“低慢小”無(wú)人機(jī)高效費(fèi)比反制技術(shù)的研究

劉小旭 萬(wàn)子平

【摘要】本文研究了針對(duì)無(wú)人機(jī)的主要防御技術(shù)，包括探測(cè)和對(duì)抗技術(shù)。我們通過(guò)分析無(wú)人機(jī)的光電探測(cè)能力，提出了一種針對(duì) “小、慢、低”無(wú)人機(jī)的低成本探測(cè)和威懾方案。對(duì)機(jī)槍、榴彈和無(wú)人機(jī)對(duì)抗這三種主要硬殺傷防御手段進(jìn)行研究，確定其各自的優(yōu)劣勢(shì)。并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，建立了一個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系，考慮了目標(biāo)多樣性、作戰(zhàn)單元損傷機(jī)制差異、作戰(zhàn)意圖的不可預(yù)測(cè)性、目標(biāo)反射特性的復(fù)雜性等因素，旨在提高無(wú)人機(jī)反制措施的成功率。

【關(guān)鍵詞】-

引言

無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中已經(jīng)逐漸成為重要的作戰(zhàn)裝備，在偵察和情報(bào)收集、精確制導(dǎo)和打擊、近程防御和維護(hù)巡邏、高速突襲和快速反應(yīng)、特殊作戰(zhàn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，以2020年納卡戰(zhàn)爭(zhēng)為例，阿塞拜疆為了奪回爭(zhēng)議領(lǐng)土納卡地區(qū)，大量使用了無(wú)人機(jī)進(jìn)行偵察和打擊，這些無(wú)人機(jī)的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)和精準(zhǔn)武器使其能夠有效地摧毀亞美尼亞的軍事設(shè)施和裝備，同時(shí)也減少了阿塞拜疆自己部隊(duì)的傷亡。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的頻繁使用，如何有效地防范和打擊無(wú)人機(jī)所帶來(lái)的威脅已成為了各個(gè)國(guó)家維護(hù)國(guó)家安全的當(dāng)務(wù)之急。本文從“低慢小”無(wú)人機(jī)的探測(cè)技術(shù)出發(fā)，分析針對(duì)“低慢小”無(wú)人機(jī)的硬殺傷防御手段，建立了一個(gè)綜合考慮目標(biāo)多樣性、作戰(zhàn)單位破壞機(jī)制差異、作戰(zhàn)意圖的不可預(yù)測(cè)性、目標(biāo)反射特性的復(fù)雜性等因素的綜合評(píng)價(jià)體系，旨在提高無(wú)人機(jī)對(duì)抗的成功率。

一、無(wú)人機(jī)定義及反無(wú)人機(jī)技術(shù)

無(wú)人機(jī)按照飛行質(zhì)量、速度、高度，分為五個(gè)威脅等級(jí)。根據(jù)不同的無(wú)人機(jī)威脅等級(jí)，其應(yīng)對(duì)手段也有所不同。結(jié)合現(xiàn)有的反無(wú)人機(jī)技術(shù)，在高效費(fèi)比前提下，以高成熟度的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)一級(jí)無(wú)人機(jī)的有效毀傷和對(duì)二級(jí)無(wú)人機(jī)形成威脅。一、二級(jí)無(wú)人機(jī)的分類如表1所示。后續(xù)將一、二級(jí)無(wú)人機(jī)，統(tǒng)稱為“低慢小”無(wú)人機(jī)[1]。

二、搜索跟蹤模塊

搜索跟蹤模塊提供對(duì)無(wú)人機(jī)目標(biāo)的全方位搜索警戒能力，用于對(duì)目標(biāo)的早期預(yù)警和威脅評(píng)判。目前采取的技術(shù)手段可為雷達(dá)+光電[2-3]。兩種技術(shù)國(guó)內(nèi)均有比較成熟的產(chǎn)品可以提供，可按需要選擇。由于主要偵查目標(biāo)為小型偵查無(wú)人機(jī)或無(wú)人機(jī)群，因此需對(duì)該類無(wú)人機(jī)任務(wù)能力及拒止距離進(jìn)行充分分析才能選取最為合適的偵查模塊。

常見(jiàn)的一、二類無(wú)人機(jī)有大疆精靈系列無(wú)人機(jī)、美國(guó)的“美洲獅”RQ-20 無(wú)人機(jī)。

分析不同探測(cè)概率下兩型無(wú)人機(jī)可見(jiàn)光相機(jī)，對(duì)長(zhǎng)3 m、高2 m 的車輛最大分辨距離，在50%概率下“美洲獅”無(wú)人機(jī)可見(jiàn)光相機(jī)對(duì)目標(biāo)識(shí)別距離為 2. 7 km，辨別距離為 1. 4 km；大疆精靈 4 Pro 可見(jiàn)光相機(jī)對(duì)目標(biāo)識(shí)別距離為 1. 8 km，辨別距離為 0. 9 km?！懊乐蕺{”機(jī)載紅外相機(jī)分辨率640×512像素、視場(chǎng)角為 24°。結(jié)合“美洲獅”分辨率和分辨概率，判斷在50%概率下紅外相機(jī)對(duì)長(zhǎng)3 m、高2 m的車輛最大成像識(shí)別距離為1. 1 km，辨別距離不大于0.56 km。

