摘要

加拿大陆军（CA）目前缺乏地基防空（GBAD）能力，使地面部队和重要设施容易受到现代空中威胁。本报告通过概述和分析现代空中威胁、最近使用这些威胁的冲突以及能够对抗这些威胁的战术级GBAD系统，来帮助CA采购决策。分析的重点是研究每个系统能够有效地对付和击败哪些空中威胁类型。这项研究将进一步帮助开发GBAD的兵棋推演和战斗模拟实验。

对国防和安全的意义

加拿大国防政策“强大、安全、参与”（SSE）已经将购买GBAD系统和相关弹药确定为一个高度优先的国防目标（第34号倡议）。新的GBAD能力应该有能力在远征和国内军事行动中提供战术级防空，以应对日益多样化和技术先进的空中威胁。本科学报告（SR）对现代空中威胁和地基防空系统进行了最新的审查和分析，以帮助实现这一关键目标。

1 引言

加拿大陆军（CA）目前缺乏地基防空（GBAD）能力，使地面部队和重要设施容易受到现代空中威胁。加拿大国防政策“强大、安全、参与”（SSE）已经将购买GBAD系统和相关弹药确定为高度优先的国防目标（第34号倡议）[1]。新的GBAD能力应该有能力在远征和国内军事行动中提供战术级防空，以应对日益多样化和技术先进的空中威胁。

战术级防空的高度重要性已经在最近的几次冲突中得到了证明。这包括俄乌战争、2020年的纳戈尔诺-卡拉巴赫战争和2021年的以色列-巴勒斯坦危机。这些冲突的特点是广泛使用现代火箭、火炮和迫击炮（RAM）弹药，以及武器化和监视无人驾驶飞机系统（UAS）。

为了实现这一目标，加拿大陆军的陆地需求主任（DLR）目前正在探索GBAD的采购方案。为此，DLR要求CA作战研究和分析小组（CA ORAT）进行兵棋推演和作战模拟实验，以评估不同的GBAD系统方案在不同的作战情况下的相对有效性。本报告支持这一目标，提供了对现代空中威胁的最新审查和分析，以及描述能够对抗这些威胁的各种GBAD系统方案。

本报告的分析范围集中在战术级的空中威胁和防空系统上，这些威胁历来属于CA的职责和组织结构。因此，这里不考虑作战级别的高空威胁，如弹道导弹。

报告首先分析了每个相关的空中威胁类型。描述了每种威胁的现代（即最先进的）版本，并提供了近期冲突中使用这些威胁的例子。然后探讨了战术层面的地基防空系统选择。分析的重点是研究每种系统能够有效地对付和击败哪些空中威胁类型。研究报告最后提出了发展的步骤。这包括进行桌面兵棋推演和研讨会讨论，以更彻底地研究本报告中提出的威胁和系统选项。

2 高度优先的空中威胁概述

2.1 火箭弹、火炮和迫击炮(RAM)

火箭弹、火炮和迫击炮（RAM）弹药由于被归类为间接火力威胁，所以传统上被归为一类。

火箭弹是短程无制导的发动机推进弹药，带有高爆炸性的弹头，从滑膛管发射[2]。这种廉价和简单的发射机制使火箭的使用对常规和非正规战争（如叛乱）都很有吸引力[3]，因为叛乱部队能够发射大量的火箭弹（尽管往往精度有限），然后在反炮击之前迅速撤退。此外，火箭弹及其相关的发射器具有高度的机动性，国家和非国家行为者都很容易获得，使其高度扩散[4]。火箭弹经常被用来瞄准集结区、防空地点、防御阵地和其他关键空间[4]。

多管火箭系统（MLRS）的发展为解决单个火箭弹精度不足的问题提出了一个解决方案，允许以密集的射速提高单个目标或目标区域的整体命中概率。多管火箭炮系统包括一个移动平台，通常是一辆军用卡车，可容纳多个发射器、一个重新装载平台和不同类型的火箭，以及一个火控系统[5]。最近开发的俄罗斯9A52-4 "龙卷风 "取代了传统的BM-30 "斯默奇"，代表了多管火箭炮技术的最新成果。它包括一个自动数字火控系统，用于自动获取目标和瞄准，可以在乘员舱内进行[5]。这使得 "龙卷风 "可以在10秒内完成一次火箭弹发射。然后，卡车平台可以迅速重新定位，以避免反击，并重新装弹，准备进行另一次攻击[6]。基本的 "龙卷风 "火箭弹的最大预期射程是90公里，它们可以使用高爆反坦克（HEAT）子弹药来击溃装甲车辆[7]。升级后的 "龙卷风-S "火箭弹使用全球导航卫星系统（GLONASS）制导，推测射程为120公里[6]。这些多管火箭炮的升级版目前由俄罗斯军队使用[8]，也可用于出口[9]。第2.3节介绍了多管火箭炮最近是如何与先进的情报、监视和侦察（ISR）能力相结合以达到破坏性效果的。

火箭弹在最近的一些冲突中发挥了关键的作用。卡萨姆火箭弹是在加沙地带生产的短程火箭弹，在正在进行的以色列-巴勒斯坦冲突中被哈马斯武装分子广泛使用[10]。此外，2021年8月，伊斯兰国呼罗珊（ISIS-K）组织对阿富汗的哈米德-卡尔扎伊国际机场发动攻击，发射了大约6枚107毫米的火炮火箭弹[11]。其中一枚火箭弹没有击中机场目标，落入喀布尔的街道，危及平民。

火炮是由榴弹炮发射的弹丸、炸药或引信。它们通常被用于步兵支援，以削弱对方的力量[12]，并经常针对人员以及轻型和装甲车辆。与迫击炮系统相比，榴弹炮通常具有中等角度的弹道和更长的射程。

中国的SH-15是一种最先进的自行式1榴弹炮，射程为50公里。它可以使用各种先进的制导炮弹，射速在4到6发/分钟之间[13]。同样，俄罗斯的2S35 Koalitsiya-SV自行榴弹炮可以在超过70公里的范围内保持高射速[14]。榴弹炮组可以由人员牵引或安装在车辆上，可以快速部署[13]。

