反无人机蜂群作战的预警探测难点分析及对策措施.pdf

总第347期1引言随着无人机装备和技术的迅猛发展，无人机蜂群迅速应用于实战。2018年1月叙利亚恐怖分子运用小型固定翼无人机集群攻击俄罗斯“赫梅米姆”空军基地，2019年9月也门胡塞武装运用无人机蜂群袭击沙特油田，2020年9月阿塞拜疆运用无人机“蜂群战术”首次摧毁亚美尼亚 S-300（萨姆-10）防空导弹和“驱虫剂”-1反无人机电子战系统（如图1），2022年2月乌克兰成功使用多架TB-2察打一体无人机，摧毁俄军车队防空系统。无人机蜂群作战同时集中了无人机技术优势和系统族群优势，在未来战争中的威胁更加凸显。以美军为首的军事强国从顶层设计、装备技术、战法创新、演练试验等方面，率先开展了反无人机蜂群的相关研究。美军认为，反无人机蜂群作战中提早探测识别，准确预警报知，持续跟踪掌握仍是最大难题和最重要的环节。（a）（b）图1纳卡冲突中TB-2摧毁亚美尼亚阵地和主战坦克2反无人机蜂群作战预警探测难点分析反无人机蜂群作战的预警探测是指利用探测、收稿日期：2022年11月12日，修回日期：2022年12月15日作者简介：张旭，男，硕士研究生，研究方向：反无人机集群的预警探测。陈明珣，男，硕士，教授，硕士生导师，研究方向：防空预警作战指挥。李晶晶，男，博士，副教授，主要研究：反无人机集群的预警探测。反无人机蜂群作战的预警探测难点分析及对策措施张旭陈明珣李晶晶（空军预警学院武汉430019）摘要无人机蜂群作战是一种新型作战模式概念，对现役防空系统和空天安全带来颠覆性的影响和巨大潜在威胁。论文重点分析了反无人机蜂群作战预警探测难点，在此基础上提出了建立多元融合探测、编织多层预警网络、发挥移动探测能力、开展装备运用精训等对策措施，以期对提升反无人机蜂群作战的预警探测能力提供理论支撑。关键词反无人机蜂群；预警探测难点；对策措施中图分类号E211DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.006Analysis and Countermeasures of Early Warning DetectionDifficulties in Anti UAV Swarm WarfareZHANG XuCHEN MingxunLI Jingjing（Air Force Early Warning Academy，Wuhan430019）AbstractUAV swarm warfare is a new concept of combat mode，which brings subversive impact and great potential threat tothe air defense system and air space security.This paper mainly analyzes the difficulties of early warning detection in anti UAVswarm warfare，and on this basis，puts forward countermeasures such as establishing multi-element fusion detection，weavingmulti-layer early warning network，giving full play to mobile detection ability，and carrying out equipment application training，inorder to provide theoretical support for improving the early warning detection ability of anti UAV swarm warfare.Key Wordsanti UAV