无人机集群反舰作战与反集群对策研究∗

韩光松 王 忠 李 萍

（1.国防大学联合作战学院 石家庄 050000）（2.96823部队 昆明 650219）（3.火箭军工程大学 西安 710025）（4.96656部队 北京 102206）

1 引言

20世纪90年代末，美军率先提出了集群作战的概念，也称为“蜂群作战”。集群来源于对自然界中蚁群、蜂群、鸟群等生物群体行为的观察，这些生物在群体中相互合作，完成复杂的工作［1～3］。近几年来，随着分布式控制、人工智能、大数据、通信网络等前沿科技领域的突破创新，美国又率先开始研究无人机集群作战的相关技术。

战时，从陆地、舰艇或飞机等平台快速发射若干个配备不同任务载荷的低成本无人机，这些无人机相互通信构成集群，在指挥员监管下完成特定任务，包括侦察监视、电子干扰、饱和攻击、应急通信、诱饵等。采用先进计算机算法设计的无人机集群可以与陆上、水面、水下无人系统协同运动，成为一体化任务的一部分。

无人机集群作战具有快速、机动、密集等特点，持续保持高压态势和进攻势头，使敌军防御系统迅速瘫痪，在最短时间内达成作战目的。无人机集群作为一种“改变战争形态”的颠覆性技术，通过数量提升能力、成本创造优势、集群替代机动的模式制胜。模拟试验表明［4］，装有传感器和武器的100架无人机集群可探测到91%的敌军部队并摧毁了63个目标，而现有的火力单元只探测到33%的敌军部队，仅消灭了11个目标。试验充分展示了无人机集群具有极高的作战效能，将在很大程度上改变未来的作战模式。

2 无人机集群发展现状

2.1 国外发展情况

2003年伊拉克战争中，美军将不同型号的无人机组成一个广域作战集群。“全球鹰”大型无人机在高空执行战略侦察，“捕食者”、“先锋”、“猎人”、“影子200”等无人机在中空执行战役侦察或打击，“龙眼”、“指针”等小型无人机在低空执行战术侦察，通过战场网络将这些无人机互联形成一个全域覆盖的侦察情报网络。

2015年8月，美国海军研究生院Timothy H.Chung领导的无人机团队完成了50架固定翼无人机集群自主对抗竞赛［5］。这些无人机按照主从模式飞行，利用无线自组织网络进行信息交互和共享，地面控制站同时对50架无人机进行控制。集群飞行将控制权逐渐转移至无人机，使无人机实现自主飞行和决策，以减轻操控人员的压力。

2017年1月，由美国国防部战略能力办公室与海军航空系统司令部合作开发的无人系统进行了一次微型无人机集群演示［6］。3 架 F/A-18F“超级大黄蜂”战斗机共投放了103架3D打印的Perdix微型无人机，它们能够互相发现队友并形成集群队形。微型无人机展示了先进的群体行为，例如集体决策，自修正、自适应编队飞行及航线恢复能力等。

近年来，在美国国防部的统一领导下，国防高级研究计划局、战略能力办公室以及空军、海军等开展了大量的研究和论证工作，启动了多个项目。这些项目在功能上相互独立、各有侧重，在体系上互为补充、融合发展。无人机将形成以十克级（“CICADA”项目）、百克级（“Perdix”项目）、公斤级（“LOCUST”项目）、十公斤级、百公斤级（“Grem⁃lins”项目）等平台为基础的作战系统序列［7］。2016年5月，美国空军发布了《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》，希望构建横跨航空、太空、网空三大作战疆域的小型无人机系统，并在2036年实现无人机系统集群作战。

此外，2016年2月，俄罗斯的Vega Radio Engi⁃neering公司在爱国者公园举行机器人技术展会，展出了一种可以同时操控十架无人机和地面机器人协同作战的技术系统。

2.2 国内发展情况

2016年11月，中国电子科技集团公司在第11届珠海航展上公布了67架小型固定翼无人机集群飞行试验，完成了编队起飞、集群飞行、动态无中心自组网、感知与规避、自主集群控制、协同探测、分布式广域监视、饱和打击等任务。

2017年6月，中国电子科技集团公司完成了119架小型固定翼无人机集群飞行试验，无人机集群成功演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等一系列空中活动。此次无人机集群试验标志着我国在无人机集群技术领域取得了重大突破。在短短两年内，中美两国四次刷新无人机集群飞行的规模，该领域的竞争日趋激烈，我国的无人机集群作战技术正处于快速发展阶段。

