剖析无人机集群反制技术.docx

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1、剖析无人机集群反制技术目录摘要21 .引言22 .无人机集群的威胁类型32.1.无人机集群分类32.2.无人机集群反制类型43.无人机集群的技战术弱点分析53.1.无人机集群的技术弱点53.1.1.平台能力低下53.1.2.载荷性能不高53.1.3.体系支撑脆弱53.1.4.集群智能受限63.2.无人机集群的战术劣势64.无人机集群反制技术的可行性分析74.1. 探测识别类84.2. 平台摧毁类94.2.1.传统防空手段4.2.2.新型弹药技术94.3.载荷毁伤类104.3.1.电子器件毁伤104.3.2.辐射毁伤104.4.航程消耗类104.4.1.摧毁蜂巢一一“释放”阶段消耗104.4.2

2、.伪装遮障一一“观察”阶段消耗114.4.3.诱饵欺骗一一“判断”阶段消耗114.5.链路干扰类114.5.1.指控链路干扰与欺骗114.5.2.导航链路干扰与欺骗124.6.综合防护类.124.7.主动反制类.135.多种对抗无人机的技术135.1.前述135.2.射频干扰技术145.3.全球导航卫星系统（GNSS）干扰145.4.电子欺骗155.5.定向能155.6.对抗无人机155.7.其他动力学解决方案165.8.分层对抗175.9.部署方法175.10.“反反无人机”176.结语18摘要无人机集群作战具有作战效能高、战场生存能力强、效费比极高的巨大优势，将给传统防空系统带来巨大挑战。

3、现有反无人机集群技术大多来源于反无人机技术，但反平台与反集群存在显著差异，必须针对无人机集群自身技战术特点，加强对精确/高效/低成本的集群反制技术研究。因此，本文以剖析无人机集群反制技术的可行性为出发点，首先，从反无人机集群作战视角，将无人机集群划分为无自主时空协同型（I类）、半自主编组协同型（II类）、全自主任务协同型（III类）三种类型，明确II类无人机集群为主要反制对象；其次，深入分析无人机集群的技术弱点与战术劣势，以此作为无人机集群反制技术可行性的关键切入点；最后，梳理出七大类有效的无人机集群反制技术，并对其可行性进行分析，以期为未来无人机集群反制技术发展方向提供参考。关键词：反无人机

4、集群；无人机集群分类；技战术弱点；技术可行性分析1 .引言近年来，无人机集群先后发生了扰乱机场、攻击军事基地和袭击大型油田等诸多极端事件，尤其是阿亚战争爆发，亚美尼亚因缺乏有效反无人机（群）手段而损失惨重。无人机集群战场应用的巨大潜力，促使世界各军事强国纷纷加大研发投入，力争扩大对敌不对称优势，以谋求未来战争的主动权。从战争角度而言，无人机集群技术的快速发展蕴含着对传统联合防空系统的挑战，甚至将引发防空装备体系的颠覆性变革。现有无人机集群反制手段大多来源于无人机反制手段，但无人机集群具备“群”的典型特征，与单架无人机在反制原则、反制战法、反制手段等方面差异巨大。本文结合无人机集群的技战术特点，

5、针对性地对反无人机集群技术的可行性进行剖析，以期引领反无人机集群技术发展方向，加快反无人机集群作战能力生成。2 .无人机集群的威胁类型2.1. 无人机集群分类本文根据反无人机集群特征，将无人机集群类型划分为三类，如表1所zjO表1无人机集群类型划分表类型一自主能力指挥模式3协同关系-通信方式3出现时期3Ij无自主性。无（债编程）3时空协同P群间无通信一现在j半自主性”人在网路上d编组协同依赖地面站/群间通信e几年后【叱IIH仝自主性”人在网路外3任务协同S可疑路无依托P几卜年后222无自主时空协同型（I类）无人机集群不具备自主能力，依赖早期预编程，采取时空协同（起飞前为每架无人机预设飞行轨迹和

