外场可更换单元（LRU）的规格和设备，安装架的机械接口、电接口、环境特性等设计要求以及验证要求适用于安装在军用飞机电子设备舱内LRU外形要素的选择、标准接口设计、环境条件以及接口设计与环境条件等方面的验证《机载电子设备接口设计基本要求》（HB6434—2001）目前关于无人机任务载荷的行业标准还暂未发表，行业标准主要对载荷的接口进行了规定:任务2 行业标准《无人机航摄安全作业基本要求》（CH/Z

3001—2010）规定了无人机航摄安全作业的技术准备、实地踏勘与场地选取、飞行检查与操控、保障措施、设备使用与维护等内容适用于以固定翼轻型无人机航摄系统为设备的无人机航摄作业，旋翼轻型无人机航摄作业和无人飞艇航摄作业也可参照执行《无人机航摄系统技术要求》（CH/Z

3002—2010）规定了无人机航摄系统的基本构成和设备的技术要求适用于以固定翼轻型无人机航摄系统为设备的无人机航摄作业，旋翼轻型无人机航摄作业和无人飞艇航摄作业也可参照执行除接口外，测绘行业也对无人机任务载荷有着相关标准要求：项目2载荷集成侦察、校射、目标定位类典型的任务载荷主要包括电视摄像机、前视红外仪、图像跟踪设备、化学感光照相机、数码照相机、激光设备、合成孔径雷达/活动目标侦察雷达等。任务1 物理指标1.电视摄像机主要选择参考物理指标参数任务载荷主要选择的参考物理指标参数如下：（1）水平分辨率（2）视场（3）焦距（4）焦距输出精度（5）变焦光轴晃动（6）图像畸变（7）光轴与CCD中心的不重合度（8）输出信号制式（9）使用光照条件2.

前视红外仪主要选择参考物理指标参数（1）工作波长（8）畸变（2）探测器类型（9）空间分辨率（3）视场（10）最小可分辨温差（MRTD值）（4）焦距（11）制冷方式（5）焦距输出精度（12）连续工作时间（6）变视场时视轴的不重合度（13）信号输出制式（7）图像中心与视轴的不重合度任务1 物理指标3.

图像跟踪设备主要选择参考物理指标参数4.

化学感光照相机主要选择参考物理指标参数（1）最小跟踪目标尺寸平分辨率。（2）目标对比度（3）目标脱靶量（4）跟踪误差（5）最大跟踪速度（6）延迟时间（7）跟踪模式（8）跟踪方式（1）照相高度（8）纵向重叠率（15）自动曝光控制方式（2）焦距（9）静态分辨率：中心分辨率、边缘分辨率（16）光圈调整范围（3）视场角（10）动态分辨率（17）控制精度（4）相对孔径（11）内方位元素鉴定精度（18）相移补偿范围（5）片幅（12）最大畸变差（19）数据记录方式（6）载片量（13）主点坐标（20）胶片展平∶展平方式、展平精度、展平气压（7）收容面积（14）快门方式和调整范围任务1 物理指标任务1 物理指标5.

CCD数码照相机主要选择参考物理指标参数（1）CCD工作波段（9）数据压缩倍率（2）CCD传感器像元数（10）相机与平台定位、姿态测控部件的同步精度（3）单幅拍摄面积（11）内方位元素鉴定精度（4）拍摄方式（单幅/连续）（12）焦距（5）重叠成像要求（13）主点坐标（6）像元地面分辨率（14）镜头畸变测量精度（7）灰度等级（15）光轴与CCD中心不重合度。（8）存储器容量6.

激光设备主要选择参考物理指标参数（1）工作波长（2）发射功率（3）测距速率（4）测距范围（5）测距精度。（6）准确率（7）重复频率（8）光束束散角（9）连续工作时间（10）间隔时间（11）选通高度任务1 物理指标7.

