无人机集群协同电子攻击的作战优势及挑战

第３７卷第６期　２０１６年ｌ２月　

国防科技　

ＮＡＴｌＯＮＡＬ　ＤＥＦＥＮＳＥ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ］－３７．Ｎｏ．６　

Ｄｅｃ．２０１６　

无人机集群协同电子攻击的作战优势及挑战　刘丽　，汪涛　（１．中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳４７１００３；２．解放军外国语学院，河南洛阳４７１００３）　

［摘　要］　随着信息技术的迅速发展与作战理念的不断演变，使用无人机集群实施电子攻击成为各国研究人员不断探索　的新领域。本文首先阐释了电子战、无人机集群等几个基本概念，并对无人机集群作战的相关研究历程进行梳理，随后列举无　人机集群协同电子攻击的几个核心技术问题，分析无人机集群协同电子攻击的主要优势与挑战。　［关键词］　无人机；集群；电子攻击；电子干扰　［中图分类号］Ｅ８６６［文献标识码］Ａ［文章编号］　ＤＯＩ：ＩＯ　１３９４３／ｊ．ｉｓｓｎ１６７１—４５４７．２０１６．０６　２５　

面临高度对抗性、高度不确定性、高度动态　性的战场环境，无人机的作战样式已逐步从单平　台作战向多平台“集群”作战的方向发展。一方　面，未来战场越来越复杂，单架无人机所能执行　的任务能力有限，生存能力受到越来越大的挑战，　而多架无人机协同作战，通过能力互补和行动协　调，则能够提升整体作战效能。另一方面，无人　机的自主能力不断发展，将逐步从简单的遥控、　程控方式向人机智能融合的交互控制、甚至全自　主控制方式发展，无人机将具备集群协同执行任　务的能力。　贝卡谷地之战中，以色列使用改进型“大力　士”无人机摧毁叙利亚部署在贝卡谷地的防空系　统，到美军集成小型空射诱饵（ＭＡＬＤ）与“收割　者”无人机，可以看出，无人机已经成为世界主　流军事强国实施电子战的重要作战平台。随着信　息技术的迅速发展与作战理念的不断演变，使用　无人机集群实施电子攻击亦成为各国研究人员不　断探索的新领域。本文首先阐释了电子战、无人　机集群等几个基本概念，并对无人机集群作战的　相关研究历程进行了梳理，随后列举了无人机集　群协同电子攻击的几个技术问题，最后分析了无　人机集群协同电子攻击的优势与挑战。　一、基本概念　（一）电子战　电子战是指利用电磁能或定向能控制电磁频　谱或攻击敌方的任何军事行动。电子战包括三个　主要分支：电子攻击（ＥＡ）、电子防护（ＥＰ）和　电子战支援（ＥＳ）…。　１．电子攻击　电子攻击是指利用电磁能、定向能或反辐射　武器攻击人员、设施或装备，目的是削弱、压制　或摧毁敌人的战斗力，被认为是一种火力形式。　电子攻击包括：　为封锁或削弱敌方有效利用电磁频谱而采取　的行动，如电磁干扰、电磁欺骗；　运用那些利用电磁能或定向能武器作为主要　破坏机理的武器（激光、射频武器、粒子束）；　含对抗措施在内的进攻性和防御性活动。　电子攻击的常见类型包括瞄准式（ｓｐｏｔ）、　阻塞式（ｂａｒｒａｇｅ）和扫描式（ｓｗｅｅｐ）电磁干扰。　电子攻击行动还包括各种电磁欺骗技术，诸如制　造虚假目标或复制目标。　进攻性电子攻击包括：（１）干扰敌方雷达或　电子指挥与控制系统；（２）利用反辐射导弹压制　

