智能化反无人机指挥控制方案技术研究

一、介绍

随着全球无人机的井喷式发展，各国都在推进反无人机技术的研究，制定反无人机方案，在反无人机技术方面取得了突破性的研究进展，任何单一类型的无人机都可以通过小生境目标武器实现有针对性的打击。然而，仅仅依靠多种技术远远不足以抵御无人机集群和多类型无人机的同时入侵。应建立反无人机防御系统，同时应对多层次、多类型、多方向的无人机入侵。该系统集成了多种无人机检测模式和无人机打击模式，可根据不同类型无人机的特点制定反无人机方案，称为反无人机指挥控制系统。随着无人机的加速发展趋势，有计划、有针对性的无人机入侵必将成为常态，反无人机指挥控制系统必将成为未来的发展趋势。
二、反无人机指挥控制技术现状

1.反无人机指挥控制技术的特点
从目前的实际情况来看，无人机威胁目标主要表现为以下特点：目标反射截面太小，难以发现。现代无人机具有明显的隐身性，特别是微型无人机在不需要任何专门技术措施的情况下已经具备相当的雷达隐身能力，而且由于其极弱的噪声和红外特性，很难被雷达、声光探测器等发现。其次，无人机执行的任务多样化，难以判断。模块化设计主要应用于现代无人机机载系统，可根据任务需求携带不同的任务设备，执行不同的任务，如情报侦察、战场监视、电子对抗、目标指示、地面打击等。此外，不同的设备可以在相同外观的无人机上重新装载，以便改装成不同用途的无人机。当这些无人机不发射电磁波时，它们的功能很难区分。因此，当无人机威胁目标出现在空中时，目标类型的识别变得更加困难。第三，微型无人机将被视为主要对抗目标。由于其隐蔽性强、成本低，只需稍加改装即可成为攻击系统，而且很难被发现，因此小型无人机对抗将成为各国军队的重点。
2.通过传统防空武器系统对抗无人机
传统的防空武器系统可以打击大型无人机。然而，使用导弹和炮弹的反无人机方法容易受到极端成本不对称的影响。此外，由于体积巨大，这些系统无法抵御小型廉价无人机集群的入侵。除传统的防空武器系统用于执行反无人机任务外，世界各地还通过电子战、网络战等手段大力开展反无人机作战。
3.无人机软杀伤对抗
软杀伤反无人机作战在无人机领域具有天然优势。与高炮、防空导弹、渔网等相比，软杀伤具有成本低、精度高、附带伤害小、技术成熟度高、应对无人机集群效果好等特点。目前大多数无人机依靠电磁频谱进行导航和控制。软杀伤可以剥夺无人机有效利用频谱的能力，从而破坏无人机与操作员之间的控制和通信链路或GPS信号，使无人机无法完成正常飞行操作，丧失作战能力，从而实现软杀伤效果。软杀伤可以剥夺无人机执行任务的能力，甚至反过来控制敌方无人机。国内外相继开发出各种型号的软压井系统，最大有效射程从数百米到数万米，基于软杀伤的反无人机作战系统，由于操作简单，技术成熟，已成为当前反无人机装备的发展主流。
4.国内外现有的反无人机系统
全球现有的反无人机系统因采用的技术路线不同，但主要的技术方案包括声波干扰、电磁信号干扰、黑客技术、激光打击、无人机捕捉器等，都有不同的特点和效果。然而，根据干扰和抑制技术的不同，现有的反无人机系统一般可分为三大类：干扰拦截、损伤捕获和监控。
4.1干扰阻挡式反无人机系统
以美国Battelle公司的无人机防御反无人机炮和欧洲空中客车公司的反无人机电子反无人机系统为代表，干扰阻挡型反无人机系统向目标无人机发射定向高功率干扰射频信号，切断无人机与遥控单元之间的通信链路，强迫它自愿降落，或在受控状态下返回。由于在大多数无人机中，GPS卫星导航系统通常与惯性导航系统集成，无人机通过模拟其GPS信号被欺骗到达预设位置，无人机在保护区飞行时进行信号切换和插入，从而通过欺诈导航信息定位到预设位置，偏离预设的规划路线，脱离管制员的控制，实现诱骗目的。
另一种类型通过UAV和地面站之间的下行链路阻断干扰并达到预设目标。该类型通过向目标无人机定向发射大波束射频干扰信号，实现无人机与地面站之间下行数据链路的异常运行，无人机脱离地面站的控制，根据具体情况进行处理，然后根据预设程序进行返航。
随着电子技术的发展，无人机的抗电子干扰能力也相应提高;普通信号干扰是导致无人机飞行失败的原因，但受干扰的无人机后续运动难以判断，无法满足安全防护的预期。
4.2损伤捕捉式反无人机系统
以美国波音公司高能激光移动显示系统为代表，中国工程物理研究院“低空卫士”反无人机激光防御系统、美国天际100系统、英国OpenWorks公司和荷兰代尔夫特动力公司的无人机捕手，这种类型的无人机直接拦截、摧毁或捕获低空无人机，主要通过激光武器、地空导弹、攻击无人机等实现对非合作无人机目标的预防、控制和压制。
损伤捕捉型防御手段以摧毁目标为重点，根据打击武器的种类，可分为以下几种类型：
传统的常规防空武器。由于现有传统防空武器的作战目标都适用于大型无人机，这种武器只适用于大型无人机，存在打击成本高、对小型无人机伤害过大的缺点。
激光打击武器。与传统的利用动能或化学能摧毁无人机的常规武器不同，激光武器通过光子以光速运动或加入接近光速的粒子，使上述光子或粒子作用于无人机并对其造成伤害。激光武器由于反应时间短、作战准备时间短、损伤小，也适用于小型无人机集群。
微波武器。与激光武器类似，微波武器属于定向能武器。然而，与激光武器相比，它们的透射波速范围更广，透射能量更大，更容易接受远距离空气衰减。而且，它们只需要大致对准目标，而不需要像激光武器一样精确跟踪无人机目标。微波武器通过摧毁武器系统中的电子设备，使无人机失去作战效能，达到火力控制的目的。
4.3监控型反无人机系统
监控型反无人机系统通过光电、雷达等手段实现对有效范围内空域的实时监控，通过截获无人机使用的传输码，控制无人机并引导其返航。以英国Blighter公司的AUDS系统和美国Black Sage Technologies公司的UAVX系统为代表，该类型的反无人机系统是通过结合具有高机动性和集成度的电子监视和光电探测装置而开发的。利用多模式检测信息对无人机目标进行检测、识别和跟踪，实现干扰或摧毁。作为高效、先进的反无人机系统，无论在军事领域还是民用领域都具有巨大的发展潜力。
探测雷达将向无人机发射电磁波以获取目标信息。发射的电磁波随无人机的种类和信号而变化。接收到电磁回波后，通过计算机进行计算分析，实现对无人机目标的识别和检测。光电器件的成像方式主要分为可见光成像和红外成像，可根据需要将两者结合进行检测。光电装置可实现对无人机目标的跟踪检测，并配合激光测距仪通过图像处理提供精确的目标信息，如距离、方位角、俯仰角等。在卫星侦察方面，卫星通过光电遥感技术收集目标信息，并通过无线电接收技术传输信息。这种侦察方法具有侦察范围广、速度快、效果好的特点，可以实现对一个区域的定期连续侦察，但需要轨道协调，使用成本高。
三、协同反无人机指挥控制中心建设1.协同反无人机指挥控制中心建设
防空中心建设“一级组织指挥、区域探测、拦截处置分配控制”的反无人机指挥控制系统。指挥控制系统按功能分为战时主控单元和战时从控单元。建立了覆盖多个区域的多向防空作战体系结构，以应对可能的威胁。在对入侵目标进行全面识别的基础上，形成防控态势，制定防控方案，将防控任务下发。