6、时序关系，集群行动呈现出“白箱”状态），以多旋翼无人机平台为主，技术门槛较低，典型代表是广泛应用于灯光秀表演的无人机集群。据公开报道，2020年9月20日，深圳大漠大智控技术有限公司以同时升空3051架旋翼无人机的数量，打破了世界记录。半自主编组协同型（II类）无人机集群具备半自主能力，属于“人在回路上”的状态，以同构/异构无人机平台为主，进行编组协同（各编组内部自主协同，大大减少人工干预，大多数情况下只需进行状态监控和有限干预，集群行动呈现出“灰箱”状态），技术门槛较高，是现在和未来几年研究的重点。美国的“山鹑”（Perdix）微型无人机项目、“进攻性蜂群使能战术”项目就是典型代表3o全自主

7、任务协同型（III类）无人机集群具备完全自主能力，属于“人在回路外”的状态，进行任务协同（以完成作战任务为导向，无人机集群自主侦察/判断/决策/行动，人为不干预集群内部协同，集群行动呈现出“黑箱”状态），可不依托于通信链路实现自主察打，是无人机集群的最高自主形态，技术门槛极高，基于目前技术水平，短期内较难实现三类无人机集群分类示意图如图1所示。无A主性半自主性全自主性图1三类无人机集群分类示意图任务协同编胆协同时空协同2.2.无人机集群反制类型尽管I类无人机集群可实现成百上千架无人机集群的编队飞行，但总体抗干扰能力较弱，若实施导航/通信链路干扰，便可有效反制，处置门槛较低。2018年5月1日，

8、1374架无人机计划在西安城墙国际文化节上进行升空表演，但由于受到不明定位干扰，无人机因数据出现异常而纷纷坠落，导致表演画面乱码、残缺，该事件体现了此类无人机集群的脆弱。II类无人机集群伴随无人机集群关键技术的研发突破，可实现协同态势感知、智能自主组网及协同飞行控制，抗干扰/毁伤能力较强，但仍依赖指控链路、群间通信和导航定位等技术，传统软杀伤/硬摧毁手段仍具备一定的反制能力，可通过加强反制技术研究，提升体系有效反制能力。III类无人机集群具备强自治能力，以瘫痪体系的软杀伤手段难以收到较好效果4,硬毁伤措施也难以有效杀伤。现有反制技术存在瓶颈，需积极探索新型无人机集群反制技术。综上，I类无人机集

9、群较为脆弱；II类无人机集群已初露苗头，是现在和未来几年无人机集群威胁的主要类型；III类集群技术门槛极高，短期内较难实现。故而，本文根据无人机集群现实威胁需求、研发进展速度与未来应用情况，将II类无人机集群列为主要反制对象。3.无人机集群的技战术弱点分析无人机集群具有隐蔽性高、抗毁性强、效费比高等巨大优势，但其整体作战能力与技战术性能仍存在不少弱点，这是无人机集群的“软肋”，也是反无人机集群作战的关键切入点。3.1. 无人机集群的技术弱点3.1.1. 平台能力低下受无人机集群低成本、轻量化和小型化的限制，无人机平台的机动性、续航能力和承载能力较差，从物理域上限制了单架无人机的极限性能。3.1

10、.2. 载荷性能不高受无人机集群的成本限制，单架无人机的体积、重量及功耗十分有限，携带的各类载荷性能必须进行折衷设计，致使传感器性能、机载通信、计算和存储能力低下。由于传感器性能较弱，低成本陀螺仪、测风仪等传感器可能出现较大定位误差，低分辨率光电/雷达传感器则可能造成探测距离/精度不足。止匕外，受限于低成本通信设备的影响，群间通信呈现出窄带宽、大时延、高丢包率、近传输距离等特点，极大限制了通信传输速率与传输距离，致使机间信息传递缓慢。由于计算与存储能力弱，难以满足复杂算法（如深度学习）所要求的高计算速度和大存储空间。3.1.3. 体系支撑脆弱分布式架构鲁棒性差的问题突出。无人机集群采用分布式架

