无人机蜂群作战特点和对抗体系设想

陈 镜

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

0 引言

无人机蜂群是以智能化无人控制技术和网络信息系统为支撑的集群式作战武器，以数量众多、群体智能为典型特征，可实现协同任务分配、协同探测和协同攻击，能显著提高无人机的整体作战效能。无人机蜂群正逐渐向新的作战样式演变，将颠覆未来作战样式，变革装备体系和力量编成。随着无人机蜂群技术的发展，反无人机蜂群技术也逐渐成为研究热点。当前，国内外都积极开展反无人机作战的探测跟踪、利用高动能武器或火力对无人机实施硬毁伤以及采用干扰技术实施软毁伤等相关研究工作，但反无人机作战的理论和实践未成体系，针对无人机蜂群的反制对抗技术尚处于探索阶段。

1 无人机蜂群发展情况

1.1 无人机蜂群概念

无人机蜂群是具有自主组网能力、一定的群体智能特征并可遂行给定作战任务的无人机群。无人机蜂群可以是同构的，也可以是异构的，其优点是数量众多，通过大范围的分散部署，具备协同感知、协同干扰及摧毁压制等多种作战效能。在信息化战争中，采用大规模、低成本的无人机蜂群进行低空突防，实施饱和攻击已成为一种新的作战样式。

1.2 美国发展情况

在无人机蜂群领域，美国和欧洲处于领先地位，已经针对无人机蜂群作战需求，开展了大量的应用研究。2016年4月，美军发布了《2016-2036小型无人机系统路线图》，明确了小型无人机的发展方向和发展战略。美国国防高级研究计划局(DARPA)、战略能力办公室(SCO)和海军等均开展了大量的研究工作，启动了多个研究项目，包括DARPA负责的“小精灵”项目和蜂群攻击战术(OFFSET)项目、美国海军负责的无人机蜂群项目(LOCUST)以及SCO支持的“山鹑”无人机项目[1-2]。

1.2.1 “小精灵”项目

2015年9月，DARPA公布了“小精灵”研究课题，重点研究基于无人机蜂群的侦察及电子攻击效能。无人机蜂群系统通常由军用飞机进行远距离投送，到达低防区附近后释放蜂群，迅速突入敌方区域，采用自主协同方式实现防空压制、通信阻断及网络攻击等多种进攻手段。“小精灵”无人机价格低廉，单架无人机的损毁不会影响蜂群系统的整体作战任务。在完成任务后，剩余的无人机在事先指定的地点集合，实现无人机回收和重复利用[3]。

1.2.2 蜂群攻击战术项目

DARPA于2017年1月公布了OFFSET项目，该项目的重点工作是无人机软件系统的开放式、可扩展架构设计，支持面向开放环境的交互是软件开发和代码共享，用于分布式无人系统的集成和关键算法验证，支持无人机蜂群的自主控制飞行纪任务协作关键技术研究。此外，通过无人系统架构和关键技术的研发，促进分布式感知、弹性适变通信网络、分布式计算等技术的发展。

1.2.3 低成本无人机蜂群技术项目

为实现无人机快速发射并进行集群作战，以达成对敌方的压倒性优势，美国海军于2015年开展名为LOCUST的项目研究，目标是通过大量小型无人机协同应用，形成对敌方的压倒优势，无人机群内采用自组织网络实现协同自治，对作战区域实施全面侦察和针对性的攻击破坏。该项目使用的“郊狼”小型无人机重5.9 kg，续航时间1.5 h，可携带约0.9 kg载荷。这种大规模、低成本的无人机群可以从舰船、有人飞机、车辆等平台投送并发射。2016年，LOCUST项目在完成了30架“郊狼”小型无人机的飞行试验，对无人机蜂群的飞行控制、协同作战进行了测试验证。

1.2.4 “山鹑”微型无人机项目

2017年1月，SCO主持开展了“山鹑”微型无人机演示验证项目，进行了群体飞行演示。在飞行演示试验中，美国海军3架战斗机投放了103架无人机展开飞行任务，这些无人机蜂群在统一的指挥控制下，完成了自主协同、群体决策及自主编队飞行等多种任务。此项目侧重于在未来战场环境下的能力生成，体现出美军正在试图将无人机蜂群推动进入实战化。

1.3 其他国家发展情况

2016年11月，欧洲防务局启动了“欧洲蜂群”项目，开展了无人机蜂群的自主决策、协同飞行等关键技术研究。2016年9月，英国国防部发起无人机蜂群竞赛，参赛的多个团队控制无人机蜂群实现了通信中继、协同干扰、目标跟踪定位和区域测绘等任务[4-5]。