由于有效載荷能力有限，小型無(wú)人偵察機(jī)的探測(cè)距離一般不超過(guò)3公里。因此，選擇具有3公里以上探測(cè)、識(shí)別和跟蹤能力的雷達(dá)加光電子搜索跟蹤模塊，可以有效抑制“低慢小”無(wú)人機(jī)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，滿足國(guó)防作戰(zhàn)要求。

三、高效費(fèi)比打擊手段分析

應(yīng)對(duì)“低慢小”無(wú)人機(jī)目標(biāo)，打擊手段需滿足：高射速、大殺傷半徑、高響應(yīng)速度這三個(gè)特點(diǎn)，才能提高對(duì)“低慢小”無(wú)人機(jī)的攔截概率。目前針對(duì)該類無(wú)人機(jī)近程打擊手段，以高效費(fèi)比為目標(biāo)進(jìn)行考慮有：機(jī)槍、空爆榴彈、無(wú)人機(jī)反無(wú)人機(jī)等技術(shù)[4-7]。

本文將著重對(duì)機(jī)槍、空爆榴彈、無(wú)人機(jī)反無(wú)人機(jī)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研制情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，對(duì)比分析各項(xiàng)技術(shù)的無(wú)人機(jī)毀傷能力。

（一）機(jī)槍

利用機(jī)槍打擊無(wú)人機(jī)的成本較低，易于推廣和使用，而且機(jī)槍結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷，可以在惡劣環(huán)境下使用，具有良好的可靠性。機(jī)槍反制無(wú)人機(jī)技術(shù)缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)一樣明顯，主要集中在以下兩點(diǎn)：

1.瞄準(zhǔn)和射擊：面對(duì)低速小型無(wú)人機(jī)，機(jī)槍射擊時(shí)需要進(jìn)行微小角度的調(diào)整，這要求機(jī)槍具有極高的操作精度和反應(yīng)速度。

2.射擊精度的提升能力有限，面對(duì)靈活機(jī)動(dòng)且體型微小的無(wú)人機(jī)，現(xiàn)有的機(jī)槍彈道和射表無(wú)法進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)。因此目前機(jī)槍反制無(wú)人機(jī)技術(shù)主要聚焦在槍瞄輔助系統(tǒng)和彈的研究上。

利用機(jī)槍打無(wú)人機(jī)，當(dāng)具備一套完善的彈道解算算法和穩(wěn)定跟蹤輔助系統(tǒng)時(shí)，效費(fèi)比無(wú)疑是可觀的，但當(dāng)面對(duì)多目標(biāo)來(lái)襲的低慢小無(wú)人機(jī)時(shí)，應(yīng)盡可能提升機(jī)槍的持續(xù)作戰(zhàn)能力以達(dá)到利用火力覆蓋網(wǎng)拒止無(wú)人機(jī)的目的，如針對(duì)大容量彈箱及連續(xù)供彈技術(shù)的研發(fā)。

（二）空爆榴彈

空爆榴彈主要是通過(guò)在目標(biāo)附近引爆，形成“彈片云”對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行殺傷。其優(yōu)勢(shì)和不足之處如表2所示。

通過(guò)發(fā)射較少?gòu)棓?shù)的空爆榴彈來(lái)毀傷近距離的“低小慢”無(wú)人機(jī)，從殺傷機(jī)理上看是極其有效的。但考慮到榴彈的初速低的特點(diǎn)，為提高對(duì)無(wú)人機(jī)的攔截概率，應(yīng)盡量選用可在較短的攔截時(shí)間內(nèi)，發(fā)射較多彈數(shù)的高射速的武器發(fā)射系統(tǒng)或利用“齊射”技術(shù)，來(lái)增加對(duì)無(wú)人機(jī)的毀傷概率。

（三）無(wú)人機(jī)反制無(wú)人機(jī)

無(wú)人機(jī)反無(wú)人機(jī)技術(shù)較為成熟的是無(wú)人機(jī)攜帶打擊武器進(jìn)行摧毀的方式。

無(wú)人機(jī)攜帶武器打擊無(wú)人機(jī)技術(shù)主要需考慮以下幾點(diǎn)：

1.集成設(shè)計(jì)：將武器系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，確保武器與平臺(tái)之間的兼容性和協(xié)同作戰(zhàn)能力。

2.制導(dǎo)技術(shù)：將制導(dǎo)系統(tǒng)與武器集成，并且在無(wú)人機(jī)上安裝先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，用于確定目標(biāo)位置、跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、指引武器進(jìn)行精確打擊等。

