无人机光电对抗技术研究

于周锋，王惠林

（西安应用光学研究所，陕西 西安 710065）

引言

在未来电子战中夺取光电武器主动权，对夺取战场主动权产生极其重大的影响。电子战尤其是光电对抗武器对现代国防力量的影响完全不同于常规武器，它更具有全局性、决定性和时间性[1]。近年来电子信息、人工智能、电子电磁等技术在武器装备中的渗透和使用，使得武器装备智能化程度越来越高，光电对抗环境越来越复杂，常规的情报获取、目标侦察[2]、目标打击[3]、抗干扰和打击的作战效能愈加受到严峻挑战[4]。同时也给战场带来了无人化、智能化武器装备的新型作战威胁。

无人机以其机动性强、无人化、扩展性广[5]、高效费比等独特优势[6]，逐渐在光电对抗领域崭露头角。探索无人机搭载光电对抗系统，发展小型化、轻型化、标准化智能光电对抗系统成为新兴的研究和应用热点，为夺取战争主动权提供了强有力的保证，从战场传统武器平台对抗走向智能化对抗和体系化对抗[7]。

1 光电对抗技术分类及作用

光电对抗实质是电子对抗向光频谱段的延伸，光波是一种电磁波，具有频率高、速度快、可重复使用、方向性好、相干性优良等诸多优点。利用无人机搭载光电对抗武器装备，可实施战场侦察，对敌方光电制导武器或光电侦察装备进行攻击和干扰，降低或打击其作战效能，保护己方免遭敌方攻击和干扰。因此光电对抗是交战双方在光波段的攻防对抗，可划分为光电对抗侦察与干扰及反光电对抗与干扰2个方面，按光波段分类可分为：激光对抗、可见光对抗、红外对抗。光电波段分布如图1所示，光电对抗武器装备分类如图2所示。

图1 光电波段分布示意图Fig.1 Schematic diagram of photoelectric wave band distribution

图2 光电对抗分类Fig.2 Photoelectric countermeasure classification

2 基于无人机平台的光电对抗技术

2.1 概述

光电对抗在战争中的重要性与必要性已愈来愈突出，无人机的军事价值伴随其技术的迅速发展展现出巨大的潜力。无人机作为光电对抗技术的应用平台，本文将从以下3个方面阐述无人机在光电对抗技术中的应用。

2.2 无人机在光电侦察告警中的应用

光电侦察告警是通过光电手段对敌方光电设备进行侦察，确定其位置，探测其技术参数，并提供情报和发出告警，它是对敌方进行攻击与实施有效干扰的基础，是光电对抗系统的重要组成，具有隐蔽性好、体积小和质量轻的优势[8]。目前光电侦察告警方式主要有红外告警、激光告警、紫外告警、光电复合告警等[9]。红外告警以无源方式，被动探测敌方来袭目标及光电制导武器进行告警，具有探测目标范围广、定位精度高、抗干扰能力强等优势[10]。激光告警针对战场上机载激光测距机、激光制导武器等激光威胁源，以被动方式及时准确探测敌方激光辐射，确定威胁方向，对其干扰或摧毁。紫外告警在太阳辐射背景下检测微弱的紫外光信号，探测武器装备发出的220 nm～280 nm波段的紫外线[11]。光电侦察告警的载体有卫星、直升机、舰船等，其各有优缺点，例如卫星费用昂贵，轨道容易预测，几乎没有防御能力等；直升机成本高，一旦被发现容易造成人员伤亡；舰载光电侦察设备受地球曲率、以及低层大气衰减等影响，其探测距离有限。各类光电侦察告警平台有其自身特点和局限，如表1所示。

表1 不同光电告警方式性能对比Table 1 Performance comparison of different photoelectric warning modes

