应对“低小慢”目标防空武器装备建设问题研探.pdf

舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期1引言科学技术的进步，使现代空袭兵器更加多样化，以航模、无人机等为代表的低小慢目标被应用在情报侦察、火力打击、电子干扰等军事对抗中，给防空作战带来极大压力，传统防空武器装备系统应对低小慢目标难度大，发展新式防空武器装备已迫在眉睫。2国内外低小慢目标现状低小慢目标是指有“低空超低空飞行，飞行速度较慢，不易被雷达探测”等特征的目标。伴随民用领域对无人机等航空器的需求，各国都加大了对无人航空器的研究，且越来越多的功能被应用到无人航空器上，如国内的“大疆”等旋翼无人机，具有航拍、遥感测绘、农药喷洒等功能，给人们生活带来极大便利，但也给国土防空安全带来严峻挑战。在军事领域应用最多、最广的低小慢航空器主要为小型飞机和无人机，如：美国的MQ-9“死神”、“捕食者C”、以色列的“艾坦”等多种察打一体无人机，多次在对外战争中取得了不错战果。此次俄乌战争中，旋翼无人机在对敌侦察探测、情报获取方面占据了重要地位，对引导火力打击，观察毁伤效果获得了非凡效果。因此，发展对抗“低小慢”目标收稿日期：2022年11月12日，修回日期：2022年12月27日作者简介：李晨博，男，硕士研究生，研究方向：军事装备学。应对“低小慢”目标防空武器装备建设问题研探李晨博（陆军炮兵防空兵学院郑州校区郑州450052）摘要“低小慢”目标以其自身特殊性能，被越来越多的国家和组织所使用，特别是近年来，无人机等目标多次被用做恐怖袭击、战场情报收集、要点打击等用途，严重威胁国土防空安全，如何对抗“低小慢”目标也成为了各国研究的重点。论文主要从“低小慢”目标打击难度，探测方法，打击武器等方面对防空武器装备建设问题进行研究探讨，并结合当前已成功研制的防空武器系统现状，为防空武器装备建设提供方向。关键词低小慢目标；防空武器装备建设；激光武器；微波武器中图分类号E926DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.003Research on the Construction of Low，Small and Slow Target AirDefense Weapons and EquipmentLI Chenbo（Zhengzhou Campus of Army Academy of Artillery and Air Defense，Zhengzhou450052）Abstractlow small slow target in its special performance，is used by more and more countries and organizations，especially in recent years，the objectives such as unmanned aerial vehicle（UAV）is used as a terrorist attack，the key points of battlefieldintelligence collection，combat purposes，a serious threat to homeland air defense security，how to fight against low small slowgoal has become a research focus.This paper mainly studies and discusses the construction of air defense weapons and equipmentfrom the aspects of low，small and slow target attack difficulty，detection methods，attack weapons and so on，and provides direction for the construction of air