迫击炮是典型的便携式炮口武器，从光滑的炮管中以高爆弹道发射射程较短的爆炸性弹丸。迫击炮的射击通常比火箭弹更精确，但其成功操作更复杂，发射器也更昂贵，因此与火箭弹相比，非国家行为者较难获得迫击炮[3]。迫击炮的射程比其他间接火力系统短[15]，通常用于对付区域目标，如暴露的部队或停放的飞机[3]。迫击炮通常比榴弹炮更轻，更便于携带，而且经常被嵌入到步兵部队中。

中国的PLL-05自行火炮-迫击炮系统是一种车载迫击炮发射器，大约从2005年开始使用。迫击炮弹声称最大射程为9.3公里，可以穿透90毫米的常规钢装甲[16]。PLL-05能够发射GP120A制导迫击炮弹，其特点是射程为2到7.5公里，据说对缓慢移动的坦克的命中率为90%[16]。最近开发了一个更新的型号，据说在2021年初的实弹演习中进行了测试。据称，更新后的模型更加精确，射速比前一代更高。它还具有提高速度、机动性和使用简单的特点，其弧形弹道使其适合于在山地的应用[17]。俄罗斯的迫击炮载具2S4 Tyulpan可以容纳240毫米的重型迫击炮，可以用来对不动的坚固防御阵地达到高度破坏性的效果[18]。2B9 Vasilek是一种更便携的82毫米自动快速发射迫击炮，射程超过4公里。它在叙利亚内战期间和俄乌冲突期间被双方广泛使用[19]。中国的W99迫击炮在外观上与Vasilek相似，特点也近乎相同。

RAM是一类高度扩散的空中威胁，使得加拿大陆军可能会越来越多地遇到它们。它们对人员、设施和车辆构成重大威胁，这使它们被归类为极高风险[20]。

2.2 无人驾驶飞机系统（UAS） 1级（小型）

无人机系统是由北大西洋公约组织（NATO）分类系统根据其大小和重量进行分类的无人机[21]。较大的UAS分类由固定翼飞机组成，属于第2和第3类（如全球鹰）[22]。第1类无人机系统是指150公斤及以下的无人机系统，该类别进一步细分为小型（20-150公斤）、迷你（2-20公斤）和微型（小于2公斤）[21]，最近又增加了纳米类别，包括重量只有几克的无人机系统（例如，黑蜂）[23]。2级和3级无人机系统通常是极其昂贵的资产，而较小的无人机系统则相对便宜，并且容易被大量的国家和非国家行为者获得。小型无人机系统对游击队组织特别有吸引力，因为其成本相对较低，便于携带，能够从任何地方发射，而且可探测性低。

无人机系统可用于执行情报、监视和侦察（ISR）行动，可为情报、监视、目标获取和侦察（ISTAR）提供目标和跟踪支持，并可用于探测敌方资产，通过将敌方位置传回总部来提示RAM攻击。2014年7月，由64辆坦克、BMP战车、工程车和卡车组成的三个乌克兰军队旅在乌克兰Zelelonpillya村附近遭到攻击，这证明了使用UAS发挥ISR作用的潜在影响[24]。俄罗斯军队使用Orlan-10无人机进行ISR[24]。乌克兰部队成功击落了其中一架无人机，但是俄罗斯人获得了乌克兰旅的位置坐标，并使用多管火箭炮从俄罗斯境内向乌克兰营地发射了一连串122毫米的格拉德火箭。这次攻击使该旅陷入瘫痪，并导致两个营的车辆和设备被毁[24]。

另外，无人机系统也可以被用作武器平台，要么通过运输要发射或投掷到目标上的弹药有效载荷，要么通过直接与目标相撞的装有爆炸物的无人机系统（即游荡的弹药或 "自杀式无人机"）[3]。武器化的无人机系统可用于攻击广泛的资产，包括设备（降落的飞机、轻型车辆）、油箱、军事和民用设施以及人员。游荡弹药（LM）可以从远处发射，打击各种地面目标，如雷达装置、防空系统和车辆。LM通常包括一个摄像机有效载荷，使LM操作员能够定位并监视潜在目标。然后，LM能够选择一个最佳的目标和时间，在高空盘旋时进行攻击[25]。由于与其他具有类似效果的武器选择（例如，空对地导弹）相比，LM的成本相对低廉，因此其使用量激增[25]。

在2020年阿塞拜疆和亚美尼亚的冲突中，冲突双方都广泛使用了无人机系统进行ISR、空中打击以及LM[26]。亚美尼亚部队使用了本土的HRESH LM，而阿塞拜疆的机队则由以色列开发的各种LM（Harop、Orbiter和SkyStriker），以及一些以色列的监视UAS和土耳其的Bayraktar TB2战斗UAS组成[26]。阿塞拜疆部队使用的优势和更多样化的无人机系统舰队确保了他们在战场上的主导地位，使他们能够摧毁亚美尼亚的防空系统和地面资产[27]。

小型无人机系统可以通过同时引导大量装载一次性弹药的无人机系统对目标进行蜂群攻击[3]。UAS群是最近的一种现象，由于UAS控制系统的自主性不断增强而得以实现，而且随着技术的进步，它们的复杂程度也将不断提高。先进的无人机系统群能够交换实时数据，并作为一个单一的实体运作，自主导航并保持空间以避免碰撞[28]。最近的蜂群事件包括2018年1月自由阿拉维派运动对叙利亚境内俄罗斯军事资产的攻击。10架无人机系统瞄准了俄罗斯的赫梅门空军基地，而3架无人机系统同时袭击了塔尔图斯海军设施[29]。这些无人机系统每个都装有10枚简易空投弹药，并被预先设定为在俄罗斯基地释放其有效载荷。据报道，在2021年，以色列军队使用了一群无人机系统来定位和击败哈马斯的目标[28]。