图1.协同反无人机指挥控制中心示意图1.1低空突防小型无人机防控方案
目前，低空突防微型无人机会在短时间内从不同方向、不同层次攻击同一目标，使敌方防空系统在短时间内处于饱和状态，无法处理。如果在这种情况下使用传统的防空武器系统，将会造成巨大的不对称问题，就像用大炮打蚊子一样。为避免此问题，防空方案应以干扰为中心。更具体地说，低空无人机的静音保护可以基于电子围栏技术实现，具有定向电子干扰，即信号传输受到定向天线的干扰，在指定范围内实现对微型无人机在指定方向的信号干扰，抑制无人机遥控导航信息，保护目标区域。
1.2以中高空侦察为重点的大中型无人机防控方案
大中型无人机的任务主要是获取我方的情报信息。它们携带复杂多样的侦察任务有效载荷，包括航空相机、激光或红外探测器等，并能利用所携带的攻击性武器实现打击。基于上述特点，建立防控方案的前提总是在敌人面前，即进一步完善防控侦察系统。通过在敌方无人机经常出现的航线和方向上建立一个高、中、远、中、近程相结合的空中观察哨，可以及时发现空情，扩大战略防御纵深。微型无人机可布置在雷达探测范围外、空中中继数据链传输距离内，作为哨兵进行侦察。获取相关侦察信息后，可采用直接摧毁技术进行防控。当无人机入侵时，可以在重要区域和附近的重要目标使用伪装欺骗技术(包括光学、热红外、声学和电子伪装欺骗技术)，以避免泄露我方的重要信息。同时，在哨兵无人机、雷达探测与跟踪技术、机载预警技术和卫星侦察技术的联合作用下，可确定该无人机的位置，并对信息进行处理，形成控制命令，传输至火控系统，然后使用常规防空武器或激光武器打击和摧毁目标。
2.防控作战指挥流程的研究与制定
无人机防控的威胁态势主要分为外部入侵和防御区内部入侵。防控作战指挥过程一般包括战前计划、战时处置拦截和战后总结三个阶段。在战前规划中，根据上述相关武器，将哨兵无人机、电子干扰武器、防空导弹和地面部队轻型武器整合成一个协同防御系统，发现的入侵无人机将使用空空导弹、地空导弹进行拦截和打击，按距离先后排列,。低空低速无人机与轻型武器一起被电子干扰摧毁。根据区域防护等级，研究制定了战前授权和战时授权两种防控授权模式。
战前授权用于高防护等级区域，在发现和确认目标后，应立即拦截目标，并将信息报告给指挥系统。对于防护等级较高的区域，指挥中心应提前将权力下放。如果敌方无人机入侵重要目标，首先要保证重要目标的信息安全，防控系统应遵循发现即摧毁的原则，以确保信息不泄露。目标信息通过各种侦察手段直接传输到武器系统，目标进入武器攻击范围后被拦截摧毁。
对防护等级不高的地区采取战时授权方式，发现并确认目标，将目标信息上报所属防控作战单元指挥节点，在主控单元最终确认目标信息后，生成处置和拦截计划，并将任务指令分配给下级。对于防护等级不高的区域，可适当降低入侵无人机指挥控制系统的打击优先级。目标侦察信息上传到主控单元后，指挥员可根据副司令部的具体防御情况确定打击时机，并根据数量、规模、队形、行动企图等制定最优、相对经济的打击方法，以及侵入性无人机的活动。在分析具体情况并确定打击计划后，任务将分配给各武器系统。
3.反无人机作战系统监控中心建设
监控中心作为控制中心，主要由显示键、操作键等关键设施组成，便于操作人员接收和处理实时视频和报警信息，并将命令下传。

