陆基防空武器与无人机协同防空作战样式设计研究

亓子龙，党 玲，韩春雷，鹿 瑶，孙晓龙

陆基防空武器与无人机协同防空作战样式设计研究

亓子龙1，党 玲2，韩春雷1，鹿 瑶1，孙晓龙1

（1 中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068；2 海军大连舰艇学院，大连 116018）

陆空人机协同是未来有人/无人作战模式的重要发展方向，其中陆基防空武器与无人机协同防空作战可以充分发挥各自优势，扩大协同效应。针对陆基防空武器存在目标发现距离近，拦截反应时间少；预警机防空探测成本较高，存在人员伤亡风险等问题，提出陆基防空武器与无人机进行人机协同作战的概念，设计一体化陆—空协同防空作战样式，利用数据链将无人机雷达提供的目指信息共享到陆基防空武器，开展超视距拦截来袭目标，实现“尽远发现，尽远拦截”的目的。

陆空协同防空；数据链；无人机

0 引言

在现代战争中，重要军事区域面临的首要威胁很大可能来自空中，由于这些重点区域一般缺乏机动性和隐蔽性，因此防空作战的压力尤为突出。在以前国土防御思想影响下，陆军和空军各自为战，缺乏陆空协同作战的经验，单纯依靠陆基防空武器配备的跟踪雷达对空中目标进行探测，就会存在发现距离被约束在视距范围内的情况，且受地球曲率的影响，存在低空盲区等问题，导致目标发现时距离已经很近。再加上空中目标本身飞行速度极快，因此拦截准备的反应时间不充足，实施一次拦截后若目标未成功毁伤，则目标已飞行到防护区内部很近的位置，根本没有第二次拦截的机会，大大降低了防空作战效能。

针对重点区域陆基防空作战面临的问题，经深入研究发现陆空协同作战可以有效解决上述问题。所谓陆空协同作战指空中作战单元与地面作战单元为执行同一任务而建立整体编队，通过平台互操作和资源共享控制，完成共同的任务目标。陆空一体协同作战一直是装备发展的重要方向，特别是在无人作战装备迅速发展的今天，陆空协同体系作战的优势更为明显。空中作战平台具备机动性能好、态势感知能力强的优势，陆基武器装备具备火力强、射程远、弹药充足的优势，采用空中飞机与陆基武器装备协同作战的方式，可充分发挥各自的优势，形成协同作战能力，提高整体作战效能，能够“看得更远”、“反应更快”、“打得更多”[1]。

当前随着自动化和人工智能技术的发展成熟，无人机逐渐在各行各业进行广泛的使用，特别是在军事领域的应用发展突飞猛进，各种型号、用途的无人机正在被大量生产和使用。考虑到在重点防护区域常态化部署大型预警机与陆基防空武器进行协同防空作战，既不经济也不现实，同时基于无人机技术的发展趋势，本文提出了无人机与陆基防空武器进行人机协同防空的作战样式，所谓人机协同就是战场上有人装备与无人装备，通过密切的协同配合完成包括态势感知、指挥决策、目标引导，火力打击、毁伤评估等作战过程，达成作战目的。人机协同作战的基本形式是以有人装备为中心，与无人装备实施组网作战。战场上，人机协同作战发挥的整体效能远超有人装备和无人装备各自所发挥的作战效能之和，其优势在于显著提高作战效率，明显提升生存能力，更能适应复杂电磁环境的干扰等[2]。利用无人机不受地形约束、空中俯视视角下盲区远小于陆基防空武器跟踪雷达、能观察到陆基防空武器跟踪雷达受障碍物遮挡的区域等优势，将陆基防空武器与空中飞机之间互连互通、信息共享，就可以扩展陆基防空武器对低空目标探测范围，提升作战反应效率。通过在无人机上加装火控雷达，由多架无人机在空中组成探测网络，采用协同探测方式可扩展探测区域，增强战场态势感知能力，为有人控制的陆基防空武器提供盲区内目标探测信息，实现陆基防空武器超视距目标拦截能力。

1 陆基防空武器与无人机协同防空需求分析

1.1 陆基防空武器探测范围受限

陆基防空武器一般部署在地面上，海拔相对较低，受地球曲率的影响，低空目标在距离较远位置时，处于陆地防空雷达探测盲区内，如图1所示。

图1 雷达探测目标示意图

陆地上部署的雷达对目标的直视距离如式（1）所示：

1.2 预警机协同防空成本高

在防护区域常态化部署大型预警机，与陆基防空武器协同防空，利用预警机雷达可在高空探测，具备“站得高，看得远”的优点，扩展目标探测范围，弥补低空探测盲区，延长陆基防空武器拦截目标的反应时间，从而增加二次拦截的机会，提升防空作战效能。但是预警机需要大量人员、设备和场地等资源配合，重点防护区域大多气候条件恶劣，资源补给没有保障，进行设备维修保养难度很大。重要防护区域的防空强度大、时间长，在长期的战备值班中，要忍受长期紧张和过度疲劳，要随时抗击敌方的空袭，面临着死亡和伤病。而在常态化防空的情况下，长期处于引而不发的紧张状态，加剧了人员的心理压力，而且燃料资源和人员精力都不满足预警机长时间留空进行探测的条件[3]。