defense weapons and equipment based on the current situation of successfully developed air defenseweapon system.Key Wordslow，small and slow target，construction of air defense weapons and equipment，laser weapon，microwave weaponsClass NumberE926总第 347 期2023 年第 5 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.511总第347期的防空武器装备刻不容缓，对国土防空安全具有重大意义。3对抗低小慢目标的难度低小慢航空器不仅造价便宜，种类多样，且体积小，机动性强，能够搭载各种设备，具有不同功能，用途多样，但对抗低小慢目标的手段却不尽如意，主要体现在以下方面。3.1侦察探测难现代防空武器侦察探测装备以雷达探测为主，对低小慢目标探测难度如下。3.1.1地平线遮挡雷达探测目标时，发射的雷达波为直射波，地球曲率使其被地平线遮挡，尽管米波雷达沿着地平线有一定弯曲，但遮挡较多仍会探测不到目标，要求目标有一定飞行高度，如美国萨德导弹系统探测八百或一千公里以上时，目标在一万米高空，受地平线遮挡，雷达装备依旧探测不到目标。低小慢目标飞行高度一般都在100m以下超低空飞行，受地球曲率影响，探测距离最多二三十公里，高度再低，探测距离更近，甚至探测不到。3.1.2飞行速度慢相控阵雷达进行目标搜索时，遵循一定规律，如高空飞行的预警机雷达，其波束向下方扫描，为了对地面和海面杂波进行过滤屏蔽，要将速度过小信号给滤掉，否则，在对地面和海面探测时，易将海面上高速快艇或地面高速路上行驶车辆，纳入到目标这个层次中，导致目标数量过于庞大，对空中需要打击目标无法分辨，因此会设定一个速度阈值，如美国E-3预警机对速度低于80海里的目标都会当做杂波滤掉，而有些低小慢目标飞行速度更慢，远远低于雷达探测速度阈值，致使对低小慢目标“看不到”，出现技术盲区。3.1.3反射截面小雷达探测目标距离的远近与目标自身的反射截面积也息息相关，其相关性为R=RCS1/4（R为雷达探测距离，RCS为目标反射截面积），可以看出，反射截面积越小，雷达探测距离越近。而低小慢目标因体积小，表面积相对就小，使反射雷达波截面积很小，只有在非常近的位置雷达才能发现，而这时目标很有可能已经执行完任务，返航了。3.2火力打击难一是警戒雷达对低小慢目标探测距离近，火力拦截反应时间短，无法有效对低小慢目标进行打击，且传统拦截武器系统对低小慢目标的打击存有缺陷。目标可以随时调整高度、速度，使防空武器系统无法进行稳定持续的定位、跟踪，有时能发现但无法进行打击。二是使用防空导弹拦截打击成本高，性价比差距大，且防空武器系统导弹数量有限，一旦耗尽，对敌方后续战斗机、轰炸机等目标的入侵将无计可施。3.3性能辨别难低小慢目标种类繁多，既有情报侦察、火力打击、电子干扰等多种用途小型飞行器，如以色列的“搜索者”、美国的“弹簧刀”等，又有察打一体综合性能强的无人机，如我国的“鹞鹰II”察打一体无人机、俄罗斯的“猎户座”察打一体无人机等，导致战场上防空系统对其性能辨别困难，不能有效辨识低小慢目标类型和用途，就无法判定其对己方的威胁程度，大大降低了己方安全性。4对抗低小慢目标的措施如何有效对抗低小慢目标已成为世界各国的研究重点，传统警戒雷达系统已不能满足对低小慢目标的探测需要，急需通过其他方式实现发现、识别低小慢目标的目的，在此基础上，本文介绍光学探测、声学探测等新型探测方法。4.1光学探测系统人工智能和遥感图像处理技术的发展，使光学系统探测低小慢目标变为现实。通过采集不同种类、不同性能低小慢目标的图片、视频样本，并区分相类似的自然环境目标（鸟类等），经处理形成数据库，编写目标检测、目标跟踪等算法，搭建自适应特征感知模型，探测、跟踪低小慢目标，并增强图像中连续帧间的时效性与准确性；采用人工智能技术，加强系统对整个目标探测、跟踪过程的深度学习，以便在之后的探测过程中，更加快速、准确地识别低小慢目标特征信息，结合光电观察设备，形成一整套光学探测系统。