“捕蜂”——低空近程反无人机蜂群体系构想*

李晶晶，罗晨旭，黄维

(空军预警学院，湖北 武汉 430019)

0 引言

近年来无人机在各领域应用越来越广泛，其中在军事领域的应用尤为瞩目。美军率先提出了无人机蜂群作战概念并开展了相关的研究，意图是利用成本低制造简便的无人机对抗敌军的军事基地，对重要基础设施进行饱和攻击，以达到摧毁敌方重要目标和消耗敌方昂贵防空武器的双重作战效果[1]。

美军近年来同时启动了多个无人机项目，比如“小精灵”(Gremlins)项目，低成本无人机集群技术(low-cost UAV swarming technology,LOCUST)“蝗虫”项目，“山鹑”(Perdix)项目等。2017年美国海军的3架F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机成功投放了103架Perdix“山鹑”无人机，并演示了集体决策、自主修正、自适应编队的群体行为。就在美军进行技术验证后不久，远在中东的叙利亚战场上就出现了第1个无人机蜂群实战的战例，叙利亚反对派利用13架自行组装的简易小型飞机从50 km外的地区起飞，通过GPS/INS组合导航的方式分别攻击了赫梅米姆空军基地和塔尔图斯港。2019年9月14日无人机蜂群袭击沙特油田。这些事件都说明了传统防空系统已经不能很好地防御无人机蜂群攻击，需要对现有的防御系统进行改进，以达到更好的防御效果[2-5]。

1 防御体系总体方案介绍

通过分析无人机蜂群的技术和作战特点[6]，本文设想以“分布式组网探测，软硬杀伤结合，梯次协同防御，机动灵活部署，层层拦截消耗”的防御理念来指导构建“捕蜂”反无人机体系，用以应对未来无人机蜂群进攻[7-10]。“捕蜂”反无人机体系在结合传统防空系统的基础上将全态势感知雷达、光电传感器(包含红外和可见光传感器)和无线电探测系统整合到一起，并对探测信息进行综合分析，提高新型探测系统对低空目标的探测能力，当探测系统发现目标后使用多种防御手段对无人机蜂群进行分批次的拦截和攻击。

“捕蜂”反无人机体系的设置遵循提前预警，机动部署的原则，在距离防御中心25 km和15 km处分散部署雷达光电联动探测车，总数为6台，使得整个防御体系能够较为精确探测到30 km范围内的一定高度的无人机。

以要地为中心，按距离远近，将整个防御分为4层，在这4层里采用软硬杀伤相结合的方式，对无人机蜂群进行层层拦截和杀伤。体系防御图如图1所示。

第1层防御：敌军对我方目标准备发动无人机蜂群攻击时，我方雷达系统首先探测到从外围接近的无人机投放平台，结合无线电探测设备获取的信息进行综合研判，确定敌方无人机投放平台的位置，待敌方投放平台进入到我方导弹射程后首先对其进行攻击，如果此时无人机蜂群已经释放，无人机蜂群会按照预定的任务规划向我方防御纵深接近。

第2层防御：无人机蜂群在接近到30 km时进入我方全势态感知雷达系统探知范围，“一点发现，全网皆知”雷达系统引导光电跟踪设备对准目标所在位置，对目标进行进一步识别。确认目标后将目标信息传输给拦截系统。拦截系统同时发射电磁脉冲反无人机导弹和精确制导反无人机导弹对无人机蜂群进行攻击。按飞行速度划分：电磁脉冲反无人机导弹先通过强电磁脉冲消灭大部分无人机，紧接着精确制导反无人机导弹赶到，对无人机蜂群进行精确打击。

第3层防御：经过打击之后若有少量无人机突入，在这部分无人机接近到第3层防御部署之前“捕蜂者”无人机(图2)从装载车中起飞将赶往拦截地区开始自主搜索目标，对敌方无人机蜂群发起攻击。

图2 “捕蜂者”无人机Fig.2 “Bee Catcher” UAV

第4层防御：第4层防御手段主要是以无线电干扰(压制干扰)和定向能武器相结合的方式(或者利用现有的“密集阵”近防武器系统使用装有无线电近炸引线弹药)对无人机进行末端拦截。

