舰载无人机集群系统作战构想

张铁利

航天神舟飞行器有限公司 天津 300301

摘要：无人机因其良好的机动性、操控性、恶劣环境执行任务的能力及对人员安全极大保障等特点，近年来在军事及民用领域得到长足的发展。在军事方面无人机可以完美地替代有人机去执行4D任务(枯燥乏味、环境恶劣、危险性高、深入敌方)，对未来的作战样式、作战理念带来深刻的变化，各国都针对性地指定了军用无人机发展路线图。

关键词：舰载无人机；集群系统作战；

美军极其重视小型化无人机集群的技术论证与发展，在未来海战中大量的舰载无人机集群协同作战能够改变现有作战样式，对水面舰艇、舰载有人机造成难以防范的威胁。同时，由于小型无人机成本低廉，饱和攻击高价值目标能够带来巨大的作战效能。美军认为，舰载无人机集群能够对现有航母编队造成巨大的威胁，加强无人机集群技术研发与应用是提升航母作战效能的重要手段。然而目前无人机的操控需要1～3名作战人员在后方控制，大规模的集群协作需要数量庞大的操控人员，这是一个很大的挑战

1 无人机集群的特点

无人机的作战样式已逐步从单平台作战向多平台“集群”(Swarm)作战方向发展。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，通过相互的能力互补和行动协调，能够实现单架无人机的任务能力扩展以及多无人机系统的整体作战效能提升，完成单架无人机无法完成的任务。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。美国致力于打造无人机集群，力保军事技术全球领先，通过国防高级研究计划局(DARPA)、海军研究局和众多实验室等组织机构，在无人机集群高风险／高回报的概念验证研究方面成效显著。美国国防部发布的将无人机自主控制等级分为1～10级，并指出“全自主集群”是无人机自主控制的最高等级，预计2025年后无人机将具备全自主集群能力。2从战略层面肯定小型无人机系统的前景和价值，规划中对“蜂群”、“编组”、“忠诚僚机”3种集群作战概念进行了阐述，其中“编组”是人对人，“忠诚僚机”是人对机，“蜂群”是机对机，从侧面印证了无人机集群发展的重要性。我国无人机技术起步较晚，但发展迅速，以智能集群技术尤为突出。目前中国和美国在智能无人机集群领域处于领先地位。无人机由单平台遥控操作向集群协同应用将对作战模式、作战理论产生极大的影响。要真正实现集群的完全自主控制需要解决集群环境感知与认识、多机协同规划与决策。无人机集群形成协同作战能力，必须满足保证无人机集群的抗毁顽存能力，集群网络必须无中心，信息处理和决策要进行分布式协同。每架UAV需要在本地进行决策，不依赖某一指挥控制节点发送详细的指令。因为指控指令的手法存在不可忽视的时延，在无人机的交战过程中，环境及态势快速变化，任何时延都会降低无人平台的反应能力，从而降低系统效能。

