“捕蜂”
——低空近程反無人機蜂群體系構想*

李晶晶，羅晨旭，黃維

(空軍預警學院，湖北 武漢 430019)

0 引言

近年來無人機在各領域應用越來越廣泛，其中在軍事領域的應用尤為矚目。美軍率先提出了無人機蜂群作戰概念并開展了相關的研究，意圖是利用成本低制造簡便的無人機對抗敵軍的軍事基地，對重要基礎設施進行飽和攻擊，以達到摧毀敵方重要目標和消耗敵方昂貴防空武器的雙重作戰效果[1]。

美軍近年來同時啟動了多個無人機項目，比如“小精靈”(Gremlins)項目，低成本無人機集群技術(low-cost UAV swarming technology,LOCUST)“蝗蟲”項目，“山鶉”(Perdix)項目等。2017年美國海軍的3架F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰斗機成功投放了103架Perdix“山鶉”無人機，并演示了集體決策、自主修正、自適應編隊的群體行為。就在美軍進行技術驗證后不久，遠在中東的敘利亞戰場上就出現了第1個無人機蜂群實戰的戰例，敘利亞反對派利用13架自行組裝的簡易小型飛機從50 km外的地區起飛，通過GPS/INS組合導航的方式分別攻擊了赫梅米姆空軍基地和塔爾圖斯港。2019年9月14日無人機蜂群襲擊沙特油田。這些事件都說明了傳統防空系統已經不能很好地防御無人機蜂群攻擊，需要對現有的防御系統進行改進，以達到更好的防御效果[2-5]。

1 防御體系總體方案介紹

通過分析無人機蜂群的技術和作戰特點[6]，本文設想以“分布式組網探測，軟硬殺傷結合，梯次協同防御，機動靈活部署，層層攔截消耗”的防御理念來指導構建“捕蜂”反無人機體系，用以應對未來無人機蜂群進攻[7-10]。“捕蜂”反無人機體系在結合傳統防空系統的基礎上將全態勢感知雷達、光電傳感器(包含紅外和可見光傳感器)和無線電探測系統整合到一起，并對探測信息進行綜合分析，提高新型探測系統對低空目標的探測能力，當探測系統發現目標后使用多種防御手段對無人機蜂群進行分批次的攔截和攻擊。

“捕蜂”反無人機體系的設置遵循提前預警，機動部署的原則，在距離防御中心25 km和15 km處分散部署雷達光電聯動探測車，總數為6臺，使得整個防御體系能夠較為精確探測到30 km范圍內的一定高度的無人機。

以要地為中心，按距離遠近，將整個防御分為4層，在這4層里采用軟硬殺傷相結合的方式，對無人機蜂群進行層層攔截和殺傷。體系防御圖如圖1所示。

第1層防御：敵軍對我方目標準備發動無人機蜂群攻擊時，我方雷達系統首先探測到從外圍接近的無人機投放平臺，結合無線電探測設備獲取的信息進行綜合研判，確定敵方無人機投放平臺的位置，待敵方投放平臺進入到我方導彈射程后首先對其進行攻擊，如果此時無人機蜂群已經釋放，無人機蜂群會按照預定的任務規劃向我方防御縱深接近。

第2層防御：無人機蜂群在接近到30 km時進入我方全勢態感知雷達系統探知范圍，“一點發現，全網皆知”雷達系統引導光電跟蹤設備對準目標所在位置，對目標進行進一步識別。確認目標后將目標信息傳輸給攔截系統。攔截系統同時發射電磁脈沖反無人機導彈和精確制導反無人機導彈對無人機蜂群進行攻擊。按飛行速度劃分：電磁脈沖反無人機導彈先通過強電磁脈沖消滅大部分無人機，緊接著精確制導反無人機導彈趕到，對無人機蜂群進行精確打擊。

第3層防御：經過打擊之后若有少量無人機突入，在這部分無人機接近到第3層防御部署之前“捕蜂者”無人機(圖2)從裝載車中起飛將趕往攔截地區開始自主搜索目標，對敵方無人機蜂群發起攻擊。

圖2 “捕蜂者”無人機Fig.2 “Bee Catcher” UAV

第4層防御：第4層防御手段主要是以無線電干擾(壓制干擾)和定向能武器相結合的方式(或者利用現有的“密集陣”近防武器系統使用裝有無線電近炸引線彈藥)對無人機進行末端攔截。