由于飞行速度和续航时间的要求，固定翼无人机一直是集群对抗的主要成员。与四旋翼无人机集群相比，固定翼无人机仅编队飞行的难度就高得多，这是因为四旋翼无人机可以在空中悬停，更容易精确定位和编写控制程序，而固定翼无人机不能在空中悬停，集群飞行时通过传感器、定位系统和通信设备进行“沟通”，每架固定翼无人机不仅需要测量自己的位置，还得测量与附近无人机之间的相对位置和方向，随时根据周边态势调整位置和方向，以避免发生碰撞。

3 无人机集群的特点及优势

3.1 无人机集群的特点

1）功能分布

无人机集群将单个作战平台所具备的复杂功能分散到大量功能单一的微小型无人机，比如一些无人机搭载侦察设备，一些无人机搭载干扰设备，一些无人机搭载武器，通过无人机集群实现原本复杂的功能，系统的倍增效益将使无人机集群具备远超单一平台的作战能力，实现“1+1＞2”的效果［8］。

2）具备集群智能

蚂蚁的个体行为非常简单，但它们构成的群体却表现出高度结构化的社会组织特性，能够完成远远超出个体能力的复杂任务，例如蚂蚁搬家就是集群智能行为的体现。无人机集群技术就是借鉴生物的信息交互方式与协作行为，使多架无人机在尽量少的人工干预下通过信息交互产生整体效应，完成预期的任务［9］。

3）去中心化自组网

无人机集群是一个自组织的系统，机群中没有领导者，个体之间彼此平等。无人机集群采用集群智能控制算法，保证无人机之间能够有效协同，与无人机的数量无关，无人机退出或者加入集群不会影响集群的整体结构，具备去中心化自组网提升抗故障的能力。在对抗过程中，当部分无人机被干扰或摧毁时，无人机群可重新配置，继续执行作战任务，并不影响任务的完成。

3.2 无人机集群的优势

无人机集群是一个作战体系，能够完成侦察监视、电子干扰、火力打击、毁伤评估等一系列行动，具有以下显著优势。

1）数量优势

集群作战的无人机功能单一，多采用低成本的微小型无人机。战时我军可大量分散配置这种隐蔽性很强的无人机，敌方为应对无人机集群需要消耗数十倍甚至上百倍的成本进行防御，消耗掉有限数量的高成本防空弹药，这将在战争中为我军带来显著的成本优势，且机群的突防能力很强。

2）情报优势

无人机运用携带的各型侦察探测设备，飞行到目标区域进行抵近侦察，协同完成对目标的精准探测、识别与定位等，通过数据链将情报回传，为其它作战单元提供可靠的情报信息。例如，图像侦察时，多架无人机从不同角度对目标进行侦察，完成相互印证和信息补充；电子探测时，多架无人机用不同频率的雷达实施全频段探测。

3）速度优势

无人机集群具有自主决策能力，根据战场态势在线自动分解任务并赋予相应的无人机，不同功能的无人机迅速做出反应，协同实施干扰压制、火力打击、毁伤评估等行动，打通“侦察-控制-打击-评估”链路，提高了作战行动速度。

4 无人机集群在反舰作战中的应用

随着我国无人机的快速发展，无人机在反舰作战中的应用逐渐引起研究人员的关注。无人机集群可充当分布式传感器和武器的角色。

4.1 提供目标指示信息和毁伤评估

反舰弹道导弹打击海上大中型作战舰船，需要综合利用天基、空基、陆基和海基等多种侦察监视设备，对舰艇编队的主战舰艇进行搜索、识别和定位。现有的目标情报保障手段和能力支撑反舰作战仍有一定差距，而且相关的预警探测装备是敌方战时对我军进行首轮攻击的重要目标。

战时，战斗机、运输机或轰炸机把小型无人机搭载到抗衡空域边缘再发射。首先，搭载探测设备的小型无人机协同搜索、识别与定位舰艇编队的主战舰船；然后，通过协同数据链向飞行中的反舰弹道导弹群提供主战舰船的指示信息，导弹集群根据战场态势完成目标动态分配任务，导弹协同完成机动飞行并分别跟踪各自的目标舰船，在末段临近目标时开启导引头完成攻击任务；最后，无人机集群对目标舰船进行侦察，将目标舰船图像通过协同数据链传到指挥中心，完成毁伤效果评估。

无人机集群可向飞行中的反舰弹道导弹提供舰艇编队主战舰艇的精确位置信息，因此，反舰弹道导弹发射前只需要知道舰艇编队所在区域即可，这样不仅可以减少对目标情报保障系统的依赖，还可以缩短反舰弹道导弹的作战流程，提升我军的反舰作战能力。