俄、韩等国披露了无人机蜂群作战概念。2017年，俄无线电电子技术集团对外发表研究计划称，在战斗机上装载多架蜂群无人机可实现协同侦察和攻击的新型作战样式。韩国陆军也在2017年透露，正在开展无人机蜂群技术的研究工作，以用于协同侦察和协同攻击。

中国在无人机集群研究方面也取得了较为显著的进展。2016年11月，在珠海航展上公布了67架规模的无人机蜂群编队飞行试验测试，表明已掌握了一定规模的无人机集群控制技术。2017年6月，成功完成了119架固定翼无人机蜂群飞行试验，演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围和蜂群行动等动作，是智能无人蜂群领域的又一突破。

总之，无人机蜂群整体上处在关键技术研发与演示验证阶段，各国在编队飞行、协同控制及群体组网等方面积累了较为丰富的技术基础，且无人机蜂群技术研究势头迅猛。但受到供电技术、装载平台、传感器体积重量以及智能化程度不足等影响，高度智能化的无人机蜂群距离实战尚有差距。

2 无人机蜂群作战运用模式和特点

2.1 作战运用模式

由当前无人机蜂群研究情况来看，无人机蜂群作战运用模式主要包括有人无人协同作战、协同探测和攻击、饱和压制以及战情支援4个方面。

2.1.1 有人无人协同作战

有人机与无人机协同作战时，充分利用无人机的隐身、蜂群战术和低成本等优势，突入敌方防区，进行协同侦察、协同攻击等任务。有人机负责信息处理、威胁评判和打击决策，指挥多架无人机执行侦察和攻击任务，实现分布式协同作战。在有人—无人编队中，有人机将已探测到的目标信息通过协同网络实时传输给无人机集群，启动无人机电子战和武器系统发射指令，对敌目标进行攻击和干扰。执行打击任务时，小型无人机通过巡弋、交战、撤离和再交战的作战方式，为大型有人机提供威胁目标探测、精确目标指示和实时毁伤评估等打击信息保障，这种打击模式拓展了攻击半径和效率，保障了有人机的安全。

2.1.2 自主协同探测和攻击

无人机蜂群自主探测和攻击作战最大特征在于体系的区域分布性、单元自主特性以及“去中心化”特性，蜂群中的个体无人机是平等的，没有绝对指挥中心，任意的无人机损坏后系统仍可有序作战，所以具有极强的战场生存能力和任务执行能力，可完成饱和压制、协同侦察和攻击等作战任务。在目标探测方面，小型无人机体积小巧，具有难以截获的显著特征，可在敌方防区内执行抵近渗透侦察任务。无人机蜂群的典型攻击模式是由运输机或战斗机等大平台携带至防区外发射，根据作战任务、无人机数量和载荷特性，指挥系统对作战任务进行规划和任务分配，无人机蜂群基于自组织网络实现组内信息共享，通过协同定位、时频差等无源精确定位与综合瞄准技术，利用平台上的侦察资源统一进行动态任务分配，完成电子干扰、空中电子压制、通信阻断甚至网络入侵攻击等功能。

2.1.3 饱和压制

因为无人机群具有低成本、数量多的特点，作战过程中，可将无人机蜂群投入敌方空域作为诱饵，欺骗敌方防空火力和雷达探测装备，吸引敌方探测系统开机、诱骗敌方进行火力攻击，暴露敌方阵地；也可使敌方防空预警侦察和指挥控制系统迅速陷入饱和，无法正常进行目标指示和火力分配。无人机蜂群还可携带电子干扰设备，组成前沿电子战编队，对敌方的预警雷达、通信链路和制导武器等进行电子干扰、压制和欺骗，为其他空袭兵器开辟安全走廊、提供目标指示和攻击策应掩护。

2.1.4 战情支援

根据作战需求，无人机蜂群可执行弹药、医疗物品空投补给和战场气象监测等支援任务；在作战区域侦察、通信设备或链路受到破坏不能工作时，可施放搭载通信设备、侦察设备的无人机蜂群构建形成临时性的通信资源保障能力和应急侦察能力；在打击过程中，无人机蜂群也可用于战损评估，提供敌方重要设施、装备和集结部队等遭受打击后的毁伤效果信息，用于打击效果评估和下一轮打击的决策依据。

