通信对抗无人机集群侦察区域规划规则研究*

陈君一，杨健

（1. 国防科技大学 电子对抗学院，安徽 合肥 230000；2. 中国人民解放军77110 部队，四川 德阳 618400）

0 引言

当前，电动旋翼无人机组建的集群具有小体积低价格优势，使用过程中低功率低噪音，机动灵活度高，红外辐射量少，很难被敌发现和击落，是遂行通信对抗任务的理想平台[1]。规则是事物在运行、运作时所须遵循的法则，是对事物行为或活动所需遵循原则和规律的总结。通信对抗无人机集群智能作战规则是该类无人机集群实施智能作战的核心。依据通信对抗战术理论，通信对抗无人机集群智能作战规则主要包括：智能航路规划基本规则、智能侦察基本规则、智能干扰基本规则。其中，智能侦察基本规则包含：侦察区域规划规则、搜索模式确定规则、测向定位规则、分析识别与威胁等级判断规则、目标控守规则、侦察效果评估规则。

1 侦察区域规划规则的相关问题分析

信息化战场中通信对抗出现许多新特点，作战空间立体化、范围广域化、行动机动化等特点，就要求通信对抗无人机集群拥有快速高效建立侦察方案，合理规划战场空间，同时应对敌情变化能动态调整侦察力量[2]的作战能力。侦察区域规划规则，是通信对抗无人机集群遂行通信对抗侦察任务，进行侦察区域划分所须遵循的规约与法则。梳理归纳的规则主要涉及无人机集群的作战指挥协同、战术动作实施以及任务载荷战技术性能发挥等。规则通过规约与法则串联侦察作战要素、约束限制条件以及行为逻辑。目的是在集群遂行侦察任务过程中达到指挥员装备运用期望：侦察效能高度集中，力量分配趋于重点区域、重点目标。

2 侦察区域规划规则的描述

规则的梳理和归纳主要以相关军事理论、无人机集群飞行经验和侦察任务载荷操作实践为主要依据和规范。以通信对抗无人机集群侦察区域的规划分配和动态调整流程为逻辑起点，如图1 所示。首先对整个作战任务区域进行划分，把侦察任务要求化为“多决策”或“支配区”条件，运用均分法或其他合适的空间分区算法（block nested-loop，BNL）算法、Btree 算法、skyline 算法等）对子区域（任务分区）进行若干剪枝策略过滤，形成具体规划方案后，再根据侦察型无人机截获的情报，对划分的区域标记分类，并结合实时交互数据，动态调整区域标记[3]。集群依据子区域的不同分类，编配不同侦察力量，从而提升整体侦察效果[4]。现阶段，由于通信模块多点对多点的空传速率不高，大量算法每次都要进行区域轮廓计算，运算数据量大，无用数据过滤效果不佳，故本文以均分法为例。按照作战时序，采用定性分析和定量计算，细化研究相关内容。具体规则根据作用和种类，细分为行动规则、判定规则和策略规则。

图1 侦察区域的规划分配以及动态调整流程图Fig.1 Flow chart of the distribution and dynamic adjustment of reconnaissance areas

2.1 行为规则

侦察区域规划的行为规则是具体指导无人机进行任务航路机动、战术动作实施、任务载荷运用的规范。结合流程图的作战条件顺序和作战时序，对集群相关行为动作的约束和限制。①侦察不定区域或模糊敌情，须由少量无人机于预案侦察区域边缘绕飞，对敌通信网进行概略侦察，如图2 所示，简要获取阵地配置，回传情报至地面站后，补充完善任务信息，再分发集群，更新数据。②侦察已知区域，计算集群内侦察力量，均匀分布至地图相应方里格（依据军事地形学平面直角坐标系划分），如图3 所示。③如果侦察力量不足，调整区域内无人机飞行高度，使用高飞形式扩大侦察范围。④如果高飞形式达到警戒高度H，则改用巡逻侦察方式，按照巡逻路线（“S”型蛇形路线或“回”字型向心搜索路线）边机动边侦察，确保任务区域无侦察死角。⑤无人机在侦察区域侦察时，侦察载荷利用测向天线获取目标方位，无人机再结合自身电子罗盘，通过悬停转动机身方向调整天线方向，以便对准不同方向的敌辐射信号。⑥如果重点区域仅有1 架无人机，则向周围无人机发出增援指令，进入该区域，形成多机联侦[5]。⑦如果比对信号特征库匹配出重要目标，跟踪监控并上报。⑧如果截获到新可疑信号，掌握其主要技术参数、工作规律及位置信息，待完成分析识别后，写入信号特征库，再进行下一步搜索。⑨如果无人机处于停机状态，则任务载荷销毁通信秘钥，快速格式化储存介质，再由飞行控制器执行返航任务，试图飞往备用返航点。⑩如果接收到侦察完成指令或电量燃料告警，结束任务，返航回收。其中，敌信号频谱特征库主要由先期侦察搜集整理相关情报资料。作战时，侦察载荷可分析识别截获的瞬时信号载波频率、符号率以及其他特征参数[5]，通过匹配特征库，将2ASK，2FSK，BPSK，QPSK 等信号分类为重要、可疑、无关信号或保护信道[6-7]。