无人机光电侦察告警扩展了光电对抗技术的广度与深度，在实战中极大地提高了作战能力。无人机搭载光电侦察告警装备可对重要区域、重要目标，以及人员很难进入的复杂环境等承担自卫与防护，实时反馈战场的侦察信息，扩大覆盖侦察告警范围，延伸探测距离，使用高效灵活，并且几乎不会有人员伤亡的风险。例如美军的“F-35”、“先锋”、“敢死蜂”等无人机，美军及北约的“捕食者”、“猎人”等无人机在多次实战中，成功执行了侦察和长时间战场监视、电子对抗、战况评估等任务，起到了有人机无法替代的作用。图3为F-35光电告警示意图，图4为红外侦察告警图像。

图3 F-35 光电告警示意图Fig.3 Schematic diagram of F-35 photoelectric warning

图4 红外侦察告警图像Fig.4 Infrared reconnaissance warning image

2.3 无人机在电子压制和干扰中的应用

无人机搭载电子压制和干扰系统，在战前或战中承担电子压制和干扰任务，实施电子侦察、电子干扰，对武器指控、通信、感知系统进行精确电子压制。在防空压制中，无人机实施电子干扰可扩大干扰距离，增强干扰效果，使得敌方防空信息网视听混淆，判断出错，达到压制的目的。常用无人机电子干扰技术如图5所示。

图5 无人机载干扰系统Fig.5 UAV-borne jamming system

无人机的载荷须具有小型化、轻型化的特点，无人机干扰系统同样需要适应载机平台的要求。小型激光武器可以满足无人机载荷需求[12]，能有效干扰或损伤敌方多种光电制导系统，使其致盲。随着红外侦察与制导技术的发展，红外光电设备在武器装备中的应用越来越广泛，小型化红外干扰系统可有效欺骗敌方红外光电设备，在红外干扰中定向干扰是研究的热点方向。

无人机还可悬挂激光武器中继镜，作为战术激光攻击的中继平台。激光中继镜技术将激光源与光束控制部分分离，是一种重要的新型激光武器作战概念。其工作过程为：激光源发射的激光由光束定向器将光束瞄准发射到目标上完成攻击，降低了大气等因素对激光的影响，拓宽了激光武器的作战范围。其工作原理如图6所示[13]。目前美国军方已经把中继镜技术作为军队的转型技术，它的发展必将影响到未来新一代的激光武器[14]。如美国雷声（Raytheon ）公司正在研制用于攻击小型空中目标（如巡航导弹、攻击机等）的高功率固体激光器，采用相位藕合镜片，该激光器经过小型化之后装备在无人机上，可直接向目标发射激光，也可经由无人机载中继镜片，将平台发射的激光引向所需攻击的目标[15]。

图6 无人机激光中继镜作战示意图Fig.6 Schematic diagram of UAV laser relay lens operations

2.4 无人机在光电对抗隐身中的应用

随着军事科学技术的飞速发展，武器探测系统发现、跟踪、拦截目标的能力越来越强，急需发展具有高隐身突防能力的战术侦察无人机，实施对战场环境和重要目标的临空或抵近侦察。合理应用隐身技术能显著降低目标被敌方探测的可能性，提高武器系统的突防、生存能力，特别是纵深打击能力。

由于侦察技术的日益多样化[16]，针对单一侦察手段的隐身已达不到战术要求，运用综合的可同时对抗可见光、红外、激光、雷达的隐身技术已成为研究和发展的热点。一方面研究全波段隐身技术，统一兼顾光电隐身与雷达隐身，将防御性隐身技术向进攻性隐身技术发展；另一方面发展全方位隐身武器平台，推进武器平台或系统隐身化。BAE公司公布了一项最新隐身技术研究成果，一架新的MAGMA无人机扔掉所有的控制面，飞行过程中外形始终保持不变，该小型验证机已成功进行了首飞，采用吹气代替传统机械控制系统使飞机改变航向。MAGMA的创新同时解决了机械结构复杂性和隐身问题，该无人机消除了升降舵、方向舵、副翼，将其改变为一个通过发动机和吹气改变气流方向的系统。该系统工作第一个过程称为机翼环量控制，从发动机引气，使气体以超声速从机翼后园吹出；第二个过程称为流体推力矢量，利用吹气改变飞机的排气方向。近几年，人工智能的研究发展迅猛，逐步渗透到隐身技术领域，无人机根据目标威胁位置和传感器探测方式，自动调整飞行方向和姿态，有效降低或避开敌方的光电侦察和探测。

