拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)作戰(zhàn)模式及關(guān)鍵技術(shù)

摘要

自美軍將俄、中等國的防御戰(zhàn)略命名為“反介入/區(qū)域拒止”戰(zhàn)略以來，為增強無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，美軍先后啟動了一系列作戰(zhàn)項目，拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)作戰(zhàn)模式已經(jīng)成為研究的熱點。梳理了美軍反制拒止環(huán)境的典型項目進(jìn)展情況，探討了拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)模式，從自主協(xié)同、抗干擾定位、電子戰(zhàn)技術(shù)、平臺性能等方面分析了其關(guān)鍵技術(shù)，分析結(jié)果表明無人系統(tǒng)作戰(zhàn)的靈活多樣性能夠?qū)苤弓h(huán)境造成較大威脅。可為相關(guān)領(lǐng)域模式探討和技術(shù)攻關(guān)提供一定的參考。

“911”事件后，美國相繼發(fā)動阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭，戰(zhàn)爭期間暴露出的發(fā)展中國家快速崛起、軍事科技進(jìn)展飛速及美軍軍事學(xué)說發(fā)展落后等問題導(dǎo)致美國新保守主義崛起，兩任國防部長相繼進(jìn)行軍事制度改革。2001年，美國防部在《四年防務(wù)評估報告》中首次將俄、中、伊朗等國的防御戰(zhàn)略命名為“反介入”（anti-access）和“區(qū)域拒止”（aera-denial）戰(zhàn)略，并在此后大肆渲染“中國威脅論”以推進(jìn)軍事轉(zhuǎn)型和高新武器發(fā)展。

“反介入/區(qū)域拒止”是指在劃定區(qū)域內(nèi)構(gòu)造強對抗環(huán)境，阻止外部勢力介入或干預(yù)。與常規(guī)作戰(zhàn)環(huán)境相比，拒止環(huán)境下雙方對抗強度大幅增加，體現(xiàn)在：（1）有人軍事設(shè)施面臨更高危險，導(dǎo)致無人系統(tǒng)間對抗增加；（2）電磁域的高強度信息對抗，通訊和定位保障差；（3）拒止環(huán)境導(dǎo)致的長距離作戰(zhàn)；（4）目標(biāo)拒止技術(shù)廣泛應(yīng)用，如誘餌、偽裝、目標(biāo)移動等；（5）海陸空協(xié)同作戰(zhàn)，多軍種合作廣度、深度增加；（6）特種作戰(zhàn)強度增加等。為實現(xiàn)戰(zhàn)略反制，確保美軍的絕對優(yōu)勢地位，美國國防部提出“空海一體戰(zhàn)”理念，陸軍提出“多域戰(zhàn)”理念，空軍提出“融合戰(zhàn)”理念，海軍提出“電磁機動戰(zhàn)”概念，美國國防高級研究計劃局（DARPA）提出“拒止環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項目等。這些理念或項目均明確指出美軍對中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈、隱形轟炸機、無人機、超遠(yuǎn)程無人潛航器和定向能武器的發(fā)展意圖。

近年來，以無人系統(tǒng)為代表的新軍事技術(shù)飛速發(fā)展，2016年美智庫發(fā)表的《亞太地區(qū)無人機系統(tǒng)展望》中也稱無人機是反制中國拒止戰(zhàn)略很好的選項。然而拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)作戰(zhàn)同樣面臨許多困難與挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：（1）現(xiàn)有無人系統(tǒng)自主適應(yīng)戰(zhàn)場變化的能力有限；（2）單機任務(wù)模式居多，受“人在回路”影響，人機數(shù)據(jù)交互量龐大，戰(zhàn)術(shù)效果差；（3）多機協(xié)同作戰(zhàn)能力有限；（4）改善無人系統(tǒng)生存能力的常規(guī)方法成本高昂或技術(shù)不可行；（5）運作成本高，維護(hù)、操縱人員多，對于戰(zhàn)場動態(tài)反應(yīng)慢，與常規(guī)作戰(zhàn)系統(tǒng)的兼容性差。因此，為提升無人系統(tǒng)在拒止環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，研究其作戰(zhàn)模式及關(guān)鍵技術(shù)是十分必要的。

