無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)(鄭興港著)分析

無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)(鄭興港著)分析趨勢和挑戰(zhàn)隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)已經(jīng)成為未來戰(zhàn)爭的重要趨勢。無人機(jī)集群能夠形成規(guī)模優(yōu)勢，提高作戰(zhàn)效能，同時具有較高的生存能力和任務(wù)完成能力。它能夠完成一系列復(fù)雜的任務(wù)，如協(xié)同搜索、協(xié)同干擾、協(xié)同攻擊、協(xié)同察/打、集群對抗等。然而，無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)也面臨著一些挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)就是如何實(shí)現(xiàn)多無人機(jī)自主編隊飛行和集群感知與態(tài)勢共享。此外，還需要解決大規(guī)模無人機(jī)管理與控制、集群突防與攻擊、集群作戰(zhàn)任務(wù)控制站等問題。為了解決這些問題，需要不斷推進(jìn)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提高無人機(jī)的自主性和智能化水平，同時加強(qiáng)無人機(jī)之間的信息共享和協(xié)同作戰(zhàn)能力。三、無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)的應(yīng)用前景無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)是未來戰(zhàn)爭的重要趨勢，它將在各種作戰(zhàn)場景中發(fā)揮重要作用。例如，在反恐作戰(zhàn)中，無人機(jī)集群可以協(xié)同搜索、監(jiān)視、攻擊和偵察，有效打擊恐怖分子的藏身之處。在海上作戰(zhàn)中，無人機(jī)集群可以協(xié)同搜索、監(jiān)視、攻擊和偵察，有效打擊敵方艦船和潛艇。在山地作戰(zhàn)中，無人機(jī)集群可以協(xié)同搜索、監(jiān)視、攻擊和偵察，有效打擊敵方藏身于山林之中的目標(biāo)。在城市作戰(zhàn)中，無人機(jī)集群可以協(xié)同搜索、監(jiān)視、攻擊和偵察，有效打擊敵方藏身于城市之中的目標(biāo)。因此，無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)具有廣泛的應(yīng)用前景，將在未來戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用。四、結(jié)論無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)是未來戰(zhàn)爭的重要趨勢，它能夠提高作戰(zhàn)效能，同時具有較高的生存能力和任務(wù)完成能力。然而，無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)也面臨著一些挑戰(zhàn)，需要不斷推進(jìn)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，提高無人機(jī)的自主性和智能化水平，同時加強(qiáng)無人機(jī)之間的信息共享和協(xié)同作戰(zhàn)能力。無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)具有廣泛的應(yīng)用前景，在未來戰(zhàn)爭中將發(fā)揮重要作用。DARPA在研究無人機(jī)集群空中戰(zhàn)役時，借鑒了螞蟻的信息素交互行為，通過釋放“數(shù)字信息素”來引導(dǎo)攻擊飛機(jī)對目標(biāo)進(jìn)行攻擊。2002年，美軍聯(lián)合部隊司令部的實(shí)驗(yàn)表明，無人機(jī)集群作戰(zhàn)具有較高的效能優(yōu)勢。在模擬實(shí)驗(yàn)中，100架無人機(jī)集群摧毀了63個目標(biāo)并探測到91%的模擬敵軍部隊，而基本的作戰(zhàn)單位只殲滅了11個目標(biāo)并探測了不到33%的敵軍部隊。針對無人機(jī)如何有效地融入有人作戰(zhàn)空域，AFRL提出了協(xié)同空域作戰(zhàn)的概念，其目的是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)和有人機(jī)“同一基地、同一時間、同一節(jié)奏”的綜合空域集成。