合成孔径雷达/活动目标侦察雷达设备主要选择参考物理指标参数（1）成像距离（2）成像区宽度（3）图像分辨率（4）图像测量误差（5）雷达工作频段和带宽（6）天线增益（7）发射功率（8）动目标检测最低速度（9）图像动态范围（10）天线形式和尺寸（11）冷却方式8.

稳定平台主要选择参考物理指标参数（1）平台工作范围：方位轴、俯仰轴（6）测角精度（2）最大角速度（7）框架输出角量化值（3）最大角加速度（8）光轴平行度（4）稳定方式（9）负荷能力（5）稳定精度9.

升降机构主要选择参考物理指标参数（1）升降行程（2）升降时间（3）载荷能力无人机任务载荷设备一般电气指标如下：（1）工作电压。（2）峰值功率。（3）静态功率。任务2 电气指标任务载荷的机械接口的相关内容包括尺寸、质量、颜色、减振等。任务载荷的尺寸应满足无人机总体布局、安装要求，必要时还应满足无人机气动外形要求，应明确有接插件和无接插件两种状态的尺寸。任务2 接口与协议1.

机械接口任务3 接口与协议1.机械接口任务载荷的质量应满足无人机飞行平台的装载要求和任务载荷的技术指标要求，通常包括减振器、减振机构、天线（含整流罩）、馈线、附居电缆等的质量。一般只规定任务载荷质量的最大值，必要时应规定质量公差范围和质心分布范围。每个外场可更换单元（LRU）的最大质量一般不超过20

kg。任务载荷的颜色一般为无光黑色或灰色，外置部分颜色一般与无人机机体颜色一致。一般采用减振器或减振机构与飞机连接，减振器宜选用HB6131金属摩擦阻尼隔振器。（1）机械接口应与无人机接口或万向架的预留结构相匹配，结构尺寸应尽可能小。（2）机械界面的质量应尽可能轻。（3）机械界面的结构应保持稳定，不易变形。（4）机械接口的结构应易于安装和拆卸。（5）机械接口的安装位置不会对无人机的稳定性产生不利影响。（6）对于无人机配备万向架的接口，所配备的有效载荷重力中心应位于万向架间距轴的中线上。任务3 接口与协议对于机械接口，有如下要求：任务3 接口与协议2.电气接口电气接口是一种用于连接电气终端并创建电路的机电设备。电气接口也可以实现为电气连接器。对于便携式设备来说，该连接既可以是可拆卸的（需要一个组装和拆卸的工具），也可以作为两点之间的永久电气接头。一个适配器可以用来连接不同的连接器。无人机系统任务载荷可以通过机载线缆实现供电和通信。供电的电源接口一般采用直流供电与交流供电两种形式。任务3 接口与协议（1）无人机如能通过可靠通信来满足有效载荷的供电要求，应根据要求通过电气接口向有效载荷设备供电。（2）不能通信或不满足设备供电要求的，应根据无人机的容量供电。（3）无人机应至少通过电气接口向有效载荷设备提供一个受调节的断电输出。（4）无人机可以通过电气接口向有效载荷设备提供不受调节的直流电源。（5）电气接口提供的电源应具有短路保护，无人机应能够限制有效载荷设备的电流消耗，以防止过度利用电池电源。（6）电气接口触点的载电能力应充分降低，以使最高负载情况下的最大温升不超过20 C。大电流电源和接地连接应使用多个冗余触点。对电气接口的要求如下：任务3 接口与协议（7）电气接口的设计应考虑无人机所要求的性能，包括但不限于：阻抗电压降、绝缘/最大泄漏电流、介电强度、功率容量、旋转率、频率/带宽、占空比、抖动、延迟、损耗/衰减、串扰和隔离要求。（8）电气接口的接触应采用防腐、、