［收稿日期］　２０１６—９—１０　［作者简介］　刘丽，女，助理研究员，研究方向：外军信息战理论　汪涛，男，讲师，研究方向：外军信息战理论。　刘丽等：无人机集群协同电子攻击的作战优势及挑战　敌方的防空系统（反辐射武器利用目标辐射的能　量导向目标）；（３）利用电磁欺骗技术迷惑敌方　的情报、监视和侦察系统：（４）利用定向能武器　瘫痪敌方的装备或能力。（５）防御性电子攻击利　用电磁频谱来保护人员、设施、能力和装备，其　中包括自卫措施和其他防护措施，如利用一次性　干扰物（曳光弹和有源诱饵）、干扰机、拖曳式　诱饵、定向能红外对抗系统和反无线电控制的简　易爆炸装置等。　２．电子防护　电子防护是为保护人员、设施和装备免遭己　方或敌方由于使用电磁频谱而削弱、压制或摧毁　己方战斗力而采取的行动。　防御性电子攻击和电子防护都是为了保护人　员、设施、能力和装备。但电子防护是指防止遭　到电子攻击（己方和敌方）效应的影响，而防御　性电子攻击主要是指通过阻止敌人利用电磁频谱　进行制导或发射武器而免遭致命性的打击。　在作战中，电子防护包括（但不局限于）利　用训练和程序对抗敌人的电子攻击。电子防护措　施可以将敌人成功针对己方部队实施电子战支援　和电子攻击的能力降至最低。电子防护还包括频　谱管理。　３．电子战支援　电子战支援则由作战指挥员分派或在其直接　指挥下，为搜索、截获、识别、定位或定向有意　和无意辐射电磁能的辐射源，目的是立即识别威　胁、瞄准目标、制定计划和实施未来作战而采取　的行动。　电子战支援系统是一种信息源，以立即就电　子攻击、电子防护、规避、目标瞄准以及其他兵　力战术运用做出决策。电子战支援系统可以搜集　数据，生成信息或情报，目的是：（１）核实其他　信息源或情报源；（２）实施或指挥电子攻击作战；　（３）采取自卫措施（４）为武器系统分配任孙（５）　支援电子防护工作；（６）建立或更新电子战数据　库；（７）支援信息任务。　（二）无人机集群　“集群”的概念是人们受到群鸟迁徙过程中，　其在保持队形、降低能耗以及协同对抗天敌等方　面的启发而得出的。“集群”是指由实体组成的　拥有共同目标的群组，自组织是集群在获取或尝　试获取目标时产生的协调行为。“无人机集群”　是指多架无线网络化的小型或微型无人机，采用　了分布式控制技术，以相同的模式飞行，执行相　同或相似的任务　。　无人机的分类方法有很多，本文中的无人机　主要指小型或微型无人机。小型无人机平台指那　些翼展３米以下、重量２０千克以下的无人机，　微型无人机平台是指那些各角度尺寸都小于ｌ５　厘米、重量小于５００克的无人机。　

二、无人机集群作战研究的发展历程　２０世纪９０年代初，多无人机协同研究开始　起步。在早期的研究中，研究人员们相信无人机　集群可以如同一个网络一样运行，通过这种方式，　无人机集群能够提供作战地区的相关信息或执行　那些大型无人机能够完成的任务。近年来，无人　机集群或分类方面的研究日益增多，并且形成了　