4.2声学探测系统低小慢目标飞行时，螺旋桨产生的噪声具有一定特性，声源定位法可对无人机进行探测、跟踪。声源定位系统组装方便，便于携带，单兵即可背负和架设，且声源探测系统为无源系统，隐蔽性好。成熟的声源探测系统有“麦克风”阵列系统，系统采用九元均匀十字阵，收集声音范围广，能及时发现目标，工作原理是麦克风阵列采集周边环境声音信号，与螺旋桨特有噪声规律数据库比对，通过声源定位算法，实现对低小慢目标的探测。李晨博：应对“低小慢”目标防空武器装备建设问题研探12舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期4.3改进现有雷达性能为提高雷达对低小慢目标鉴别的可靠性，可用更精细的雷达回波特征作为依据。低小慢目标飞行运动时，整体属于平动状态，旋翼或螺旋桨转动是除目标平动外的微动，该微动对雷达波产生周期性的调制效应，使雷达回波的多普勒谱展宽，产生微多普勒效应。该效应能反映目标更精细的特征，识别精度高，可靠性好，对雷达侦察探测低小慢目标提供改进方向。通过该效应改进现有雷达，能更好应对低小慢目标的威胁，更好地防卫国土。5对抗低小慢目标防空武器装备建设方向未来战场上，低小慢目标会更加频繁出现，需要针对性更强的防空兵武器系统进行对抗打击，依据防空兵武器系统现状，对防空兵应对低小慢目标装备建设发展做如下探讨。5.1发展新型目标探测系统在传统雷达探测系统对低小慢目标无法有效侦察探测的前提下，转变探测模式，发展光学、声学探测装备，应用不同模式对低小慢目标实施侦察探测，形成光学、声学探测系统，对目标光学特征和噪声特性进行采样，建立低小慢目标特征数据库。战场应用中，在防空区域合理布置光学、声学探测装备，与侦察警戒雷达配合，构建联合侦察预警网络，对侦察探测信号进行实时处理，传送给指挥机构，确保早发现、早打击。英国反无人机系统AUDS，采用雷达与光学探测仪器相结合的方式对低小慢目标进行搜索，发现目标后，立刻进行视频跟踪和定位跟踪。5.2搭建空中雷达预警探测平台在现有侦察警戒雷达基础上应用微多普勒效应技术提升雷达性能，搭建空中雷达预警探测平台，将雷达用气球或旋翼无人机等手段，升至空中，对空域进行侦察探测，相比陆基雷达装备，该方法能有效减少地球曲率的影响，视野提升数倍，极大提高了探测范围和探测精度，消除地貌、地物的遮挡，该升空平台不仅能应用在陆地防空系统，在海上更能发挥其探测性能，且搭建空中气球雷达预警探测平台造价便宜，性价比高，能大量装备部队。美国JLENS浮空器最大探测范围达400km，对作战区域内低空、超低空目标达到超视距侦察效果。我国也在大力研发空中侦察预警平台，并已达到一定水平。5.3发展新型打击武器装备常规武器系统对低小慢目标打击困难，这就要发展新型武器装备来应对未来战场中该目标威胁。依据低小慢目标特点，采取软打击和硬摧毁等多种手段对抗。5.3.1激光武器激光武器，利用高能激光束照射目标，使目标自身的材料特性发生改变，对目标进行热作用破坏、力学破坏和辐射破坏，对低小慢目标进行有效打击。我国在激光武器方面处于领先地位。沙特为应对胡塞武装使用无人机等低小慢目标的打击，从我国进口了“寂静猎手”激光炮，该武器采用光纤激光器，按照目标距离设置打击功率，射程可达4200m，并可连续发射200s，充能仅需2.5s，成本低廉，能做到发现即摧毁。该武器部署简单，机动能力、抗干扰能力强，精度高，在对胡塞武装无人机进攻时，表现优异，成功击毁数十架无人机。在防御低小慢目标起到了良好效果。5.3.2高功率微波武器高功率微波武器指微波峰值达到 100MW 以上，或者单一脉冲有效辐射能量达到10J以上，以及平均功率高于1MW的微波武器，利用微波的热效应、电效应、磁效应杀伤目标。该武器经高增益天线定向辐射，将高功率微波源产生的微波能量聚集在窄波束内，以极高强度照射目标，破坏目标电子设备，摧毁目标。高功率微波武器比激光武器波数宽，可同时打击多个目标，能全天候作战。发展高功率微波武器，是世界各国都在研究的重点，该武器极大丰富了对空拦截低小慢目标的方式，提高了己方目标的安全性。