swarm，difficulties in early warning detection，countermeasuresClass NumberE211舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 347 期2023 年第 5 期Vol.43 No.526舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期监视以及通信技术手段，搜索发现和跟踪识别无人机蜂群目标，为己方及时、准确地提供预先情报，以便全面掌握战场态势，实施有效抗击或防护。与传统有人飞机和导弹不同，无人机蜂群集目标小、数量多、无中心、自主性、高动态、低成本、高度低等特点于一身，对未来战争具有颠覆性影响，传统预警探测体系面临失效风险。2.1目标小、隐身化，导致看不清无人机蜂群的预警探测一般采用雷达探测、光学/红外探测和声学探测等方式，但其探测能力均受限于无人机蜂群目标的隐身特性，具体表现在：一是RCS小，电磁信号弱。测试表明，目标RCS每降低一个数量级，雷达探测威力将下降约45%。无人机蜂群编组通常为小型或微型无人机，尺寸小，采用吸波材料制成，加上结构上的设计，RCS可低至0.0015m2，电磁信号十分微弱，低空超低空飞行时，RCS受地物杂波、海杂波及气象杂波影响较大，对其探测距离更近。二是光学、红外特征不明显。美军典型的“郊狼”“山鹑”无人机蜂群平台均采用电力驱动（如图2），红外辐射主要是工作状态下发热的电池、机身外壳产生的红外辐射以及反射的太阳辐射，辐射强度较小。对采用弱光线反射涂层的大、中型无人机光学探测距离平均在 5km15km，小型微型无人机探测距离更近。在光学放大情况下可以扩大对无人机的探测距离，但此时扫描范围将变小，发现概率随之变低。三是声音信号微弱，易被覆盖。通过捕捉蜂群无人机在飞行过程中产生的气动噪声和机械噪声，与已知音频指纹库对比，可用于对无人机蜂群的探测。但该方法使用条件较为苛刻且易受环境噪声影响，虚警概率较高，实际使用效果较差。2.2低慢性，自主化，导致探测难无人机蜂群飞行时速一般在200km以下，飞行高度一般在1000m以下，属于典型“低慢小”目标。实际作战中处于高度自治状态，蜂群个体之间通过自组织网络共享一个大脑，可依据作战阶段和任务随时调整轨迹航线。导致对其探测有以下难度：一是信号检测难。低空飞行时，距离地面、树木和鸟类等物体较近，易受到建筑物遮挡、地物杂波干扰和鸟类虚警等。低速飞行或悬停状态下，容易在加装动目标显示设定速度门限的雷达上漏掉。二是“一网捕尽”难。蜂群飞行，无需提前预设航迹程序，可自行频繁变换高度和速度，群体间可在垂直方向和水平方向实时调整飞行轨迹和姿态，在广域的作战空间或聚焦成点，或分散成片，呈现出点多面广的作战姿态，极难一次性被防空预警系统捕捉。三是持续跟踪难。蜂群无人机的飞行控制具有较强自主避障能力，能在低空、超低空利用地形地貌和雷达探测盲区实施机动，可有效规避预警系统连续追踪，加之RCS随飞行姿态变化，发现目标回波也容易丢失，难以持续跟踪。图23D打印的山鹑无人机和郊狼无人机2.3规模大，突防强，指挥处置难蜂群无人机主要利用大型运载平台，在特定区域释放，通过彼此协同，具有更强的突防能力。同时，其突防能力与蜂群无人机数量成正相关（如图3）。即使是世界上最先进的“宙斯盾”系统，面对5架10架从各个方向来袭的无人机蜂群攻击，也无法做到全部有效拦截。对预警探测系统指挥处置带来以下困难：一是处置时间受限。蜂群无人机为弥补航程距离和飞行速度的不足，常采用临门突防的方式由母机运送至防区外投放，采用低空突防的方式，隐蔽抵近防空预警系统，并突然发起进攻。对“郊狼”“山鹑”蜂群无人机的探测距离约为数十公里，远小于其作战半径，面对蜂群饱和攻击，将极大压缩预警装备模式转化及作战指挥的反应时间。二是数量难以分辨。