无人机蜂群与激光反无技术应用研究

任 彦 杨 怡 赵 平

(西安电子工程研究所 西安 710100)

0 引言

近年来，各国政府及军事组织对无人机技术在战争中的实际应用都十分重视，尤其是正在成为一种新型作战样式的无人机蜂群技术，其“低、慢、小”的特点本身就使传统防空体系中的雷达极难发现，加上无人机数量众多、群体智能以及协同作战等优势，给传统防空体系带来了极大威胁。与此同时，反蜂群无人机作战也相应得到了各方组织的研究和推进，在反无作战的侦察探测、跟踪干扰、利用防空武器实施毁伤等方面作了一定研究。

本文先从2020年9月份爆发的纳卡军事冲突入手，分析了冲突中无人机技术在实际战争中的应用效果，以国外小精灵与灰山鹑蜂群项目以及国内中电科和兵器工业研制的相关蜂群项目为例，介绍了目前国内外无人机蜂群技术的发展现状，并由此引出当前反无人机领域的相关技术进展，结合具体试验验证了激光压制对无人机观瞄系统的破坏，观瞄系统破坏以后无人机无法锁定目标而失去打击能力，证实了此方法的可行性、实用性和有效性。

1 无人机在纳卡冲突中的应用

2020年9月27日，阿塞拜疆和亚美尼亚两国就“纳卡”地区归属问题爆发严重武装冲突。冲突中大量“察打一体”无人机和巡飞弹竞相亮相，将新时代高科技战争下传统防空系统的缺点暴露无疑。

纳卡冲突的转机出现在阿塞拜疆大量使用了以色列产“哈洛普”和“天空袭击者”自杀式无人机，以及土耳其产TB-2察打一体无人机对亚美尼亚防空网络发起密集攻击以后，使亚美尼亚部署在纳卡地区的俄制S-300防空系统雷达首次在战争中被摧毁，同时亚军SA-8防空导弹、“驱蚊剂”无人机干扰系统均遭到阿军无人机优先打击。整个冲突中，阿塞拜疆国防部宣称摧毁亚军坦克/装甲车250多辆，输送车150多辆，火炮270余门，防空系统60多台套(含S-300系统一套)，地面指挥中心11个，军械库8处，亚美尼亚地面作战力量遭受重创。

从阿塞拜疆发布的无人机攻击画面中能清晰地看到无人机对亚美尼亚军事设施实施打击的准确性和有效性。

图1 土耳其TB-2无人机

图2 “哈洛普”无人机发射

由上述图片可以看出，无人机在实战中先通过高精度观瞄系统来完成目标锁定，然后实施精确有效的打击。如图4所示，阿塞拜疆使用的“哈洛普”无人机使亚军俄制S-300防空系统第一次在战斗中被击中瘫痪并退出战斗。如图3、图5到图8所示，阿塞拜疆派出以TB-2为首的察打一体无人机对亚美尼亚的火炮阵地，坦克阵地等主战装备进行了灭顶式打击。T5-72坦克，D-20 152 mm加榴炮，BM-21冰雹火箭炮，BMP-2步战车以及萨姆8防空系统等在无人机的打击下毫无还手之力。

图3 被TB-2击中的亚美尼亚T-72坦克

图4 被锁定的S-300系统阵地

图5 亚美尼亚152mm加榴炮被摧毁

图6 掩体里被锁定的亚美尼亚BM-21冰雹火箭炮

图7 掩体里被摧毁亚美尼亚BMP-2步战车

图8 被命中的萨姆8防空系统

2 蜂群技术发展现状

纳卡冲突显示出在新时代信息化战争中采用低成本、大规模的同构或者异构的无人机群来参与战争将成为未来一种新型作战模式，蜂群系统作战流程示意图如图9所示，现将国内外最主要的无人机蜂群技术的发展做以简述。