2 舰载无人机集群系统作战构想

（1）基于智能集群的协同策略。舰载无人机集群执行的任务类型主要分为抵近侦察和抵近干扰打击。在舰载雷达和岸基、星基情报的综合态势下，小型无人机集群自主进行路径规划，抵近目标后，协同进行多源传感器侦察，或者协同进行灵巧式干扰，还能够以释放弹药或者自爆的形式进行打击。无人机平台成本较低，抵近后能够对目标造成极大的防御压力，以较低的成本毁伤高价值目标，提升作战效能。传统的控制策略是对无人机单平台进行远程操控。需要指挥控制平台预先获取全局的情报信息，设置敌方雷达探测区域规避点，并根据每架无人平台的具体位置进行路径规划、目标指示和任务分配。在水面环境下，敌方雷达往往具有动态性，预先规划不能及时地识别敌方探测区域，同时，根据每架无人机平台位置进行路径规划的策略在大规模的情况下无法应用。这导致传统的控制策略无法指挥引导大规模无人机抵近遂行任务，发挥规模效能。大规模的无人机集群需要基于生物集群行为，在无人机平台间通过彼此的感知交互、信息传递，进行简单的逻辑处理从而形成协同作战能力。在指控节点少量简洁的控制指令下，完成多样性的复杂任务。针对舰载无人机的任务特点和传统控制策略的问题，结合智能集群策略，提出了一种应用于大规模无人机集群的智能控制策略。与传统控制策略的不同之处是采用了集群的思想，以节点间局部的电子标记来引导行为，达到分布式的协同。传统的控制策略是尽可能多地搜集全局信息，由某个中枢节点分析处理后，进行任务分解，再根据网络中各个节点的具体位置和状态，进行任务指派和路径规划。而智能集群控制策略是节点获取周围局部节点产生的电子信息，按照简单的行为模式，对局部信息进行反应，同时释放出新的电子信息，周围其他节点获取该节点产生的信息后，迭代进行反应。每个节点在本地维护一张存储电子信息的表，表中记录有本地任务定义的各信息元素项。节点不需要获取全局信息，并且每个信息元素项强度也随着时间逐渐减弱。但当本地传感器感知到某信息元素项的触发状态时，或者一跳范围内的邻居节点发出某信息元素项信号时，本地节点会强化该信息元素项的强度，并且按照该信息元素项调节本地节点行为。采用自主路径发现与路径规划的智能集群策略进行抵近攻击。以任务结束后目标剩余节点和无人机剩余节点描述作战效能。

（2）掩护干扰。在隐蔽突袭作战背景下，敌舰艇立体防御手段日益丰富，无人机集群为高价值武器（反舰导弹）或者发射平台提供利用无人机加装小型干扰任务载荷，实施与反舰导弹的伴随式飞行任务，辅助反舰导弹对敌舰艇防空体系进行突防。在远区，可通过密集编队，利用远程搜索雷达距离和方位分辨率较低的特点，无法将其识别为群目标，导致指挥决策方案单一；一旦进入近区，虽然可被近程传感器检测为群目标，然而大大消耗了

防空系统的反应时间，而且近区可通过主动压制敌方雷达传感器，削弱敌方防空系统的反导拦截概率，提高反舰导弹的突防能力；根据上述防空导弹制导流程的分析，利用无人机集群辅助反舰导弹进行突防，压制敌方雷达传感器的干扰舰载对空搜索雷达降低敌方雷达传感器测得的目标信息精度，导致其射击诸元解算误差变大，影响发射准确性。例如对空搜索雷达在干扰信号的影响下，获取目标仰角信息误差较大，使舰空导弹导引头开机时，天线主瓣不能有效接收目标回波，无法构成半主动寻的导引条件。干扰舰空导弹的导引头由于导引头测角通路带宽较大，无人机干扰信号能够进入导引头的接收通路，其目的在于使舰空导弹在引导过程中，由于额外注入的制导误差，导致舰空导弹偏离目标，或者因脱靶量过大，无法对目标实施有效拦截。干扰舰载单脉冲跟踪雷达常规舰载单脉冲跟踪雷达突出其对单个高速机动目标的高精度测量，用于实施目标火控滤波和预测，控制舰炮射击拦截。此类跟踪雷达面临集群目标时，将出现“角闪烁”现象，导致对拦截目标测不准、跟不稳，舰炮无法有效毁伤目标。占用武器系统通道依靠无人机集群性价比高，充分发挥数量和小型化等优势，模拟反舰导弹的雷达信号特征，形成虚假饱和攻击态势，占用舰载防御武器系统通道，突破舰载立体防御体系，甚至破坏舰艇雷达系统。

本文以舰载无人机集群系统战术运用为背景，通过流程分析，体现了无人机集群与舰炮武器系统、导弹武器系统联合作战的效果，提供了将舰载无人机集群的信息优势转化为作战优势的参考途径。

参考文献：

［1］余家祥.一种新的对地定位方法及其精度分析与仿真［J］.系统仿真学报，2017，19（21）：4874-4876.

［2］杨莉.超空泡技术的应用现状和发展趋势［J］.战术导弹技术，2016，（5）：6-10.

［3］周利令.伴随式干扰掩护反舰导弹突防的干扰机理［J］.电子信息对抗技术，2016，29（4）：53-57.