11、构设计，可实现去中心化，扩充性较好，利于提高战场生存性。但无人机集群节点数量众多、载荷类型丰富、机体构型多样，机间通信易饱和，尤其是遭遇突发情况时，极易出现局部通信拥堵。分布式架构采取的分布式感知和邻域协作方式使得单架无人机获取的机间信息往往会因来源路径不同而出现不一致的情况，绝对/相对位置误差较大，难以判断信息的可靠性，从而严重影响无人机集群的决策行为。自组网拓扑结构设计存在约束。无人机集群内部节点高速移动、聚散频繁、任务多样，这要求集群自组网能够实现高速高动态拓扑变化，以满足无人机集群任务需求。但受群间通信能力弱的影响，通信单跳距离较近、丢包率难以控制、通信带宽极为受限，难以做到大容量的机

12、间信息分发和任意拓扑结构传输5,约束了集群在强对抗复杂环境中的应用。3.1.4. 集群智能受限首先，集群系统决策时间较慢。无人机集群执行任务通常具有复杂性、多样性和不确定性，需充分考虑传感器信息的不确定性、群间通信的迟滞性、任务耦合的复杂性、集群内部机间防撞和集群外部障碍避撞等诸多约束条件限制。面对瞬息变化的战场环境，集群决策空间维数激增并高度耦合，需充分权衡算法最优性与时间容忍度之间的关系，致使系统决策时间较慢，难以实现战场态势快速交互、作战任务即时协同、突发情况有效避撞等行动。其次，集群自主协同规划复杂。无人机集群常常是多架无人机执行多个任务，平台之间耦合、不同载荷之间耦合、任务之间耦合均

13、呈现出典型的非线性、强耦合、高时变等特点。集群规模、载荷差异、任务耦合造成任务规划模型“维度爆炸”，同强实时性、弱计算存储能力的矛盾使得无人机集群自主协同规划问题求解极为复杂。最后，大规模集群协同难实现。集群内部协同难度、系统稳定收敛时间、机间传递测量误差、通信时延与集群数量呈指数级上升，从而限制了无人机集群的数量规模。同时，大规模集群安全率也是“老大难”问题，即使单架无人机安全率达到99%,但成百上千架无人机集群飞行，安全率仅约为36.6%(0.99100r0.043%(0.991000)o一旦集群内部某一架无人机出现故障，容易引起连锁反应，甚至会出现集群内部的无人机因来不及避撞而导致局部飞

14、行紊乱、互撞甚至坠毁。3.2.无人机集群的战术劣势本文针对无人机集群的诸多技术弱点，结合无人机集群的作战特点、作战样式与作战意图，分析出无人机集群的战术劣势如下。第一，机动性能差。无人机集群作战大多采用固定翼无人机，而固定翼无人机速度与高度、角速度与姿态严重耦合，单架无人机的位置、速度、(角)加速度变化受限于集群响应速度，难以实现大转弯率和高加减速能力，速度机动性、高度机动性及方向机动性均较差。加之无人机集群往往需装载各类载荷，伴随着质量增大，机动性能也会随之下降6。第二，自身防护弱。为降低平台重量、减少成本投入，无人机外壳大多是碳纤维复合材料、PC(PA)塑料，甚至是泡沫，外壳密封性不佳，加之内部电路元件防水、防尘和电磁防护能力较弱，若遭受相关干扰，电路元件易出现大范围故障，可能迅速丧失战斗力。第三，作战航程短。无人机集群的航程有限，作战半径不足，需要基于陆基、空基、岸基和海基等平台的投放。由于集群投放平台易被敌探测系统发现，大大增加了被早期反制的风险7。第四，通信依赖强。由于成本的约束，个体无人机功能较为单一，难以完成复