图9 蜂群系统作战流程示意图

2.1 小精灵项目

“小精灵”项目由美国国防高级研究计划局(DARPA)于2015年9月对外公布，重在研究基于无人机蜂群的侦察及电子攻击效能，旨在证明多架无人机可从一架远离敌方防御系统的C-130运输机上安全发射并回收。并于2017年3月完成了项目第一阶段，即对复合材料工程公司、Dynetics公司、通用原子航空系统公司和洛马公司完成合同授予，论证无人机空中发射和回收系统的可行性。第二阶段于2018年4月完成，即完成系统初步设计和风险降低验证。第三阶段是为期约1年半的演示验证飞行试验，目标是使C-130运输机在30分钟内发射和回收4架X-61A无人机。该阶段中Dynetics公司(已被美国雷多斯公司收购)提供了5架无人机，但其中一架在2019年11月进行的首次测试中由于降落伞故障而坠毁。2020年春季由于受新冠疫情影响导致第二次飞行延期至7月份完成，但有一架无人机降落时系统气囊没有完全充气，使得机体后端着地速度过快，最终出现了垂直安定面断裂。最新消息，DARPA和美国空军决定增加第四阶段，计划于2021年度完成与Dynetics公司的合同签订，第四阶段将重点聚焦作战能力，旨在通过两年时间使X-61A能够执行压制/摧毁敌防空系统的任务。这将涉及到无人机与监侦传感器、自主系统的整合等问题。

图10 小精灵无人机

图11 小精灵空中部署示意图

2.2 “灰山鹑”微型无人机项目

美国防部战略能力办公室(SCO)2014年启动了“无人机蜂群”项目，旨在通过有人机空射“灰山鹑”微型无人机蜂群执行低空态势感知和干扰任务。2017年1月，SCO主持开展了“山鹑”微型无人机演示验证项目，进行了群体飞行演示。海军3架战斗机投放了103架无人机展开飞行任务，这些无人机蜂群在统一的指挥控制下，完成了自主协同、群体决策及自主编队飞行等多种任务。“灰山鹑”无人机长约16.5 cm，翼展30 cm，投放质量约0.3 kg，续航时间大于20 min，飞行速度可达110 km/h。其结构如图13所示。

图12 灰山鹑无人机实物图

图13 灰山鹑无人机结构说明

2.3 中国电科无人机蜂群项目

2020年10月13日，中国电子科技集团公司电子科学院官方对外宣称，该院在近期开展了陆空协同的固定翼无人机蜂群系统相关试飞工作和验证试验。包括采用陆上发射、空中投射的方式，利用蜂群执行对地察、打、精确定点清除等各类任务，还包括车载快速部署、同步密集发射、运动状态投放，蜂群阵型快速转变等一系列流程任务执行能力的验证。从中电科公布的视频来看，该系统包含一辆6×6的“猛士”车及48管发射器，每一管都可发射一架固定翼无人机，底盘可快速进行部署和发射，无人机从发射管弹出后张开弹翼自主飞行。一次密集发射就能将48架无人机投射上空，进行精确编队，形成换装以及地面检查和精确打击。在2021年9月28日举办的珠海航展上，中国电科的车载无人机蜂群系统惊艳展出，展会上“蜂群1号陆战车”的亮相标志着我国在蜂群无人机领域走在了世界前沿。

2.4 中国兵器工业某蜂群项目

该项目由中国兵器工业集团公司某研究所承担，旨在研究无人机蜂群技术在电子对抗领域的实战应用，即对地面雷达或其他辐射源能实施有效的侦察和各种样式的干扰，相较于传统干扰模式，分布式蜂群技术更有利于对敌威胁源实施强有力的干扰压制，如图16所示。该项目根据应用场景的不同，在自卫，随队，远距离支援，近距离支援等作战模式下做了大量试验，在无人机编队，协同飞行，阵型变换，侦察干扰策略等方面做了大量研究，已初步符合实战需求，实际应用中干扰效果明显，如图17所示。

图14 蜂群1号陆战车

图15 无人机

图16 传统作战干扰模式和蜂群作战干扰模式对比图

图17 多假目标和相参噪声干扰效果图

除上述蜂群项目以外，还有拒止环境中的协同作战(CODE)项目，美国海军研究局(ONR)公布的“低成本无人机蜂群”(LOCUST)项目，欧盟委员会信息社会技术计划(IST)资助的多异构无人机实时协同和控制项目(COMETS)；欧盟委员会信息通信技术计划(ICT)启动的面向安全无线的高移动性协同工业系统的估计与控制项目(EC-SAFEMOBIL)；此外，俄、韩等国也启动了蜂群作战的相关研究。

3 反无人机技术

3.1 常规反无人机技术

目前来讲，常规反无人机技术主要有三种。利用防空武器对敌方无人机实施直接打击，但成本高昂的防空弹药和价格低廉的无人机相比，给采用这种手段的参战国家带来了巨大的经济压力，并且对传统的防空雷达发现“低慢小”目标的能力带来巨大考验。

此外，也可采用反无人机干扰枪或者机动型干扰车对无人机进行电子干扰，阻断无人机通信控制链路来使它不受控，例如俄罗斯的"驱蚊器"系统，但在纳卡冲突中该系统也有被无人机摧毁的影像，因此电子干扰的可靠性还需不断提高。