01典型項目發(fā)展概況

美軍自2001年提出“反介入/區(qū)域拒止”戰(zhàn)略改革軍事理念以來，在無人系統(tǒng)方面先后啟動了一系列項目，旨在通過同構(gòu)、異構(gòu)平臺協(xié)同作戰(zhàn)樣式突破拒止環(huán)境壓力。

圖1 美軍典型項目推進(jìn)歷程

從美軍相關(guān)項目的推進(jìn)歷程可以看出，美軍反制拒止環(huán)境的核心戰(zhàn)術(shù)與發(fā)展方向在于無人系統(tǒng)間協(xié)同作戰(zhàn)。隨著拒止環(huán)境下導(dǎo)航、數(shù)據(jù)鏈等技術(shù)的完善，自2014年起，無人系統(tǒng)項目的啟動與相關(guān)試驗的開展日益頻繁。下面為其中具有代表性的幾個項目。

1.1 “CODE”項目

2014年4月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）啟動“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項目，旨在基于現(xiàn)有武器，通過發(fā)展協(xié)同算法及監(jiān)督技術(shù)提升無人系統(tǒng)在拒止環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。CODE主要的作戰(zhàn)任務(wù)是：對防空炮兵的戰(zhàn)術(shù)偵察、摧毀敵軍防空系統(tǒng)、以及反水面戰(zhàn)。具體目標(biāo)是：開發(fā)、測試和驗證單機自主和協(xié)同自主技術(shù)，提升無人系統(tǒng)的單機自主及多機協(xié)同能力；開發(fā)監(jiān)控界面以提升對于無人系統(tǒng)的監(jiān)控效率和監(jiān)控能力，并進(jìn)行輔助決策；建立開放的架構(gòu)、提供明確的界面以便將不同類型的系統(tǒng)及功能進(jìn)行快速整合。

DARPA將CODE項目分為三個階段執(zhí)行。第一階段于2016年初完成，主要進(jìn)行項目需求分析與總體設(shè)計，針對拒止環(huán)境特征，驗證了協(xié)同無人機在強對抗環(huán)境下的作戰(zhàn)可能性與作戰(zhàn)潛力；分析了協(xié)同無人機可能的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，著重發(fā)展能夠增強協(xié)同無人機戰(zhàn)場打擊能力、提升存活率的近二十種自主行為；基于“未來機載能力環(huán)境”（FACE）標(biāo)準(zhǔn)、“無人控制程序”（UCS）標(biāo)準(zhǔn)、“開放式任務(wù)系統(tǒng)”（OMS）標(biāo)準(zhǔn)和“通用任務(wù)指揮和控制”（CMCC）標(biāo)準(zhǔn)等通用開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)開發(fā)項目后續(xù)所需的開放式系統(tǒng)架構(gòu)與系統(tǒng)接口進(jìn)行。第二階段于2017年底完成，實現(xiàn)了開放式架構(gòu)的系統(tǒng)軟硬件開發(fā)；以RQ-23虎鯊無人機為空中試驗平臺，對多無人機自主協(xié)同能力進(jìn)行了大量飛行驗證試驗。第三階段于2019年初完成，2019年2月DARPA在Yuma基地對CODE技術(shù)開展了一系列綜合驗證試驗。試驗中，6架裝備了CODE兼容傳感器的RQ-23虎鯊無人機首先起飛，任務(wù)小組在地面站上同時監(jiān)視這6架無人機和14架虛擬仿真無人機的態(tài)勢；將軟件平臺、開發(fā)的自主協(xié)同算法以及抗干擾網(wǎng)絡(luò)整合，創(chuàng)造了逼真的半實物半虛擬作戰(zhàn)環(huán)境；項目團(tuán)隊實現(xiàn)了虛擬目標(biāo)打擊、威脅應(yīng)對、戰(zhàn)術(shù)制定等多個作戰(zhàn)目標(biāo)，驗證了作戰(zhàn)系統(tǒng)在通信受到干擾、GPS信號不可用的情況下達(dá)成試驗驗證目標(biāo)的能力。

