无人机群分布式协同通信对抗技术综述∗

陈 静 陈光佳 李天保

（1.中国人民解放军91404部队 秦皇岛 066001）（2.中国电子科技集团公司网络通信研究院 石家庄 050000）

1 引言

无人机在当今信息化战争中，作为电子干扰、通信对抗装备装载平台，能够完成电子侦查、情报截获等任务，在现代化战争中的应用价值越来越高［1］。单一的无人机携带电子战系统进行通信对抗时，由于雷达反射横截面较大，目标较大、易被对方电子信息系统发现，难以发挥无人机的灵活性，而无人机群搭载便携电子战载荷以分布式协同方式合作，以多个干扰源协同，作战方式较为灵活、隐蔽性高，能够充分发挥出通信对抗系统的优势。

2 无人机群分布式协同作战

分布式协同作战技术成为通信对抗技术的重要发展趋势，分布式无人机群搭载电子战系统的作战方式应运而生。由小型无人机构成的无人机群具有作战半径大、作战效能精度高以及生存能力强、廉价、容错性高和机动性强等特点，在信号情报侦查、干扰以及敏感辐射源高精度定位等方面具有显著效果，能够对敌方的电子作战系统造成较大破坏，最大发挥我方战斗效能［2］。

随着分布式协同作战理论的发展，为弥补在通信对抗系统中高性能探测载荷生存性低、系统架构灵活性低、生产成本高等不足，考虑敌方的雷达等通信信号在样式、幅度以及带宽等性能方面存在不同，通过将成本高的通信对抗系统按功能细化、分解、部署到低成本的小型无人机作战平台上，利用无人机群个体单元数量大、机动性高等特点，由多无人机个体单元搭载不同功能探测设备构建异构无人机群，以实现无人机群通信对抗性能的多样性，以降低生产成本，并提高作战效能，无人机分布式协同作战示意图如图1所示。

图1 无人机分布式协同示意图

异构无人机群分布式协同战通过将复杂、成本高的电子战装备进行分解，在降低战斗装备损耗成本的同时，提高整个无人机群通信对抗系统的灵活性和生存性。异构无人机群分布式协同技术通过彼此间的组网、通信和数据共享，搭载不同类型的电子战载荷，通过资源合理配置，具有以下优势：

1）一对多远程指控，解放人力资源，避免人员伤亡；

2）无人机单元体积小、灵活性高、生存能力强，降低作战成本；

3）异构无人机群电子战系统载荷的多样性可催生新的通信对抗模式；

4）容错性高，无人机群内通过数据共享，协同作战，可实现去中心化；

5）弥补单个无人机战力不足的缺点，利用数量优势，造成强大破坏。

3 国内外发展现状

1）美国

美国是率先将电子战系统与无人机群结合的国家之一，无人机搭载电子战系统首次应用于战争是在越南战场上，美军通过无人机进行空中侦查和电子情报截获，是无人机在战场上的首秀。美国国防高级研究计划局（DARPA）结合多个蜂群结构的无人机群项目，启动了“电磁机动战资源分配管理”项目，通过将搭载电子战系统的无人机群与其他海、陆有/无人作战平台进行协同，实现海陆空三方分布式协同作战的作战方式。

2009年由BAE公司生产的多个小型、垂直起降的无人机搭载“狼群”传感器构成用于通信对抗的“飞狼”（AirWolf）无人机群。如图2所示。“飞狼”无人机群中的个体无人机通过自我定位、自我部署构成分布式网络结构的通信对抗系统，能够在右方、敌方以及中立方三方混杂的情况下，通多多只“飞狼”的协同探测，实现1+1>2的探测效果，成功实现定位到3km以外开阔地带、工作频段覆盖范围为30MHz～20GHz的敌方辐射源。

图2 “飞狼”实物图

2014年DARPA正式提出无人机“蜂群”作战概念，2016年在《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》中新增加了无人机群的对空/对地电子攻击功能，该功能可通过发射大量携带电子干扰载荷的小型无人机在敌防区构建电子干扰云以对敌方雷达和电子设备致盲。2017年由DARPA正式提出并开发“进攻蜂群战术”（OFFSET）项目，该项目面向复杂城区，由大量小型无人机和无人车构成作战集群执行地形构建、电子侦查以及通信对抗等多种任务。