总的来说，第1类无人机系统由于其相对较低的成本、高可用性、低可探测性、不可预测的飞行轨迹和蜂群能力，对陆地部队构成了重大的现代威胁。

2.3 旋转翼（RW）和固定翼（FW）飞机

旋转翼（RW）飞机是指军用或民用直升机。旋转翼飞机可以悬停，并有能力靠近地面飞行，使其具有探测和攻击的挑战性。它们可用于ISR任务，或作为枪支、火箭和导弹（包括制导和非制导）等武器的平台。RW经常针对暴露的部队、轻型和装甲车辆、车队和指挥中心[4]。大多数国家都拥有一支军用直升机机队，其中最大的三支机队由美国、俄罗斯和中国持有[30]。

另外，固定翼（FW）飞机使用机翼来产生升力，包括轰炸机、战斗机、侦察机和监视机。轰炸机可以在离目标很远的地方保持一个安全的高度，从那里它们能够投掷远距离空射武器，如巡航导弹或空对地炸弹[3]。轰炸机通常以港口、后勤地区、人口中心、轻型和装甲车辆或人员编队为目标[4]。战斗机由于其电磁（EM）特性而更难被发现，因此通常比轰炸机更具生存能力[31]。它们可以深入到被防御区域，投掷短程武器，如制导弹药和无制导炸弹，同时还可以进行ISR[3]。以对地打击能力为特征的军用FW的成本通常对较小的组织来说是难以承受的，但许多国家拥有一支机队。

RW和FW飞机经常在现代军事行动中发挥突出作用。中国的机队包括现代化的成都歼-20隐形战斗机，它具有先进的隐形和精确打击能力[33]。歼-20的双座型将使第二名飞行员能够执行补充任务，如对随行的无人机系统群提供指挥和控制[34]。

在2008年俄格战争期间取得有限的空中成功后，俄罗斯也升级了他们的RW和FW飞机[35]。苏-57是一种多功能战斗机，目前正在进行测试。它代表了俄罗斯空军的第一种隐形作战飞机。据报道，双引擎设计、尺寸和形状使其具有与美国F-22隐形战斗机相媲美的特性。俄罗斯将继续依赖他们的现代非隐身苏-35S战斗机和苏-30SM2攻击机，直到苏-57达到全面生产，预计在20世纪中期[35]。在RW飞机方面，俄罗斯一直在通过升级米-24和米-28攻击直升机以及采购新的卡-52侦察-攻击直升机来实现其机队的现代化。

2.4 空对地导弹和炸弹(ASM&B)

空对地导弹（ASM）是从空中平台发射的精确制导弹药，针对地面目标，如民用基础设施（如桥梁）、装甲车辆、监视和探测站、点状目标或防空系统[4]。反坦克导弹的攻击范围可因其复杂程度而有很大不同。由于生产国的大量出口，许多国家的空军都拥有ASM[4]。

美国的 "地狱火 "导弹是一种被二十多个国家采用的反坦克导弹，它可以从RW或FW发射，可以瞄准固定和移动目标（包括坦克和掩体），最大射程为7至8公里[36]。俄罗斯的Kh-59MK2反舰导弹是由Kh-59MK反舰导弹改编的最先进的对地攻击反舰导弹。它具有雷达和光电（EO）制导功能，据说最大射程为285公里[37]。

空对地炸弹是从飞机上投放的，通常用于攻击人员和物资。通用航空炸弹可以是自由落体的，也可以是精确攻击的制导炸弹。俄罗斯的FAB-500ShN就是一个传统的通用自由落体航空炸弹的例子，它含有218公斤的高爆炸力[38]。

2.5 超视距反坦克制导导弹（BLOS ATGM)

超视距反坦克导弹（BLOS ATGM）是用于精确攻击固定或移动点目标的制导导弹，使其在打击高价值目标如装甲车辆、着陆飞机和结构物时特别有效[3]。与其他机载武器相比，BLOS反坦克导弹通常非常昂贵[3]。

现代BLOS反坦克导弹的特点是技术水平越来越高，使其成为一种重要的空中威胁。欧洲的Moyenne Portée导弹（MMP）是一种最先进的BLOS反坦克导弹，可以作为一种便携式武器使用，也可以安装在车辆上以提高机动性。MMP具有很高的弹头穿透力，使其对装甲车辆（采用顶部攻击飞行模式）和加固结构下的目标（采用直接攻击飞行模式）非常有效[39] 。MMP使用红外寻的器来识别和锁定目标，然而，最近的进展允许补充使用观测无人机，即小型无人机系统，它能够准确地确定目标位置，以便更准确地进行反坦克导弹瞄准[40]。MMP的最大射程为6公里[39]，但类似的BLOS反坦克导弹，如Rafael的Spike非视线（NLOS），可以实现高达30公里的扩展射程[3]。俄罗斯的9K129 Kornet反坦克导弹是一个类似的先进系统，使用激光束骑射的视线制导。Kornet系统是便携式的，有效射程从100米到10公里，并由一些非北约国家和各种非国家行为者操作[41]。在2021年底，俄罗斯国防部发布了视频资料，证明他们的猎户座作战无人机系统能够发射新的空射型Kornet反坦克导弹[42]。

2.6 巡航导弹(CM)

巡航导弹（CM）是依靠空气动力升力维持飞行的制导导弹，直到击中其地面目标。目标通常包括地缘政治中心、人口中心、民用或军用机场和海港、指挥所或暴露的部队[4]。炸弹可以从各种平台发射，包括飞机、舰艇、潜艇和地面发射器[3]。由于CM的电磁横截面小，其近地飞行模式，以及从任何方向攻击的能力，因此检测和拦截CM具有挑战性。此外，如果CM具有超音速，就像许多现代CM的情况一样，潜在的拦截窗口就会大大缩短[3]。集束弹药价格低廉、坚固耐用、能够进行精确攻击，因此在全球范围内被广泛使用[4]。