1.2 “蜂群”無人機項目

拒止環(huán)境下對手通常會布置多個綜合性防空系統(tǒng)，針對這種作戰(zhàn)環(huán)境，美軍提出了通過大量小型、成本較低的無人機對敵方防空系統(tǒng)進(jìn)行攻擊，使其防御網(wǎng)達(dá)到飽和狀態(tài)，進(jìn)而突破防御網(wǎng)的作戰(zhàn)構(gòu)想，即“蜂群”項目。無人機蜂群可以共享數(shù)據(jù)并協(xié)同執(zhí)行任務(wù)，能夠攜帶不同載荷，協(xié)同完成偵察、打擊任務(wù)，即使其中一架被擊落，其余無人機仍可繼續(xù)任務(wù)，被擊落的損失在可承受范圍之內(nèi)。這種作戰(zhàn)方式具有突防能力強、作戰(zhàn)成本低、偵察打擊融合度高、單兵目標(biāo)特征小的優(yōu)勢，已成為未來戰(zhàn)爭的發(fā)展趨勢之一。蜂群作戰(zhàn)最典型的代表有“小精靈”和“LOCUST”項目，這些項目同樣可以與CODE技術(shù)協(xié)作發(fā)揮更大的作戰(zhàn)優(yōu)勢。

（1）“小精靈”項目

DARPA于2015年9月發(fā)布“小精靈”項目公告。最初的設(shè)計構(gòu)想有兩個：一是通過低成本無人機群使對方的防空火力網(wǎng)達(dá)到飽和，降低大型戰(zhàn)斗機受到攻擊的風(fēng)險以減少損失；二是為了解決由于控制成本而造成的無人機尺寸小、航時短的問題，由大型母機將無人機群帶至作戰(zhàn)空域附近，進(jìn)行空中的集群發(fā)射和回收。低成本與可回收技術(shù)結(jié)合，進(jìn)一步提升了作戰(zhàn)模式的經(jīng)濟可行性?！靶【`”無人機巡航時間為1-3小時，飛行速度預(yù)計可達(dá)0.8馬赫以上，可由B-52、B-1、C-130母機平臺發(fā)射，在窗口時間內(nèi)回收成功率可達(dá)95%。該項目分為三階段：系統(tǒng)設(shè)計階段、技術(shù)成熟階段、飛行試驗階段。DARPA計劃于2020年完成演示驗證工作，設(shè)定的裝備目標(biāo)為1000架“小精靈”無人機及25套機載設(shè)備。

（2）“LOCUST”項目

“LOCUST”（低成本無人機集群技術(shù)）項目由美國海軍研究辦公室（ONR）2015年4月提出，其核心是自主集群飛行技術(shù)。美軍希望通過緊湊型發(fā)射系統(tǒng)在短時間內(nèi)向空中發(fā)射多架折疊袖珍無人機，無人機編隊可以執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的任務(wù)，也可自主執(zhí)行任務(wù)。項目使用了由Seonsintel公司生產(chǎn)的“郊狼”無人機，續(xù)航能力一小時左右，最高時速約145 km/h，單機重量不超過5.9 kg，發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射速度可達(dá)每分鐘30架。2016年7月，雷聲公司利用“郊狼”無人機在墨西哥灣開展了艦基無人機群試驗。目前，雷聲公司驗證了C-130H運輸機的無人機發(fā)射能力，后續(xù)將繼續(xù)開展P-8“海神”海上巡邏機、V-22“魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機等機型的發(fā)射能力測試。雷聲公司表示無人機群編隊驗證階段已基本完成，后續(xù)將開展更復(fù)雜的高自主化飛行試驗。

