无人机蜂群作战构成及作战概念研究*

杨丽娜,曹泽阳,李勇祥

(空军工程大学 防空反导学院，陕西 西安 710051)

0 引言

人类早在进化阶段就从动物界学习和认识到，集群作战可发挥出远超个体累加的战斗力。进入21世纪，随着集群技术、自主技术、协同技术等智能化技术的迅速发展，无人机蜂群这种具有数量优势、成本优势、智能协同优势[1-3]的新型作战概念模式迅速受到各军事强国的高度关注。

本文以无人机蜂群作战构成与作战过程研究为出发点，通过文字与图形的方式构想了未来无人机蜂群的作战概念，以及作战概念中担负的作战任务与作战样式。据此分析了发展无人机蜂群作战概念所需的关键技术，以期能为无人机蜂群装备的论证与发展提供参考。

1 无人机蜂群作战构成及作战过程

根据美空军2015年发布的《空军未来作战概念》,2016年发布的《小型无人机系统飞行规划2016-2036》以及各类无人机蜂群在研与预研项目的总体构想，可以理解为，无人机蜂群是由数十至成百上千配备多种任务载荷的低成本、小尺寸、功能有限的无人机构成。组成无人机蜂群的单个无人机平台可以是同构或异构无人机，它们在作战过程中，借鉴“蜂群”、“鸟群”、“鱼群”等生物界群体行为模式，以各类平台为载体，以单平台无人机的作战能力为基础，以无人机之间的协同交互能力为支撑，以群体智能涌现能力为核心，在人类的统一指挥或监督下，协同开展侦察、搜索、干扰、诱骗或攻击等多种行动。

典型的无人机蜂群系统主要由多架无人机、相关的遥控指挥系统、通信数据链及批准的型号设计规定的任何其他部件组成。其中，多无人机飞行器是无人机蜂群系统作战过程中的具体实施者，负责执行指挥系统要求的、友邻平台所需的各类作战任务，如目标的探测、定位、欺骗与打击等；遥控指挥系统是无人机蜂群作战的神经中枢，一般由地面控制站或空中载机担负，主要负责运筹谋划无人机蜂群作战行动，调配控制无人机蜂群，组织无人机蜂群实施各类作战活动达成预定的作战目的；通信数据链是无人机蜂群有效实施作战任务的关键命脉，主要包括机载通信终端与遥控指挥通信终端2部分，用以完成无人机蜂群与遥控指挥系统、无人机蜂群系统内部之间信息的交互与共享、指挥与协同等。

按照上述作战构成，无人机蜂群的作战过程如图1所示。

无人机蜂群在明确自身所担负的具体作战任务后，迅速从信息支援系统中获取与作战任务相关的全维战场态势信息，并由遥控指挥系统围绕作战任务和要达到的作战目标对整个无人机蜂群的作战过程进行详细的预规划，主要包括：目标分析、蜂群编配、威胁分析、任务分配、战术规划、航路规划、协同规划等。从空中投放后，无人机蜂群通常以编队的形式飞至作战空域，同时进行目标区域任务的再次确认，随后按照既定的作战任务和航路飞至各自任务空域，做好作战前的准备工作，包括航路调整、任务参数设置、作战方式选择等，随后向目标发起攻击。在完成作战任务后，无人机蜂群会依据自身携带的传感器装置感应战场局部态势或由遥控指挥系统进行无人机蜂群作战的效能评估，并更新任务计划，直至作战结束。

2 无人机蜂群作战概念

2.1 无人机蜂群空对地作战概念

在无人机蜂群空对地作战方面，由于现有的地面防空武器系统主要被设计应用于探测和拦截数量少、大尺寸、高速度、远距离的飞行器，对于无人机蜂群这种以数量优势和成本优势取胜的作战体系，基本不具备有价值的作战能力。因此，无人机蜂群在对地作战过程中，具有非对称作战优势。无人机蜂群对地作战概念构想如图2所示。