图3 “蜂群”作战概念图

2014年由美国国防战略能力办公室（SCO）发起的“灰山鹑”（Perdix）项目，该项目由可乐瓶大小的无人机执行通信干扰、侦查等任务，该无人机因其体积较小、成本低廉，可由地面发射装置发射或人员投掷发射。

2015年由美国空军研究室（AFRL）代表DAR⁃PA提出了“小精灵”（Gremlins）项目，“小精灵”项目的作战构想是于敌防区外由运输机、轰炸机等有人作战平台发射“小精灵”无人机群，突破防区后，以“蜂群”方式对敌方进行电子攻防和电子情报的截获，并与防区外其余“小精灵”进行通信。该项目通过利用灵活度高的小型无人机装载射频、光电等多种电子战载荷和侦查载荷完成通信对抗任务，该无人机群容错性高、具有较强的网络环境适应性，当某一无人机个体单元受损无法继续完成任务时，可由其他无人机弥补空缺，具有一定的自我修复能力。

2）俄罗斯

俄罗斯对无人机群搭载通信对抗系统技术的发展也十分关注。由科夫列夫公司研制的“蜜蜂”型无人机构建的无人机群可同时存在32架无人机个体单元，通过GPS卫星导航技术，可只通过一个顶面控制站同时进行指控。

2011年由俄罗斯特种技术公司研发的“海雕”-10是俄罗斯军队较早大规模装配的无人机，该无人机通过搭载“里尔”-3型号的通信对抗系统可实现对敌方通信系统的干扰。由多架搭载“里尔-3”的“海雕-10”无人机构成的无人机群已被俄罗斯率先应用在乌克兰以及叙利亚战场上，主要作用为对战场上的手机通信信号进行截获、测向以及定位，成功验证该作战方式在反恐作战中具有重要意义。

3）其他国家

目前其他国家在无人机以集群方式进行分布式协同通信对抗技术研究较为薄弱，尚处于理论研究阶段，大多集中于对单无人机个体进行通信对抗。我国无人机实战应用较少，目前仅有“翼龙-Ⅱ”、“彩虹”系列等少数无人机被应用于实战，在无人机群组分布式通信对抗方面研究相较于美国、俄罗斯处于起步阶段。

以色列在无人机通信对抗技术处于较为领先地位，其国内Elta公司、Elisra公司等都对无人机进行通信对抗任务所携带的电子载荷发展具有一定贡献。Elta公司于2014年研制的EL/K-7065高频测向电子侦查设备可搭载于“苍鹭”型无人机，对高频无线电信号进行截获及定位。

欧盟各国对于无人机通信对抗技术研究主要有德国、法国、英国。其中德国MEDAV公司生产的ART-8000型系列产品和MOTRS通信侦查载荷可供小型无人机搭载，为后续发展无人机群协同通信对抗打下基础；法国无人机通常搭载泰勒斯公司所研制的TRC-274/UHF型号通信对抗载荷在20MHz～3000MHz频段内进行多种模式的通信干扰；英国QINETIQ公司为小型无人机进行通信对抗任务所研制的ASX系列的通信对抗系统能够对工作频段为30MHz～3GHz的通信信号进行截获。

4 关键技术

1）无人机协同控制技术

无人机群作为通信对抗的作战平台时，需形成有效的编队队形。在无人机以集群方式出现时，集群控制是一个强非线性的控制系统，具有群体智能的复杂性和随机性，可视为若干个弱耦合无人机控制子系统集成为群体控制系统，每个无人机个体通过彼此的协调和配合弥补自身能力的局限性，通过对集群控制规则进行深度和广度的扩展，使无人机群在各个控制阶段满足单机和多机的控制需求，为后期通信对抗提供稳定可靠的作战平台［3］。

