無人機群分布式協同通信對抗技術綜述?

陳 靜 陳光佳 李天保

（1.中國人民解放軍91404部隊 秦皇島 066001）（2.中國電子科技集團公司網絡通信研究院 石家莊 050000）

1 引言

無人機在當今信息化戰爭中，作為電子干擾、通信對抗裝備裝載平臺，能夠完成電子偵查、情報截獲等任務，在現代化戰爭中的應用價值越來越高［1］。單一的無人機攜帶電子戰系統進行通信對抗時，由于雷達反射橫截面較大，目標較大、易被對方電子信息系統發現，難以發揮無人機的靈活性，而無人機群搭載便攜電子戰載荷以分布式協同方式合作，以多個干擾源協同，作戰方式較為靈活、隱蔽性高，能夠充分發揮出通信對抗系統的優勢。

2 無人機群分布式協同作戰

分布式協同作戰技術成為通信對抗技術的重要發展趨勢，分布式無人機群搭載電子戰系統的作戰方式應運而生。由小型無人機構成的無人機群具有作戰半徑大、作戰效能精度高以及生存能力強、廉價、容錯性高和機動性強等特點，在信號情報偵查、干擾以及敏感輻射源高精度定位等方面具有顯著效果，能夠對敵方的電子作戰系統造成較大破壞，最大發揮我方戰斗效能［2］。

隨著分布式協同作戰理論的發展，為彌補在通信對抗系統中高性能探測載荷生存性低、系統架構靈活性低、生產成本高等不足，考慮敵方的雷達等通信信號在樣式、幅度以及帶寬等性能方面存在不同，通過將成本高的通信對抗系統按功能細化、分解、部署到低成本的小型無人機作戰平臺上，利用無人機群個體單元數量大、機動性高等特點，由多無人機個體單元搭載不同功能探測設備構建異構無人機群，以實現無人機群通信對抗性能的多樣性，以降低生產成本，并提高作戰效能，無人機分布式協同作戰示意圖如圖1所示。

圖1 無人機分布式協同示意圖

異構無人機群分布式協同戰通過將復雜、成本高的電子戰裝備進行分解，在降低戰斗裝備損耗成本的同時，提高整個無人機群通信對抗系統的靈活性和生存性。異構無人機群分布式協同技術通過彼此間的組網、通信和數據共享，搭載不同類型的電子戰載荷，通過資源合理配置，具有以下優勢：

1）一對多遠程指控，解放人力資源，避免人員傷亡；

2）無人機單元體積小、靈活性高、生存能力強，降低作戰成本；

3）異構無人機群電子戰系統載荷的多樣性可催生新的通信對抗模式；

4）容錯性高，無人機群內通過數據共享，協同作戰，可實現去中心化；

5）彌補單個無人機戰力不足的缺點，利用數量優勢，造成強大破壞。

3 國內外發展現狀

1）美國

美國是率先將電子戰系統與無人機群結合的國家之一，無人機搭載電子戰系統首次應用于戰爭是在越南戰場上，美軍通過無人機進行空中偵查和電子情報截獲，是無人機在戰場上的首秀。美國國防高級研究計劃局（DARPA）結合多個蜂群結構的無人機群項目，啟動了“電磁機動戰資源分配管理”項目，通過將搭載電子戰系統的無人機群與其他海、陸有/無人作戰平臺進行協同，實現海陸空三方分布式協同作戰的作戰方式。

2009年由BAE公司生產的多個小型、垂直起降的無人機搭載“狼群”傳感器構成用于通信對抗的“飛狼”（AirWolf）無人機群。如圖2所示。“飛狼”無人機群中的個體無人機通過自我定位、自我部署構成分布式網絡結構的通信對抗系統，能夠在右方、敵方以及中立方三方混雜的情況下，通多多只“飛狼”的協同探測，實現1+1>2的探測效果，成功實現定位到3km以外開闊地帶、工作頻段覆蓋范圍為30MHz～20GHz的敵方輻射源。

圖2 “飛狼”實物圖

2014年DARPA正式提出無人機“蜂群”作戰概念，2016年在《2016-2036年小型無人機系統飛行規劃》中新增加了無人機群的對空/對地電子攻擊功能，該功能可通過發射大量攜帶電子干擾載荷的小型無人機在敵防區構建電子干擾云以對敵方雷達和電子設備致盲。2017年由DARPA正式提出并開發“進攻蜂群戰術”（OFFSET）項目，該項目面向復雜城區，由大量小型無人機和無人車構成作戰集群執行地形構建、電子偵查以及通信對抗等多種任務。