利用侦察与反侦察思路，无人机可搭载多种类型、多光谱、不同分辨率的光电侦察设备，对己方的重要区域进行侦察探测，以检测己方在反侦察，伪装隐身等方面的“漏洞”，及时“补救”。由于无人机费用低，高效灵活，能够对重点区域及时侦察与反馈，模拟敌方的侦察效果，达到提高己方隐身技术的目的。

3 光电对抗技术在无人机平台的发展趋势

3.1 光电对抗系统小型化、轻型化

无人机平台携带的光电对抗系统须满足小型化、轻型化要求，研究和发展小型化的激光武器、光电侦察装备、干扰源等是无人机光电对抗的热点。然而小型化并不意味着系统的战术指标要降低，在满足无人机平台战术指标的基础上，不断使光电对抗系统更加精巧是一个具有挑战的技术课题，电子电器、光学系统、电子系统、控制系统等都需要向小型化方向发展，光电对抗系统需适应无人机平台的侦察载荷要求。

3.2 光电对抗标准化

光电对抗系统普遍采用标准化模块结构，无人机平台接口也采用标准化设计，标准化接口可采用灵活的弹性系统结构，使得不同的载体平台、光电对抗系统之间能共用相同的功能模块。这样同一无人机平台可方便搭载不同功能的光电对抗系统，如BAE系统公司研发的Boldstroke系统可有效满足产品小型化、轻量化和通用化的要求，能够装备多型飞机平台。根据不同的对抗需求，快速组合形成功能不同的光电对抗系统，发挥不同的作用。因此标准化光电对抗系统、载体平台模块是今后研究的一个重要方向。

3.3 光电对抗系统智能化

无人机发展的一个重要趋势就是智能化、自主化。光电对抗系统作为无人机的重要载荷，其智能化、自主化是无人机作为未来战争智能化光电对抗作战平台的重要方向。先进的光学技术、高性能探测器、数据融合技术、大数据处理技术、人工智能技术等为侦察−告警−干扰−评估为一体的智能化光电对抗系统奠定了强有力的基础。光电对抗系统作为一个有机的智能化整体系统，将多个部件获取的各类信息进行综合分析与处理，指导武器平台及整体作战系统做出战场自主攻击或自主防护决策。

3.4 光电对抗系统在蜂群战术中的应用

无人机蜂群由一定数量的小型化、低成本、多功能的无人机组成，可搭载不同类型光电对抗系统[17]，通过立体网络协同侦察、干扰或攻击目标。美军《2016—2036年小型无人机系统飞行规划》提出了多种蜂群作战构想，规划在2035年形成蜂群作战能力，如图8所示[18]。无人机蜂群体积小[19]、低空、数量多，打击和拦截难度大，容易突破敌方电子干扰和火力攻击，实施近目标侦察、干扰等。

图8 无人机蜂群技术示意图Fig.8 Schematic diagram of UAV swarm technology

3.5 光电干扰蜂群阵列技术

无人机搭载干扰设备主要功能是发射电磁干扰能量[20]。单个小型无人机有效干扰能量低，无法完成所需的任务指标，通过多个无人机搭载干扰设备，按照一定规则排列，形成干扰阵列，对点目标进行集中干扰，或对区域目标实施全方位干扰，完成预定的干扰任务。蜂群阵列协同干扰可深入敌方纵深，具有距离优势和空间分布优势。

4 结束语

基于无人机光电对抗的侦查告警、电子压制与干扰、光电隐身等技术具有巨大的军事应用潜力和广泛的发展前景，能够带动装备性能向全方位发展。研究无人机光电对抗技术向小型化、轻型化、标准化的多层次技术水平发展，在满足无人机战术指标要求的同事，可使光电对抗系统更加精巧，战场生存适应力更强。在未来复杂战争环境中取得战场的主动权至关重要，基于无人机的光电对抗技术在智能化、自适应性、高效费比等方面将发挥其他作战武器难以比拟的作战效用。