使用装甲车辆携带的烟幕弹对无人机进行干扰，这种方法只能用于高机动装备的迅速转移，烟幕弹发射后持续时间短且数量有限，无法持续地应对空中威胁。

此外，高能微波武器、导航欺骗、网络入侵控制以及蜂群格斗等方法也在持续研究中。反无人机系统工作策略流程如图18所示。

图18 反无人机系统工作策略流程图

3.2 激光反无人机技术

激光干扰作为目前行之有效且成本低廉的反无人机技术受到各方格外关注，激光武器不仅可对无人机进行硬毁伤，也可对其配备的高精度智能观瞄系统进行精确打击，迫使无人机上的CCD传感器损坏从而无法锁定目标或者直接致盲，这样无人机便失去了作战意义。下面以某光电干扰系统为例来说明激光在反无人机方面的使用。

该试验的主要参试设备为6架配备了高精度智能观瞄系统的八旋翼无人机，3辆综合光电防护系统和一辆搜索雷达。雷达与3辆综合光电防护系统分别实现数据连通，以保证数据的实时交互，试验流程由配备了指挥与监控系统的作战指控中心全程指挥完成。

试验中，作战指控中心首先下发无人机起飞指令，然后6架已编号的无人机统一编队以4～5 m/s的速度，在水平距离防护车3 km、高度100 m的空中进行方位上的移动，当无人机分别通过观瞄系统锁定光电防护车后，将锁定目标的信息及实时画面传送到作战指控中心。指控中心收到无人机上报的信息并对雷达下发目标搜索指令，雷达收到指令后完成对6架无人机的搜索，并立即将6批目标的坐标分别下发至3辆光电防护系统。由于参试的光电防护系统所配备的红外搜索设备只能同时搜索并截获2批目标，所以雷达将第1批和第2批目标坐标下发至1号光电防护系统，将第3批和第4批目标坐标下发至2号光电防护系统，将第5批和第6批目标坐标下发至3号光电防护系统。3辆光电防护系统收到雷达分别下发的坐标后迅速通过红外搜索设备对相应目标先行实时搜索，之后转入截获状态，并将该状态信息上报指控中心。此时，指控中心下发激光开启指令，3辆光电防护系统根据指令迅速开启激光对目标进行可见光波段的激光压制。当六架无人机的观瞄系统逐一被激光毁伤导致丢失目标以后，指控中心通过监控画面确认这一结果，并下发雷达停止搜索及激光关闭的指令，整个试验流程结束。

本试验成功的关键因素是红外设备能够快速实时地截获无人机，并且当一批目标被毁伤后能够依据雷达提供的目标坐标信息迅速切换到下一目标。试验场景示意图及激光干扰效果图如图19所示。

图19 激光干扰无人机场景图

图20为参试的八旋翼无人机实物图。由图21可看出，无人机观瞄系统在空中精确地锁定了光电防护车。图22看出，当收到指控中心下发的激光开启指令后，光电防护系统的激光有效开启，无人机观瞄系统整个画面完全被激光压制式覆盖，导致在观瞄系统上无法看出防护车所在位置，此时无人机已基本上失去了打击能力。由图23可看出，激光压制干扰以后，无人机丢失目标，不再锁定防护车，而且观瞄系统上出现了坏点，这种坏点将导致再次使用观瞄系统时其只能锁定在坏点上，使该无人机失去使用价值。说明激光对无人机观瞄系统的毁伤完全有效可行。

图20 八旋翼无人机

图21 无人机锁定目标

图22 发射激光干扰

图23 无人机目标丢失

由此试验试想，倘若面对数以千计的蜂群无人机，只要配备一定数量的雷达和光电防护系统，增大光电防护系统中红外搜索设备可截获的目标批数以及激光发射功率，并且设备的反应时间足够迅速，完全可以通过硬毁伤来实现对各种类型蜂群无人机的打击，以达到激光反蜂群的目的。

4 结束语

文中通过对纳卡冲突的分析来说明无人机蜂群技术已成为现代战争中备受关注的战术方法，由此得出反蜂群无人机技术的发展也迫在眉睫。蜂群技术和反蜂群无人机技术将在未来的战术研究中持续表现出必要性和紧迫性。目前，从国外无人机蜂群技术的成熟度来看，国内尚需加大科研投入，且在反无方面同样需要大力发展。文中通过对无人机蜂群与激光反无技术的分析，为后续相关研究起到了一定的促进作用。