图2.监控中心的配置监控中心作为反无人机指挥控制系统的大脑，发挥着不可替代的作用。侦察信息上传到监视中心后，指挥官根据战场情况做出决策，下达控制命令，完成目标打击计划。因此，监视中心将成为敌方的重点打击区域。为了保证系统的正常运行，监控中心的抗破坏能力和维修保障能力将是建设重点。同时，可以建立一个假监视中心来欺骗敌人。
3.1将监视中心定义为高度防护区域，并在其周围部署主要防空部队
监视中心作为敌方的重点打击目标，应是我方的首要保护区。虽然它被定义为具有高度保护的地区，但在其周围部署了额外的防空部队。作为监视中心的额外防空保障,这些防空力量不由监视中心统筹部署。围绕这些空空导弹和地空导弹建立独立的雷达侦察系统，与防空部队形成侦察打击一体化防空系统。雷达发现目标后，将目标信息传输给防空武器，防空武器将迅速进行火力打击。该防空系统用于实现敌方部队在紧急瘫痪情况下对我监视中心实施突然猛烈攻击的火力打击，为恢复监视中心的正常功能赢得宝贵时间。
3.2为监控中心提供备用控制链路，建立其维修保障能力
当监视中心具备反摧毁能力时，值得注意的是，监视中心如果成为敌方空军的主要攻击目标，将不可避免地遭到破坏甚至摧毁。为应对上述可能情况，监控中心必须具备维修保障能力。监控中心建成时，应准备备用控制链路，以保证安全。战时，维修保障小组和车辆应部署在中心周围，以恢复其功能。
3.3建立假监视中心，诱捕敌人进行火力打击
在防空区域可以建立一个假监视中心。该设备由电磁波发射器组成。产生的电磁波模拟监控中心控制链路的频率和波段，从而引发敌对无人机和其他火力打击。如果吸引敌人的无人机，假监视中心可以为真实的监视中心提供更安全的生存环境。
四、结论无论从当前战争形势的发展趋势来看，还是从部队面临的无人机威胁来看，我国反无人机作战已经提升到国防安全防护的水平。单一的反无人机武器仅针对特定目标，无法处理不同类型的无人机。特别是随着无人机应用领域的扩大，多类型无人机同时作战成为必然。因此，集成多种反无人机技术和反无人机防御手段的智能无人机指挥控制系统必将在未来战争中占据主导地位。
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