1.3 无人机协同防空优势明显

陆基防空武器协同无人机进行防空作战，可以利用无人机在一定程度上替代预警机扩展目标探测范围，弥补陆地雷达对低空目标存在探测盲区的缺陷，同时可减少人员、设备和场地的投入成本，也降低了运维的经济成本，充分发挥无人装备持续性、稳定性的优点，消除人员伤亡的风险。

陆基防空武器和无人机协同作战在体系化作战中具有以下优势：

1）采用协同探测方式可扩展探测区域，增强战场空间态势感知能力；

2）地面有人装备作战任务决策可弥补无人机智能不足，提高无人机应对复杂作战环境的能力；

3）利用无人机的高隐身、低成本、无人员伤亡的优势，与地面有人装备协同作战，在减少风险的同时提高执行高危任务的成功率；

4）提升对多目标的精确打击能力[4]。

2 陆基防空武器与无人机协同防空方案设计

在新型防空作战过程中，武器发射平台和目标制导平台并不一定存在固定的隶属关系，也不一定局限在同一个地理位置范围内。为了提高整体的防空效能，位于不同位置的武器发射平台和目标制导平台可以通过数据链形成拦截联盟，挑选探测效果最好的目标制导平台和拦截效能最高的武器发射平台组成最优搭配进行协同防空，对来袭目标进行有效的拦截，突破了地理位置的局限性，打破了武器发射平台和目标制导平台固定的配属关系[5]。本文在这个方面进行了一些探索，针对陆地部署的雷达对低空突防目标存在盲区，探测距离受限，而大型预警机长时间留空探测又受燃料资源和人员精力的限制，无法实现陆基防空武器和预警机协同防空的问题，设计了一种陆基防空武器和无人机协同防空的作战样式。在无人机上加装火控雷达、战术数据链和天基数据链等设备，利用天基数据链对无人机进行远程控制，可以派遣无人机快速向前突击到陆基雷达探测盲区进行高空探测，能够有效提升目标发现距离，通过战术数据链将精确的目标指示信息快速传输给陆地部署的防空武器，陆基防空武器根据该信息可在其传感器未获得目标位置的情况下发射拦截弹，实现超视距打击低空来袭目标。这种作战样式将陆地平台上的武器发射通道和无人机平台中的目标制导通道协同共用，可提前发现低空来袭目标，延长了防空反应时间，并为二次拦截提供时间机会，形成了一体化陆—空协同防空作战系统，概念图如图2所示。

图2 陆基防空武器与无人机协同防空概念图

无人机由于载荷有限，加装的火控雷达探测性能肯定不如预警机雷达，但无人机的优点在于成本低，无需考虑人员伤亡，可以抵近威胁区域进行探测，而且通过将多架无人机组成协同探测网，能够扩大目标探测范围，增强目标探测的连续性和稳定性。目标探测的精确指示信息通过无人机加装的战术数据链可快速传输到陆地上的数据链地面站，供陆基防空武器制导发射拦截弹。防空武器对目标指示信息的数据率和稳定性有一定要求，而天基数据链虽然数据传输覆盖范围广，但数据传输速率慢，且信号不稳定，不能用来传输目标指示信息，因此只有战术数据链可以满足防空武器对目标指示信息传输的要求。当无人机飞行距离超出战术数据链最大传输距离时，可控制其他无人机飞到中途作为通信中继站，以此来扩展陆基防空武器到最远无人机的通信传输距离。

本文利用天基数据链远程控制无人机，而不是直接利用战术数据链，主要是因为以下两点原因：

1）天基数据链的传输范围远大于战术数据链，这样可以利用天基数据链控制无人机到超出战术数据链地面站传输范围的地方执行任务，不会发生失联情况，而且无人机的远程控制指令对传输速率要求不高，即使飞行中信号不稳定，无人机可以依靠自身的自动控制技术，保持一段时间的平稳飞行。也就是说无人机远程控制对数据链的要求更注重传输距离，而对传输速率和稳定性的要求较低，这与目标指示信息的传输要求相反，所以天基数据链正好满足无人机远程控制的需求。当然战术数据链通过无人机通信中继也可以扩展无人机远程控制指令的传输距离，但这需要随时规划用于中继通信的无人机位置，增加了技术复杂度，在实施过程中可能出现信号长时间中断的问题而导致无人机失联，不如天基数据链时刻保持信号大范围覆盖有优势。