3.負(fù)載能力：無(wú)人機(jī)有一定的承載能力，以承擔(dān)搭載武器及其所需的動(dòng)力、控制和通信設(shè)備等額外負(fù)荷。

4.電子干擾抗性：無(wú)人機(jī)需要具備一定程度的電磁干擾抗性，以及抵御其他可能影響其戰(zhàn)斗效果和生存能力的電磁和非電磁攻擊。

攜帶武器的無(wú)人機(jī)現(xiàn)在的技術(shù)已相對(duì)完善，并在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了廣泛應(yīng)用。未來(lái)發(fā)展和優(yōu)化的方向是解決通信延遲問(wèn)題，確保及時(shí)傳輸控制信號(hào)和影像信息；提升反應(yīng)速度和抗干擾能力；提高電池續(xù)航能力，延長(zhǎng)飛行時(shí)間；改進(jìn)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤技術(shù)、增強(qiáng)無(wú)人機(jī)的自主性和智能化水平等。

四、反無(wú)人機(jī)的毀傷和探測(cè)指標(biāo)體系的建立

在考慮效能和成本的前提下，以上三種反制無(wú)人機(jī)的技術(shù)確實(shí)具有較高的性價(jià)比。要想利用這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并避免其局限性，筆者認(rèn)為構(gòu)建目標(biāo)毀傷和探測(cè)指標(biāo)體系至關(guān)重要。即對(duì)反無(wú)人機(jī)的毀傷和探測(cè)形成初步的指標(biāo)體系，基于雷達(dá)信號(hào)和光電觀瞄、偵測(cè)儀的多信息融合毀傷效果綜合評(píng)估能實(shí)現(xiàn)信息上的互補(bǔ)，提高毀傷評(píng)估結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。

（一）目標(biāo)無(wú)人機(jī)毀傷效果等級(jí)劃分

將無(wú)人機(jī)遭受火力打擊后的毀傷效果評(píng)估定義為以下三種情況，使得指揮系統(tǒng)輔助軟件或操作人員能夠獲得簡(jiǎn)潔明了的再打擊建議：

（1）徹底毀傷，指機(jī)槍毀傷或榴彈空炸毀傷以足夠大的能量和小的交會(huì)角度命中無(wú)人機(jī)，使其發(fā)生明顯的轟燃、轟爆，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了劇烈且明顯的改變；

（2）任務(wù)毀傷，指雖未徹底毀傷無(wú)人機(jī)，但目標(biāo)無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡偏移既定飛行路線或彈頭彈道發(fā)生偏離，致使其喪失了偵測(cè)或攻擊我方的能力，判定攔截成功；

（3）未毀傷，指通過(guò)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)情況或光電觀瞄、偵測(cè)儀返回圖像都顯示目標(biāo)無(wú)人機(jī)未被有效攔截，攔截失敗。

（二）目標(biāo)無(wú)人機(jī)毀傷效果評(píng)估流程

基于雷達(dá)信號(hào)和光電觀瞄、偵測(cè)儀的目標(biāo)無(wú)人機(jī)毀傷評(píng)估判定流程如下圖1所示。

五、總結(jié)

機(jī)槍作為一種傳統(tǒng)的反制無(wú)人機(jī)方法，憑借高射速和高精度能有效摧毀空中目標(biāo)。然而，針對(duì)體型較小、數(shù)量眾多且易避開(kāi)探測(cè)的低慢小無(wú)人機(jī)，機(jī)槍仍然存在缺陷。榴彈發(fā)射器能向空中發(fā)射炮彈，在敵方無(wú)人機(jī)附近形成破片進(jìn)行摧毀，具備較遠(yuǎn)的射程和較大的破壞力。盡管如此，由于射速慢且空炸偏差大，榴彈發(fā)射器擊中小型無(wú)人機(jī)的概率較低，也可能對(duì)周圍無(wú)辜受害者造成誤傷。無(wú)人機(jī)反無(wú)人機(jī)的方法精確度較高，誤傷風(fēng)險(xiǎn)較低，但在某些情況下技術(shù)難度與成本較高。雖然這三種近距離反制無(wú)人機(jī)技術(shù)都具備一定的性價(jià)比，但仍需注意各自存在的問(wèn)題。為確保無(wú)人機(jī)反制技術(shù)成功應(yīng)用，建立全面的評(píng)估體系是關(guān)鍵，需考慮目標(biāo)多樣性、戰(zhàn)斗部毀傷機(jī)理差異、作戰(zhàn)意圖難預(yù)測(cè)以及目標(biāo)毀傷反應(yīng)的復(fù)雜性。

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（作者單位：劉小旭，湖南宇正智能科技有限公司；萬(wàn)子平，國(guó)防科技大學(xué)智能科學(xué)學(xué)院）