英國奎奈蒂克公司也成功地進(jìn)行了一種新型的無人機(jī)控制和管理系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，該系統(tǒng)可控制和自主組織多架無人機(jī)協(xié)同執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)需要解決的關(guān)鍵問題包括大規(guī)模無人機(jī)管理與控制、多無人機(jī)自主編隊飛行、集群感知與態(tài)勢共享、集群突防與攻擊、集群作戰(zhàn)任務(wù)控制站等。其中，大規(guī)模無人機(jī)管理與控制是一個重要的問題。集群突防和攻擊是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群作戰(zhàn)的核心能力。無人機(jī)通過協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)對高對抗的戰(zhàn)場環(huán)境，提高系統(tǒng)的整體生存能力，確保任務(wù)的完成率。在面對地面防空系統(tǒng)和空中敵方戰(zhàn)機(jī)的高威脅環(huán)境中，集群需要首先突破敵方的嚴(yán)密防空圈，到達(dá)任務(wù)區(qū)域，然后協(xié)同攻擊目標(biāo)，確保摧毀敵方重要目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)既定的作戰(zhàn)目標(biāo)。無人機(jī)集群在威脅環(huán)境下執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)需要進(jìn)行集群任務(wù)分配和規(guī)劃。首先，根據(jù)不同任務(wù)目標(biāo)指派最適合的無人機(jī)完成多機(jī)多目標(biāo)的任務(wù)分配。其次，制定高效合理的集群突防策略以應(yīng)對預(yù)知的威脅。通過分析集群任務(wù)過程及任務(wù)特點(diǎn)，建立突防和攻擊的任務(wù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，研究相應(yīng)的規(guī)劃算法，生成高效合理的任務(wù)計劃，使得無人機(jī)集群執(zhí)行不同任務(wù)的生存概率和作戰(zhàn)效能達(dá)到最佳。在對抗、不確定以及時間敏感的環(huán)境中，隨時可能出現(xiàn)突發(fā)情況，包括突發(fā)任務(wù)、突發(fā)威脅、平臺可能出現(xiàn)毀損等，需要實(shí)時評估集群的任務(wù)能力，進(jìn)行任務(wù)重新分配和重規(guī)劃，使無人機(jī)集群能夠快速響應(yīng)外界環(huán)境的變化，提高戰(zhàn)術(shù)使用靈活性。需要說明的是，無人機(jī)安裝目標(biāo)搜索和火力打擊系統(tǒng)后，即可用于執(zhí)行攻擊任務(wù)。使用無人機(jī)進(jìn)行火力打擊有兩種方法：一是攜帶導(dǎo)彈、炸彈或魚雷的可重復(fù)使用的無人機(jī)，美國早在20世紀(jì)60-70年代就曾在火蜂無人機(jī)上攜帶過激光制導(dǎo)炸彈和小牛導(dǎo)彈，其目的在于用無人機(jī)替代進(jìn)攻性飛機(jī)執(zhí)行危險性大的對地攻擊任務(wù)。二是在無人機(jī)上直接安裝尋的系統(tǒng)和戰(zhàn)斗部，在探測目標(biāo)參數(shù)后實(shí)施高精度“自殺式”攻擊，如德國生產(chǎn)的“蝗蟲”反坦克無人機(jī)，裝有被動制導(dǎo)炸彈，出動一次可摧毀一個坦克連。無人機(jī)用于壓制敵雷達(dá)，也明顯優(yōu)于反輻射導(dǎo)彈，具有射程遠(yuǎn)、可控性強(qiáng)的特點(diǎn)。如遇敵方雷達(dá)關(guān)機(jī)或規(guī)避時，反輻射導(dǎo)彈僅能憑“記憶”信號進(jìn)行概略攻擊，往往不能將目標(biāo)摧毀。而反輻射無人機(jī)可在敵雷達(dá)關(guān)機(jī)后重新拉起并再次進(jìn)入搜索狀態(tài)，繼續(xù)盤旋伺機(jī)攻擊，在較長一段時間內(nèi)對敵雷達(dá)保持壓力，可以彌補(bǔ)反輻射導(dǎo)彈的不足。2001年10月18日，美國對阿富汗的空襲中，首次使用“捕食者”無人機(jī)發(fā)射“海爾法”反坦克導(dǎo)彈攻擊阿富汗地面目標(biāo)，開創(chuàng)了用加載武器的無人攻擊機(jī)執(zhí)行對地攻擊任務(wù)的先河。