在2020年美国国会的一系列会议上，人们认识到中国人民解放军目前在陆基巡航导弹射程方面比北约国家有很大优势[43]。中国的CJ-10（地射型）和CJ-20（空射型）是亚音速巡航导弹，据推测射程超过1500公里[44]。CJ-100是一个超音速版本，据说射程为2000至3000公里。预计它将在2023年全面投入使用。其他最先进的巡航导弹包括Hoveyzeh（或Soumar），这是一种伊朗地面发射的CM，带有常规弹头，声称射程为2000至3000公里[45]。3M-22 Zircon（或Tsirkon）高超音速导弹是一种俄罗斯巡航导弹，目前正在开发中。据称 "锆石"的最大速度为8-9马赫，最大射程为1000公里[46]。

3 战术级地基防空系统概述

3.1 短程防空动能系统

短程防空（SHORAD）系统采用动能武器，在相对较短的距离（几公里或更短）内对付空中威胁。这里将描述三种类型的SHORAD，即速射炮系统或自动炮，固定或安装的地对空导弹（SAM），以及可拆装的便携式短程地对空导弹。

3.1.1 速射炮系统

速射炮系统GBAD的概念类似于更成熟的海军炮基近程武器系统（CIWS），但被调整为陆上作战。CIWS使用雷达探测和跟踪威胁，安装的火炮组件自动瞄准并攻击探测到的威胁。陆基法兰克斯武器系统，也被称为 "百夫长"，是由雷神公司在传统的MK 15法兰克斯CIWS基础上开发的。它已被用于各种战区（如伊拉克、阿富汗），以防御基地的RAM威胁[47]。“百夫长”系统是移动式的，安装在有轮子的拖车上，使用一门六管加特林炮，可以以每分钟3000至4500发的速度发射弹药。目前正在开发一种可能的高能激光（HEL）辅助系统，如果百夫长炮的弹药耗尽，它将提供补充支持[47]（关于激光系统的更多信息，见第3.3.1节）。“百夫长”在短距离内对RAM和UAS威胁是有效的。该系统的移动式卡车安装选项也可以实现快速部署[48]。“百夫长”目前被美国和英国军队使用，2018年，其制造商雷神公司赢得了与美国军队的反RAM（C-RAM）合同，以提供“百夫长”系统，以及相关的培训和后勤支持和维持[49]。

3.1.2 基于固定地对空导弹的系统

基于萨姆的固定式GBAD系统一般由传感器、地面发射器、拦截萨姆和发射单元组成。本节所考虑的基于萨姆的系统是战术级的短程GBAD系统，而不是较长距离的地面发射导弹系统，如美国的爱国者、终端高空区域防御（THAAD）系统、以色列的大卫吊索或挪威的NASAMS。

美国陆军最近一直在探索各种GBAD系统选项，以支持他们的间接火力防护能力（IFPC）计划，该计划旨在对抗CM以及UAS和RAM威胁[50]。在IFPC项目中考虑了两个系统。铁穹，由以色列国防公司Rafael开发，与美国公司Raytheon合作，后者将提供导弹拦截器（用美国开发的SkyHunter拦截器取代以色列的Tamir拦截器）。"持久之盾"，由美国国防公司Dynetics提出，也是与雷神公司合作，后者将提供不同的导弹拦截器（空对空AIM-9X "侧卫 "导弹），而拟议的发射器将是先前被美国陆军放弃的多任务发射器（MML）项目的改进版[52]。为了支持美国陆军的决策，2021年在新墨西哥州的白沙导弹发射场举行了一次 "射击 "实弹比赛。在这次演习中考虑的标准包括系统当前和未来击败CM和RAM威胁的能力、系统的技术成熟度、以及货币成本[53]。美国陆军最终表示担心，铁穹系统将难以与现有的美国陆军战斗管理系统整合[53]。据推测，这就是Dynetics-Raytheon团队最终赢得IFPC合同的主要原因[53]。铁穹 "和 "持久之盾 "系统都将在以下章节中介绍。

"铁穹"是一种SHORAD系统，最初由拉斐尔公司于2005年开发。自2011年被以色列国防军部署以来，它已被证明能有效地拦截火箭弹[54]。这在最近2021年巴勒斯坦团体哈马斯和以色列之间的冲突中得到了强调。在不到两周的时间里，哈马斯从加沙地带向以色列领土发射了3150多枚火箭弹。据报道，部署在以色列领土上的 "铁穹 "电池拦截了大约90%的入境火箭弹威胁[55]。铁穹半移动电池由多个部分组成：静态多功能雷达，称为探测和跟踪雷达（DTR）；三个或四个导弹发射单元（MFU），每个单元携带20枚塔米尔导弹拦截器；一个导弹补给车（MSV），携带两批20枚塔米尔导弹；电源单元；通信站；以及战斗管理和控制（BMC），作为指挥所[54]。铁穹电池的安装时间，从定位到准备就绪，估计为45分钟[54]。一旦投入使用，铁穹的功能如下：DTR扫描威胁，一旦发现潜在的目标，DTR就会对其进行跟踪和分类，并将数据发送给BMC，后者提供交战授权，并选择一个MFU进行发射（取决于所选择的模式）[54]。一枚 "塔米尔 "导弹被发射出去，并得到来自DTR的中途制导修正的帮助，直到 "塔米尔 "自身的主动雷达寻的系统获得目标。使用比例导航制导逻辑，"塔米尔 "被引导到计算出的目标未来位置的方向。塔米尔 "11公斤高爆弹头配备了激光接近引信，以确保导弹一旦接近目标就会引爆，以增加拦截的概率[54]。塔米尔导弹的有效射程为1至10公里，最大高度为3000米，最高速度为755米/秒（2.2马赫）[54]。铁穹 "对RAM、CM、UAS、精确制导导弹有效，并具有日/夜和全天候的能力[56]。为了减少拦截导弹的开支，铁穹可以被设置为不攻击那些被计算出弹着点在定义的保护区域之外的潜在威胁[56]。为了应对美国陆军应对CM攻击的紧急能力缺口，最近购买了两座铁穹炮台[57]，其中一座将部署在关岛进行铁岛行动[58]。美国海军陆战队（USMC）正在测试将 "铁穹 "的组件整合到他们自己的空中防御架构中，用于其中程拦截能力（MRIC）项目[52]。美国海军陆战队版本的铁穹被称为SkyHunter系统，可以安装在拖车上（例如，奥什科什公司的中型战术车辆替换拖车），或安装在联合轻型战术车辆上以提高机动性[59]。目前正在进行测试和开发。