蜂群目标编队飞行间距一般为十米至百米之间，现有预警雷达装备分辨率一般为百米量级，角度分辨率为度级，如多架蜂群无人机位于雷达同一“距离-角度”分辨单元内，很容易被当成一个目标进行跟踪探测，无法有效地分辨编队无人机群的个体数量。三是数据关联难。执行作战任务时，大规模蜂群无人机根据指令，在27总第347期密集目标环境下目标相互接近，航迹交叉、分岔，目标航迹难以正确关联融合，错误的关联可能导致目标测量数据起伏以至于目标丢失。图3超级大黄蜂释放山鹑和无人机集群3反无人机蜂群作战预警探测对策措施从上述探测难点分析可知，现有防空预警系统在反无人机蜂群作战中仍然存在看不到、跟不上、辩不准等技术缺陷，因此必须从建立多元融合探测、编织多层预警网络、发挥移动探测能力、开展装备运用精训等方面研究提升对无人机蜂群作战的整体预警探测能力。3.1建立多元融合探测单一的预警探测手段无法独立完成对无人机蜂群目标的全程预警探测，必须将雷达、射频传感器、光电传感器、声响传感器和其他探测器组合起来建立多维预警探测网。雷达探测主要用于搜索和发现无人机蜂群目标，分辨出间距较近的无人机蜂群，初略判断蜂群的数量，并进行概略定位；光电侦测用于定位蜂群目标位置，与雷达探测的结果相互融合、互相印证，光电跟踪识别用于对目标进行确认和为武器系统提供精确的目标位置引导；射频探测用于识别出隐秘飞行的低空目标；声学探测作为辅助探测手段，用于提高近距离探测的响应速度和精度。操作过程可参考以下程序：对于来袭目标，首先通过雷达搜索远距离空中目标，发现目标后告警并在目标距离达到警戒值时，引导红外和可见光复合摄像机实现全景周视搜索，实现多目标跟踪与识别。在对目标进行成像、识别后，形成态势信息。对疑似威胁目标启动凝视探测程序，通过增强回波累积，获得较高的信噪比，以提高探测概率，降低虚警率，提高测角精度。确定威胁目标后对其进行锁定，调转激光、声学探测装置，进行高精度测距，将GPS坐标、距离信息、位置信息等发送至向指挥控制。3.2编织多层预警网络梯次配置，远近互补。在敌可能来袭方向上，合理配置远、中、近程雷达。与“全球鹰”“捕食者”等大型长航时无人机不同，小型无人机的续航能力和作战半径有限，需要运输机等载机平台送至防区外发射。使用天波超视距等远程地基雷达，密切监视远海区域无人机蜂群投放平台动向，对远距离目标提供早期概略预警，同时使用部署在边境、沿海一线的远程防空预警雷达进行密切监视。但远程雷达受分辨率低和掠地角大的影响，难以探测RCS小和低空蜂群目标。针对漏网无人机，研判其进袭方向和目标，在其进入探测威力范围后，采用中、近程三坐标警戒雷达和低空补盲雷达进行监视和跟踪，同时着手使用捷变多波束雷达探测、跟踪小型无人机，识别“低慢小”目标。确保“及时发现、稳定跟踪、准确判性”。空地协同，高低搭配。无人机蜂群通常按照预先任务规划编成多组，自动进行低空避障飞行，且保持无线电静默，受地球曲率和地物遮挡限制，传统地面雷达难以发挥效能。可利用空中预警机、长航时大中型无人机和系留浮空器等搭载雷达实施高低方向自上而下的无盲区探测，同时配合地面雷达辅助。为使预警探测体系的大威力、全覆盖、全天候/全天时、低成本等优势发挥，必须充分运用现有空-地预警系统的多平台传感器对无人机蜂群进行协同探测，适时优化部署，适当前移、梯次配备、频率覆盖，充分发挥各型探测装备、信息系统和侦察人员的作用，拓宽情报来源渠道，增加预警反应和打击拦截准备时间。3.3发挥移动探测能力传统探测手段通常受到探测距离、探测盲区、跟踪识别精度的限制，以及“软”“硬”杀伤威胁，因此可以考虑在固定部署雷达基础上，发挥移动探测能力。主要形式有机载平台探测、车载平台探测或者两者之间的结合。机载平台探测，常规装备为预警机平台，具有较强的机动性和大视野。此外机载平台还可运用“以彼之道还治彼身”的思想，实施多无人机协同探测，使用大量成本低、机动强且装载照相、光电、红外、电子侦察的传感器无人机形成蜂群来探测蜂群。