集群作戰(zhàn)任務(wù)控制站是集群作戰(zhàn)的重要組成部分，它主要負(fù)責(zé)集群作戰(zhàn)任務(wù)的規(guī)劃、分配、指揮和控制。集群作戰(zhàn)任務(wù)控制站需要實(shí)時監(jiān)控和評估集群的任務(wù)執(zhí)行情況，隨時調(diào)整任務(wù)計劃，確保無人機(jī)集群在高威脅環(huán)境中順利完成任務(wù)。同時，集群作戰(zhàn)任務(wù)控制站還需要與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)信息共享和資源協(xié)同，提高作戰(zhàn)效能。美國目前的地面控制站只能實(shí)時控制一架無人機(jī)，且控制不同種類的無人機(jī)能力有限，需要花費(fèi)大量時間轉(zhuǎn)換于發(fā)射地、回收地和任務(wù)區(qū)域。為了解決這個問題，美國通用原子公司開發(fā)了地面站多機(jī)控制系統(tǒng)（MAC），可以讓一個飛行員同時控制四架無人機(jī)。MAC配備了2個飛行操作員席位和4個傳感器操作員席位，每名傳感器操作員負(fù)責(zé)對一架無人機(jī)的傳感器進(jìn)行操作。這個系統(tǒng)將應(yīng)用到捕食者B無人機(jī)的地面控制站中。未來的技術(shù)發(fā)展將使得一個操作員可以操縱多架多任務(wù)無人機(jī)實(shí)施集群打擊。到2047年，技術(shù)的進(jìn)步將使完成“觀察－判斷－決策－行動”更加集中、更加持續(xù)、更具規(guī)模。無人機(jī)集群可以用來完成在復(fù)雜對抗環(huán)境下的協(xié)同搜索、協(xié)同干擾、協(xié)同攻擊、協(xié)同察/打、集群對抗等任務(wù)。在無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中，搜索并且發(fā)現(xiàn)任務(wù)區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)指示與定位、動態(tài)目標(biāo)跟蹤是后續(xù)等一系列作戰(zhàn)活動的基礎(chǔ)和前提。配置多型傳感器的無人機(jī)集群承擔(dān)此類任務(wù)，可以充分發(fā)揮各自傳感器的優(yōu)勢，如可見光和紅外、可見光和雷達(dá)等傳感器相互配合，完成遮擋條件下目標(biāo)的檢測與定位，并且通過任務(wù)分工，提高區(qū)域覆蓋范圍，保證時敏目標(biāo)的偵察窗口，另外，多機(jī)航線與傳感器協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)對動態(tài)目標(biāo)的實(shí)時跟蹤。多架無人機(jī)通過協(xié)同各自的航線和干擾信號，可以干擾到對方雷達(dá)的整個覆蓋區(qū)，使其短時間內(nèi)無法正常工作，從而為后續(xù)作戰(zhàn)部隊打開空中走廊。無人機(jī)集群協(xié)同電子攻擊的作戰(zhàn)概念主要包括協(xié)同航線規(guī)劃和資源分配兩個問題。無人機(jī)集群可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同攻擊，通過多架無人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)，可以在短時間內(nèi)完成對目標(biāo)的打擊，提高作戰(zhàn)效率。無人機(jī)集群協(xié)同攻擊是指多架攻擊型無人機(jī)在多個攻擊陣位、多個攻擊角度對單個或多個目標(biāo)進(jìn)行火力齊射的技術(shù)，既能提升目標(biāo)的殺傷概率，又能增加攻擊的突然性。攻擊時間的選擇可能需要某個無人機(jī)在特定的時間到達(dá)指定的目標(biāo)，如一架無人機(jī)作為誘餌分散對手的感知系統(tǒng)，其他無人機(jī)同時到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)發(fā)起攻擊。在不確定戰(zhàn)場環(huán)境中，目標(biāo)和威脅的位置可能是不確定的。因此，對于突發(fā)的威脅和任務(wù)目標(biāo)，需要進(jìn)行協(xié)同攻擊的任務(wù)重分配和重規(guī)劃。協(xié)同察/打是由察/打一體無人機(jī)組成的集群，其目標(biāo)是搜索并摧毀敵方時敏的、移動的地面目標(biāo)，如敵方首腦所在、移動防空設(shè)施。