“持久之盾”是Dynetics和雷神公司为完成美国陆军IFPC项目而提出的建议。它将被整合到综合防空和导弹防御作战指挥系统（IBCS）中，由现有的美国哨兵雷达系统作为传感器。地面发射器以多任务发射器为基础，这个项目在之前由于关键的设计问题而被放弃后被重新利用[60]。据报道，Dynetics公司已经对设计问题进行了研究，结果是重新设计了堆栈系统并简化了生产[53]。用于 "持久之盾 "的导弹拦截器是AIM-9X "侧卫"，这是一种传统的空中发射导弹，由雷神公司开发和生产，最大射程为10公里[61]。它配备了成像红外（IIR）归位（热成像），用于导弹制导。弹头由194根钛合金破片组成的高爆（HE）破片组成，并配备了名为光学目标探测器（OTD）的激光接近引信[61]。AIM-9X "侧卫 "是作为空对空导弹（AAM）开发的，但在 "持久之盾 "项目中被应用为SAM，导致成像红外寻的器可能出现加热问题[60]。据称，"持久之盾 "对CM和UAS是有效的，而C-RAM能力则计划在以后的阶段开发[62]。

3.1.3 多效应器系统

莱茵金属防务公司开发了一种多效应器防空系统--欧瑞康天盾C-RAM，它将欧瑞康左轮手枪C-RAM系统（见3.1.1节）与其他效应器如萨姆地面发射器（见3.1.2节）相结合。欧瑞康火力中心控制这两个系统，并决定用最合适的效应器来对付特定的空中威胁[63]。据报道，使用这种多效应器的方法，"天盾"可以在高达4公里的范围内攻击RAM、UAS、CM、制导导弹、智能炸弹、RW和FW[63]。Oerlikon Skyranger是该系统的移动式车载版本，它将速射炮与额外的导弹拦截器相结合[64]。

3.1.4 可拆卸的便携式短程拦截器

可拆卸式短程拦截器GBAD的概念是基于便携式防空系统（MANPADS），由便携式短程地对空导弹发射器和导弹组成，这些导弹通常配备有制导能力。美国陆军遗留的便携式防空系统是 "毒刺"发射器和相关导弹，在未来几年内将被淘汰。美国陆军目前正在探索替代系统的方案，该系统将能够对付FW和RW飞机，以及1级和2级的UAS[65]。

欧洲MBDA导弹系统公司的米斯特拉系统是一种轻型（约40公斤）便携式防空系统，其发射器安装在一个三角架上，采用的是 "米斯特拉"导弹[66]。米斯特拉导弹具有热寻的能力，对低红外信号的飞机如无人机系统很敏感。它的导航依赖于带有陀螺稳定功能的红外寻的系统，同时一个可移动的鸭舌帽控制飞行[67]。最新的Mistral-3导弹最大速度可达930米/秒（2.7马赫），对FW和RW飞机以及UAS的有效射程为0.5至7.5公里，可达到5公里的高度，并具有改进的图像处理能力[67]。高爆裂Mistral弹头重3公斤，有一个激光近炸引信和一个接触引信以确保引爆[66]。MBDA公司的文献声称，其Mistral MANPADS使用Mistral-3导弹对付包括UAS、FW作战飞机和RW在内的各种威胁，证明其交战率为97%[66]。Mistral单兵携带防空系统目前已被许多国家使用（或已签署交付合同），包括新西兰、匈牙利、爱沙尼亚和塞尔维亚[67]。

泰利斯集团开发的便携式防空系统被称为下一代轻型多管发射器（LML-NG）。LML-NG由一个三角架和一个头部组件组成，总重量为53公斤[68]。该发射器的负载能力为三枚 "星痕 "导弹，可以快速连续发射[68]。LML-NG使用激光束骑射系统，拥有日夜自动跟踪目标的能力，可选红外摄像机，并具有可选识别敌我的能力（IFF）。光学头包含Starstreak激光制导模块和光学稳定系统，用于获取和跟踪目标，而控制手柄用于导弹发射和控制。LML-NG有自动和手动目标跟踪模式[68]。Starstreak导弹的射程为7公里，最大高度为5公里，最大速度为1029米/秒（3马赫）。它可以对付FW和RW飞机以及UAS。LML-NG目前由英国武装部队使用[69]，它建立在他们以前的Blowpipe和Javelin地对空导弹之上。

瑞典航空航天和国防公司萨博已经开发了自己的便携式防空系统，其中Robotsystem 70 Next Generation（RBS 70 NG）系统是最新版本[70]。RBS 70 NG由支架、瞄准系统和Bolide导弹组成，重87公斤，有一个集成的热成像仪，可在白天和夜间使用，并具有IFF[71]。在目标交战过程中，炮手使用拇指操纵杆将目标对准陀螺仪瞄准器横轴的中间位置，发射博利德导弹并使用拇指操纵杆保持瞄准，由萨博自动跟踪技术辅助以提高命中概率[70]。博利德导弹的弹头包括一个多用途破片形炸药（3000个钨球）和一个激光近程引信。导弹制导系统采用脉冲激光束骑射技术。Bolide的射程为0.25至8公里，最大高度为5000米，最大速度为2马赫，对FW、RW、CM和UAS有效[70]。博利德导弹制导系统对干扰等反制措施具有免疫力[71]。RBS 70 NG被各大洲的十几个国家使用[71]。

3.1.5 基于地对空导弹的挂载系统

在第3.1.4节中提到的大多数便携式防空系统都有能够安装在车辆上的版本，以提高机动性。Mistral有Mistral Atlas RC，它可以安装在轻型装甲车上[72]。LML-NG可以安装在几种车辆上[68]。RBS 70 NG有一个安装版本，即RBS 70车载导弹（VLM），用于轮式和履带式车辆[70]。