图2 概略侦察示意图Fig.2 Schematic diagram of rough reconnaissance

图3 均匀分布示意图Fig.3 Schematic diagram of uniform distribution

2.2 判定规则

侦察区域规划的判定规则是利用侦察实施过程中，集群内无人机与无人机之间，无人机传感器和作战环境之间，任务载荷与作战目标之间等交互信息，对飞机当前状态、集群行动结果的进一步判断。集群在区域规划时，相关判定规则如下：①当地面站向集群分发上传、加载装订通信对抗侦察任务（包含信息数据完备的侦察区域或战场空间范围、信号特征库、发射与回收设置、特殊航迹点等），则加载完任务内容，侦察任务初始。②当侦察任务载荷比对重要目标的信号频谱特征库成功，则按分类判断为重要目标信号、可疑信号、无关信号或保护信道。③当集群计算侦察力量时，侦察范围可以覆盖侦察区域为力量足够，否则为力量不足。④当侦察区域内发现重要目标或频点数N>N0（N0为该次任务区域频点数量门限值）时，将该区域标记为重点区域，否则为一般区域[8-9]。⑤当重点区域超过时间T仍未发现重要目标且频点数减少至N0以下，则调整为一般区域。⑥当重点区域发出增援指令后，相邻无人机数量多于1 架的一般区域分派侦察力量，若无满足条件区域，则由2 个一般区域合并后分派力量。⑦当无人机被击中损毁、电量燃料不足发出告警信号，或通联数据丢失5 s 以上，则判断为停机状态。

2.3 策略规则

策略规则是集群基于整个战场作战背景下，根据作战目标、作战进程的不同，采取不同策略方法[10]。遇强敌，决策通常保守谨慎，反之决策激进乐观。任务类型不同，如先期侦察、情报支援侦察，策略方法不同。同样，作战进程或战况不同，主战部队是进攻还是防御、进攻受阻还是加快进程扩大战果，也需要相应地更改参考变量达到决策的变化，具体策略规则如下。①警戒高度H，根据敌防空警戒力量的强弱调整，同时随无人机集群电量或燃料减少而降低。②搜索时间T，根据作战进程调整，战斗节奏快慢决定T值大小。③间隔时间T0，根据战况激烈程度，调整周期时间，定期对停机状态无人机负责区域进行力量补充。④频点门限N0，根据搜索到的频点数的分布曲线以及环境虚警信号率调整门限值N0大小。

3 侦察区域规划规则的作战构想

侦察区域规划规则的作战构想是通信对抗无人机集群在具体作战场景的应用[11]。在合成部队进攻战斗中，该规则作用于先期侦察、战斗准备、信息火力突击、多路强击突贯、纵深立体围歼、连续攻歼等多个阶段[12]。先期侦察时，先由装甲方舱车将无人机集群由集结地域运抵侦察阵地。在没有上级相关敌情通报的情况下（依据行为规则1），侦察不明敌情区域，少量无人机于预案侦察区域边缘绕飞，对敌阵地通信网进行概略侦察，简要获取敌阵地配置情况，回传信息至无人机地面站[13]。进入战斗准备后，集群操作员通过地面站将合成指挥员下达的侦察任务编辑上传无人机集群，同时装订敌方目标信号频谱特征库。若接收到概略侦察的回传情报，分发至无人机集群，补充完善任务数据，再由集群实施通信对抗侦察。任务实施时（主要依据行为规则2~5），集群先将侦察力量均匀分布至侦察区域，后根据搜索截获的目标电磁态势，支援合成部队对敌信息火力打击。对截获到的目标信号，掌握其主要技术参数、工作规律及位置信息，比对信号频谱特征库（依据判定规则2），按分类判断为重要目标信号、可疑信号、无关信号或保护信道。信火打击后，敌方通常视不同毁伤程度，进行力量调整部署，重建新的防御体系。同时，随着作战进程的推进，我方重点侦察目标由战术级指挥、协同通信向纵深攻击目标和预备队通信转变。此时，针对不同敌情，通信对抗无人机集群针对新的电磁态势，动态规划任务区域（主要依据判定规则4~6），调整侦察力量分配，使得侦察效能始终集中于重点区域、重点目标，达到“重要目标，跟踪监控；重点区域，全面监视；一般区域，巡逻侦察”[14]。策略规则的触发和使用，主要依靠侦察效能评估信息的反馈和地面站的辅助指令，完成对参考变量的调整。集群在信息反馈中，不断调整参数值，寻找侦察收益最大值，在不同阶段不同场景中得出最优区域划分方案。无人机被防空火器击中，或被反无人机手段干扰压制，对停机状态区域周期进行力量补充或调整（依据判定规则7）。完成任务后，返航回收，进行维修保养，以备下一批次任务使用。

当前，旋翼无人机集群受平台载重限制，微型化天线主要适用于战术级通信对抗侦察任务。且在非理想条件的真实战场环境中，对未知调制方式的信号识别，需要至少5 dB 以上的信噪比，这就要求无人机尽可能抵近侦察。由作战场景可得：假定某战术级通信对抗，进攻正面为4 km，纵深20 km，而侦察型无人机的有效侦察距离为2 km，飞行速度80 km/h。在不计战损情况下，单一批次集群（含20架侦察机）均匀分布后，发现重点目标，需从邻近区域增派力量，协同进行测向定位及情报印证。动态规划任务区域后，要使重点区域处于多机联侦，根据无人机和目标分区距离的正态分布与飞行速度比，计算得出平均缩短约90 s 支援时间，降低贻误战机概率。

4 结束语

通信对抗无人机集群侦察区域规划规则是智能侦察基本规则的重要组成，是掌握战场电磁态势，完成侦察任务的基础。通过对侦察区域规划规则相关问题研究，归纳整理出实用价值高、约束条件具体的行为规则、判定规则和策略规则，为解决通信对抗无人机集群进行任务区域标记划分，侦察力量实时动态调整，提供了规范和依据。本文对这些规则的研究，主要基于军事理论和实践经验，对集群战术应用的工程实现提供参考[15]，但后续工作中还需大量实验验证，完善规则的覆盖度、匹配度、可靠性和实用性，避免规则运用过程中造成的数据冗余和逻辑冲突。