2 防御体系中的各个系统和防御手段

体系从“探方位”、“捣蜂巢”、“扰链路”、“剑出鞘”这4个作战环节设置了“捕蜂”反无人机体系中的各个分系统和防御手段。

2.1 “探方位”——预警探测系统

目前防御无人机蜂群的关键在于对无人机蜂群进行有效探测和持续跟踪。由于小型无人机的雷达反射截面积小，而且在作战中无人机蜂群常采用低空飞行的方式躲避我方预警探测系统的探测，因此传统体制的雷达并不能很好探测到此类目标。而“捕蜂”反无人机体系将光电探测(包含红外和可见光传感器)、全态势感知雷达探测、被动无线电探测3种探测手段融入到现有预警探测系统中，进行分布式组网探测，提高了现有探测系统对无人机等低空小目标的探测能力[11-13]。

2.2 “捣蜂巢”——攻击投放平台

“捕蜂”反无人机体系通过雷达探测的方法找到无人机空中投放平台的位置，并主动攻击无人机投放平台，从源头上消灭无人机蜂群。传统雷达虽然对微小型无人机的探测存在很多困难，但对运输机战斗机这一类雷达反射截面积较大的目标，传统雷达能够在较远的距离发现并稳定跟踪目标，使用防空导弹对目标进行攻击(例如某型防空导弹系统最远为200 km左右，据公开资料表明S-400更有着400 km的防御距离)[14]。这么远的防御距离已经超出绝大部分小型无人机的最大航程，这也意味着空中投放平台在很多情况下需要冒险进入我方防区，这时就是攻击空中投放平台的最佳时机。

在未来战争中，遂行地面作战时敌方有可能使用车辆来发射无人机对我方发动无人机蜂群进攻。在这种情况下，若无法通过雷达直接发现敌方地面投放平台的位置，便采取通过敌方无人机蜂群的初始位置+无源定位+我方无人机前出侦察这3种方式有针对性地寻找敌方地面投放平台的位置，这样可以提高对陆地投放平台的发现概率。发现敌方无人机投放车辆后，可以使用“捕蜂者”无人机对敌方无人机投放车辆进行打击。

2.3 “扰链路”——GPS以及无线电干扰

目前无人机蜂群攻击目标时主要靠GPS/INS复合制导的方式来确定自己的位置。而无人机的通信主要有以下2种情况:第1种，投放之后不与投放平台进行通信，完全依靠预先给定的精确坐标、任务规划，来攻击目标(这种情况适用于无人机蜂群自杀式攻击)。第2种,投放之后需要投放平台与无人机蜂群之间有数据交流。无人机通过下行链路反馈侦察、攻击、干扰的情况，投放平台通过上行链路发送指挥控制信号(这种情况适用于需要对无人机蜂群进行回收和无人机执行侦察等比较复杂的任务)。

干扰设备采用定向射频抑制干扰技术，能够对5 km范围内的小型无人机进行通信干扰和制止。定向射频抑制干扰技术通过侦察到的通信数据信息对小型飞行器的通信频段、GPS定位信号以及小型飞行器图像回传通道进行压制干扰，使投放平台无法对其进行控制和指挥，迫使小型飞行器自动返航或者坠毁。更进一步，设想将干扰设备安装在无人驾驶的越野车、全地形车等机动平台上，增加其机动性和防御范围。

2.4 “剑出鞘”——4种反无人机武器

目前的防空导弹是针对传统航空器设计的高性能防空导弹，具备很强的机动性能，用来攻击传统航空器效果明显，但用高性能防空导弹来攻击无人机不仅效果不明显，而且拦截效费比低下。用一枚几十万甚至上百万元的导弹攻击成本仅为几千元的无人机就是在用“大炮打蚊子”，所以研制和使用更加便宜有效的反无人机武器势在必行。

2.4.1 基于电磁脉冲炸弹技术的面杀伤武器——电磁脉冲反无人机导弹

目前无人机的电子产品高度集成化，在取得电子器件小型化优势的同时，也造成了无人机先天的缺陷——过分的依赖电子器件。这使得无人机在电磁武器的攻击面前十分脆弱，而且无人机蜂群投放之后是以集群的方式攻击目标，这就为“团灭”无人机提供了可能。电磁脉冲炸弹能在极短时间内产生强电磁脉冲，通过波导管送到发射天线，发射天线再对外发射电磁波，使电子设备毁伤。基于电磁脉冲炸弹技术设想了低成本的面杀伤武器——电磁脉冲反无人机导弹(具体设想如图3所示)。