2 防御體系中的各個系統和防御手段

體系從“探方位”、“搗蜂巢”、“擾鏈路”、“劍出鞘”這4個作戰環節設置了“捕蜂”反無人機體系中的各個分系統和防御手段。

2.1 “探方位”——預警探測系統

目前防御無人機蜂群的關鍵在于對無人機蜂群進行有效探測和持續跟蹤。由于小型無人機的雷達反射截面積小，而且在作戰中無人機蜂群常采用低空飛行的方式躲避我方預警探測系統的探測，因此傳統體制的雷達并不能很好探測到此類目標。而“捕蜂”反無人機體系將光電探測(包含紅外和可見光傳感器)、全態勢感知雷達探測、被動無線電探測3種探測手段融入到現有預警探測系統中，進行分布式組網探測，提高了現有探測系統對無人機等低空小目標的探測能力[11-13]。

2.2 “搗蜂巢”——攻擊投放平臺

“捕蜂”反無人機體系通過雷達探測的方法找到無人機空中投放平臺的位置，并主動攻擊無人機投放平臺，從源頭上消滅無人機蜂群。傳統雷達雖然對微小型無人機的探測存在很多困難，但對運輸機戰斗機這一類雷達反射截面積較大的目標，傳統雷達能夠在較遠的距離發現并穩定跟蹤目標，使用防空導彈對目標進行攻擊(例如某型防空導彈系統最遠為200 km左右，據公開資料表明S-400更有著400 km的防御距離)[14]。這么遠的防御距離已經超出絕大部分小型無人機的最大航程，這也意味著空中投放平臺在很多情況下需要冒險進入我方防區，這時就是攻擊空中投放平臺的最佳時機。

在未來戰爭中，遂行地面作戰時敵方有可能使用車輛來發射無人機對我方發動無人機蜂群進攻。在這種情況下，若無法通過雷達直接發現敵方地面投放平臺的位置，便采取通過敵方無人機蜂群的初始位置+無源定位+我方無人機前出偵察這3種方式有針對性地尋找敵方地面投放平臺的位置，這樣可以提高對陸地投放平臺的發現概率。發現敵方無人機投放車輛后，可以使用“捕蜂者”無人機對敵方無人機投放車輛進行打擊。

2.3 “擾鏈路”——GPS以及無線電干擾

目前無人機蜂群攻擊目標時主要靠GPS/INS復合制導的方式來確定自己的位置。而無人機的通信主要有以下2種情況:第1種，投放之后不與投放平臺進行通信，完全依靠預先給定的精確坐標、任務規劃，來攻擊目標(這種情況適用于無人機蜂群自殺式攻擊)。第2種,投放之后需要投放平臺與無人機蜂群之間有數據交流。無人機通過下行鏈路反饋偵察、攻擊、干擾的情況，投放平臺通過上行鏈路發送指揮控制信號(這種情況適用于需要對無人機蜂群進行回收和無人機執行偵察等比較復雜的任務)。

干擾設備采用定向射頻抑制干擾技術，能夠對5 km范圍內的小型無人機進行通信干擾和制止。定向射頻抑制干擾技術通過偵察到的通信數據信息對小型飛行器的通信頻段、GPS定位信號以及小型飛行器圖像回傳通道進行壓制干擾，使投放平臺無法對其進行控制和指揮，迫使小型飛行器自動返航或者墜毀。更進一步，設想將干擾設備安裝在無人駕駛的越野車、全地形車等機動平臺上，增加其機動性和防御范圍。

2.4 “劍出鞘”——4種反無人機武器

目前的防空導彈是針對傳統航空器設計的高性能防空導彈，具備很強的機動性能，用來攻擊傳統航空器效果明顯，但用高性能防空導彈來攻擊無人機不僅效果不明顯，而且攔截效費比低下。用一枚幾十萬甚至上百萬元的導彈攻擊成本僅為幾千元的無人機就是在用“大炮打蚊子”，所以研制和使用更加便宜有效的反無人機武器勢在必行。

2.4.1 基于電磁脈沖炸彈技術的面殺傷武器——電磁脈沖反無人機導彈

目前無人機的電子產品高度集成化，在取得電子器件小型化優勢的同時，也造成了無人機先天的缺陷——過分的依賴電子器件。這使得無人機在電磁武器的攻擊面前十分脆弱，而且無人機蜂群投放之后是以集群的方式攻擊目標，這就為“團滅”無人機提供了可能。電磁脈沖炸彈能在極短時間內產生強電磁脈沖，通過波導管送到發射天線，發射天線再對外發射電磁波，使電子設備毀傷。基于電磁脈沖炸彈技術設想了低成本的面殺傷武器——電磁脈沖反無人機導彈(具體設想如圖3所示)。