2）态势感知技术

无人机群组在进行通信对抗时，通常会面临复杂的电磁环境、地理环境以及敌方威胁等，因此需要无人机群协同系统对复杂多变的工作域整体环境做出感知并进行预测，以实现对对抗目标状态和属性的估计，建立通信对抗战场综合态势图。

战场态势感知技术目前存在的难点在于如何利用我方所获取的有限情报资源，在通信条件受限情况下，能够完成自适应的无人机群协同态势感知，并将各无人机单元的感知信息进行一致性融合，实现对整体环境的态势感知，并对敌方的对抗意图做出预测和估计，最终形成敌我双方的对抗态势图［4］。

3）实时信息共享

无人机以集群形式进行通信对抗时，各无人机会产生海量战场数据与通信资源紧张、通信链路带宽约束形成矛盾，故如何将海量数据进行实时下发，使各无人机获取到自己所需要的信息，避免无关信息对数据处理系统造成“信息淹没”，实现智能数据下发［5］。

当前数据链常用的智能数下发模式有“发布-订阅”模式和“预测分发”模式，前者是谁提需求下发给谁，后者是基于各无人机单元当前状态判断信息需求，进行数据下发。

5 发展趋势

1）注重战场中的实际效能

美国DARPA在实战模式下、以分布式协同作战作为理论依据，结合有/无人作战平台，完成对无人作战体系架构的重构，作战任务、想定、流程细化等内容。

俄罗斯和美国等国家的无人机群的通信对抗技术都会以战场中实际的作战目标和作战任务为研制目标，会根据不同的作战任务做出独特设计以满足真实战场中的作战需求，并敢于在真实战争中验证无人机群的作战性能，在真实的电子战战场中暴露缺点，并加以不断完善［6］。

2）海陆空异构无人平台协同作战

各国注重未来海陆空电子战系统联合作战体系发展，美国、俄罗斯等国家已初步完成结合无人机、无人战车、无人艇以及无人水下航行相联合的电子战作战体系，如图4所示。

图4 异构无人平台协同作战示意图

目前异构无人平台协同架构发展尚不成熟，协同作战能力尚需优化，主要表现为协同配合程度较低，目前多表现为无人车投放无人机，如美国“灰山鹑”项目；由地面无人车发射无人机群、无人机投放无人车，如UH-60MU黑鹰无人机投放Land Tamer全地形无人车等。

目前，异构无人通信对抗平台主要在智能程度、工作域、对抗能力以及行为模式存在差异，这种差异会导致指控人员工作量加大，难以高效专注。因此，异构无人通信对抗平台应建立扁平高效的协同架构，以提高异构无人协同系统的协同性、智能性和自适应能力［7］。

3）无人机群组认知电子战技术

当前通信对抗系统主要依赖于已知辐射单元的数据库进行工作，在面临未知辐射源时需对其进行采样，待研究出对抗策略时再重新应用于战场，而随着通信设备转向自适应频谱的使用，实施通信对抗的电子战设备也应具备自主应对多变频谱和信号的功能，因此具备认知功能的电子战通信对抗设备应运而生。

认知电子战技术是以具有自主认知功能的电子战设备为基础，实现自主式电磁环境学习和智能化通信对抗功能，主要包括认知侦查、认知干扰和认知防御这三方面。无人机群组认知电子战技术基于认知电子战技术，通过无人机群自组网实现对某一区域目标的认知电子战，可同时应对不同威胁类型的对抗目标，自主展开相应的对抗策略［8］，其作战示意图如图5所示。

图5 无人机群组认知电子战示意图

当前认知电子战技术处于理论研究阶段，并未经过信号级的仿真验证和工程论证，且电子战装备在设计硬件时并未考虑电子战的自我认知方面，缺乏智能化考虑。DARPA在2010年启动了“行为学习自适应电子战”项目用于自适应电子战装备的研制，目前正处于装备转化阶段。

6 结语

无人机群分布式协同通信对抗系统是世界各国无人机作战的中坚力量，美国、俄罗斯等国家在无人机群分布式协同作战架构已渐具规模。无人机群作为通信对抗核心作战平台之一，将不断向系统化、智能化、异构化等方面发展，以满足日益变化的作战需求。