“低慢小”無人機(jī)高效費(fèi)比反制技術(shù)的研究

劉小旭 萬子平

引言

無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中已經(jīng)逐漸成為重要的作戰(zhàn)裝備，在偵察和情報收集、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)爭為例，阿塞拜疆為了奪回爭議領(lǐng)土納卡地區(qū)，大量使用了無人機(jī)進(jìn)行偵察和打擊，這些無人機(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，同時也減少了阿塞拜疆自己部隊的傷亡。隨著無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的頻繁使用，如何有效地防范和打擊無人機(jī)所帶來的威脅已成為了各個國家維護(hù)國家安全的當(dāng)務(wù)之急。本文從“低慢小”無人機(jī)的探測技術(shù)出發(fā)，分析針對“低慢小”無人機(jī)的硬殺傷防御手段，建立了一個綜合考慮目標(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)測性、目標(biāo)反射特性的復(fù)雜性等因素的綜合評價體系，旨在提高無人機(jī)對抗的成功率。

一、無人機(jī)定義及反無人機(jī)技術(shù)

無人機(jī)按照飛行質(zhì)量、速度、高度，分為五個威脅等級。根據(jù)不同的無人機(jī)威脅等級，其應(yīng)對手段也有所不同。結(jié)合現(xiàn)有的反無人機(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)對一級無人機(jī)的有效毀傷和對二級無人機(jī)形成威脅。一、二級無人機(jī)的分類如表1 所示。后續(xù)將一、二級無人機(jī)，統(tǒng)稱為“低慢小”無人機(jī)[1]。

表1 ：“低慢小”無人機(jī)分類

二、搜索跟蹤模塊

搜索跟蹤模塊提供對無人機(jī)目標(biāo)的全方位搜索警戒能力，用于對目標(biāo)的早期預(yù)警和威脅評判。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)為小型偵查無人機(jī)或無人機(jī)群，因此需對該類無人機(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。

常見的一、二類無人機(jī)有大疆精靈系列無人機(jī)、美國的“美洲獅”RQ-20 無人機(jī)。

分析不同探測概率下兩型無人機(jī)可見光相機(jī)，對長3 m、高2 m 的車輛最大分辨距離，在50%概率下“美洲獅”無人機(jī)可見光相機(jī)對目標(biāo)識別距離為 2.7 km，辨別距離為 1.4 km；大疆精靈 4 Pro 可見光相機(jī)對目標(biāo)識別距離為 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)對長3 m、高2 m 的車輛最大成像識別距離為1.1 km，辨別距離不大于0.56 km。

由于有效載荷能力有限，小型無人偵察機(jī)的探測距離一般不超過3 公里。因此，選擇具有3 公里以上探測、識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”無人機(jī)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，滿足國防作戰(zhàn)要求。

三、高效費(fèi)比打擊手段分析

應(yīng)對“低慢小”無人機(jī)目標(biāo)，打擊手段需滿足：高射速、大殺傷半徑、高響應(yīng)速度這三個特點(diǎn)，才能提高對“低慢小”無人機(jī)的攔截概率。目前針對該類無人機(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、無人機(jī)反無人機(jī)等技術(shù)[4-7]。

本文將著重對機(jī)槍、空爆榴彈、無人機(jī)反無人機(jī)技術(shù)的國內(nèi)外研制情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，對比分析各項技術(shù)的無人機(jī)毀傷能力。

（一）機(jī)槍

利用機(jī)槍打擊無人機(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：面對低速小型無人機(jī)，機(jī)槍射擊時需要進(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，面對靈活機(jī)動且體型微小的無人機(jī)，現(xiàn)有的機(jī)槍彈道和射表無法進(jìn)行有效應(yīng)對。因此目前機(jī)槍反制無人機(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，效費(fèi)比無疑是可觀的，但當(dāng)面對多目標(biāo)來襲的低慢小無人機(jī)時，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)拒止無人機(jī)的目的，如針對大容量彈箱及連續(xù)供彈技術(shù)的研發(fā)。

（二）空爆榴彈

空爆榴彈主要是通過在目標(biāo)附近引爆，形成“彈片云”對無人機(jī)進(jìn)行殺傷。其優(yōu)勢和不足之處如表2 所示。

表2 ：空爆榴彈優(yōu)缺點(diǎn)分析

通過發(fā)射較少彈數(shù)的空爆榴彈來毀傷近距離的“低小慢”無人機(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)，為提高對無人機(jī)的攔截概率，應(yīng)盡量選用可在較短的攔截時間內(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)，來增加對無人機(jī)的毀傷概率。

（三）無人機(jī)反制無人機(jī)

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

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

1.集成設(shè)計：將武器系統(tǒng)與無人機(jī)平臺進(jìn)行集成設(shè)計，確保武器與平臺之間的兼容性和協(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)動目標(biāo)、指引武器進(jìn)行精確打擊等。

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

4.電子干擾抗性：無人機(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。

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

四、反無人機(jī)的毀傷和探測指標(biāo)體系的建立

在考慮效能和成本的前提下，以上三種反制無人機(jī)的技術(shù)確實(shí)具有較高的性價比。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)毀傷和探測指標(biāo)體系至關(guān)重要。即對反無人機(jī)的毀傷和探測形成初步的指標(biāo)體系，基于雷達(dá)信號和光電觀瞄、偵測儀的多信息融合毀傷效果綜合評估能實(shí)現(xiàn)信息上的互補(bǔ)，提高毀傷評估結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。

（一）目標(biāo)無人機(jī)毀傷效果等級劃分

將無人機(jī)遭受火力打擊后的毀傷效果評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角度命中無人機(jī)，使其發(fā)生明顯的轟燃、轟爆，運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了劇烈且明顯的改變；

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

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

（二）目標(biāo)無人機(jī)毀傷效果評估流程

基于雷達(dá)信號和光電觀瞄、偵測儀的目標(biāo)無人機(jī)毀傷評估判定流程如下圖1 所示。

圖1：目標(biāo)無人機(jī)毀傷評估判定流程圖

五、總結(jié)

機(jī)槍作為一種傳統(tǒng)的反制無人機(jī)方法，憑借高射速和高精度能有效摧毀空中目標(biāo)。然而，針對體型較小、數(shù)量眾多且易避開探測的低慢小無人機(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)射器擊中小型無人機(jī)的概率較低，也可能對周圍無辜受害者造成誤傷。無人機(jī)反無人機(jī)的方法精確度較高，誤傷風(fēng)險較低，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人機(jī)技術(shù)都具備一定的性價比，但仍需注意各自存在的問題。為確保無人機(jī)反制技術(shù)成功應(yīng)用，建立全面的評估體系是關(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)測以及目標(biāo)毀傷反應(yīng)的復(fù)雜性。