2.2 无人机蜂群作战特点

无人机蜂群具有“无中心”分布式作战、作战效能高、多功能体系化作战和隐蔽智能协同4个显著优势。

2.2.1 “无中心”分布式作战

采用“无中心”分布式作战方式，降低系统破坏敏感性，以完成作战任务为中心，集合群体力量展开攻击行动。蜂群中没有中心控制单元，在单一平台性能受损后仍可有序协同执行任务。“平台无人、系统有人”，无人机蜂群自主执行任务，指挥人员在必要时进行一定的干预。飞行个体间具备位置共享、路径规划及感知规避能力，蜂群根据设定自主飞行，保持集群飞行稳定，一旦有任何个体损坏而脱离群体或因其他原因导致群体结构位置改变，集群可根据实际情况快速重建飞行结构，保持群体稳定性[6]。

2.2.2 作战效能高

无人机蜂群具有“成本低、数量多”的特征，单价无人机价格可控制在10 000美元以下，蜂群内无人机的数量却以成百上千计。单架无人机的低成本优势在对空压制时凸显出作战效能，可大量消耗敌方相对昂贵的地空导弹等防空火力，形成在作战力量价值方面的非对称优势。大量无人机同时发起饱和攻击，可能造成敌防空系统难以应对甚至瘫痪，无法对成百上千的无人机进行同时探测、跟踪、锁定和攻击，极大提升了无人机的低空突防能力，在未来战争中将具有极高的作战效能优势。

2.2.3 多功能体系化作战

无人机蜂群可根据作战需要灵活搭载雷达、光电、电子侦收及干扰、通信设备等多种资源，构成完善的无人化作战体系，进行协同侦察、协同打击，以适应现代化战争快速反应、高效作战的新要求。由于无人机蜂群采用分布式架构，没有固定的指挥决策中心，使其具有较强的战场生存能力，对于无人机作战体系来说，即使一部分无人机被摧毁，系统中的其他无人机仍能快速组成一个全新的群体作战系统，继续执行既定的作战任务[7]。

2.2.4 隐蔽智能协同

无人机蜂群的隐蔽性主要体现在无人机的“小巧机动”和电磁隐蔽性。一是微小型无人机的雷达反射截面小、光电和红外特性弱，很难被敌方雷达、光电设备侦察和跟踪；二是受自身平台限制，往往搭载轻巧的侦察和打击设备，电磁辐射功率小，难以被敌侦收和发现[8]。智能协同是蜂群的典型特征，智能无人机蜂群以作战目标为中心，在作战环境中通过情报的实时共享与交互实现任务协同和自适应调整，综合考虑任务空间特性、无人机数量和运动载荷能力、侦察目标及所处的战场环境，合理调度无人机资源，避免资源冲突，提高资源利用率，以整体最优效率完成既定作战任务，体现集群协同作战优势[9]。

3 无人机蜂群对抗体系设想

未来作战中无人机蜂群作战的威胁将逐步显现，如何有效对抗和反制无人机蜂群越来越受到重视。无人机蜂群对抗技术体系如图1所示，主要包括探测识别、直接毁伤、网电攻击和蜂群格斗4个部分。

图1 无人机蜂群对抗技术体系Fig.1 Technological system for countering drone swarm

探测识别包括雷达侦察、无线电侦测和光电跟踪识别3种手段。雷达侦察主要用于搜索和发现无人机蜂群目标，雷达应当具有优良的探测能力、数据处理能力和目标分辨能力，能够处理上千批次的空中无人机目标，分辨出间距较近的无人机蜂群并初略判断蜂群的数量；无线电侦测用于对无人机蜂群使用过程中的通信信号进行监听，定位蜂群目标位置，与雷达探测的结果相互融合、互相印证；光电跟踪识别用于对目标进行确认和为武器系统提供精确的目标位置引导，为了应对蜂群的跟踪识别，光电系统应当具备更优良的跟踪识别能力，可同时跟踪多批目标并完成目标自动识别[10-11]。

直接毁伤设备包括激光武器、高能微波和低成本导弹。激光武器发射高能激光束击中无人机，烧穿其搭载的设备或机体，导致其失效或坠落。高能微波武器依靠发射到空中的高功率微波杀伤和破坏目标，可形成具有一定波束宽度的高能微波射线，覆盖区域大，是面杀伤武器，对无人机蜂群具有较好的毁伤能力。低成本导弹技术也是对抗无人机蜂群的一种有效手段，采用低成本红外导引头搜索并识别目标，制导导弹攻击并摧毁无人机，这一技术的关键是将导弹成本控制在与无人机相当的水平[12-14]。