1.3 “忠誠僚機”項目

“忠誠僚機”項目于2015年由美國空軍研究實驗室（AFRL）啟動，采用典型的有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)模式，有人飛機作為長機、無人機作為僚機協(xié)同作戰(zhàn)，旨在使美軍有人戰(zhàn)斗機的駕駛員可以對無人機進(jìn)行控制，大幅提升作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)效率和安全性。在區(qū)域拒止作戰(zhàn)環(huán)境中，“忠誠僚機”使得長機可以在對目標(biāo)發(fā)動攻擊前保持無線電靜默，并在敵軍防控火力打擊圈外巡航，由僚機進(jìn)入火力打擊范圍，充當(dāng)長機的“眼睛”、“耳朵”和“拳頭”，實現(xiàn)對敵的偵察、探測和打擊。項目的具體內(nèi)容為：為人-機編隊提供靈活的自主系統(tǒng)、多無人機協(xié)同編隊執(zhí)行任務(wù)、保證系統(tǒng)可在拒止環(huán)境中作戰(zhàn)、保證作戰(zhàn)的安全性和有效性。

“忠誠僚機”項目采用XQ-58A“女武神”無人機作為驗證平臺，于2019年3月在亞利桑那州開展了首次試飛試驗?！芭渖瘛睙o人機長8.8 m，翼展6.7 m，與常規(guī)戰(zhàn)斗機相比體型較小，而最大作戰(zhàn)半徑接近2000 km。為了降低成本，舍棄了起落架和起降控制機構(gòu)，采用火箭助推起飛，降落傘回收，且并未配備高端控制系統(tǒng)。其特點是航程大、成本低、機動性較弱，單價成本僅200萬美元。依據(jù)美軍計劃公告，“忠誠僚機”項目2020財年試驗作戰(zhàn)想定場景是：GPS和局部通訊受到一定干擾、敵方防空力量較弱的情況；2022財年將驗證：在GPS和局部通訊受到較強干擾、敵方防空系統(tǒng)較強、存在電子對抗的情況下，“忠誠僚機”編隊對敵方防控系統(tǒng)的壓制能力。

02拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)模式分析

根據(jù)“反介入/區(qū)域拒止”作戰(zhàn)的描述，其核心是在劃定區(qū)域內(nèi)構(gòu)造強對抗環(huán)境?？紤]到無人系統(tǒng)對于信息系統(tǒng)的強依賴性，無人系統(tǒng)在拒止環(huán)境下作戰(zhàn)面臨的首要問題就是強信息對抗環(huán)境。過去戰(zhàn)場上信息對抗較弱，更多依靠戰(zhàn)場指揮員的主觀判斷。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和各國拒止能力不斷提升，作戰(zhàn)模式逐漸向強對抗、智能化、立體化方向發(fā)展。

2.1 協(xié)同作戰(zhàn)

由于拒止環(huán)境下戰(zhàn)場情況變化快、對抗強、導(dǎo)航與通訊條件不穩(wěn)定，為提升無人系統(tǒng)作戰(zhàn)過程中的靈活性、有效性和生存性，美軍提出增強協(xié)同作戰(zhàn)能力，主要可以概括為三種作戰(zhàn)樣式：人-人協(xié)同、機-機協(xié)同、人-機協(xié)同。人-人協(xié)同即編隊協(xié)同，本質(zhì)上是無人機平臺指揮員之間以及指揮員和有人戰(zhàn)斗機飛行員之間的協(xié)同配合；機-機協(xié)同即集群作戰(zhàn)，一群自主無人機建立通訊網(wǎng)絡(luò)，通過在節(jié)點內(nèi)實時共享信息，快速完成對于目標(biāo)的多方位偵察、探測和打擊任務(wù)；人-機協(xié)同又可以稱為有人-無人協(xié)同，在這種作戰(zhàn)概念下，有人平臺作為編隊的主機，多架無人機作為僚機，由主機發(fā)布作戰(zhàn)指令，僚機負(fù)責(zé)執(zhí)行態(tài)勢感知、欺騙干擾、武器投放等危險性比較高的作戰(zhàn)任務(wù)，能夠極大提升有人平臺的作戰(zhàn)半徑和作戰(zhàn)人員的安全性。