美国陆军临时机动短程防空（IM-SHORAD）系统使用通用动力陆地系统公司（GDLS）的 "斯崔克 "A1步兵战车作为移动传感器和武器平台，能够击败FW、RW和2类及1类（小型）无人机系统[73]。IM-SHORAD装备了各种武器，包括雷神公司的 "毒刺 "车载通用发射器（SVUL）的安装版本[73]。美国陆军MANPADS "毒刺 "替换项目包括要求导弹与IM-SHORAD SVUL兼容[65]。

3.2 干扰和欺骗

目前大多数的无人机系统都是通过其与操作者的无线电频率（RF）连接来控制的。另外，它们的飞行路径可以通过全球导航卫星系统（GNSS）信号进行编程来确定方向。此外，一些弹药采用近距离引信，使用小型雷达来计算它们与目标或地面的距离，目的是通过在撞击前引爆来实现最大的破坏[3]。精确制导弹药也可使用GNSS制导进行瞄准[74]。这包括巡航导弹、弹道导弹、高级迫击炮弹和飞机投掷的炸弹[3]。用于拦截无人机系统的一种常见技术，也可能对上述其他威胁有效，就是干扰和欺骗它们赖以导航的信号[3]。

干扰是指射频（包括无线保真[WiFi]）干扰或全球导航卫星系统干扰。射频干扰试图通过在无人机系统使用的通信频谱中产生射频干扰来切断无人机系统和其操作者之间的联系[75]，导致无人机系统安全着陆或返航[76]。全球导航卫星系统干扰通过破坏其卫星链接来阻碍无人机系统的导航[76]。被切断的UAS要么降落，要么悬停，要么返回。依靠GNSS信号，如美国的全球定位系统（GPS）或俄罗斯的全球导航卫星系统（GLONASS）进行导航的自主UAS有可能受到GNSS干扰[75]。GNSS干扰的一个缺点是，其使用可能会对民用信号造成干扰，特别是在城市地区[75]。使用射频或GNSS的弹药也有可能受到干扰，导致其信号中断并降低其精确度。然而，现代的弹药通常提供了对干扰攻击的保护[3]。

欺骗依赖于发射虚假信号，目的是为了控制无人机系统（射频欺骗），或混淆或破坏其导航（GNSS欺骗）[75]。在这两种情况下，其目的都是为了安全降落或送UAS威胁回家。

许多现代系统的特点是混合使用拦截技术，以提高反无人机系统（C-UAS）防御系统的稳健性。最常见的组合是射频干扰和GNSS干扰[76]。这种防御系统的一个注意事项是，无人机系统行业一直在快速发展，以对抗干扰和欺骗攻击[75]。例如，一些无人机系统可能使用跳频，在检测到干扰攻击时进行规避动作，或者不使用射频和GNSS，操作者使用具有长期演进（LTE）网络能力的电话（不受范围限制）来控制无人机系统[76]。应该注意的是，由于对民用信号的干扰，在城市地区使用这些拒绝技术可能会有问题，但互动半径有限的定向系统可以为这个问题提供一个解决方案[75]，尽管它在对付成群的无人机系统时可能仍然会有问题[76]。下段提供了一些现代干扰和欺骗C-UAS系统的例子。

法国CS集团的Boreades是一个固定的地面系统，可以探测（使用雷达、EO/IR和RF探测）和吸引（使用RF和GNSS干扰）宽度为2米及以下的UAS[77]。澳大利亚公司Droneshield发布了一款定向手持式射频干扰器，并可选择GNSS干扰功能，称为DroneGun MKIII。DroneGun的有效射程为500米，但不具备内在的UAS检测器，而是依靠操作者的检测[78]。其预期效果是使UAS降落或将其送回家，和/或中断对操作员的视频传输[79]。美国陆军在2021年对DroneGun MKIII进行了评估，以便将来有可能投入使用[80]。美国国防公司雷神公司开发了一个名为Windshear的C-UAS系统，该系统可以检测（使用射频、雷达、声学和EO/IR）并使用射频干扰、射频欺骗以及其他可能的效应器在一个开放的架构概念下与广泛的UAS交战。人工智能帮助Windshear操作人员确定适用于威胁的最佳效应器[81]。以色列国防公司Elbit提供了一个移动式车载C-UAS系统，即ReDrone Vehicular Tactical System，可以在几公里范围内探测（使用射频、雷达和EO/IR）并与（使用射频和GNSS干扰以及视频干扰）UAS交战[82]。

3.3 定向能系统

定向能（DE）系统的特点是用非动能方法在一定距离上击败空中威胁。在这篇关于GBAD系统的评论中，将描述两种定向能系统：基于激光的系统和高功率微波系统。

3.3.1 基于激光的系统

受激辐射光放大（激光）是一种光学振荡器，在这种振荡器中，活性介质被放置在一个谐振器中，并被泵送输出一束准直的光子，这些光子表现出中心波长（例如光学光谱中的颜色），具有较窄的带宽[83]。激光器可以在连续模式或脉冲模式（短时）下工作。一些常见的激光器类型包括固态、气体和染料激光器。它们是一种有用的工具，几十年来被用于各种应用，包括光谱学、光刻学、通信、光探测和测距（LIDAR）、医学[83]，以及军事应用。

低功率激光器经常被用来警告或使威胁失效[84]。例如，照亮摄像机或人员视线的激光炫目器是一种破坏性但非致命的技术，可以帮助限制武力的升级[85]。激光炫目器很轻，体积小，可以手持。B.E. Meyers公司的Glare Mout Plus[85]可以安装在武器上（如P208步枪安装的炫目器），也可以安装在车上[86]。美国通用遥控武器站（CROWS）的一个变种集成了各种非致命武器，包括激光炫目器[87]。激光炫目器可用于打击日益增长的无人机系统的威胁，使其ISR能力暂时失明。