网电攻击是对无人机蜂群的“软杀伤”手段，包括通信链路干扰、导航欺骗和网络入侵控制。通信链路干扰针对敌方使用的通信频点和波形，采用定向或全向天线发射通信链路干扰，阻断无人机通信链路[15]。导航欺骗手段通过构建虚假的卫星信号，以足够的功率发射并覆盖无人机蜂群的区域，致使蜂群内的无人机定位功能丧失或错乱。网络入侵控制采用黑客技术，通过破译敌方的通信信号形式和数据传输协议，入侵敌方控制链路，夺取无人机的控制权[16]。

无人机蜂群格斗也是对抗无人机蜂群的手段之一，其对抗过程呈现体系化、自主化和智能化等特点，对抗过程中，众多无人机个体通过与作战环境、敌方态势的相互作用不断进行自我调整和攻防演化。其对抗过程主要是群体智能水平的对抗，具有非线性、智能化、混沌、群体自组织特征，应用非线性复杂系统理论、智能决策理论、人工智能深度学习等方法可以从对抗数据中挖掘出潜在的对抗规律与模式，辅助进行无人机蜂群动态演化，训练演进蜂群智能对抗技术，使己方无人机蜂群在作战中处于优势地位[17]。

无人机蜂群对抗工作流程如图2所示。

图2 无人机蜂群对抗工作流程Fig.2 Workflow of drone swarm countermeasure system

雷达探测到无人机目标运动轨迹，无线电侦测设备探测无人机辐射的通信信号，二者信息进行数据融合、目标信息的相互印证，确认目标并形成航迹送出至光电跟踪设备进行目标跟踪，指挥软件根据无人机蜂群的数量、速度和位置等信息判别目标威胁程度，生成告警显示和处置决策。采用综合处置方式进行反制，包括激光武器、高能微波、低成本导弹、通信链路干扰、导航欺骗、网络入侵控制以及蜂群格斗等[18]。处置结束后进行效果评估，以确定是否进行后续攻击。

无人机蜂群的综合对抗效能可以从综合探测能力、同时多目标处置能力、智能化程度、闭环处置速度和目标处置效果5个方面进行综合评定。在当前能力、5年后能力和未来预期能力3个阶段对系统的发展和能达到的效果进行了设想和总结。无人机蜂群对抗系统发展设想如表1所示。

表1 无人机蜂群对抗系统发展设想
Tab.1 Development conception of drone swarm countermeasure system

效能指标当前能力5年后能力预期能力综合探测能力雷达、通信侦察和光电等具备一定的侦察能力,对群目标分辨能力弱具备初步的群目标分辨能力,探测手段可协同侦察、相互印证具备良好的蜂群目标分辨能力,探测效果好、协同和处理能力强同时多目标处置能力多目标处理能力极差,对5个以下的目标具备一定的同时处置能力。具备一定的多目标处理能力极差,可同时对数十个目标进行处置具备常规蜂群的目标处理能力,可同时对数百个目标进行处置。智能化程度智能化程度差,主要依靠人力跟踪识别和决策处置数据可自动融合,具备目标自动识别能力,系统具备智能辅助决策功能具备全自动探测和处置能力,智能化程度高、自主处置效果好闭环处置速度闭环处置速度较慢,大致在几十秒量级闭环处置速度较快,能在几秒内进行处置闭环处置速度快,能在1 s以内进行处置目标处置效果对单目标处置有一定效果,在链路干扰诱骗、高能武器攻击方面有一定效果对多目标具备处置能力,处置手段丰富、处置效果明显对常规的蜂群具有良好的处置能力,处置手段丰富、处置效果好

无人机蜂群对抗系统效能示意如图3所示。可以看出，由于当前系统的智能化、自动化程度低，所以对多目标处理能力很弱、闭环处置速度慢，需要重点突破自动处理和智能化辅助决策等关键技术，以支撑对蜂群的处置能力。在综合探测方面，需要加强对群目标的分辨和识别能力，为系统决策和处置提供准确的目标态势；在目标处置效果方面，需要发展综合、协同的处置手段，尤其应重点发展链路入侵控制、网电复合攻击等电子攻击手段，提高处置效能、减小费效比。

图3 无人机蜂群对抗系统效能示意Fig.3 Effectiveness diagram of drone swarm countermeasure system

4 结束语

无人机蜂群及对抗相伴相生，正悄然改变着未来作战的样式和手段，深入研究应对无人机蜂群的技术手段，对促进无人化装备研发与反制措施、占领未来战争制高点有重要意义。本文初步构建的无人机对抗技术体系仅是一次尝试性总结，随着无人机蜂群和对抗工作的不断深化研究，探测和处置技术的持续发展，无人机蜂群对抗体系必将趋于完善和成熟。