无人机蜂群在对地作战中，主要遂行以下几类任务。

(1)区域侦察

有时为了保证目标信息的完整性与准确性，需要对统一目标进行反复侦察与确认，这种侦察探测方式依靠传统的大功率预警探测设备很容易被发现。无人机蜂群可利用自身体积小的隐身优势，在“毫无征兆”的前提下，抵近敌方纵深区域附近，对敌雷达阵地、作战指挥所等目标实施长时间的侦察、跟踪与监视。无人机蜂群体积小，数量多，可以分散开从不同角度、不同高度或采取轮流执勤的方式对敌目标实施战场监视，对已掌握的敌情目标实施不间断精确跟踪侦察，对新发现目标及时查明情况。并根据战场变化情况，连续进行综合态势分析、整理和确认，以便详细掌握敌部署变化、力量组成、威胁程度等，为作战指挥人员提供可靠的数据信息。

(2)防空压制

大量的小型无人机平台一方面可迅速占用敌防空雷达跟踪、瞄准、通信通道，使其在短时间内很难对所有的目标实施准确跟踪与确认，造成其防空预警探测系统濒临崩溃的边缘；另一方面，数量庞大的无人机蜂群会使敌方武器打击系统顾此失彼，难以有效应对，可为后续的有人机、导弹等重型武器迅速打开作战通道。

(3)电子对抗

蜂群中的部分无人机平台可携带配备不同功率或频率的电子对抗设备，通过发射不同的电磁波干扰波段、释放干扰箔条等方式，集群式向敌地面防空雷达、通信系统、预警探测装置或其他带有辐射源的电子设备实施电子干扰，扰乱其正常作战频谱，保护无人机蜂群或其他空中力量作战任务的顺利实施。

(4)火力诱骗

无人机蜂群突出的成本优势和数量优势，经常会以隐蔽的方式释放大量物质干扰，迷惑、诱骗敌方。一方面，“铺天盖地”的无人机蜂群可诱使敌方雷达开机，暴露敌方重要作战目标，为后续作战力量提供助力；另一方面，无人机蜂群可在敌主要兵力方向重兵布阵，以数量优势制造空袭假象，吸引敌火力单元，消耗其重要作战资源。

(5)火力攻击

无人机蜂群在作战过程中，可配合其他空中作战力量，对地面重要目标实施联合火力打击，造成敌重要指挥控制中心和关键链路节点瘫痪和失效。一方面是自杀式攻击。无人机蜂群从空中通过载机梯次投放后，在指定位置集结编队，依靠数量优势集中对敌同一目标薄弱环节进行自杀式撞击，或集结编队后，从不同方向和不同高度连续抵近敌目标区域，分批对敌目标实施不间断攻击，以便造成敌指挥控制人员恐慌，指挥控制系统紊乱。另一方面是载荷式破坏。无人机蜂群个体平台可通过携带不同杀伤效果的小型载荷，如小型炸弹、小型鱼雷、小型炮弹等武器，依托自主导航发射系统或远程指挥控制系统低空飞行，绕开敌预警探测装置，对敌雷达站、通信站、指挥控制枢纽等重要军事设施实施连续近距发射载荷，从而达到压制、破坏敌防空系统甚至摧毁重要目标使之功能失效的目的。

2.2 无人机蜂群空对海作战概念

无人机蜂群对海作战方面，由于现有的水面舰艇机动能力差、经济价值高、应对“低慢小”目标能力不足等特性，使其成为低成本、机动力不足、数量众多的无人机蜂群作战的理想目标。无人机蜂群对海作战概念构想如图3所示。

无人机蜂群对海作战过程中,主要是对海面高价值的航空母舰、驱逐舰、战斗舰等遂行抵近、干扰压制、火力打击、消耗对方火力资源等任务，基本与对地的作战任务相同。

以美军“宙斯盾”[4]舰载武器系统为例，这套系统集成了AN/SPY-1相控阵雷达、127 mm舰炮、“密集阵”近防武器系统、多类传感器等高科技武器系统，是目前世界上最先进、最成熟的防御体系。但就是这一先进的防御系统，在应对无人机蜂群作战时，仍旧显得力不从心，这一结论来源于美国海军数百次的模拟试验。试验结果表明，当有8架以上无人机蜂群对“宙斯盾”系统发起攻击时，平均有2架无人机可有效突破“宙斯盾”拦截系统，更致命的是，面对成群结队的无人机蜂群，系统火力很难合理分配，且只有“密集阵”近防武器系统和重机枪可对无人机蜂群实施有效拦截。即使对现有系统进行升级，也至少有一架无人机可避开拦截，顺利到达作战目的地。可想而知，如果是10架、100架、甚至1 000架的无人机对现有防御体系实施攻击时，结果无法预料。