电磁脉冲反无人机导弹通过微波天线将高功率的电磁脉冲集束，并根据无人机蜂群的位置调整导弹的起爆高度和角度，使导弹最大限度地杀伤无人机蜂群，同时最小限度地减少强电磁脉冲对我方电子设备的损伤。这种电磁脉冲反无人机导弹能够杀伤1 000 m范围内的目标，由于其较大的杀伤范围，对导弹的制导精度要求不高，可以采用较为简单的制导方式，有利于降低导弹的成本。

2.4.2 基于人工智能图像识别技术的精确杀伤武器——可重复使用的反无人机导弹

新型精确杀伤反无人机导弹采用模块化设计，通过挂载低成本的小型导弹，降低攻击成本。

新型导弹(具体设想如图4所示)主体采复合制导，具备较强的目标识别和自主攻击目标的能力。小型导弹采用红外和可见光图像识别技术锁定目标，在弹头的前端是一个微型镜头，用于采集红外和可见光图像，通过智能识别的算法，自主选择和攻击目标，小型导弹内部的传感器将目标数据传送给指挥原件，用小芯片计算出偏差并控制电磁传动装置自动修正小型弹头方向，小型导弹中部为破片式战斗部，采用破片杀伤的方式摧毁目标。精确制导反无人机导弹的弹舱装载25枚小型导弹，指挥与控制舱段负责为动力舱供油，动力舱采用小型涡喷发动机为导弹提供动力，导弹中部装有回收伞，用于回收导弹。每枚精确制导反无人机导弹最多可以同时攻击25个目标，可以一枚小型导弹攻击一个目标，也可以多枚小型导弹攻击一个目标，每次攻击只消耗小型导弹，而导弹主体部分得以保存，降低了成本，同时采用主体导弹搭载小型导弹的方式，弥补了导弹小型化后射程不足的问题，增加了攻击距离。导弹装在发射筒内，可以较好地融入到现有导弹发射车中，无需另外配备发射车，不占用现有编制。

图3 电磁脉冲反无人机导弹Fig.3 Electromagnetic pulse anti-UAV missile

当预警探测系统判定无人机蜂群来袭后，发射这2种反无人机导弹对目标进行攻击。导弹发射后，涡喷发动机工作使导弹以700 km/h的速度接近目标，在接近至距无人机蜂群150～200 m时，导弹主体与小型导弹分离，小型导弹自主锁定目标，通过爆炸产生的破片摧毁目标。由于2种反无人机导弹的速度不同，2种导弹会拉开3～4 km的距离，避免相互影响。需要明确的是，对导弹主体的回收并不是导弹主体自主返回发射阵地，因为此时的空中情况是十分复杂的，如果此时导弹主体自主返回会给我方的防空系统增加敌我识别难度，可能会被我方其他防空武器误伤，所以导弹主体完成任务后会继续向前飞行，与敌方的无人机脱离接触，到达指定的几个降落地点，打开降落伞降落，等到威胁解除后派出我方人员对导弹主体进行回收。

2.4.3 “捕蜂者”无人机蜂群对抗

纵观世界军事科技发展历史，每当出现具有划时代的武器装备总会出现许多反制的手段，但最直接最有效的反制方法还是发展相同的武器装备与之相对抗。比如反制隐形战机最有效的方法是发展能与之抗衡的隐形战机，反制狙击手的最好方法是用狙击手来消灭狙击手。因此将蜂群对抗作为第3种拦截方式，并设计了“捕蜂者”无人机(图2)，其最高飞行速度为70 km/h。“捕蜂者”无人机采用六旋翼无人机为平台，其最大载荷为10 kg，其顶部安装有智能导引头，能够识别并发现200 m以内的目标，通过无人机上可挂载的霰弹发射器对目标进行攻击。当“捕蜂者”无人机接近到敌方无人机10～20 m时进行射击，无人机只需大致瞄准敌方无人机就可以射击，通过密集的弹幕击落无人机。霰弹发射器备弹50发，按照5发霰弹拦截一架敌方无人机来计算，一架“捕蜂者”无人机大致可以拦截8～10架敌方无人机，在实战中可设置一辆卡车装载10架“捕蜂者”无人机，同时负责对10架无人机的指挥、回收和弹药补给。除此之外，“捕蜂者”无人机可以通过挂载不同的载荷实现一机多用。