圖2為協(xié)同作戰(zhàn)示意圖。在作戰(zhàn)伊始，通常由大型運輸機、武庫機或其它空中投放系統(tǒng)進(jìn)行無人機集群投放，無人機之間實現(xiàn)通訊自組網(wǎng)并完成任務(wù)分配；根據(jù)任務(wù)分配結(jié)果的不同，形成多個戰(zhàn)術(shù)編隊子群。在作戰(zhàn)過程中，各子群相互配合而非獨立地實現(xiàn)對目標(biāo)的偵察監(jiān)視、壓制干擾與火力打擊。作戰(zhàn)任務(wù)完成后，依據(jù)自身健康狀況，完成空中回收、地面回收或自毀。

圖2協(xié)同作戰(zhàn)示意圖

2.2 智能化作戰(zhàn)

人工智能技術(shù)正在推動作戰(zhàn)模式由信息化向智能化轉(zhuǎn)變，尤其是由于區(qū)域拒止概念逐漸強化，通訊可靠性難以保障，對無人作戰(zhàn)平臺的智能自主性提出了更高要求。智能化作戰(zhàn)的主要特征包括：無人系統(tǒng)自主感知戰(zhàn)場態(tài)勢、自主識別打擊目標(biāo)、自主實現(xiàn)作戰(zhàn)規(guī)劃、自主釋放作戰(zhàn)效能以及自主評估毀傷效果。智能化技術(shù)的發(fā)展正在逐漸將人類的角色由戰(zhàn)爭的指揮員變?yōu)楸O(jiān)督者，這也意味著作戰(zhàn)人員的減少及作戰(zhàn)效率的提升。

無人系統(tǒng)的自主性同樣能夠提高作戰(zhàn)能力，作戰(zhàn)模式正由自動化向自主化轉(zhuǎn)變。自動化意味著無人系統(tǒng)可以依據(jù)人類預(yù)先設(shè)定好的確定性規(guī)則行動，而自主性代表無人系統(tǒng)能夠在人工智能技術(shù)的推動下實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，不斷從戰(zhàn)斗中獲取經(jīng)驗進(jìn)行學(xué)習(xí)，甚至改進(jìn)和創(chuàng)新作戰(zhàn)方式，降低對信息的依賴，突破“人在回路”作戰(zhàn)的局限性。智能化作戰(zhàn)系統(tǒng)提供人-機交互接口以確保緊急情況下的人工干預(yù)優(yōu)先控制權(quán)。作戰(zhàn)中由智能決策系統(tǒng)完成任務(wù)的生成、調(diào)度及規(guī)劃，將作戰(zhàn)指令發(fā)送給分系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)，再通過傳感器獲取狀態(tài)信息返回狀態(tài)監(jiān)測模塊形成閉環(huán)，如圖3所示。

圖3智能化作戰(zhàn)示意圖

2.3 多域融合作戰(zhàn)

“作戰(zhàn)云”理論是由美國空軍最早提出，核心思想是通過綜合海上、陸上、天空、太空以及網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)能力，整合作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多域融合和優(yōu)勢互補，在作戰(zhàn)區(qū)域形成更大的綜合效益，提升作戰(zhàn)效率和成功率，作戰(zhàn)模式如圖4所示。跨域綜合作戰(zhàn)模式的發(fā)展以云計算能力的提升為基礎(chǔ)，逐漸形成了“云部署、云聚合、云攻擊、云消散”的作戰(zhàn)模式，各個作戰(zhàn)單元動態(tài)接入云計算數(shù)據(jù)中心，與云端實時共享數(shù)據(jù)，有效獲知敵方及己方力量的位置坐標(biāo)和狀態(tài)信息。