2）目标指示信息对战术数据链的传输负荷已经很高，再让无人机远程控制指令占用一部分传输资源，会影响防空武器的拦截效果，所以利用战术数据链专门传输目标指示信息，利用天基数据链专门传输无人机远程控制指令，两者可以优势互补，实现通信资源的高效利用。

3 陆基防空武器与无人机协同防空系统组成

陆基防空武器与无人机协同防空系统主要由陆基指挥控制系统、无人机系统以及无人机通信数据链系统等组成。其中，陆基指挥控制系统包含陆基指控中心、无人机地面指控站和陆基防空武器控制系统；无人机系统包含无人机任务规划与控制系统、机体、推进及飞控系统、雷达管理系统和发射与回收系统；无人机通信数据链系统包含战术数据链地面站、天基数据链卫星地面站、无人机战术数据链和无人机天基数据链[6]。

在陆基防空武器与无人机协同防空作战过程中，陆基指挥控制系统主要负责无人机任务下达、防空武器控制及其他相关活动的指挥；无人机系统负责无人机发射与回收、任务规划与飞行控制及火控雷达的管理控制；无人机通信数据链系统主要负责天基数据链和战术数据链在陆基指控中心与无人机之间的通信。陆基防空武器与无人机协同防空系统组成如图3所示。

图3 陆基防空武器与无人机协同防空系统组成示意图

4 结语

本文分析了陆基防空武器面临的目标发现距离近、拦截反应时间少、预警机空中探测条件艰苦、人员压力大等问题，提出了构建陆基防空武器与无人机协同防空的作战样式，明确了无人机火控雷达通过数据链为陆基防空武器提供目标指示的设计理念。针对无人机与陆基防空武器之间的指挥、通信问题，研究了战术数据链和天基数据链的数据传输特点，并在实际应用当中合理配置，采用战术数据链传输目标指示信息，天基数据链传输无人机控制指令，最大限度发挥通信传输性能。文中没有对陆基防空武器与无人机协同防空中应用的装备型号进行详细选型分析，也没有考虑电子干扰对无人机及数据链的影响，而新型作战样式需要有合适的装备支撑才能实现作战能力，且现代空袭与反空袭作战中电子对抗已成为常态，并扮演着重要角色，因此，在今后的研究中要进一步分析实际装备的选型，并考虑如何消除电子干扰对无人机及数据链的影响，使得陆基防空武器与无人机协同防空更接近于实战条件。

[1] 刘鑫，孙厚俊. 陆战装备与无人机空地协同作战指挥控制技术[C]. 第六届中国指挥控制大会论文集（上册），2018.

[2] Jun Wang，Xiaozhe Zhao，Beiping Xu，et al. Immune multi-agent model using vaccine for cooperative air-defense system of systems for surface warship formation based on danger theory[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics，2013（06）.

[3] 韩锋，陈岗. 岛礁防空的特点和对策[C]. 第四届中国指挥控制大会论文集，2016.

[4] Zhiyu Zhou，Bin Rao，Xiaoxia Xie. The influence mechanism of UAV group on the detection performance of air defense radar[C]. Proceedings of 2018 3rd International Conference on Automation，Mechanical Control and Computational Engineering（AMCCE 2018），2018.

[5] 伍凯，贺正洪，吴舒然. 制导与发射分离的协同防空杀伤区模型与仿真[J]. 弹箭与制导学报，2019（03）.

[6] 卫强，李新洪，王刚. 基于天基链路的直升机低空搜救应用方面研究[C]. 探索创新交流——第六届中国航空学会青年科技论坛文集（下册），2014.

Research on Cooperative Air Defense Combat Mode Design of Land-Based Air Defense Weapon and UAV

QI Zilong, DANG Ling, HAN Chunlei, LU Yao, SUN Xiaolong

Land-air man-machine cooperation is an important development direction of manned/unmanned combat mode in the future, in which land-based air defense weapons and UAV cooperative air defense combat can give full play to their respective advantages and expand synergy. Aiming at the problems of land-based air defense weapons have close target detection distance and less interception reaction time; the air defense detection cost of early warning aircraft is high, and there is a risk of casualties, the concept of cooperative air defense between land based air defense weapon and UAV is proposed. A land-air integration cooperative air defense combat style is designed, the target indication information provided by the UAV is transmitted to the land based air defense weapon through data link, and the coming target is intercepted beyond visual range, so as to realize the purpose of "discovery and intercept as far as possible".

Land-Air Cooperative Air Defense; Data Link; UAV

V279

A

1674-7976-(2022)-06-438-05

2022-03-08。

亓子龙（1989.08—），陕西西安人，硕士，工程师，主要研究方向为数据融合、编队作战指挥控制。