2.4.4 定向能武器

“捕蜂”反无人机体系的第4层防御中应用了激光武器和微波武器，其中激光武器在防御无人机方面有着不可比拟的巨大优势。激光武器射击不用考虑提前量，即照即中，命中精度极高，能迅速改变射击方向，可在短时间内拦击多个目标。目前美军对激光武器进行了深入的研究，其30 kW和 60 kW 级的激光武器都已经进行过多次试验。我国也研制出了几款激光防御武器，其中在第12届中国国际航空航天博览会上亮相的LW-30型激光武器属于已经定型的产品，其有效射程4 km，能发射功率为30 kW的高能激光，能在短时间内对多个目标进行照射，具备多目标处理能力。可以将现有的LW-30激光武器融入到反无人机体系中，将其作为末端防御手段，来提高体系的末端防御能力。微波武器通过高增益天线定向辐射高功率微波，使微波能量聚集在较窄的波束内，形成高功率、高指向性的微波波束，当高功率微波波束照射到目标后会使无人机上的电子器件烧毁或失效。相比于激光武器而言，微波武器是一种面杀伤武器，可同时杀伤多个目标，对瞄准精度的要求较低，可适应多种天气条件，受天气的影响小。微波武器和激光武器作为最后一层的防御手段，可以相互补充，共同拦截无人机蜂群。

图4 精确制导反无人机导弹Fig.4 Precision guided anti-UAV missile

3 防御体系主要创新点

(1) 应用新体制雷达和多种探测设备进行分布式组网探测

“捕蜂”反无人机体系利用了新体制雷达(全态势感知雷达)、光电传感器、无线电探测器等多种探测手段对目标进行分布式组网探测，其中全态势感知雷达与传统雷达相比，采用数字波束形成(digital beam forming, DBF)技术，实现全时空覆盖的凝视探测。全态势感知雷达除了可以以高数据率获取距离、方位、俯仰的测量信息之外，还能通过长时间积累获得目标的高分辨多普勒信息，从而实现高探测概率和低虚警率的无杂波监视，并具有更好的目标识别能力，通过分布式的组网探测，提高雷达抗有源干扰的能力，提高雷达的反隐身能力，提高雷达生存能力，提高探测精度和威力。

(2) “捣蜂巢”消灭无人机投放平台

分析了无人机蜂群的通信链路和投放方式，分析了对无人机投放平台进行攻击的可能性，并提出了从源头上消灭无人机的方案——通过雷达、无线电探测、无人机侦察等手段发现无人机初始位置[15]，判定无人机投放平台位置并攻击其投放平台，彻底消灭无人机威胁。

(3) 提出了群对群、多对多、点对点的防御理念

根据这种理念设计了“捕蜂者”无人机和精确制导反无人机导弹，这2种武器发射后形成的“拦截群”，以“群对群”的方式抵消“蜂群”的数量优势，达到高效拦截无人机蜂群的目的。

(4) 设计了“群灭”无人机的杀伤武器

应用电磁脉冲炸弹技术设计了电磁脉冲反无人机导弹，设想通过强电磁脉冲来大面积杀伤无人机蜂群。电磁脉冲反无人机导弹通过转换器利用高能炸药爆炸产生的能量来产生电磁脉冲，用微波天线对电磁脉冲进行定向，以此杀伤1 000 m范围内的敌方无人机，同时通过控制导弹的起爆高度和角度，避开我方的地面设施设备，减小我方的附带损伤。

(5) 软硬杀伤相结合，有效降低拦截成本

最开始对无人机蜂群进行无线电干扰降低无人机蜂群的作战效能，警告和驱离无人机蜂群，之后对突入防御区域的无人机采用4种硬杀伤手段进行层层拦截杀伤。

(6) 机动灵活部署，提高体系生存能力

“捕蜂”反无人机体系采用机动部署的方式，预先设置多个防御阵地，让外围的武器装备在发动攻击之后，立即转移发射阵地并隐蔽，提高体系的生存能力[16]。

4 结束语

无人机蜂群技术近年来发展迅猛，蜂群智能化程度越来越高，编队协同能力越来越强，各国都加大了对反无人机蜂群的研究。但综合各方面的情况分析，目前没有哪一种探测设备能够确保百分之百地探测到所有的无人机，也没有哪一种反无人机武器能够独自击落无人机集群中所有的无人机。未来的防空体系，只有将多种探测手段和拦截手段相结合，才能对无人机集群进行有效的探测和杀伤。