圖3 “蜂群”作戰概念圖

2014年由美國國防戰略能力辦公室（SCO）發起的“灰山鶉”（Perdix）項目，該項目由可樂瓶大小的無人機執行通信干擾、偵查等任務，該無人機因其體積較小、成本低廉，可由地面發射裝置發射或人員投擲發射。

2015年由美國空軍研究室（AFRL）代表DAR?PA提出了“小精靈”（Gremlins）項目，“小精靈”項目的作戰構想是于敵防區外由運輸機、轟炸機等有人作戰平臺發射“小精靈”無人機群，突破防區后，以“蜂群”方式對敵方進行電子攻防和電子情報的截獲，并與防區外其余“小精靈”進行通信。該項目通過利用靈活度高的小型無人機裝載射頻、光電等多種電子戰載荷和偵查載荷完成通信對抗任務，該無人機群容錯性高、具有較強的網絡環境適應性，當某一無人機個體單元受損無法繼續完成任務時，可由其他無人機彌補空缺，具有一定的自我修復能力。

2）俄羅斯

俄羅斯對無人機群搭載通信對抗系統技術的發展也十分關注。由科夫列夫公司研制的“蜜蜂”型無人機構建的無人機群可同時存在32架無人機個體單元，通過GPS衛星導航技術，可只通過一個頂面控制站同時進行指控。

2011年由俄羅斯特種技術公司研發的“海雕”-10是俄羅斯軍隊較早大規模裝配的無人機，該無人機通過搭載“里爾”-3型號的通信對抗系統可實現對敵方通信系統的干擾。由多架搭載“里爾-3”的“海雕-10”無人機構成的無人機群已被俄羅斯率先應用在烏克蘭以及敘利亞戰場上，主要作用為對戰場上的手機通信信號進行截獲、測向以及定位，成功驗證該作戰方式在反恐作戰中具有重要意義。

3）其他國家

目前其他國家在無人機以集群方式進行分布式協同通信對抗技術研究較為薄弱，尚處于理論研究階段，大多集中于對單無人機個體進行通信對抗。我國無人機實戰應用較少，目前僅有“翼龍-Ⅱ”、“彩虹”系列等少數無人機被應用于實戰，在無人機群組分布式通信對抗方面研究相較于美國、俄羅斯處于起步階段。

以色列在無人機通信對抗技術處于較為領先地位，其國內Elta公司、Elisra公司等都對無人機進行通信對抗任務所攜帶的電子載荷發展具有一定貢獻。Elta公司于2014年研制的EL/K-7065高頻測向電子偵查設備可搭載于“蒼鷺”型無人機，對高頻無線電信號進行截獲及定位。

歐盟各國對于無人機通信對抗技術研究主要有德國、法國、英國。其中德國MEDAV公司生產的ART-8000型系列產品和MOTRS通信偵查載荷可供小型無人機搭載，為后續發展無人機群協同通信對抗打下基礎；法國無人機通常搭載泰勒斯公司所研制的TRC-274/UHF型號通信對抗載荷在20MHz～3000MHz頻段內進行多種模式的通信干擾；英國QINETIQ公司為小型無人機進行通信對抗任務所研制的ASX系列的通信對抗系統能夠對工作頻段為30MHz～3GHz的通信信號進行截獲。

4 關鍵技術

1）無人機協同控制技術

無人機群作為通信對抗的作戰平臺時，需形成有效的編隊隊形。在無人機以集群方式出現時，集群控制是一個強非線性的控制系統，具有群體智能的復雜性和隨機性，可視為若干個弱耦合無人機控制子系統集成為群體控制系統，每個無人機個體通過彼此的協調和配合彌補自身能力的局限性，通過對集群控制規則進行深度和廣度的擴展，使無人機群在各個控制階段滿足單機和多機的控制需求，為后期通信對抗提供穩定可靠的作戰平臺［3］。

2）態勢感知技術

無人機群組在進行通信對抗時，通常會面臨復雜的電磁環境、地理環境以及敵方威脅等，因此需要無人機群協同系統對復雜多變的工作域整體環境做出感知并進行預測，以實現對對抗目標狀態和屬性的估計，建立通信對抗戰場綜合態勢圖。

