無人機蜂群作戰特點和對抗體系設想

陳 鏡

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

無人機蜂群是以智能化無人控制技術和網絡信息系統為支撐的集群式作戰武器，以數量眾多、群體智能為典型特征，可實現協同任務分配、協同探測和協同攻擊，能顯著提高無人機的整體作戰效能。無人機蜂群正逐漸向新的作戰樣式演變，將顛覆未來作戰樣式，變革裝備體系和力量編成。隨著無人機蜂群技術的發展，反無人機蜂群技術也逐漸成為研究熱點。當前，國內外都積極開展反無人機作戰的探測跟蹤、利用高動能武器或火力對無人機實施硬毀傷以及采用干擾技術實施軟毀傷等相關研究工作，但反無人機作戰的理論和實踐未成體系，針對無人機蜂群的反制對抗技術尚處于探索階段。

1 無人機蜂群發展情況

1.1 無人機蜂群概念

無人機蜂群是具有自主組網能力、一定的群體智能特征并可遂行給定作戰任務的無人機群。無人機蜂群可以是同構的，也可以是異構的，其優點是數量眾多，通過大范圍的分散部署，具備協同感知、協同干擾及摧毀壓制等多種作戰效能。在信息化戰爭中，采用大規模、低成本的無人機蜂群進行低空突防，實施飽和攻擊已成為一種新的作戰樣式。

1.2 美國發展情況

在無人機蜂群領域，美國和歐洲處于領先地位，已經針對無人機蜂群作戰需求，開展了大量的應用研究。2016年4月，美軍發布了《2016-2036小型無人機系統路線圖》，明確了小型無人機的發展方向和發展戰略。美國國防高級研究計劃局(DARPA)、戰略能力辦公室(SCO)和海軍等均開展了大量的研究工作，啟動了多個研究項目，包括DARPA負責的“小精靈”項目和蜂群攻擊戰術(OFFSET)項目、美國海軍負責的無人機蜂群項目(LOCUST)以及SCO支持的“山鶉”無人機項目[1-2]。

1.2.1 “小精靈”項目

2015年9月，DARPA公布了“小精靈”研究課題，重點研究基于無人機蜂群的偵察及電子攻擊效能。無人機蜂群系統通常由軍用飛機進行遠距離投送，到達低防區附近后釋放蜂群，迅速突入敵方區域，采用自主協同方式實現防空壓制、通信阻斷及網絡攻擊等多種進攻手段。“小精靈”無人機價格低廉，單架無人機的損毀不會影響蜂群系統的整體作戰任務。在完成任務后，剩余的無人機在事先指定的地點集合，實現無人機回收和重復利用[3]。

1.2.2 蜂群攻擊戰術項目

DARPA于2017年1月公布了OFFSET項目，該項目的重點工作是無人機軟件系統的開放式、可擴展架構設計，支持面向開放環境的交互是軟件開發和代碼共享，用于分布式無人系統的集成和關鍵算法驗證，支持無人機蜂群的自主控制飛行紀任務協作關鍵技術研究。此外，通過無人系統架構和關鍵技術的研發，促進分布式感知、彈性適變通信網絡、分布式計算等技術的發展。

1.2.3 低成本無人機蜂群技術項目

為實現無人機快速發射并進行集群作戰，以達成對敵方的壓倒性優勢，美國海軍于2015年開展名為LOCUST的項目研究，目標是通過大量小型無人機協同應用，形成對敵方的壓倒優勢，無人機群內采用自組織網絡實現協同自治，對作戰區域實施全面偵察和針對性的攻擊破壞。該項目使用的“郊狼”小型無人機重5.9 kg，續航時間1.5 h，可攜帶約0.9 kg載荷。這種大規模、低成本的無人機群可以從艦船、有人飛機、車輛等平臺投送并發射。2016年，LOCUST項目在完成了30架“郊狼”小型無人機的飛行試驗，對無人機蜂群的飛行控制、協同作戰進行了測試驗證。

1.2.4 “山鶉”微型無人機項目

2017年1月，SCO主持開展了“山鶉”微型無人機演示驗證項目，進行了群體飛行演示。在飛行演示試驗中，美國海軍3架戰斗機投放了103架無人機展開飛行任務，這些無人機蜂群在統一的指揮控制下，完成了自主協同、群體決策及自主編隊飛行等多種任務。此項目側重于在未來戰場環境下的能力生成，體現出美軍正在試圖將無人機蜂群推動進入實戰化。

1.3 其他國家發展情況

2016年11月，歐洲防務局啟動了“歐洲蜂群”項目，開展了無人機蜂群的自主決策、協同飛行等關鍵技術研究。2016年9月，英國國防部發起無人機蜂群競賽，參賽的多個團隊控制無人機蜂群實現了通信中繼、協同干擾、目標跟蹤定位和區域測繪等任務[4-5]。

