无人机蜂群作战及反制策略研究

无人机蜂群作战及反制策略研究

王超

武警工程大学  陕西西安  710000

摘要：时代的飞速进步无人机技术的应用越来越广泛，同时也不断创新工艺技术以提升工作质量与效率。为了深化对无人机蜂群作战的理解与认识，首先简要介绍了概念起源，然后重点对作战样式、作战优势等进行了分析，最后以无人机蜂群作战的军事应用为牵引，总结了无人机蜂群作战深入发展需要攻克的关键技术难题。

关键词：无人机蜂群；蜂群控制；策略

引言

伴随着人工智能、自主系统、网络通信等技术的发展，无人机装备任务谱系日益完善，发展出的低成本可消耗无人机逐步衍生出“无人机蜂群”概念，无人机蜂群由成本较低的小型无人机平台组成，机动性高、鲁棒性好，且具有抗毁性好的特点。

1无人机分类特点

构成蜂群的无人机种类繁杂，根据美国《反无人机系统技术》报告，按照战术任务、自身特性和作战特点等可将无人机系统分为5类。能够形成蜂群攻击态势的单体多为低空慢速小型无人机，即上表中的类别1、类别2和类别3型无人机。特别的，巡飞弹作为导弹与无人机技术的融合产物，也是攻击型无人机蜂群的组成部分。

2作战概念

无人机蜂群作战是由特定投送平台（如特种车辆、飞机或舰艇等）在作战区域外投放一定数量，按照作战要求搭载各类载荷的无人机，并通过云计算、大数据、人工智能算法等关键技术形成自主协同的蜂群，在任务规划指令的引导下遂行侦察预警、诱骗干扰、集群攻击、智能协同等作战任务的一种新式作战概念，蜂群按照单机大小、任务载荷、动力性能等指标可分为大型察打一体、中型自杀式攻击、小型电子干扰、微型四旋翼侦察等多种类型。

3无人机蜂群作战关键技术研究

3.1无人机蜂群控制技术

无人机蜂群控制是无人机蜂群在复杂作战环境下遂行目标打击、侦察监视、火力诱骗、电子对抗等任务的基础，无人机蜂群的控制结构可以将海量无人机有机结合成一个整体，保证了信息交互的流畅性和稳定性，为无人机自主交互提供基本框架。无人机蜂群控制结构主要分为两种：集中式蜂群控制结构和分布式蜂群控制结构。集中式蜂群控制结构是指基于无人机蜂群唯一控制中心进行信息传输交互的一种全局作战控制结构。蜂群内的无人机将自身所收集的信息通过通信卫星实时上传至长机（控制中心），而长机负责对这些信息进行整理、分析、计算，基于此，形成基于全局信息的作战策略并通过卫星通信下发至蜂群内各无人机，从而实现对蜂群内各无人机的控制。分布式蜂群控制结构是指基于蜂群内各无人机之间的信息交互，采取自治和协作的方式进行局部作战的一种控制结构。分布式控制下的蜂群内无人机不仅具备与作战环境、任务目标和其他无人机信息交互的能力，还具备数据整理与计算、分析决策的能力，基于此，可自动生成局部作战策略从而实现对蜂群内各无人机的控制。

3.2环境感知与认识

无人机蜂群系统要具备在复杂环境下执行作战任务的能力，就必须确保系统能够准确感知和识别战场环境。通过蜂群内单体之间的信息交互，不断增强群体对战场环境的感知与认识，这是整个系统实现自主控制、进行任务规划、完成作战决策的基础。环境感知与认识技术是利用蜂群内单体携带雷达、红外、光电等任务载荷，收集环境数据信息，通过数据分析与处理发现环境特点及潜在目标，在熟悉战场环境之后进行目标识别、定位与攻击。该技术的主要环节包括数据采集与建模、信息传递与融合、目标识别与定位等。