2.3 无人机蜂群空对空作战概念

无人机蜂群对空作战概念如图4所示。

图4 无人机蜂群空对空作战概念Fig.4 Operational concept of unmanned aerial swarm for air to air

无人机蜂群在对空作战过程中，也可发挥不容小觑的力量。一是充当尖刀力量。无人机蜂群可利用自身的数量优势，对敌空中作战力量(有人机、无人机等)实施防空压制，火力攻击、电子干扰等任务，为己方突击飞机指示和摧毁雷达目标，为后续作战编队开辟空中走廊。二是对敌方进行心理震慑。成群上万的无人机蜂群忽然“铺天盖地”而来，势必对敌空中作战人员造成心理恐慌，扰乱其正常决策。三是执行反无人机蜂群任务。事实证明，当采用规模庞大的集群战术作战时，很容易被对方捕获，而采用数量庞大的小型或微型无人机蜂群作战时，留给对方的作战反应时间很短。传统防御方法在对抗规模庞大的无人机蜂群时，也显得力不从心。而采用无人机蜂群对抗无人机蜂群的作战模式，或许更见成效。

2.4 无人机蜂群对城市作战概念

无人机蜂群对城市作战方面，力量也不容小觑。一是制造恐怖气氛。近年来，在全国各大城市举办的大型群众庆典、阅兵仪式、体育赛事、国际博览会等活动越来越多。这些活动容易受到国际恐怖组织、非法反动组织、民族分裂组织及仇视社会的极端分子等的破坏。他们利用无人机蜂群的隐身特性，飞临每栋建筑，对首脑要害部位、高级别国际峰会会址等区域进行狙击或骚扰，或携带爆炸燃烧物、反动宣传品等在现场上空投放或降落，造成恶劣的政治影响。二是为地面部队护航。大量无人机飞临城市上空，或制造烟雾，或吸引敌方火力，可为城市部队的顺利前行开辟通道和保驾护航。三是抵近侦察。大型城市中，分布有大量的科研院所、首脑机关等重要目标，含有大量涉密设施或居住政府首脑人物，恐怖分子可在几百米甚至几千米外的隐蔽地点遥控无人机对涉密设施进行近距离侦察，或抵近政府首脑机关，对重要人物进行近距离确认。其作战概念如图5所示。

图5 无人机蜂群对城市作战概念Fig.5 Operational concept of unmanned aerial swarm for city

3 无人机蜂群作战关键技术

3.1 体系架构

系统架构决定系统效能，无人机蜂群为了完成作战概念构想中的任务，必须寻求开放式、兼具集中式和分布式体系架构[5-7]优点的网络化体系架构，以实现无人机蜂群系统内部作战行动的智能协同、实时升级和动态重组。

多智能单元系统[8-9](multi-agent-system,MAS)和复杂网络[10-11]相关理论的发展，为无人机蜂群作战概念构想下的体系结构构建提供了可能。无人机蜂群体系架构可基于多智能单元系统和复杂网络理论，将无人机蜂群中的单个平台看成是智能单元个体，设想无人机蜂群系统是由多个智能单元构成，利用MAS系统中多个智能单元间的作战协商与信息共享的相互作用，从而实现大规模无人机间的信息共享与协同作战。利用复杂网络理论借助数学理论、统计物理学、群理论、网络图理论等[12-13]方法，将多个具有智能单元性质的无人机平台抽象为复杂网络系统中的不同节点，并用边或链路的形式描述节点间的相互关系；通过对复杂系统中的网络特性、演化机制、网络拓扑结构、动力学特性等方面的研究，用以描述无人机蜂群成员间的群体行为以及群体行为的涌现能力，从而为大规模无人机间的集群作战体系架构开辟一种新的有效的研究途径。