圖4多域融合作戰(zhàn)示意圖

在美軍的傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式中，一向強調(diào)充分運用衛(wèi)星通訊和空海聯(lián)合力量作戰(zhàn)，但隨著對手區(qū)域拒止能力的提升，GPS和通訊信號成為了易被敵方切斷的薄弱環(huán)節(jié)。美軍提出的多域戰(zhàn)思想，將軍種間的相互依賴真正轉(zhuǎn)化為相互融合，通過同時制造多個作戰(zhàn)或戰(zhàn)術(shù)困境抵消敵人優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：要求陸軍及海軍陸戰(zhàn)隊增強機動性，能快速有效的向其他領(lǐng)域輸送作戰(zhàn)力量；依托作戰(zhàn)云實現(xiàn)不同作戰(zhàn)域信息高度共享；不僅在物理域，更力求在心理域和認(rèn)知域挫敗對手，利用跨域融合高機動性營造的優(yōu)勢達(dá)成武力和思想層面的壓制。

03關(guān)鍵技術(shù)分析

以無人機平臺為依托，拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及單機自主、多機協(xié)同、抗干擾定位、電子戰(zhàn)技術(shù)、無人系統(tǒng)平臺性能以及異構(gòu)平臺協(xié)作能力等。

3.1 單機自主作戰(zhàn)技術(shù)

隨著人工智能、智能控制等學(xué)科的發(fā)展，單機智能自主作戰(zhàn)能力是減少“人在回路”影響的必然趨勢。在單機智能執(zhí)行任務(wù)時，環(huán)境感知與決策系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)和有效載荷等任務(wù)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致是無人系統(tǒng)在不確定環(huán)境中具有任務(wù)自組織和自適應(yīng)控制能力的保證。在機載傳感器對戰(zhàn)場態(tài)勢有效感知的前提下，無人系統(tǒng)對任務(wù)序列自主決策；根據(jù)任務(wù)屬性實時生成飛行路徑，并由飛行控制系統(tǒng)完成威脅規(guī)避與軌跡跟隨；有效載荷感知平臺姿態(tài)，完成規(guī)定的任務(wù)。

單機智能自主技術(shù)主要包括：多傳感器融合、自主學(xué)習(xí)與決策、飛行控制等。其主要應(yīng)用包括：目標(biāo)識別、態(tài)勢感知與評估、實時任務(wù)與路徑規(guī)劃、自主學(xué)習(xí)與決策、可變自主權(quán)限的自主控制、任務(wù)狀態(tài)監(jiān)視與告警管理、故障檢測與自修復(fù)控制等。

3.2 多機協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)

單機系統(tǒng)智能化的不斷完善是多機自主協(xié)同能力的基礎(chǔ)，多機自主協(xié)同能力是無人系統(tǒng)智能自主能力發(fā)展的最終目標(biāo)，也是未來無人系統(tǒng)作戰(zhàn)的關(guān)鍵。

多機分布式自主協(xié)同作戰(zhàn)在多個平臺、傳感器和有效載荷之間構(gòu)架橋梁，形成平臺數(shù)據(jù)共享的分布式網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用分布式協(xié)同控制技術(shù)、實時任務(wù)與軌跡規(guī)劃技術(shù)等實現(xiàn)最小的人工干預(yù)，同時有效執(zhí)行多個任務(wù)。

協(xié)同自主技術(shù)主要包括：協(xié)同體系構(gòu)建、多源數(shù)據(jù)融合、決策共享與節(jié)點管理、集群自組織、抗干擾通信等。其主要應(yīng)用包括：開放式實時協(xié)同體系結(jié)構(gòu)、多平臺數(shù)據(jù)一致性、協(xié)同任務(wù)與路徑規(guī)劃、協(xié)同察打、協(xié)同低帶寬數(shù)據(jù)鏈、編隊技術(shù)等。