3.3无人机蜂群协同决策技术

无人机蜂群协同决策涵盖的内容十分丰富，是集群系统协同作业/作战的核心与关键。协同决策规划一般包含以下两方面:（1）协同目标分配。为了解决多对多打击过程中的冲突消解问题，需要进行无人机蜂群系统的协同目标分配。一般针对多目标的分配问题，构建攻击代价与攻击收益函数，建立分配过程中的位置约束、方向约束、能量约束，通过求解混合整数规划问题，获得M武器对N目标的分配结果。单纯利用传统算法，很难适应未来战争中不断动态变化的复杂作战场景。由于实际作战场景中无法知晓敌方全部作战信息，仅依靠初始的任务分配结果很难达到预期的毁伤目标要求。与此同时，武器－目标分配问题是非确定性多项式(NP)完全问题，智能算法的引入十分必要。国内外学者提出了基于交叉熵的多无人机协同任务分配方法，用以解决资源约束下多类型无人机的任务分配问题。解决任务分配的另一种思路是将无人机多任务分配问题归结为多约束条件下的组合优化问题，采用遗传算法等进行求解，以降低计算复杂度。（2）协同航迹规划。航迹规划是无人机蜂群运用的关键环节，由于无人机节点数量多，使得编队飞行器的协同航迹规划极具挑战。无人机蜂群的航迹规划要综合考虑敌方探测跟踪、电子干扰、伪装欺骗与毁伤拦截等威胁，在全方位考虑最优突防策略及蜂群系统生存率的前提下，结合集群游走、召唤及围攻等行为，设计无人机编队构型和飞行航迹。从集群起飞集结、巡航飞行到任务执行的全过程无人机蜂群的飞行航迹均属航迹规划的范畴。

3.4高炮及专用弹药

高炮防空具有火力猛、抗干扰能力好、可全天候作战的特点，是近程/末端防空装备的主要打击手段，特别是近年来专用反无人机弹药的快速发展，在反低慢小无人机作战时，表现出作战成本低、持续作战能力强、毁歼概率高的优势。美、俄等国正在积极发展小口径、中口径和大口径的新型高炮和防空制导弹药拦截低慢小无人机和蜂群，使高炮在抗击新型空袭威胁领域又焕发出了新的生命力。

3.5智能化体系作战

为适应多样化工作场景，无人机蜂群具备智能化、系统化作战的特征。主要表现在：（1）利用无人机智能化的搭载功能，蜂群可根据作战任务灵活地搭配雷达、电子干扰、打击武器等多样式装备，形成具有侦察、引诱、干扰、打击等多种功能的无人化作战体系，以适应复杂多变的战场环境。（2）在作战区内，将无人机蜂群与有人飞机编队联动起来，将无人机作为有人机的先头部队，有人机将目标信息传递给无人机蜂群，蜂群根据指令对敌方目标直接进行打击；蜂群为有人机收集敌方目标信息、坐标等打击数据的同时，承担中继节点角色，拓展有人机打击距离。因此在多样化作战场景中，可根据任务需求灵活地完成打击任务。

3.6无人机蜂群监视侦察技术

围绕无人机蜂群在战场监视、情报处理、态势融合等方面的作战运用，综合利用光学、红外、雷达传感器开展基于人工智能的信息处理与融合方法研究，突破多类型多尺度目标检测、目标影像融合、战场态势在线融合等关键技术，大幅度提高战场目标的检测精度和信息融合效率。无人机蜂群监视侦察克服了单个无人机侦察区域小的缺陷，可实现对大面积区域的实时侦察，提高了侦察的覆盖率和实时准确性。分布式的去中心化无人机集群利用组网技术可实现无人机之间的信息高速共享，提高无人机蜂群探测与侦察的抗故障与自愈能力。

结语

无人机蜂群技术的发展，催生了反无人机蜂群系统的出现，反无人机蜂群技术的进步促使无人机蜂群向实战转化。反无人机蜂群系统的研制，需要顺应无人机蜂群作战的发展趋势，按照体系设计思路超前部署。反无人机蜂群作战策略的制定，需要抓住蜂群威胁的源头，以反制投放发射平台为主，核心关键目标防护为辅，形成协同立体防御屏障。

参考文献

[1]邓连印,侯宇葵,申志强.美军新型作战概念发展分析与启示[J].航天电子对抗,2020,36(5):18-23.

[2]于力,魏平,马振利等.外军反蜂群无人机技术发展分析[J].飞航导弹,2017(12):26-30.

［3］袁成，董晓琳，朱超磊.2020年国外先进军用无人机技术发展综述［J］.飞航导弹，2021（1）：17-24.

［4］邓建礼，段立波，邓文帅.无人机蜂群作战对地面防空作战的影响及应对策略［J］.军民两用技术与产品，2018（24）：6+78.