高功率激光器，也被称为高能激光器（HEL），其工作的功率水平足以对目标造成伤害和摧毁[84]。激光很精确，每次射击的成本很低[3]，如果有足够的功率（30千瓦及以上），可能对UAS和RAM等威胁有效。极高功率的激光器（大于300千瓦）甚至能够击败CM[88]。基于激光的系统的潜在缺点包括有限的有效范围，这取决于大气条件[3]（即雾、低云、降水、灰尘和雾霾可以极大地衰减出射的激光束）。此外，HEL系统是有方向性的，需要瞄准和跟踪在其视线范围内的目标，因此在不规则的地形如城市环境中效果较差[75]。目前，有几个防空HEL原型正在开发中。在美国陆军DE机动短程防空（M-SHORAD）项目中，雷神公司被要求开发一种50千瓦的HEL，安装在8×8的斯崔克装甲车上，由KBR公司的Kord作为主要集成商[89]。一次试射演习表明，DE M-SHORAD有能力对付RAM，以及重量从大约10公斤到540公斤的UAS[89]。美国的IFPC-HEL计划旨在开发能有效对付CM以及RAM和UAS威胁的HEL[87]。Dynetics公司[90]和通用原子公司与波音公司[91]合作，正在开发具有300千瓦理想低阈值功率的HEL系统。这些IFPC-HEL系统将不像DE M-SHORAD那样具有机动性和可操作性，但将有效地对付更广泛的空中威胁类型。美国以外的国防公司目前也在开发和推进HEL技术。例如，莱茵金属公司已经在 "天盾 "炮塔上安装了一个30千瓦的HEL[92]。在最近的一次现场演示中，Skyshield HEL系统成功地摧毁了1公里范围内的迫击炮和UAS。

3.3.2 高功率微波系统

高功率微波（HPM）系统的工作原理是将高强度的聚焦电磁（EM）波脉冲，以锥形光束的形式，指向空中威胁[76]。击中威胁的微波会损害或破坏其电子系统[75]。在无人机系统的情况下，其电子系统被破坏，而这是继续运行所必需的，会导致严重的飞行损害[93][94]。HPM是对付小型UAS群的一个有吸引力的选择[94]，因为与基于激光的系统一样，HPM可以快速连续发射，不受弹药负荷的限制，而是受其动力源容量的限制。然而，与激光器不同的是，激光器一次只能对付一个威胁，而且需要精确瞄准，而HPM以宽阔的锥形光束传播其能量，可以一次对付多个威胁[95]。更大、更强大的HPM也有可能对付其他空中威胁，如配备了射频寻的导弹[95]。调谐到与导弹射频寻的器使用的频率相似的HPM系统可能会损害寻的器，削弱导弹的瞄准能力。HPM对 "哑弹 "或无制导弹药（如迫击炮和炮弹）没有影响，而CM可能太难用HPM来对付[94]。

美国空军（USAF）研究实验室（AFRL）与BAE系统公司合作，一直在开发一种名为 "战术高功率作战响应者（THOR）"的地面高能物理系统，以击败北约的1级无人机系统[96]。THOR装在一个可以装在卡车上的集装箱箱内，有一个容易部署的天线和一个手持遥控器[96]。美国空军正计划在非洲部署THOR，以测试其作为基地防御系统对抗空中威胁的能力，同时还有其他HPM竞争者[97]。美国陆军也在考虑将THOR用于其IFPC-HPM能力[94]。

美国国防公司雷神公司正在开发自己的地面HPM系统，称为PHASER。与THOR系统类似，PHASER装在一个加固的容器中，可以装在不同的移动平台上[98]。PHASER雷达探测和跟踪无人机系统的威胁，而微波发射器则与它们交战[99]。PHASER系统易于操作，美国空军人员只需经过一天的培训就有可能使用它。美国空军目前正在测试PHASER和THOR HPM系统[98]。

一些国防公司也在开发HPM的版本，其紧凑程度足以成为空中平台的有效载荷，包括UAS[95]。例如，洛克希德-马丁公司的MORFIUS由Area-I Altius-600组成，这是一种小型UAS，续航时间为4小时，最大射程为440公里，巡航速度为30米/秒，配备有一个寻的器和一个小型化的HPM[100]。美国陆军研究实验室已与洛克希德-马丁公司签订合同，开发一种可与M-SHORAD能力相结合的MORFIUS版本，以对抗UAS群[101]。

4 地基防空（GBAD）系统有效性与空中威胁类型的对比总结和分析

以下各小节展示了总结各种地基防空（GBAD）系统选项对不同空中威胁类型的打击和击败能力的表格。本分析中使用的资料来源包括公开来源的出版物，如Janes和制造商手册。表1所示的四色方案被用来表示一个系统击败每种威胁类型的能力。绿色表示该系统对特定威胁的大多数迭代有效。黄色表示该系统对某一特定威胁的某些迭代有一定效果。灰色表示该系统对某一特定威胁的大多数迭代无效，或者在产品手册或其他在线来源中没有提到该威胁。最后，蓝色表示该系统目前正在开发中（在某些情况下接近最后的生产阶段），或者现有系统应对特定威胁类型的能力目前正在开发中。

表1：颜色编码评估系统总结。

4.1 速射炮系统

表2总结了速射炮系统对各种空中威胁类型的有效性。传统上，速射炮系统被用来对RAM威胁提供有效的短程区域防御。它们也提供了对付在其有效范围内飞行的无人机系统的能力。

表2：速射炮系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.2 固定地对空导弹系统

表3显示了2个固定式萨姆系统对各种威胁的有效性。事实证明，铁穹等固定防空系统在击败火箭威胁方面非常有效。制造商拉斐尔公司声称，铁穹对所有类型的RAM都有效，但还没有公开展示过铁穹击败火炮或迫击炮弹的情况。拉斐尔公司的文献也表明，该系统在击败CM威胁方面取得了一些成功，但其程度仍不清楚。此外，拉斐尔公司声称，铁穹对精确制导导弹和喷气式威胁也很有效。至于 "持久之盾"，它的最初目标是击败大型无人机系统和CM威胁。在最近的一次实弹射击活动中测试了它对空中目标的有效性，但C-RAM和反CM能力仍在开发中。