抗氧化、耐磨材料或相对表面隐藏技术，为防止电化学腐蚀，性能不匹配的金属材料（如铜、铝）应避免直接接触，或其接触表面应覆盖适当的涂层或绝缘材料。（9）电气接口应具有抗震结构。电气接口的电源和信号应防止在错误的方向或位置发生意外短路和配合。（10）电气接口应包括一个或多个通信接口，如异步串行通信接口、控制器局域网（CAN）总线、高清多媒体接口（HDMI）、通用串行总线（USB）接口、以太网接口等。（11）支持摄像机型有效载荷的电气接口应包括帧同步信号，如垂直同步（VSYNC）。（12）电气接口应支持定时和地理位置信息的通信，如每秒脉冲（PPS）和实时运动学（RTK）数据。电气接口应保留适当数量的备用连接或通用输入/输出，以用于未来的应用和扩展定义。任务3 接口与协议3.通信协议通信协议即数据接口。在电信中，通信协议是一种规则系统，它允许通信系统的两个或多个实体通过物理数量的任何类型的变化来传输信息。该协议定义了通信的规则、语法、语义、通信的同步以及可能的纠错方法。通信系统使用定义良好的格式来交换各种消息。每个消息都有一个确切的含义，旨在从针对该特定情况预先确定的可能的响应范围中引出响应。指定的行为通常独立于它具体的实现方式。任务3 接口与协议对通信协议的要求如下：通信协议应至少包括低速通信协议（例如，基于RS-422通用异步接收-发射机[UART]接口、1533B航空总线和CAN总线接口）和高速通信协议（例如，基于RS-422同步接收-发射机[UART]接口、以太网接口和USB接口，通过电缆或光纤进行传输）。（1）通信协议应支持对支付负荷的控制以及参数的采集和配置。通信协议应定义通信的规则、语法、语义、同步以及可能的错误恢复方法。（2）（3）（4）通信协议应支持从有效载荷到GCS或无人机的数据传输。数据传输速度不得超过无人机的最大数据带宽。为了与未知的通信协议兼容，该通信协议应支持有效载荷与地面站之间的透明数据传输。（5）任务3 接口与协议无人机不应使用未经认证的有效载荷进行控制，防止未经授权的访问命令和控制功能。（6）（7）数据传输内容应尽可能简单，以减少数据传输时间。通信协议应向有效载荷提供态度和位置信息。通信协议应支持对万向架的控制。通信协议应考虑支持负载时间同步的具体要求。通信协议应支持日志信息记录。通信协议应支持数据带宽分配。通信协议应支持高压电源请求。通信协议应支持多款有效载荷协调。（8）（9）（10）（11）（12）（13）无人机任务载荷系统应与无人机平台电子设备兼容工作。应根据GJB 1389A—2005、GJB 151A—1997进行无人机任何载荷系统电磁兼容性设计，并按GJB 152A—1997进行必要的电磁兼容性测试。任务4 电磁兼容性及其他考虑无人机任何载荷系统都应与规定的外部射频电磁环境兼容，满足电磁干扰控制要求，以使系统的工作性能满足要求。测试的一般要求如下。（1）无人机任何载荷系统应具有可选择频率保护功能，保护无人机正常飞行所使用的工作频段。如保护数据链上下行信道；保护无人机定位设备接收信道；保护无人机应答机及航管设备工作频段；保护无人机自卫装置工作频段。任务4 电磁兼容性及其他考虑任务4 电磁兼容性及其他考虑（2）按照GJB 151A—1997中规定的测试项目，应至少选取以下项目进行测试：①

CE102（10

kHz～10

MHz电源线传导发射），适用于所有电源导线（包括返回线，但不包括设备电源的输出端导线）。②

CE106（10

kHz～40

MHz天线端子传导发射），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.3.1的规定。③ CS101（25 kHz～50

kHz电源线传导灵敏度），适用于设备和分系统的交流和直流输入电源线，不包括返回线。④

CS106（电源线尖峰信号传导灵敏度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.9.1的规定。任务4 电磁兼容性及其他考虑⑤ CS114（电缆束注入传导敏感度），适用于设备及分系统的所有互连电缆，10 kHz～30MHz为全部适用频率范围，30～400