戰場態勢感知技術目前存在的難點在于如何利用我方所獲取的有限情報資源，在通信條件受限情況下，能夠完成自適應的無人機群協同態勢感知，并將各無人機單元的感知信息進行一致性融合，實現對整體環境的態勢感知，并對敵方的對抗意圖做出預測和估計，最終形成敵我雙方的對抗態勢圖［4］。

3）實時信息共享

無人機以集群形式進行通信對抗時，各無人機會產生海量戰場數據與通信資源緊張、通信鏈路帶寬約束形成矛盾，故如何將海量數據進行實時下發，使各無人機獲取到自己所需要的信息，避免無關信息對數據處理系統造成“信息淹沒”，實現智能數據下發［5］。

當前數據鏈常用的智能數下發模式有“發布-訂閱”模式和“預測分發”模式，前者是誰提需求下發給誰，后者是基于各無人機單元當前狀態判斷信息需求，進行數據下發。

5 發展趨勢

1）注重戰場中的實際效能

美國DARPA在實戰模式下、以分布式協同作戰作為理論依據，結合有/無人作戰平臺，完成對無人作戰體系架構的重構，作戰任務、想定、流程細化等內容。

俄羅斯和美國等國家的無人機群的通信對抗技術都會以戰場中實際的作戰目標和作戰任務為研制目標，會根據不同的作戰任務做出獨特設計以滿足真實戰場中的作戰需求，并敢于在真實戰爭中驗證無人機群的作戰性能，在真實的電子戰戰場中暴露缺點，并加以不斷完善［6］。

2）海陸空異構無人平臺協同作戰

各國注重未來海陸空電子戰系統聯合作戰體系發展，美國、俄羅斯等國家已初步完成結合無人機、無人戰車、無人艇以及無人水下航行相聯合的電子戰作戰體系，如圖4所示。

圖4 異構無人平臺協同作戰示意圖

目前異構無人平臺協同架構發展尚不成熟，協同作戰能力尚需優化，主要表現為協同配合程度較低，目前多表現為無人車投放無人機，如美國“灰山鶉”項目；由地面無人車發射無人機群、無人機投放無人車，如UH-60MU黑鷹無人機投放Land Tamer全地形無人車等。

目前，異構無人通信對抗平臺主要在智能程度、工作域、對抗能力以及行為模式存在差異，這種差異會導致指控人員工作量加大，難以高效專注。因此，異構無人通信對抗平臺應建立扁平高效的協同架構，以提高異構無人協同系統的協同性、智能性和自適應能力［7］。

3）無人機群組認知電子戰技術

當前通信對抗系統主要依賴于已知輻射單元的數據庫進行工作，在面臨未知輻射源時需對其進行采樣，待研究出對抗策略時再重新應用于戰場，而隨著通信設備轉向自適應頻譜的使用，實施通信對抗的電子戰設備也應具備自主應對多變頻譜和信號的功能，因此具備認知功能的電子戰通信對抗設備應運而生。

認知電子戰技術是以具有自主認知功能的電子戰設備為基礎，實現自主式電磁環境學習和智能化通信對抗功能，主要包括認知偵查、認知干擾和認知防御這三方面。無人機群組認知電子戰技術基于認知電子戰技術，通過無人機群自組網實現對某一區域目標的認知電子戰，可同時應對不同威脅類型的對抗目標，自主展開相應的對抗策略［8］，其作戰示意圖如圖5所示。

圖5 無人機群組認知電子戰示意圖

當前認知電子戰技術處于理論研究階段，并未經過信號級的仿真驗證和工程論證，且電子戰裝備在設計硬件時并未考慮電子戰的自我認知方面，缺乏智能化考慮。DARPA在2010年啟動了“行為學習自適應電子戰”項目用于自適應電子戰裝備的研制，目前正處于裝備轉化階段。

6 結語

無人機群分布式協同通信對抗系統是世界各國無人機作戰的中堅力量，美國、俄羅斯等國家在無人機群分布式協同作戰架構已漸具規模。無人機群作為通信對抗核心作戰平臺之一，將不斷向系統化、智能化、異構化等方面發展，以滿足日益變化的作戰需求。