4.2 实施电子干扰与攻击

针对无人机集群突防“宙斯盾”防空系统，美国海军研究生院进行了多次模拟试验［10］，结果表明，由8架无人机集群攻击“宙斯盾”防空系统，至少有2.8架无人机能够避开拦截，即使系统升级也至少有1架无人机可以成功突防；如果无人机数量增加至10架以上，“宙斯盾”防空系统只能拦截前面的7架左右。因此，采取“全向式”集群突防是快速瘫痪敌作战体系、突入敌纵深作战的重要方式。

反舰作战时，根据反舰弹道导弹发射时间，预先通过无人机、运输机或轰炸机在不同高度释放多个小型无人机集群，这些小型无人机有的搭载电子干扰设备，有的搭载反辐射导弹。首先，搭载电子干扰设备的无人机集群飞行到舰艇编队附近空域，协同干扰、压制与欺骗舰艇编队的预警雷达、制导武器等，掩护无人机集群和反舰导弹等武器突防。然后，搭载反辐射导弹的无人机集群飞行到导弹能够攻击舰艇编队的空域时发射导弹，这些导弹利用舰艇编队发射的电磁信号，跟踪并摧毁其雷达系统。最后，发射完导弹的无人机可小编组、多方向从不同高度对舰艇编队的主战舰艇进行自杀式攻击。

电子干扰与攻击可以迷惑舰艇编队的搜索雷达和预警系统，诱使反导系统发射导弹和舰载机起飞，以数量优势分散舰艇编队的防御力量，使“宙斯盾”防空系统的探测、跟踪和拦截能力饱和。因此，无人机集群攻击一方面可在一定程度上瘫痪舰艇编队的防御体系，提高反舰弹道导弹等武器的突防效果，另一方面海上大中型作战舰船是一个搭载易燃易爆物品的平台，一旦反辐射导弹和无人机命中舰艇上的舰载机等，就可能引发连环爆炸，对舰艇产生致命的破坏。

5 反集群作战策略

无人机集群作战与反集群作战是相伴而生的，相互牵引形成有效的攻防体系。无人机及其发射的反辐射导弹成本低，且雷达散射截面积小、红外特征不明显。面对蜂拥而至的无人机集群，美军舰艇编队的“海麻雀”、“海拉姆”等导弹的火力昂贵且有限，效费比太低。根据无人机集群作战的特性，舰艇编队可能采用低成本、大覆盖、高效能的反集群作战策略。

1）“捣毁蜂巢”策略

因为“捣毁蜂巢”要比四处捕捉马蜂容易得多，反集群作战的立足点应首先放在摧毁微小型无人机搭载平台或者拒止平台进入投放空域。微小型无人机的航程较短，需要使用平台将其运载到距离舰艇编队较近的空域，搭载平台不得不进入舰艇编队防空反导系统的火力攻击范围内，这给舰艇编队摧毁我军的无人机群搭载平台提供了一个可用时间窗口。

由于我军具备多型反舰武器，特别是反舰弹道导弹，这使得敌方的舰艇编队战时不得不在远离我国海岸线的大洋深处移动。因此，我们应该选择机动能力和隐身性能好的无人机、运输机或轰炸机将机群运送至舰艇编队附近空域投放，尽可能减少搭载平台被摧毁的情况。

2）集群对抗

无人机集群对抗是未来无人机作战的重要模式，它是一群无人机对另一群无人机进行拦截而形成的空中协作式缠斗。对抗中无人机具有自组织、自适应特点和拟人思维属性，通过感知环境对周围态势进行判断，依据一定的行为规则，采取攻击、避让、分散、集中、协作、援助等有利策略，使得在整体上涌现出集群对抗系统的动态特性［5］。

在持续显示力量方面，能够与一个无人机集群相匹敌的唯有另一个无人机集群。战时，敌方的无人机集群发射小型格斗导弹或者进行自杀式撞击，对我军投放的微小型无人机集群构成严重威胁。要想在集群对抗中立于不败之地，我们需要进一步发展无人机集群对抗的关键技术，主要包括自主决策对抗、集群智能控制算法、集群探测与识别、集群对抗态势评估、集群通信技术等。

3）高能武器摧毁

高能武器主要包括激光武器、微波武器、电磁轨道炮等。美军的“福特”号航母安装了两座A1B型压水式核反应堆，其发电能力为“尼米兹”级航母的2.5～3倍，达160兆瓦以上，能够满足未来高能武器上舰的需求［11］。