MHz为可选择使用频率范围。⑥ CS115（电缆束注入脉冲激励传导敏感度），适用范围应符合GJB 151A—1997中5.3.12.1的规定。⑦ CS116（10 kHz～100

MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.13.1的规定。⑧

RE102（10

kHz～18

GHz电场辐射发射），适用于设备及分系统课题和所有互连电缆的辐射发射，不适用于发射机的基频或天线的辐射，具体要求见GJB 151A—1997中5.3.15.1的规定。⑨

RS103（电场辐射敏感度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.18.1的规定。任务4 电磁兼容性及其他考虑（3）根据无人机任何载荷系统的特性，建议选做以下项目：① CS103（15 kHz～10 GHz天线端子互调传导灵敏度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.6.1的规定。② CS104（25 kHz～20 GHz天线端子无用信号抑制传导灵敏度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.7.1的规定。③ CS105（25 kHz～20 GHz天线端子交调传导灵敏度），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.8.1的规定。④RE101（25

Hz～100

kHz磁场辐射发射）。任务4 电磁兼容性及其他考虑⑤ RE103（10 kHz～40 GHz天线谐波和乱真输出辐射发射），适用范围应符合GJB

151A—1997中5.3.16.1的规定。⑥ RS101（25 kHz～100 kHz磁场辐射敏感度），适用范围应符合GJB151A—1997中5.3.17.1的规定。⑦ RS105（瞬变电磁场辐射敏感度），适用范围应符合GJB 151A—1997中5.3.19.1的规定。此外，还应保护人员、燃油和军械免受电磁辐射的危害影响。项目3“六性”与“三化”要求任务1 “六性”要求1.可靠性应按GJB

1909.10—1998规定选择可靠性参数，确定可靠性定量指标。可靠性指标应至少包括：（1）基本可靠性要求中的平均故障间隔时间（MTBF）最低可接受值和置信度。（2）任务可靠性要求中的任务剖面和故障界定。（3）对抗干扰类无人机任何载荷系统的MTBF（最低可接受值）一般不小于120

h，侦察类无人机任何载荷系统的MTBF（最低可接受值）一般不小于150

h，侦察、对抗干扰类无人机任何载荷系统的MTBF（最低可接受值）一般不小于110

h，置信度为80%。可靠性设计应制定产品的可靠性设计准则，并开展可靠性设计评审和可靠性验证工作。在无人机任何载荷系统产品规范中应明确可靠性考核方案，一般应包括指标要求、考核方案选择、考核开始条件、故障判据和结果评价方法。任务1 “六性”要求2.维修性维修性定量要求应规定平均修复时间（MTTR）、最大修复时间、维修工时率和平均预防性维修时间。无人机任何载荷系统现场级平均修复时间（MTTR）一般不大于30

min。维修性定性要求应明确维修分级（一般为二级维修）、自检能力，关键件和重要件应可修复或可更换；维修人员应能方便接近各个维修部位；应具备有效的防差错措施及明显的标识；主要功能为工作状态和故障指示。任务1 “六性”要求保障性要求涉及保障设备、人员及文件，其一般要求如下：（1）保障设备的品种和数量应合理，使用和维护应方便。（2）保障人员的数量、专业和技术等级应合理。（3）备件和文件应满足使用与维修装备的需要。3.

保障性任务1 “六性”要求（2）测试装置。如需要有测试装置，一般应能监测性能、校准和故障隔离，一般应满足：①

测试装置应在无人机任何载荷系统所要求的全部工作条件下保持其准确性，并应提供用于自身检测或校准的连接点或进出口。② 测试装置发生故障时，不应降低被测无人机任何载荷系统的性能。（3）测试性指标。应明确规定无人机任何载荷系统的测试性定量要求和定性要求，一般应规定以下指标：故障检测率、故障隔离率、故障检测虚警率、故障检测时间、故障隔离时间。（1）故障诊断。无人机任何载荷系统一般应具有自检能力，故障可以定位至现场可更换单元（LRU）。4.