5.3.3电磁干扰武器低小慢目标执行任务时，通过电磁波进行数据传输，并利用GPS进行定位，根据这些电磁波信号的传输特征，发展针对性电磁干扰武器，阻断目标信号回传的链路，屏蔽其与卫星信号交流，打击低小慢目标。英国的反无人机系统AUDS，探测到目标后，其电磁干扰武器系统进行工作，对跟踪目标发射大功率干扰射频，阻断目标与后方操作人员的通信链路，致使目标无法飞行，进行迫降、返航或坠毁。5.4构建反低小慢目标防御系统在对低小慢目标进行有效侦察、探测、打击的基础上，构建反低小慢目标防御系统，将所有功能集中于一个对抗系统，使其察打一体，更好应对低13总第347期小慢目标。2021年珠海航展中，我国自主研发的“天穹”综合反无人机系统，综合处理可见光和红外等多种探测信息，并排除虚假信息，根据雷达引导，可快速捕捉或识别低小慢目标，对目标进行精确跟踪，最后用激光进行打击，使目标坠毁。这套系统工作效率高，打击成本低，是我国首套出口型反无人机系统，在国际上受到一致好评。可在“天穹”综合反无人机系统基础上，结合战场复杂多变的电磁环境，开发一款军用领域反低小慢目标的探测、打击系统，提高此方面作战能力。同时，加强对军队人员的针对性训练，尤其是立足现有高炮等武器装备，探讨对抗方法，在战术运用上寻找突破。强化协同意识，建立一体化作战模式，注重伴随保障，避免在机动途中遭受打击。6结语本文通过对低小慢目标侦察探测难度，火力打击难度等进行分析，使用光学探测、声学探测等新的侦察探测方式，改进现有雷达系统探测模式，由陆基探测转为空中探测，极大丰富了对低小慢目标的探测方式，提高了探测精度。使用激光武器、微波武器、电子干扰武器等实现对“低小慢”目标的打击毁伤，并将侦察探测、火力打击相结合，形成一整套反低小慢目标防御系统，对我防空武器装备建设方向提供参考。参 考 文 献1董建军，周坦胜.“低小慢”目标的对抗措施研究C/2014（第五届）中国无人机大会论文集，2014：789-792.1傅杨颖.高功率微波武器 J.黑龙江科技信息，2012（29）：52-53.2吕明春，梁红卫.高能激光武器及其技术发展 J.激光杂志，2008（01）：1-3.3李彦瑭，沈一，潘欣裕，等.基于麦克风阵列的声源定位系统研究 J.物联网技术，2021，11（07）：26-28.4冯仕轩.基于麦克风阵列的无人机定位方法研究 D.西安：西安电子科技大学，2019.5郭俊峰.基于麦克风阵列的小型无人机侦测及定位方案设计 D.重庆：重庆邮电大学，2018.6周家检，郝璇，陈大斌，等.基于麦克风阵列的运动声源识别技术 J.空气动力学学报，2022：1-10.7彭峰.基于升空平台的通信信号无源定位 D.长沙：国防科学技术大学，2008.8赵逸超.雷达低小慢目标检测与鉴别技术研究 D.长沙：国防科技大学，2019.9雷明阳.面向要地安全防护的空中“低小慢”目标搜索跟踪技术 D.北京：北方工业大学，2020.10高山.气球载雷达结构总体设计 J.雷达科学与技术，2010，8（06）：487-490，498.11耿东华，尹利忠，房亮.旋翼无人机载雷达系统设计J.数字技术与应用，2019，37（08）：149-150.12栗华杰，李格，苏炼，等.基于复杂动环境的“低小慢”目标检测 J.中国新通信，2021，23（08）：99-100.16李嘉良，祝晶华.美军“小直径炸弹”发展及破坏效应探析 J.防护工程，2018（4）：44-48.17张琳，毕忠安.未来空战方式可能由此彻底改变-美国空军“蜂群”弹药取得重大突破 J.军事科技，2021（2）：37-39.18高飞.2020年美国空基精确制导弹药发展综述：中国航空报 P.2021-05-11.19王雅琳.2019年无人系统领域发展综述 J.北京海鹰科技情报研究所，2018（12）：64-67.20世界导弹大全 M.北京：军事科学出版社，2011：917-919.21杜梓冰，张洁，王一臻.国外无人机载空地导弹发展研究 J.飞航导弹，2018（7）：30-32.（上接第10页）李晨博：应对“低小慢”目标防空武器装备建设问题研探14