無人機(jī)集群首先以協(xié)同方式在任務(wù)區(qū)域大范圍搜索可疑目標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，處于最佳位置和攜帶相應(yīng)傳感器的無人機(jī)立即協(xié)同定位目標(biāo)，然后由處于最佳攻擊位置和攜帶匹配武器的無人機(jī)對目標(biāo)發(fā)起協(xié)同攻擊。隨后由某架無人機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)場毀傷評估，確定是否發(fā)動二次打擊。這種任務(wù)對于集群控制要求極高，要求實(shí)現(xiàn)“傳感器-射手”的高度“一致性”。未來可能會出現(xiàn)無人機(jī)“蜂群”戰(zhàn)術(shù)打擊航母的例子。在這種情況下，可以充分利用無人機(jī)隱身突防、低空飛行、自主規(guī)避危險地形等優(yōu)勢，在一段時間內(nèi)使用大數(shù)量隱身無人機(jī)，在不同高度角度方向同時對航母艦隊發(fā)起攻擊，利用艦隊彈藥空白期以及在犧牲大量無人機(jī)前提下對航母艦隊實(shí)施大殺傷性打擊，使其失去對我軍威脅。同時，可以在對航母艦隊發(fā)起打擊的過程中，使用無人機(jī)欺騙敵方雷達(dá)，在一定時間段內(nèi)將敵航母艦隊的戰(zhàn)斗機(jī)和防空火力吸引到另一方向或多個空間，這時再利用其他無人機(jī)或有人機(jī)或水面艦艇或潛艇或?qū)椀葘称炫炦M(jìn)行打擊。無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)正處于快速發(fā)展階段。隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益惡化，無人機(jī)自主能力的不斷提高，無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)必將成為未來無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的重要作戰(zhàn)樣式。本文回顧了國外無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)概念的發(fā)展，分析了無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題，設(shè)想了無人機(jī)集群作戰(zhàn)的應(yīng)用。我國在無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)和自組織方法的研究方面要不斷加強(qiáng)，同時要研究反無人機(jī)集群的作戰(zhàn)方法，以在未來戰(zhàn)場中取得對抗優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)集群協(xié)同作戰(zhàn)效能最大化。無人機(jī)（UnmannedAerialVehicle，UAV）是一種可以在沒有人員直接操縱的情況下執(zhí)行任務(wù)的飛行器。它可以通過遙控或自主程序進(jìn)行操作，因此被廣泛應(yīng)用于軍事、民用和商業(yè)領(lǐng)域。在信息化戰(zhàn)爭中，無人機(jī)的作戰(zhàn)用途尤為重要，因?yàn)樗梢蕴峁?shí)時情報、監(jiān)視目標(biāo)、執(zhí)行打擊任務(wù)等。無人機(jī)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在技術(shù)和應(yīng)用兩個方面。技術(shù)上，無人機(jī)的研發(fā)和制造技術(shù)不斷提高，使其具備更高的飛行性能、更強(qiáng)的適應(yīng)性和更多的功能。例如，現(xiàn)代無人機(jī)可以通過衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主飛行，可以搭載各種傳感器和武器，可以進(jìn)行多種任務(wù)，如偵察、偵查、打擊等。應(yīng)用方面，無人機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，尤其是在軍事領(lǐng)域。例如，無人機(jī)可以用于情報搜集、目標(biāo)偵查、戰(zhàn)場監(jiān)視、打擊敵方目標(biāo)等方面。然而，無人機(jī)的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。首