测试性任务1 “六性”要求安全性设计一般包括过流/过压/过热保护措施、紧急关闭电源功能，必要时应有加密和自毁功能。5.

安全性任务1 “六性”要求6.环境适应性无人机任何载荷系统应进行环境影响分析，充分识别任何载荷寿命周期内（包括地面加工、装配、测试、试验、包装、储存、运输、装载、发射、执行任务）所经历的各种环境与效应，开展环境适应性设计，满足无人机应用环境要求：无人机任何载荷应能经受寿命周期内可能遇到的各种环境应力，包括温度、加速度、冲击、振动、电磁环境等；在工作和存放期间不应引起机械损伤，性能降低程度不应超出设备产品规范的规定。任务1 “六性”要求（1）温度无人机任何载荷系统在经受规定的环境温度及其变化后，当温度恢复到正常工作温度范围时，应具有工作能力，不应出现性能下降、零部件损伤或其他老化现象，不工作时应能长期暴露在规定的储存温度和温度冲击条件下。除另有规定外，无人机任何载荷的工作温度和储存温度标准如下：任务1 “六性”要求①

对于作业高度7

000

m以上的无人机任何载荷系统：工作温度：－40～55

C。储存温度：－40～65

C。②

对于作业高度7

000

m以上的无人机任何载荷系统：工作温度：－55～65

C。储存温度：－55～85

C。按照GJB

150.3A、GJB150.4A和GJB150.5A的规定分别制定无人机任何载荷系统的高温、低温和温度冲击要求。任务1 “六性”要求（2）湿热无人机任何载荷系统应能在规定的湿热条件下正常工作，并按照GJB

150.9A第4章和第7章的规定进行无人机任何载荷系统的耐湿热试验。一般测试条件规定如下：温度：

30

～

60

C

；湿度：

95%±5%

（

温度下降时可降至85%）。任务1 “六性”要求任务1 “六性”要求（3）振动无人机任务载荷系统应按照GJB

150.16A第4章和第7章的规定进行耐振动试验。振动环境要求的选择遵循以下要求：①

对于无人机任何载荷系统搭载平台为螺旋桨发动机驱动的无人机：无人机任何载荷系统应能承受频率范围为15～500

Hz、功率谱密度值按相应图表确定的随机振动。③

对于无人机任何载荷系统搭载平台为无人直升机的：无人机任何载荷系统应能承受频率范围为5～500

Hz

、功率谱密度值按相应图表确定的随机振动。②

对于无人机任何载荷系统搭载平台为喷气发动机驱动的无人机：无人机任何载荷系统应能承受频率范围为15～2

000

Hz、功率谱密度值按相应图表确定的随机振动。任务1 “六性”要求（4）冲击无人机任务载荷系统应具备耐冲击能力，在规定的冲击环境条件下，应能保持性能和结构的完好性，并按照GJB

150.18A第4章和第7章的规定进行耐冲击试验。冲击环境要求的选择遵循以下几点：① 对于采用伞降回收方式的无人机，无人机任②

对于采用滑降回收方式的无人机，无人机任何载荷系统（如果有隔振器，必须带隔振器）何载荷系统（如果有隔振器，必须带隔振器）在经受18次20g的后峰锯齿波（沿3个垂直轴的在经受18次15g的后峰锯齿波（沿3个垂直轴6个方向，每个方向冲击3次，冲击脉冲持续时的6个方向，每个方向冲击3次，冲击脉冲持续间为6～9 ms）冲击后不应损坏，且性能符合时间为6～9 ms）冲击后不应损坏，且性能符产品规范的规定。当用一个0.2～250

Hz的滤波合产品规范的规定。当用一个0.2～250 Hz的器测量时，加速度值的容差极限值为10%。滤波器测量时，加速度值的容差极限值为10%。任务1 “六性”要求（5）加速度无人机任务载荷系统应具备抗加速度能力，在规定的加速度环境条件下，应能