無人機蜂群作戰(zhàn)探討

韓衛(wèi)華 趙明衍 李玉泉

摘? 要：針對無人機蜂群作戰(zhàn)理念的快速興起，分析了無人機成本控制技術(shù)、大規(guī)模無人機管理與控制、作戰(zhàn)管理技術(shù)等無人機蜂群作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)，對無人機蜂群作戰(zhàn)在未來戰(zhàn)爭中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：無人機;蜂群作戰(zhàn);自主控制

美國國防部于2018年8月發(fā)布了《2017—2042財年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，其中“蜂群作戰(zhàn)能力”被列為15項關(guān)鍵技術(shù)之一。早在2000年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）就已經(jīng)啟動無人機集群空中戰(zhàn)役研究計劃。2002年，美軍聯(lián)合部隊司令部（JFCOM）下屬“阿爾法計劃”實驗室研究了集群作戰(zhàn)的效能。2005年，美國空軍研究實驗室（AFRL）研究了將無人機有效融入有人作戰(zhàn)空域，提出協(xié)同空域作戰(zhàn)（CAO）的概念。2006年，美國空軍技術(shù)研究院（AFIT）研究了集群無人機的自組織行為，進(jìn)行了仿真驗證。2008年，AFIT進(jìn)一步研究了集群無人機的自組織行為，采用部分可觀馬爾可夫過程建立了集群控制模型，進(jìn)行了仿真驗證。2014年，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室啟動了“無人機蜂群”項目，試驗平臺為長16.5厘米、重0.3千克、續(xù)航大于20分鐘、時速75-110千米的“灰山鶉”。2016年，項目組演示了103架無人機空中快速投放和按照設(shè)定指令組群飛行，創(chuàng)最大規(guī)模蜂群飛行記錄。美國海軍研究辦公室2015年實施了“低成本無人機蜂群”項目，試驗平臺為長91厘米、重5.9千克、時速110千米的“郊狼”小型無人機，2016年項目完成了30秒投放30架無人機的試驗，實現(xiàn)自主編隊、協(xié)同機動、隊形變換等。DARPA2015年推出了“小精靈”項目，研究蜂群的投放與回收等關(guān)鍵技術(shù)。2018年6月，雷神公司與美海軍簽訂合同，生產(chǎn)“低成本無人機蜂群技術(shù)創(chuàng)新海軍原型機”。另外，歐盟、英國、俄羅斯、韓國等都對無人機蜂群作戰(zhàn)進(jìn)行了研究工作。

一、蜂群關(guān)鍵技術(shù)簡介

蜂群作戰(zhàn)包含低成本平臺、編隊自主控制、作戰(zhàn)管理等多項關(guān)鍵技術(shù)。作戰(zhàn)環(huán)境越復(fù)雜、蜂群無人機的規(guī)模越大，技術(shù)難度就越大。綜合外軍發(fā)展情況，重點介紹以下三類關(guān)鍵技術(shù)。

1.無人機成本控制技術(shù)

蜂群作戰(zhàn)要求使用的無人機成本低廉，可以一次性使用或有限次使用。滿足使用要求的基礎(chǔ)上，選用低成本的材料結(jié)構(gòu)、發(fā)動機和制造工藝盡量降低成本，如“小精靈”項目要求單架無人機價值70萬美元以內(nèi)。蜂群作戰(zhàn)還要求無人機能夠迅速的投放和回收，回收后的無人機可用于下一次作戰(zhàn)，進(jìn)一步降低成本。同時，蜂群作戰(zhàn)還要求盡可能低廉的成本下實現(xiàn)盡可能多的功能，如通信、電子戰(zhàn)、雷達(dá)等功能，這就需要對于功放和天線、射頻處理、射頻調(diào)節(jié)與數(shù)字變換等技術(shù)進(jìn)行研究和集成。