俄、韓等國披露了無人機蜂群作戰概念。2017年，俄無線電電子技術集團對外發表研究計劃稱，在戰斗機上裝載多架蜂群無人機可實現協同偵察和攻擊的新型作戰樣式。韓國陸軍也在2017年透露，正在開展無人機蜂群技術的研究工作，以用于協同偵察和協同攻擊。

中國在無人機集群研究方面也取得了較為顯著的進展。2016年11月，在珠海航展上公布了67架規模的無人機蜂群編隊飛行試驗測試，表明已掌握了一定規模的無人機集群控制技術。2017年6月，成功完成了119架固定翼無人機蜂群飛行試驗，演示了密集彈射起飛、空中集結、多目標分組、編隊合圍和蜂群行動等動作，是智能無人蜂群領域的又一突破。

總之，無人機蜂群整體上處在關鍵技術研發與演示驗證階段，各國在編隊飛行、協同控制及群體組網等方面積累了較為豐富的技術基礎，且無人機蜂群技術研究勢頭迅猛。但受到供電技術、裝載平臺、傳感器體積重量以及智能化程度不足等影響，高度智能化的無人機蜂群距離實戰尚有差距。

2 無人機蜂群作戰運用模式和特點

2.1 作戰運用模式

由當前無人機蜂群研究情況來看，無人機蜂群作戰運用模式主要包括有人無人協同作戰、協同探測和攻擊、飽和壓制以及戰情支援4個方面。

2.1.1 有人無人協同作戰

有人機與無人機協同作戰時，充分利用無人機的隱身、蜂群戰術和低成本等優勢，突入敵方防區，進行協同偵察、協同攻擊等任務。有人機負責信息處理、威脅評判和打擊決策，指揮多架無人機執行偵察和攻擊任務，實現分布式協同作戰。在有人—無人編隊中，有人機將已探測到的目標信息通過協同網絡實時傳輸給無人機集群，啟動無人機電子戰和武器系統發射指令，對敵目標進行攻擊和干擾。執行打擊任務時，小型無人機通過巡弋、交戰、撤離和再交戰的作戰方式，為大型有人機提供威脅目標探測、精確目標指示和實時毀傷評估等打擊信息保障，這種打擊模式拓展了攻擊半徑和效率，保障了有人機的安全。

2.1.2 自主協同探測和攻擊

無人機蜂群自主探測和攻擊作戰最大特征在于體系的區域分布性、單元自主特性以及“去中心化”特性，蜂群中的個體無人機是平等的，沒有絕對指揮中心，任意的無人機損壞后系統仍可有序作戰，所以具有極強的戰場生存能力和任務執行能力，可完成飽和壓制、協同偵察和攻擊等作戰任務。在目標探測方面，小型無人機體積小巧，具有難以截獲的顯著特征，可在敵方防區內執行抵近滲透偵察任務。無人機蜂群的典型攻擊模式是由運輸機或戰斗機等大平臺攜帶至防區外發射，根據作戰任務、無人機數量和載荷特性，指揮系統對作戰任務進行規劃和任務分配，無人機蜂群基于自組織網絡實現組內信息共享，通過協同定位、時頻差等無源精確定位與綜合瞄準技術，利用平臺上的偵察資源統一進行動態任務分配，完成電子干擾、空中電子壓制、通信阻斷甚至網絡入侵攻擊等功能。

2.1.3 飽和壓制

因為無人機群具有低成本、數量多的特點，作戰過程中，可將無人機蜂群投入敵方空域作為誘餌，欺騙敵方防空火力和雷達探測裝備，吸引敵方探測系統開機、誘騙敵方進行火力攻擊，暴露敵方陣地；也可使敵方防空預警偵察和指揮控制系統迅速陷入飽和，無法正常進行目標指示和火力分配。無人機蜂群還可攜帶電子干擾設備，組成前沿電子戰編隊，對敵方的預警雷達、通信鏈路和制導武器等進行電子干擾、壓制和欺騙，為其他空襲兵器開辟安全走廊、提供目標指示和攻擊策應掩護。

2.1.4 戰情支援

根據作戰需求，無人機蜂群可執行彈藥、醫療物品空投補給和戰場氣象監測等支援任務；在作戰區域偵察、通信設備或鏈路受到破壞不能工作時，可施放搭載通信設備、偵察設備的無人機蜂群構建形成臨時性的通信資源保障能力和應急偵察能力；在打擊過程中，無人機蜂群也可用于戰損評估，提供敵方重要設施、裝備和集結部隊等遭受打擊后的毀傷效果信息，用于打擊效果評估和下一輪打擊的決策依據。