電磁脈沖反無人機導彈通過微波天線將高功率的電磁脈沖集束，并根據無人機蜂群的位置調整導彈的起爆高度和角度，使導彈最大限度地殺傷無人機蜂群，同時最小限度地減少強電磁脈沖對我方電子設備的損傷。這種電磁脈沖反無人機導彈能夠殺傷1 000 m范圍內的目標，由于其較大的殺傷范圍，對導彈的制導精度要求不高，可以采用較為簡單的制導方式，有利于降低導彈的成本。

2.4.2 基于人工智能圖像識別技術的精確殺傷武器——可重復使用的反無人機導彈

新型精確殺傷反無人機導彈采用模塊化設計，通過掛載低成本的小型導彈，降低攻擊成本。

新型導彈(具體設想如圖4所示)主體采復合制導，具備較強的目標識別和自主攻擊目標的能力。小型導彈采用紅外和可見光圖像識別技術鎖定目標，在彈頭的前端是一個微型鏡頭，用于采集紅外和可見光圖像，通過智能識別的算法，自主選擇和攻擊目標，小型導彈內部的傳感器將目標數據傳送給指揮原件，用小芯片計算出偏差并控制電磁傳動裝置自動修正小型彈頭方向，小型導彈中部為破片式戰斗部，采用破片殺傷的方式摧毀目標。精確制導反無人機導彈的彈艙裝載25枚小型導彈，指揮與控制艙段負責為動力艙供油，動力艙采用小型渦噴發動機為導彈提供動力，導彈中部裝有回收傘，用于回收導彈。每枚精確制導反無人機導彈最多可以同時攻擊25個目標，可以一枚小型導彈攻擊一個目標，也可以多枚小型導彈攻擊一個目標，每次攻擊只消耗小型導彈，而導彈主體部分得以保存，降低了成本，同時采用主體導彈搭載小型導彈的方式，彌補了導彈小型化后射程不足的問題，增加了攻擊距離。導彈裝在發射筒內，可以較好地融入到現有導彈發射車中，無需另外配備發射車，不占用現有編制。

圖3 電磁脈沖反無人機導彈Fig.3 Electromagnetic pulse anti-UAV missile

當預警探測系統判定無人機蜂群來襲后，發射這2種反無人機導彈對目標進行攻擊。導彈發射后，渦噴發動機工作使導彈以700 km/h的速度接近目標，在接近至距無人機蜂群150～200 m時，導彈主體與小型導彈分離，小型導彈自主鎖定目標，通過爆炸產生的破片摧毀目標。由于2種反無人機導彈的速度不同，2種導彈會拉開3～4 km的距離，避免相互影響。需要明確的是，對導彈主體的回收并不是導彈主體自主返回發射陣地，因為此時的空中情況是十分復雜的，如果此時導彈主體自主返回會給我方的防空系統增加敵我識別難度，可能會被我方其他防空武器誤傷，所以導彈主體完成任務后會繼續向前飛行，與敵方的無人機脫離接觸，到達指定的幾個降落地點，打開降落傘降落，等到威脅解除后派出我方人員對導彈主體進行回收。

2.4.3 “捕蜂者”無人機蜂群對抗

縱觀世界軍事科技發展歷史，每當出現具有劃時代的武器裝備總會出現許多反制的手段，但最直接最有效的反制方法還是發展相同的武器裝備與之相對抗。比如反制隱形戰機最有效的方法是發展能與之抗衡的隱形戰機，反制狙擊手的最好方法是用狙擊手來消滅狙擊手。因此將蜂群對抗作為第3種攔截方式，并設計了“捕蜂者”無人機(圖2)，其最高飛行速度為70 km/h。“捕蜂者”無人機采用六旋翼無人機為平臺，其最大載荷為10 kg，其頂部安裝有智能導引頭，能夠識別并發現200 m以內的目標，通過無人機上可掛載的霰彈發射器對目標進行攻擊。當“捕蜂者”無人機接近到敵方無人機10～20 m時進行射擊，無人機只需大致瞄準敵方無人機就可以射擊，通過密集的彈幕擊落無人機。霰彈發射器備彈50發，按照5發霰彈攔截一架敵方無人機來計算，一架“捕蜂者”無人機大致可以攔截8～10架敵方無人機，在實戰中可設置一輛卡車裝載10架“捕蜂者”無人機，同時負責對10架無人機的指揮、回收和彈藥補給。除此之外，“捕蜂者”無人機可以通過掛載不同的載荷實現一機多用。