其优势在于：可以实现长时间、大张旭等：反无人机蜂群作战的预警探测难点分析及对策措施28舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期范围、无死角的智能化无人监控；可隐蔽飞行抵近目标，可获得更高品质的目标信息；可搭载打击装置实现发现即摧毁的反制效果。方式一，无人机蜂群协同探测，多架装载无源探测设备的无人机，对目标辐射源进行参数测量，再将测量的信号传送至不同的控制中心站，然后通过到达时间差（TDOA）进行定位。方式二，无人机蜂群外辐射源探测，借助特定的外辐射源对目标无人机进行照射，再通过接收外辐射源的直达波和经目标反射后的回波进行相关处理，对目标进行定位。特定外辐射源通常是己方的预警机、地面电台或者地面雷达等。车载平台探测，是实现车辆边行进、边天线扫描的探测能力，可提升探测触角和更强生存能力。相互结合探测，实际作战过程中，可将三者结合，将预警机和车载机动雷达作为雷达照射源和指挥机构，无人机前出实施远程侦察、识别和定位，将接收到了目标信息进行预处理后传送至地面机动雷达和空中预警机平台进行融合处理，达到“1+1+13”的探测效能倍增效应。其优势在于：既可以发挥上述无人机探测蜂群优势，也可保护预警机和机动雷达自身安全；还可延伸预警机和机动雷达探测能力，扩大整个预警系统覆盖范围。3.4开展装备运用精训组织专攻精炼，组织实兵检飞，使用透波材质飞行器作为假想敌或者使用无人机蜂群实际对预警体系进行检飞，实际检验各波段雷达对蜂群无人机的探测能力、探测距离，进一步优化雷达换装、部署，战时更好筛选出能够发现掌握无人机蜂群的骨干雷达。提升发现技能，学习蜂群目标特点规律、影响蜂群目标发现掌握的因素及对策措施，灵活设置工作方式、天线俯仰、波束俯仰、天线转速调整、开窗放大、门限调整等操作，及时发现并连续掌握蜂群目标；牢记固定地物回波，不断研究探索各型雷达搜索发现蜂群目标的基本、高级和辅助操作方法，挖掘雷达极限性能，做好不同高度层雷达最佳工作方式选择积累。提升识别判性技能，重点学习目标情报全要素内容，目标在P显、A显、三维显示中回波特征描述方法，利用开窗、杂波图、匿影、对消、高分辨通道、敌我识别、二次雷达操作等手段对目标属性、机型、架数准确判断，积累各类空中目标回波特征，不断完善各型雷达回波特征描述规范，实时更新，及时备案；熟练掌握各类空中目标飞行规律，找准判定关键依据；充分利用目标回波特征积累数据，加大目标回波特征研究力度，在日常值勤中不断总结各类目标回波特征规律，不断增强识别判性能力。加强自身防护，加强日常电磁管控，及时更换不同体制雷达的值班编组，制定机动灵活的雷达静默战术，让敌无从探测；在敌重点侦察区域内，保留一定程度的杀手锏雷达，防止被敌一锅端；合理搭配使用机动雷达和低功率和无源雷达，充分发挥其灵活机动、自身不发射电磁波的特性，保护自身安全，确保战时情报组网韧性。加强作战筹划，无人机蜂群作战中时间以分秒计算、空间以米甚至是分米厘米计算，必须做到精确筹划。作战筹划必须摒弃过去传统的定性筹划方法，变定性筹划为定量筹划，变粗放筹划为精确筹划，变封闭式筹划为开放式筹划，充分利用防空预警战勤筹划系统、效能评估系统和兵力测算系统进行模拟仿真、推演评估、辅助计算，确保相关数据的精确性、及时性。4结语现在各类无人机系统大量出现，无人作战正在深刻改变战争面貌。无人机蜂群作战凭借“低成本”“大规模”“强饱和”“高分散”等独有特点和当前的“多功能”“小规模”“高性能”“精确化”的精兵作战有很大区别，对未来战争具有颠覆性影响，传统预警探测体系对其可能面临失效风险。面对无人机蜂群作战这种新质作战样式，必须转变作战理念，加快技术攻关与战术研练，抓紧研究制衡对策。如何通过加强反无人机蜂群装备技术研究，构建新型作战模式手段，更好发挥现有预警力量最大效益，提升预警探测在反无人机蜂群作战中的作用，是当前必须认真思考和亟需研究解决的紧迫问题。参 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