2.2 無人機蜂群作戰特點

無人機蜂群具有“無中心”分布式作戰、作戰效能高、多功能體系化作戰和隱蔽智能協同4個顯著優勢。

2.2.1 “無中心”分布式作戰

采用“無中心”分布式作戰方式，降低系統破壞敏感性，以完成作戰任務為中心，集合群體力量展開攻擊行動。蜂群中沒有中心控制單元，在單一平臺性能受損后仍可有序協同執行任務。“平臺無人、系統有人”，無人機蜂群自主執行任務，指揮人員在必要時進行一定的干預。飛行個體間具備位置共享、路徑規劃及感知規避能力，蜂群根據設定自主飛行，保持集群飛行穩定，一旦有任何個體損壞而脫離群體或因其他原因導致群體結構位置改變，集群可根據實際情況快速重建飛行結構，保持群體穩定性[6]。

2.2.2 作戰效能高

無人機蜂群具有“成本低、數量多”的特征，單價無人機價格可控制在10 000美元以下，蜂群內無人機的數量卻以成百上千計。單架無人機的低成本優勢在對空壓制時凸顯出作戰效能，可大量消耗敵方相對昂貴的地空導彈等防空火力，形成在作戰力量價值方面的非對稱優勢。大量無人機同時發起飽和攻擊，可能造成敵防空系統難以應對甚至癱瘓，無法對成百上千的無人機進行同時探測、跟蹤、鎖定和攻擊，極大提升了無人機的低空突防能力，在未來戰爭中將具有極高的作戰效能優勢。

2.2.3 多功能體系化作戰

無人機蜂群可根據作戰需要靈活搭載雷達、光電、電子偵收及干擾、通信設備等多種資源，構成完善的無人化作戰體系，進行協同偵察、協同打擊，以適應現代化戰爭快速反應、高效作戰的新要求。由于無人機蜂群采用分布式架構，沒有固定的指揮決策中心，使其具有較強的戰場生存能力，對于無人機作戰體系來說，即使一部分無人機被摧毀，系統中的其他無人機仍能快速組成一個全新的群體作戰系統，繼續執行既定的作戰任務[7]。

2.2.4 隱蔽智能協同

無人機蜂群的隱蔽性主要體現在無人機的“小巧機動”和電磁隱蔽性。一是微小型無人機的雷達反射截面小、光電和紅外特性弱，很難被敵方雷達、光電設備偵察和跟蹤；二是受自身平臺限制，往往搭載輕巧的偵察和打擊設備，電磁輻射功率小，難以被敵偵收和發現[8]。智能協同是蜂群的典型特征，智能無人機蜂群以作戰目標為中心，在作戰環境中通過情報的實時共享與交互實現任務協同和自適應調整，綜合考慮任務空間特性、無人機數量和運動載荷能力、偵察目標及所處的戰場環境，合理調度無人機資源，避免資源沖突，提高資源利用率，以整體最優效率完成既定作戰任務，體現集群協同作戰優勢[9]。

3 無人機蜂群對抗體系設想

未來作戰中無人機蜂群作戰的威脅將逐步顯現，如何有效對抗和反制無人機蜂群越來越受到重視。無人機蜂群對抗技術體系如圖1所示，主要包括探測識別、直接毀傷、網電攻擊和蜂群格斗4個部分。

圖1 無人機蜂群對抗技術體系Fig.1 Technological system for countering drone swarm

探測識別包括雷達偵察、無線電偵測和光電跟蹤識別3種手段。雷達偵察主要用于搜索和發現無人機蜂群目標，雷達應當具有優良的探測能力、數據處理能力和目標分辨能力，能夠處理上千批次的空中無人機目標，分辨出間距較近的無人機蜂群并初略判斷蜂群的數量；無線電偵測用于對無人機蜂群使用過程中的通信信號進行監聽，定位蜂群目標位置，與雷達探測的結果相互融合、互相印證；光電跟蹤識別用于對目標進行確認和為武器系統提供精確的目標位置引導，為了應對蜂群的跟蹤識別，光電系統應當具備更優良的跟蹤識別能力，可同時跟蹤多批目標并完成目標自動識別[10-11]。

直接毀傷設備包括激光武器、高能微波和低成本導彈。激光武器發射高能激光束擊中無人機，燒穿其搭載的設備或機體，導致其失效或墜落。高能微波武器依靠發射到空中的高功率微波殺傷和破壞目標，可形成具有一定波束寬度的高能微波射線，覆蓋區域大，是面殺傷武器，對無人機蜂群具有較好的毀傷能力。低成本導彈技術也是對抗無人機蜂群的一種有效手段，采用低成本紅外導引頭搜索并識別目標，制導導彈攻擊并摧毀無人機，這一技術的關鍵是將導彈成本控制在與無人機相當的水平[12-14]。