上世紀(jì)90年代末，美國首次提出“蜂群作戰(zhàn)”概念。2005年，美國陸軍航空兵應(yīng)用技術(shù)管理局（AATD）發(fā)起的無人機自主協(xié)同作戰(zhàn)項目（ACO）。2014年，DARPA啟動CODE項目，致力于發(fā)展拒止環(huán)境下無人機協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)。2015年，美國海軍研究局在發(fā)布的新版《美國海軍科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略》中特別強調(diào)分布式無人系統(tǒng)的重要性。

3.3 GPS拒止環(huán)境下定位導(dǎo)航技術(shù)

無人系統(tǒng)依賴定位與導(dǎo)航系統(tǒng)獲取自身時空信息。而美軍“空海一體戰(zhàn)”的核心行動是針對各種軍事網(wǎng)絡(luò)的致盲作戰(zhàn)，通過電子戰(zhàn)手段和賽博攻擊形成GPS拒止環(huán)境。此類威脅環(huán)境對無人系統(tǒng)的指揮系統(tǒng)、載荷系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成極大威脅。因此，GPS拒止環(huán)境下的輔助定位與導(dǎo)航能力是無人戰(zhàn)斗單元的關(guān)鍵技術(shù)之一。

針對GPS拒止環(huán)境，美軍于2011年啟動全源定位與導(dǎo)航（ASPN）項目，截至2017年5月，系統(tǒng)在有/無GPS環(huán)境下完成了多平臺框架通用性及綜合導(dǎo)航能力的驗證；2014年12月，DARPA啟動快速輕量自主（FLA）項目，完成了小型無人機在無人員操作且無GPS信號情況下在障礙環(huán)境中自主導(dǎo)航飛行；針對高級慣性器件，2015年啟動精確魯棒慣性制導(dǎo)彈藥（PRIGM）項目，研制先進(jìn)導(dǎo)航慣性測量單元（NGIMU）與先進(jìn)慣性微傳感器（AIMS），以求在極端條件下提供穩(wěn)定的導(dǎo)航性能。

3.4 電磁反干擾技術(shù)

反介入環(huán)境中，電磁空間對作戰(zhàn)單元的拒止模式分為壓制與欺騙。前者通過多個干擾源實現(xiàn)對目標(biāo)接收機壓制，使其無法接收有效信號；后者通過調(diào)節(jié)電磁波排放，使目標(biāo)接收機捕獲欺騙信號。因此，提高電磁拒止環(huán)境下的目標(biāo)信號識別與反制是電子戰(zhàn)關(guān)鍵。

電子戰(zhàn)系統(tǒng)首先需要對隱藏于壓制信號、掩護(hù)信號、欺騙信號中的目標(biāo)信號準(zhǔn)確識別，進(jìn)而選擇對應(yīng)的預(yù)編程序電子對抗技術(shù)，以保證決策正確與戰(zhàn)術(shù)反制。傳統(tǒng)目標(biāo)排放的電磁波頻率和模式由硬件決定，而現(xiàn)代戰(zhàn)場上目標(biāo)排放波形更加靈活，為電子戰(zhàn)戰(zhàn)場帶來更大挑戰(zhàn)。因此，建立一套能夠快速識別與反制的電子戰(zhàn)系統(tǒng)成為拒止環(huán)境作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

DARPA已于2012年7月啟動自適應(yīng)雷達(dá)反干擾（ARC）項目，目標(biāo)為使電子戰(zhàn)系統(tǒng)自適應(yīng)、實時生成對未知雷達(dá)波的有效對抗措施。ARC技術(shù)通過嵌入算法和信號處理模塊隔離敵方和己方雷達(dá)信號，推斷不同雷達(dá)信號反映的威脅，并通過傳輸?shù)窒盘柕姆绞竭M(jìn)行對抗。

3.5 低成本與長續(xù)航平臺技術(shù)