3.2 自主控制

无人机蜂群作战概念是自主控制[14]、智能协同，这就要求无人机平台具有先进的自主控制系统，在远离遥控指挥系统的区域飞行时，具有自主控制能力。一方面在复杂电磁环境和敌方作战干扰下，面对无人机蜂群可能失去与遥控指挥系统联系的前提下，无人机蜂群能够依靠自控制系统，通过既定的作战规则与信息交互模式，实现友邻间的自主协作、自主返回、自主执行任务等；另一方面，无人机蜂群平台与遥控指挥系统间的人在回路控制模式，由于人的反应、信息的延迟造成大量时间浪费，无人机蜂群的自主决策能力取代人的判断，通过自主控制，无人机蜂群平台可实现对自身状态的实时检测、战场环境的自适应控制、作战任务的自适应调整，从而大幅度提高作战效能。因此，加强自主控制技术的研究，也是实现无人机蜂群智能作战的关键因素。

3.3 编队控制

编队控制[15]，是无人机蜂群实现自主控制、智能协同的关键技术。通过无人机蜂群的编队控制，可以使多个无人机在避免相互碰撞的前提下，按照一定的队形结构移动来实现集群作战。这种编队控制，通常会对无人机蜂群编队的稳定性以及面对实时变化任务的动态性重组等方面提出要求。为了完成预定的作战任务，无人机蜂群需要保持一定的队形移动，这种队形保持和移动，需要无人机蜂群内部所有成员间大量的信息交互为前提，随着移动性的增强和作战任务的更新，可能还会对信息的传输与时延性提出要求，这就造成无人机蜂群内部因大量信息的交互与动态重组导致通信拓扑结构的频繁变化，这种变化，将会对无人机蜂群的组网与通信技术提出极高要求。

不同的编队策略，对通信组网的要求各不相同。无人机蜂群的编队控制，可通过优化无人机蜂群组网中的拓扑结构、增加容错机制、改变信息传输方式等予以实施，同时运用演化计算、博弈论、遗传算法、仿生计算等思想和技术，设计无人机蜂群智能编队策略，提高对无人机蜂群编队的控制。

3.4 抗干扰

无人机蜂群作战群体智能涌现的关键是依赖智能化组网技术与通信，作战过程中，无人机蜂群想要保持这种群体智能涌现能力，就要加强抗干扰技术的研究，提高在复杂电磁环境与人为干扰因素影响下的组网和通信的可靠性和持续性。

针对无人机蜂群的作战构成及作战特点，可考虑采用跳频扩频技术，针对干扰频率及时对载波频率及发射功率进行自适应调整，以保证干扰频率不会对正常通信产生影响；采用组网技术，实现通信资源的最优化利用，确保无人机蜂群关键设备对载波信号的最佳感知，并能够对干扰信号对通信造成的影响进行实时调整；通过实时选频技术为无人机蜂群通信组网提供足够的可以避开干扰的频率；研究高频自适应抗干扰技术及虚拟智能天线在无人机蜂群系统中应用的可能性[16]。

无人机蜂群作战过程中，除需要上述关键技术外，还包括无人机蜂群的作战使用、集群态势感知、任务规划等，这些都对无人机蜂群作战效能的发挥至关重要，由于篇幅的限制，这里不再赘述。

4 结束语

本文从无人机蜂群作战的起源及研究无人机蜂群作战的意义入手，对无人机蜂群的作战构成与作战过程进行了初步探讨，并从作战层面上分析构想了未来无人机蜂群作战可能存在的对地、对空、对海、对城市4种作战概念。在此基础上，分析了实现上述无人机蜂群作战概念构想所需的关键技术。可以预见，随着各类关键技术的不断发展与进步，无人机蜂群作战必将会颠覆传统的作战模式，给现有的防空体系带来巨大的威胁。因此，应该加强对无人机蜂群作战概念以及相关关键技术的研究，尝试发展新型作战模式，牵引新型装备的研究论证与作战使用。