一系列研究成果。总体来看，这些研究大都是关　于多无人机协同编队飞行，执行任务并返回基地。　从“碰撞规避”的角度看，成功的无人机集群在　飞行过程中不能相互碰撞。下面就列举了一些防　碰撞方面的研究。　（一）韩国高等科技院（ＫＡ　Ｉ　ｓＴ）的研究　２００３年，ＫＭＳＴ的研究人员对无人机集群协　同编队飞行开展研究并进行实验。研究人员希望　找到当单架无人机无法观测整个群时仍能避免相　互碰撞的方法。通过此次研究，研究人员认为在　分散的集群中，当单架无人机无法观测整个机群　时，能够进行简单的机动以避免和其他飞机碰撞，　这类似于在拥挤的高速公路上驾驶汽车。　２００４年，ＫＡＩＳＴ的另外一组研究人员提出　了避免多无人机相互碰撞的方法。通过比例导　航（ＰＮ），研究人员使用数学方程，定义了一个　防碰撞矢量，并发现了防碰撞的适用条件。在此　次实验中，研究人员发现，当遇到障碍，无人机　可使用方程绘制加速度、相对速度和防碰撞方向　矢量。　（二）意大利帕多瓦大大学的研究　根据鸟群的视线原理，２００３年和２００４年，　意大利帕多瓦大大学的研究人员为视线系统开发　出一种几何模型，这种视线系统可利用无人机上　的照相机，使群中单架无人机通过保持相对位置　从而避免碰撞。　（三）以色列工学院的研究　２００４年，位于海法的以色列工学院在没有　国防科技　２０１６年第６期（总第３０１期）　计算复杂度的情况下（即没有向处理器装载更多　载荷）进行了一项简单的任务执行演示。研究人　员提出开发一种启发式算法，这种算法能够在没　有计算复杂度的情况下（这类任务通常都需要）　合并目标和组属性变化。　２００５年，开展了一项对目标搜索区域两种　算法的研究。这些算法可以对无人机编程，搜索　分配目标的作战区域，并制订飞行模式，从而“以　这种方式扫描矩形区域，而目标不能再次进入已　经扫描过的分区”。　（四）荷兰代尔夫特理工大学的研究　来自荷兰代尔夫特理工大学的研究人员开展　了一项有关无人机集群最佳路径规划的实验。在　此次研究中，研究人员运用基本数学公式、法则、　近似值（一种启发式方法）为模拟、自主的大型　无人战斗机群（ＵＣＡＶ）执行对敌防空压制（ＳＥＡＤ）　任务设计航线。　（五）班加罗尔印度科学学院的研究　２００５年，班加罗尔印度科学学院的研究人　员对最佳搜索航线决策的时间限制进行了研究。　研究人员寻求“一种航线决策的兵棋推演理论方　法，这种方法不仅考虑了无人机的各级通信能力，　也考虑了飞行时间（或加油）限制考”。　（六）适时打击扩张（ＪＩＴＳＡ）项目的研究　２００６年，最早的无人机集群构想之一便是　“适时打击扩张”。这一构想主要是基于打击现　代战场上的瞬时目标而提出，旨在构建由无人机　持续进行广域监视的网络化战斗空间。　波音公司的研究人员实验了ＪＩＴＳＡ方案，在　ｃ—ｌ７运输机上装载２０组“统治者”微型无人机，　每组３０架，总共６００架。一名装卸长负责单次　释放所需的飞机，一旦到达作战区域，无人机集　群将保持对广域的空中控制，提供持续监视和快　速反应能力。实验结果表明，进入杀伤区的任何　目标最多在２—４分钟内就将被攻击，无一幸免。　（七）ＳＷＡＲＭＳ项目的研究　２００９年，宾夕法尼亚大学进行了名为　“ｓｗＡＲＭＳ”项目的无人机集群应用实验，这一实　验基于这样一种假设，即未来的军事任务将依靠　大型、网络化的小型无人机集群和传感器。研究　人员计划开展一项宏观的、跨学科的研究项目，　研究并学习那些适用于大型、网络化无人机集群　的生物群体的社会性现象。　（八）ＳＭＡＶＮＥＴ项目的研究　２０１０年，瑞士洛桑联邦高级综合技术大　学（ＥＰＦＬ）实验室演示验证了微型无人机集群　网络（ＳＭＡＶＮＥＴ），该网络构建了一个即时无　线通信网络，类似于ｉＲｏｂｏｔ公司的军用Ｅｍｂｅｒ　ＬＡＮｄｒｏｉｄｓ小型无人地面车辆（ＵＧＶ）集群。该　项目中的无人机能够和近距离的机器人或救援队　（基于通信的行为）构建无线通信网络。飞行器　是为无人机集群实验而特别设计的安全、经济型、　快速的样机。　这些轻型飞行器（重量４２０克，翼展８Ｏ厘米）　以发泡聚丙烯（ＥＰＰ）为主体，背部有一个电机，　两个控制界面作为升降舵补助翼（副翼和升降舵　组合），靠锂电池运行，可进行３０分钟的自主　飞行，飞行器上装配有一部自动驾驶仪，能够控　制高度、航速与转弯速率。自动驾驶仪内嵌一个　微型控制器，可基于３个传感器的输入运行最简　单的控制策略，这些传感器分别是１个陀螺仪和　２个压力传感器。　（九）波音公司和约翰霍普金斯大学的研究　最近，由波音公司验证、约翰霍普金斯大学　应用物理学实验室（ＪＨＵ／ＡＰＬ）研究的自主概念　在涉及单架无人机控制时走出“人工的循环”。　多无人机通过使用波音幻影工厂研发的移动自组　网络以及ＪＨＵ／ＡＰＬ开发的集群技术相互通信。有　了这些系统，操作人员就能够提供高层目标和资　源，在执行任务中依靠系统本身交战、选择行动　过程。ＡＰＬ已经为无人机集群协同编队飞行研究　了多种方法。　（十）奥古斯塔系统公司的研究　２００８—２００９年期间，摩根顿奥古斯塔系统公　司开始了一项新的研究，试验并增强能够管理单　架和无人机集群、无人地面车辆集群、无人水面　舰艇集群，无人值守地面传感器，摄像机以及海　军航空系统司令部（ＮＡＶＡＩＲ）其他设备的分布式、　智能网络。智能网络可使无人装置和设备通过利　用所在集群和其他集群发送的信息，以自主方式　独立行动。　（十一）机会阵列构想的研究　２００７年，Ｌｏｋｅ开始研究机会阵列构想，将　机会阵列定义为一种集成平台宽带数字相控阵，　阵列组件可放置在覆盖整个平台表面的任何开放　区域。组件定位并同步信号，波束控制数据，数　字化目标回传信号，所有波束赋形相关信息在组