2.4.4 定向能武器

“捕蜂”反無人機體系的第4層防御中應用了激光武器和微波武器，其中激光武器在防御無人機方面有著不可比擬的巨大優勢。激光武器射擊不用考慮提前量，即照即中，命中精度極高，能迅速改變射擊方向，可在短時間內攔擊多個目標。目前美軍對激光武器進行了深入的研究，其30 kW和 60 kW 級的激光武器都已經進行過多次試驗。我國也研制出了幾款激光防御武器，其中在第12屆中國國際航空航天博覽會上亮相的LW-30型激光武器屬于已經定型的產品，其有效射程4 km，能發射功率為30 kW的高能激光，能在短時間內對多個目標進行照射，具備多目標處理能力。可以將現有的LW-30激光武器融入到反無人機體系中，將其作為末端防御手段，來提高體系的末端防御能力。微波武器通過高增益天線定向輻射高功率微波，使微波能量聚集在較窄的波束內，形成高功率、高指向性的微波波束，當高功率微波波束照射到目標后會使無人機上的電子器件燒毀或失效。相比于激光武器而言，微波武器是一種面殺傷武器，可同時殺傷多個目標，對瞄準精度的要求較低，可適應多種天氣條件，受天氣的影響小。微波武器和激光武器作為最后一層的防御手段，可以相互補充，共同攔截無人機蜂群。

圖4 精確制導反無人機導彈Fig.4 Precision guided anti-UAV missile

3 防御體系主要創新點

(1) 應用新體制雷達和多種探測設備進行分布式組網探測

“捕蜂”反無人機體系利用了新體制雷達(全態勢感知雷達)、光電傳感器、無線電探測器等多種探測手段對目標進行分布式組網探測，其中全態勢感知雷達與傳統雷達相比，采用數字波束形成(digital beam forming, DBF)技術，實現全時空覆蓋的凝視探測。全態勢感知雷達除了可以以高數據率獲取距離、方位、俯仰的測量信息之外，還能通過長時間積累獲得目標的高分辨多普勒信息，從而實現高探測概率和低虛警率的無雜波監視，并具有更好的目標識別能力，通過分布式的組網探測，提高雷達抗有源干擾的能力，提高雷達的反隱身能力，提高雷達生存能力，提高探測精度和威力。

(2) “搗蜂巢”消滅無人機投放平臺

分析了無人機蜂群的通信鏈路和投放方式，分析了對無人機投放平臺進行攻擊的可能性，并提出了從源頭上消滅無人機的方案——通過雷達、無線電探測、無人機偵察等手段發現無人機初始位置[15]，判定無人機投放平臺位置并攻擊其投放平臺，徹底消滅無人機威脅。

(3) 提出了群對群、多對多、點對點的防御理念

根據這種理念設計了“捕蜂者”無人機和精確制導反無人機導彈，這2種武器發射后形成的“攔截群”，以“群對群”的方式抵消“蜂群”的數量優勢，達到高效攔截無人機蜂群的目的。

(4) 設計了“群滅”無人機的殺傷武器

應用電磁脈沖炸彈技術設計了電磁脈沖反無人機導彈，設想通過強電磁脈沖來大面積殺傷無人機蜂群。電磁脈沖反無人機導彈通過轉換器利用高能炸藥爆炸產生的能量來產生電磁脈沖，用微波天線對電磁脈沖進行定向，以此殺傷1 000 m范圍內的敵方無人機，同時通過控制導彈的起爆高度和角度，避開我方的地面設施設備，減小我方的附帶損傷。

(5) 軟硬殺傷相結合，有效降低攔截成本

最開始對無人機蜂群進行無線電干擾降低無人機蜂群的作戰效能，警告和驅離無人機蜂群，之后對突入防御區域的無人機采用4種硬殺傷手段進行層層攔截殺傷。

(6) 機動靈活部署，提高體系生存能力

“捕蜂”反無人機體系采用機動部署的方式，預先設置多個防御陣地，讓外圍的武器裝備在發動攻擊之后，立即轉移發射陣地并隱蔽，提高體系的生存能力[16]。

4 結束語

無人機蜂群技術近年來發展迅猛，蜂群智能化程度越來越高，編隊協同能力越來越強，各國都加大了對反無人機蜂群的研究。但綜合各方面的情況分析，目前沒有哪一種探測設備能夠確保百分之百地探測到所有的無人機，也沒有哪一種反無人機武器能夠獨自擊落無人機集群中所有的無人機。未來的防空體系，只有將多種探測手段和攔截手段相結合，才能對無人機集群進行有效的探測和殺傷。