網電攻擊是對無人機蜂群的“軟殺傷”手段，包括通信鏈路干擾、導航欺騙和網絡入侵控制。通信鏈路干擾針對敵方使用的通信頻點和波形，采用定向或全向天線發射通信鏈路干擾，阻斷無人機通信鏈路[15]。導航欺騙手段通過構建虛假的衛星信號，以足夠的功率發射并覆蓋無人機蜂群的區域，致使蜂群內的無人機定位功能喪失或錯亂。網絡入侵控制采用黑客技術，通過破譯敵方的通信信號形式和數據傳輸協議，入侵敵方控制鏈路，奪取無人機的控制權[16]。

無人機蜂群格斗也是對抗無人機蜂群的手段之一，其對抗過程呈現體系化、自主化和智能化等特點，對抗過程中，眾多無人機個體通過與作戰環境、敵方態勢的相互作用不斷進行自我調整和攻防演化。其對抗過程主要是群體智能水平的對抗，具有非線性、智能化、混沌、群體自組織特征，應用非線性復雜系統理論、智能決策理論、人工智能深度學習等方法可以從對抗數據中挖掘出潛在的對抗規律與模式，輔助進行無人機蜂群動態演化，訓練演進蜂群智能對抗技術，使己方無人機蜂群在作戰中處于優勢地位[17]。

無人機蜂群對抗工作流程如圖2所示。

圖2 無人機蜂群對抗工作流程Fig.2 Workflow of drone swarm countermeasure system

雷達探測到無人機目標運動軌跡，無線電偵測設備探測無人機輻射的通信信號，二者信息進行數據融合、目標信息的相互印證，確認目標并形成航跡送出至光電跟蹤設備進行目標跟蹤，指揮軟件根據無人機蜂群的數量、速度和位置等信息判別目標威脅程度，生成告警顯示和處置決策。采用綜合處置方式進行反制，包括激光武器、高能微波、低成本導彈、通信鏈路干擾、導航欺騙、網絡入侵控制以及蜂群格斗等[18]。處置結束后進行效果評估，以確定是否進行后續攻擊。

無人機蜂群的綜合對抗效能可以從綜合探測能力、同時多目標處置能力、智能化程度、閉環處置速度和目標處置效果5個方面進行綜合評定。在當前能力、5年后能力和未來預期能力3個階段對系統的發展和能達到的效果進行了設想和總結。無人機蜂群對抗系統發展設想如表1所示。

表1 無人機蜂群對抗系統發展設想
Tab.1 Development conception of drone swarm countermeasure system

效能指標當前能力5年后能力預期能力綜合探測能力雷達、通信偵察和光電等具備一定的偵察能力,對群目標分辨能力弱具備初步的群目標分辨能力,探測手段可協同偵察、相互印證具備良好的蜂群目標分辨能力,探測效果好、協同和處理能力強同時多目標處置能力多目標處理能力極差,對5個以下的目標具備一定的同時處置能力。具備一定的多目標處理能力極差,可同時對數十個目標進行處置具備常規蜂群的目標處理能力,可同時對數百個目標進行處置。智能化程度智能化程度差,主要依靠人力跟蹤識別和決策處置數據可自動融合,具備目標自動識別能力,系統具備智能輔助決策功能具備全自動探測和處置能力,智能化程度高、自主處置效果好閉環處置速度閉環處置速度較慢,大致在幾十秒量級閉環處置速度較快,能在幾秒內進行處置閉環處置速度快,能在1 s以內進行處置目標處置效果對單目標處置有一定效果,在鏈路干擾誘騙、高能武器攻擊方面有一定效果對多目標具備處置能力,處置手段豐富、處置效果明顯對常規的蜂群具有良好的處置能力,處置手段豐富、處置效果好

無人機蜂群對抗系統效能示意如圖3所示。可以看出，由于當前系統的智能化、自動化程度低，所以對多目標處理能力很弱、閉環處置速度慢，需要重點突破自動處理和智能化輔助決策等關鍵技術，以支撐對蜂群的處置能力。在綜合探測方面，需要加強對群目標的分辨和識別能力，為系統決策和處置提供準確的目標態勢；在目標處置效果方面，需要發展綜合、協同的處置手段，尤其應重點發展鏈路入侵控制、網電復合攻擊等電子攻擊手段，提高處置效能、減小費效比。

圖3 無人機蜂群對抗系統效能示意Fig.3 Effectiveness diagram of drone swarm countermeasure system

4 結束語

無人機蜂群及對抗相伴相生，正悄然改變著未來作戰的樣式和手段，深入研究應對無人機蜂群的技術手段，對促進無人化裝備研發與反制措施、占領未來戰爭制高點有重要意義。本文初步構建的無人機對抗技術體系僅是一次嘗試性總結，隨著無人機蜂群和對抗工作的不斷深化研究，探測和處置技術的持續發展，無人機蜂群對抗體系必將趨于完善和成熟。