激光武器是用高能激光对远距离目标进行精确射击或用于防御导弹等的武器。高能激光照射到无人机上可以使机体升温、熔化或汽化，破坏机械结构或电子元件，从而毁伤无人机。激光武器的发射次数基本不受限制，激光几乎在瞬间就能从发射器抵达目标，激光束对准目标几秒就能将其摧毁，然后转向瞄准其它目标。

微波武器是利用高功率微波束毁坏敌方的电子设备或杀伤作战人员的一种定向能武器。微波武器能在一次脉冲发射充足的微波能量，通过天线进入无人机系统内部，瞬间烧毁一定范围内几乎所有无人机的智能控制系统，使无人机集群失去控制。与激光武器相比，微波武器的作用距离更远，受气候影响更小，攻击时只需确定大概指向，不必精确瞄准，易于火力控制。2016年7月，美国陆军使用Phaser高功率微波武器进行小型无人机集群拦截测试，Phaser系统不但可以在发现无人机后迅速将其瘫痪，还可以同时击落多架无人机。

电磁轨道炮（EMRG）是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。由于电磁场作用时间长，弹丸出膛速度能达到5.9～7.5Ma，射程超过185km，射速为每分钟10发。电磁轨道炮有能力远距离跟踪小反射面积的目标，可用于水面炮火支援、防空和反舰。电磁轨道炮及其发射的成本很低，动力系统很小便于上舰安装，无需在弹头内装填炸药使其安全性很高，必将成为舰艇编队的重要武器，给未来的海战模式带来根本性转变。

4）密集阵系统拦截

美国海军为解决军舰近程防空问题专门设计制造了六管20mm口径自动旋转式密集阵火炮系统，即MK15“火神”密集阵系统。两部雷达配合使用可在5km内确定反射面积为0.1m2的目标位置，并计算其运动参数［12］。目前密集阵系统装备在“阿利·伯克”级驱逐舰、“尼米兹”级航母和各种登陆舰上，是美军航母编队的最后屏障，它能有效地打击从其它防空系统漏掉的无人机及反辐射导弹等。

5）电子干扰与压制

微小型无人机体积小、容量有限、抗电子干扰功能缺乏，其导航系统、电子侦察系统在受到强烈电子干扰时很可能会部分失灵，甚至彻底失效。针对无人机的这些系统，舰艇编队可能采取的干扰形式包括欺骗式干扰、压制式干扰、烟雾干扰以及瞄准式噪声干扰等。无人机之间的通信以及无人机同后方指挥控制中心之间的通信可能遭受舰艇编队实施的频率跟踪式干扰、宽频段拦阻式干扰等，导致通信链路无法接收或传输相关指令，从而瘫痪无人机集群。

［1］E.Shaw.Fish in schools［J］.Natural History，1975，84（8）：40-45.

［2］E.Bonabeau，M.Dorigo，and G.Theraulaz.Swarm Intelli⁃gence：From Natural to Artificial Systems［M］.Oxford：Oxford Press，1999：7-9.

［3］邱华鑫，段海滨.从鸟群集群飞行到无人机自主集群编队［J］.北京科技大学学报，2017，39（3）：317-322.

［4］赵先刚，赵璐.智能化集群技术将颠覆未来战争法则［EB/OL］.［2017-07-08］.http：//m.wj001.com/news/js/1650550.

［5］罗德林，徐扬，张金鹏.无人机集群对抗技术新进展［J］. 科技导报，2017，35（7）：26-31.

［6］支点军事.美军3架F18抛洒103架微型无人机组成自协 同 集 群［EB/OL］.［2017-01-16］.https：//m.baidu.com/mip/c/www.360doc.cn/mip/622942678.html.

［7］宋怡然，申超，李东兵.美国分布式低成本无人机集群研究进展［J］.飞航导弹，2016（8）：17-22.

［8］韩光松.多智能体系统的多一致性与多跟踪性研究［D］.武汉：华中科技大学，2015：4-5.

［9］G.-S.Han，D.-X.He，Z.-H.Guan，et al.Multi-con⁃sensus of multi-agent systems with various intelligence us⁃ing switched impulsive protocols［J］.Information Scienc⁃es，2016，349-350：188-198.

［10］L.Pham.UAV swarm attack：protection system alterna⁃tives for Destroyers［D］.Monterey：Naval Postgraduate School，2012：8-10.

［11］丁宏.美海军在“福特”号航母成功测试电磁弹射器［EB/OL］. ［2015-05-18］. http：//finance.ifeng.com/a/20150518/13712967_0.shtml.

［12］宋贵宝，孔丽，李红亮，等.密集阵反导系统拦截反舰导弹模型研究［J］.系统仿真学报，2004，16（10）：2218-2230.