2.大規(guī)模無人機管理與控制

這項關(guān)鍵技術(shù)包含蜂群組網(wǎng)、蜂群自主編隊、蜂群協(xié)同態(tài)勢感知與共享以及協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策。蜂群組網(wǎng)是通過數(shù)據(jù)鏈路實現(xiàn)群內(nèi)的互聯(lián)互通，并且免受外界干擾，目前電磁干擾、身份識別、低可截獲技術(shù)、抗毀網(wǎng)絡(luò)等是無人機亟待研究的課題。自主編隊技術(shù)需要控制人員對無人機隊形進(jìn)行設(shè)計或蜂群具備自主設(shè)計規(guī)劃隊形的能力，需要空域使用規(guī)劃與調(diào)度、作戰(zhàn)空域態(tài)勢評估等多項技術(shù)的完善才能完成。蜂群協(xié)同態(tài)勢感知與共享是蜂群控制與決策的基礎(chǔ)，需要解決協(xié)同態(tài)勢理解與共享、協(xié)同目標(biāo)狀態(tài)融合估計、協(xié)同目標(biāo)探測等相關(guān)技術(shù)。協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策可以提高任務(wù)執(zhí)行的效率和成功率，需要自主規(guī)劃與決策技術(shù)作為支撐。

3.作戰(zhàn)管理技術(shù)

蜂群作戰(zhàn)強調(diào)集體突防和攻擊，這也是蜂群作戰(zhàn)的核心能力。蜂群之所以戰(zhàn)斗力強，就是在損失部分無人機的前提下，使蜂群整體任務(wù)完成率提高。蜂群必須分工明確，在高對抗環(huán)境條件下，突破對方嚴(yán)密防守體系，摧毀敵方重要目標(biāo)，完成作戰(zhàn)任務(wù)。需要分析任務(wù)過程和特點，建立蜂群任務(wù)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，研究規(guī)劃算法，生成合理高效的任務(wù)計劃。同時，需要實時評估蜂群任務(wù)能力，進(jìn)行任務(wù)的再次分配和再次規(guī)劃甚至多次規(guī)劃，提高戰(zhàn)術(shù)靈活性。

二、蜂群作戰(zhàn)應(yīng)用展望

蜂群作戰(zhàn)具備規(guī)模優(yōu)勢，如果實現(xiàn)了自主編隊、集體突防和攻擊等多項關(guān)鍵技術(shù)，將具備極強的戰(zhàn)場生存能力和完成任務(wù)的能力，可以完成復(fù)雜的戰(zhàn)場搜索、干擾、對抗、攻擊、察/打等任務(wù)，徹底改變未來戰(zhàn)場的作戰(zhàn)模式。蜂群在城市巷戰(zhàn)等復(fù)雜環(huán)境中可及時發(fā)現(xiàn)敵人狙擊手等重要目標(biāo)并予以指示、定位甚至打擊;多架無人機還可以干擾到對方雷達(dá)所覆蓋的整個區(qū)域;蜂群對抗中無人機可以扮演好各自的角色，實現(xiàn)全方位、立體化對抗;蜂群攻擊過程中各個無人機則可以同時在不同的攻擊方向、攻擊角度、攻擊陣位等發(fā)起攻擊，讓敵方應(yīng)接不暇;蜂群協(xié)同察/打則可以在蜂群中配備性能互補的無人機，通過相互之間的配合更好地完成作戰(zhàn)任務(wù)。蜂群作戰(zhàn)正在飛速發(fā)展過程中，未來必將占有智能化戰(zhàn)爭的一席之地，甚至徹底改變未來戰(zhàn)爭的樣式。

參考文獻(xiàn)

[1]袁成.外軍無人機蜂群技術(shù)發(fā)展態(tài)勢與應(yīng)用前景[J].前沿信息.空軍前哨站，2018（05）.

[2]牛軼峰，肖湘江，柯冠巖.無人機集群作戰(zhàn)概念及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].國防科技，2013（05）.