表3：固定防空导弹系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.3 多效应器系统

表4显示了欧瑞康 "天盾 "C-RAM多效应器防空系统对各种威胁的有效性。Skyshield结合了速射炮系统（欧瑞康左轮枪）和固定的防空导弹系统。Skyshield的威胁交战清单包括RAM、UAS、CM、制导导弹、智能炸弹、RW和FW。从资料上看，不清楚哪种威胁是由哪种效应器对付的。对于ASM&B，Oerlikon的交战清单中提到了智能炸弹，但没有提到ASM[63]。

表4：多效应器系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.4 可拆卸便携式短程拦截器（MANPADS）

表5显示了便携式防空系统对各种空中威胁类型的有效性。肩扛式防空系统传统上为地面部队提供了一种便携式和可快速使用的解决方案，以击败低空飞行的FW和RW飞机。现代便携式防空系统也可以击败单个低空飞行的无人机系统，但是它们在对付多个无人机系统威胁时作用有限。它们也可能有能力对付巡航导弹，但现代巡航导弹的速度可能会使其不实用。

表5：便携式防空系统对高度优先的空中威胁的有效性总结。

4.5 车载便携式防空系统(MANPADS)

表6总结了第4.3节中描述的各种车载便携式防空系统的有效性。

表6：车载便携式防空系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.6 干扰和欺骗

表7显示了各种干扰和欺骗系统对空中威胁类型的有效性总结。干扰和欺骗提供了一种击败无人机系统威胁的手段。虽然这里列出的各种系统针对的是相同的威胁类型，但每个系统都具有独特的射程、传感和射击顺序能力。有人认为，使用射频或全球导航卫星系统的弹药可能有可能受到干扰，导致其信号中断并降低其精度，但现代弹药很可能受到干扰攻击的保护[3]。无论如何，目前没有一家开发干扰/欺骗C-UAS系统的公司声称对UAS以外的威胁有任何效果。

表7：干扰和欺骗系统对高优先级空中威胁的效果总结。

4.7 基于激光的系统

表8显示了基于激光的系统对各种威胁类型的有效性。正在开发的高功率激光系统为击败RAM和UAS威胁提供了一个令人感兴趣的替代解决方案。功率在100千瓦以下的HEL系统目前正在由军队进行试验，以便可能长期投入使用。如果有足够高的功率，据推测大于300千瓦，这些系统也可能有能力击败CM威胁。预计这些系统将在未来几年内问世。

表8：基于激光的系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.8 高功率微波系统

表9提供了高功率微波系统对不同空中威胁类型的有效性总结。与干扰和欺骗一样，高功率微波系统是一种专门针对无人机系统威胁的解决方案。有人推测，更大、更强大的HPM（如THOR和PHASER）有可能对付其他威胁，如装有射频寻的导弹[95]，但目前制造商的文件中没有提到这一点。

表9：HPM系统对高优先级空中威胁的有效性总结。

4.9 地基防空系统（GBAD）有效性总结

表10提供了本报告所考虑的各种GBAD系统方案对不同空中威胁类型的有效性的总体总结。固定式防空导弹系统（如Iron Dome）将提供最全面的威胁覆盖，但它们的成本相对较高，而且可能难以对抗多无人机系统或多火箭的威胁。具有互补效应器的防空系统（如天盾，具有速射炮系统和防空能力）将提供更多的灵活性。另外，基于高功率激光的系统正在迅速成熟，并可提供一种独特的解决方案来击败各种威胁，包括RAM弹药、UAS和CM。干扰和欺骗技术以及高功率微波系统提供了一种对抗UAS威胁的手段，但对其他类型的威胁可能没有用处。最后，肩扛式防空系统为击败低空的FW和RW飞机提供了一个经过验证的选择，也为对付UAS和CM威胁提供了一些有限的能力。

表10：GBAD系统选项对高度优先的空中威胁的有效性的总体总结。

5 结论和建议

由于缺乏专门的战术级GBAD能力，加拿大容易受到一些潜在的破坏性空中威胁。本报告详细介绍了各种相关的现代空中威胁，以及目前可用的或即将开发完成的GBAD系统选项。还对每种系统方案在应对每种威胁方面的有效性进行了评估。在此分析的基础上，提出了以下建议：

1. CA GBAD项目人员已经确定RAM弹药、1级和2级UAS、ASM&B为主要威胁，FW和RW飞机、CM和BLOS ATGM为次要威胁。目前可用的或正在开发的单一系统都不能可靠地对付所有的威胁类型。一个固定的防空系统（如铁穹）将提供最大的威胁覆盖范围，但无法有效地对付所有相关的威胁（如多个无人机系统的威胁）。基于激光的系统有可能提供一种击败RAM、UAS和CM威胁的手段，而不会产生单个导弹效应器的成本。干扰和欺骗以及基于微波的系统仅限于击败UAS，而便携式防空系统将主要提供对FW和RW威胁的有效性。建议探索一种多系统分层的方法，以实现完整或接近完整的威胁覆盖。
1. 战争游戏和计算机战斗模拟实验在传统上为评估不同防御情景下的各种系统选项提供了宝贵的见解[102]。CA ORAT已经进行了战斗模拟实验，以评估由单个固定防空导弹、单个炮基系统和两者组合组成的GBAD系统对RAM威胁的性能[103]。进一步的实验可以纳入更多的GBAD系统选项，并涵盖更广泛的空中威胁类型。作为下一步，建议进行一次战役演习，其中包括桌面兵棋推演和研讨会讨论。
1. 一旦知道每个系统选项的成本，建议进行优化分析（例如，使用预算的最大覆盖率算法），以确定在项目总预算下提供最佳威胁覆盖的系统组合。这个问题可以通过给每个威胁类型分配一个加权值而得到进一步的限制，根据它是否被认为是主要或次要威胁。加拿大国防研究与发展中心（DRDC）--运营研究与分析中心开发的SPARC 2.0优化工具将允许快速进行这样的分析，并将其可视化，以帮助采购决策。

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