區(qū)域拒止使得美國在拒止國家的近海介入成本急劇上升，而無人系統(tǒng)生產(chǎn)與維護(hù)成本高昂使得其難以大規(guī)模應(yīng)用。另一方面，拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)面臨大范圍長時間作戰(zhàn)，這對于無人系統(tǒng)的續(xù)航能力提出更高的需求，沒有長航時能力的無人系統(tǒng)將難以具備執(zhí)行任務(wù)的能力。因此，低成本與長續(xù)航能力是未來無人機集群的平臺特征與基礎(chǔ)。

低成本平臺技術(shù)主要應(yīng)用包括：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化、自動化制造與一體化成型、低成本復(fù)合材料、高精度無損維修維護(hù)等技術(shù)。3D打印技術(shù)、以自動鋪帶技術(shù)（ATL）與自動纖維鋪放技術(shù)（AFP）為核心的自動化制造技術(shù)、大面積整體成型技術(shù)等得到有效應(yīng)用，提高了生產(chǎn)效率，降低了無人機的生產(chǎn)成本。

在續(xù)航能力方面，相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池、航空煤油等，安全、高密度的新型能源，如高能量密度蓄電池、氫燃料電池等是未來發(fā)展的重點方向之一。如美國海軍研究室（NRL）的離子虎無人機采用氫燃料電池和高壓液氫實現(xiàn)了航時48 h以上飛行，作戰(zhàn)應(yīng)用潛力巨大；美國XFC潛射無人機采用氫燃料電池，可在滿載12.3 kg的條件下飛行6 h以上。

此外，對于大型無人機，使其具備或增強自主空中受油能力，對突破拒止環(huán)境下現(xiàn)役防御體系、提高系統(tǒng)作戰(zhàn)效能與自由性大有裨益。如美國X-47B無人機，在不進(jìn)行空中受油的情況下續(xù)航時間大于6 h，最大作戰(zhàn)半徑大于2100海里；而依靠空中受油技術(shù)X-47B可實現(xiàn)全球目標(biāo)的覆蓋，最大續(xù)航時間最大可達(dá)到100 h。

3.6 異構(gòu)平臺間兼容協(xié)作技術(shù)

拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)必將與美軍其它作戰(zhàn)理念，如“空海一體戰(zhàn)”概念等相呼應(yīng)，因此，異構(gòu)平臺間兼容性與協(xié)同作戰(zhàn)能力，尤其是跨域協(xié)同信息互聯(lián)能力，是未來協(xié)同作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)之一。

美軍在“忠誠僚機”項目之外對其它異構(gòu)平臺協(xié)同作戰(zhàn)進(jìn)行了嘗試與試驗。如美軍于2015年實現(xiàn)了REMUS-600型自主式無人潛航器、“沖浪者”無人艇與貝爾直升機之間的信息互聯(lián)，形成了系統(tǒng)的廣域監(jiān)察能力，并完成了三者協(xié)同目標(biāo)識別與打擊任務(wù)。

04結(jié)束語

無人系統(tǒng)在拒止環(huán)境下的大規(guī)模應(yīng)用是必然的，其作戰(zhàn)能力的多樣性與靈活性對防守方的拒止能力構(gòu)成較大威脅。

在拒止環(huán)境下無人系統(tǒng)應(yīng)用中，單機自主作戰(zhàn)能力是基礎(chǔ)，多機分布式自主協(xié)同作戰(zhàn)能力是核心，GPS拒止環(huán)境下的定位與導(dǎo)航能力是支撐，電磁反干擾能力是關(guān)鍵，低成本與長航時平臺是保障，異構(gòu)平臺間兼容性與協(xié)作作戰(zhàn)能力是擴展。為提升綜合作戰(zhàn)能力，無人系統(tǒng)需充分融合各項技術(shù)，發(fā)揮各自作戰(zhàn)優(yōu)勢。

審核編輯 ：李倩