译文 |《对抗无人机蜂群：能力现状》

作者：Tamir Eshel，专知防务编译

1 无人机蜂群的优势

2 对抗无人机蜂群

3 攻击蜂群网络

4 理解态势图

5 态势感知：生存的关键

6 击败无人机

7 蜂群信息

8 LEONIDAS

9 无人机与无人机蜂群

10 高功率激光器

11 总结

前言

集群无人驾驶系统代表了无人作战的颠覆性演化阶段。在本文中，将蜂群视为一组以协调方式自主运行以执行任务的无人驾驶系统（UXS）。UXS组件可以是空中、陆基、水面或水下机器人平台，执行的任务包括：

情报、监视和侦察（ISR）；
目标获取与攻击；
压制和摧毁敌人防空系统（SEAD/DEAD）；
拦截高优先级目标，如指挥所、通信设备和雷达。

在海上，成群的无人船或游荡的武器和无人潜航器可以用来摧毁敌方舰队的脆弱资产，如雷达和通信或声纳。蜂群也可用于先发制人地压制敌人在特定区域的活动，如机场、降落区或弹道导弹发射场。

单个无人机或巡航武器的攻击需要有人类控制者参与，而无人机蜂群攻击与此不同，蜂群收到简报并自主执行任务，根据任务阶段不断协调其行为以最有效地实现目标。例如，它们可以计划和机动从不同方向攻击目标，或同时攻击多个目标，或者牺牲蜂群中的一些元素以触发目标在被击中之前做出反应暴露自己。人类控制员主要发挥监督作用，只有在需要或蜂群要求时才会干预和指导无人机。

1 无人机蜂群的优势

群体行动的无人机可以由人类单独控制，也可以作为一个群体完全自主运行。其他操作方法遵循羊群行为，其中一些成员充当领导者，而其他成员充当追随者。UXS蜂群通常由一个多发射器和地面控制站控制，从而简化和加速部署。一旦启动，单无人机的运行主要是自主的，使一个操作员能够管理整个蜂群，而不是指导每架无人机飞行。

蜂群可能包括同一平台的许多同类元素（被称为同质蜂群）或不同的参与者形成的异质蜂群。每架无人机可能发挥类似的作用，或者专有功能，如信息收集、武器部署或通信中继。其行为的关键是连接所有成员的网络。通常情况下，这样的网络能够通过不断地转发信息、位置和导航，使蜂群连接所有成员。特定的成员可以在不同的时间对整个编队进行控制，以协调和确定行动的优先次序，分配任务，对障碍或威胁发出警报，或将权力移交给其他成员。如果一个控制节点被消灭，其他成员将根据网络的自我形成、自我修复算法来重新控制。

大多数商用遥控无人机是通过跳频扩频（FHSS）控制的，使用先进的频率敏捷波形，或通过无线局域网（WLAN）。从无人机发射的信号也使用FHSS、宽频或WLAN信号。其他无人机可能依靠射频（RF）、蜂窝或卫星通信（SATCOM）。蜂群经常利用临时网络技术（MESH网络）在蜂群成员之间进行通信。这种方法在视线之外和在现有连接没有保障的广泛地区运行时特别有利。单个无人机可以随时连接和断开网络，使得分散的自组织网络结构非常适合它们的运行。

2 对抗无人机蜂群

尽管无人机和机器人是自主运行的，但在被派往执行任务之前需要进行全面的准备。路线规划、飞行前网络设置、GNSS链接建立、与控制器和其他小组成员的协调都要在起飞前完成，以启动一个自主任务。这种活动大多有明显的电子特征，可以被信号情报（SIGINT）活动探测到。但有些准备工作比其他工作更不明显。例如，在其载体上打包准备发射的游荡无人机经常在无线电静默中进行这种准备，没有任何信号发送，测试和设置都在载体上进行。

一旦蜂群被发射并分组，其成员可以机动成编队，使单个目标的探测更加困难。对目标的导航可以采用全球导航卫星（GNSS、GPS）、惯性导航、基于图像的场景匹配，或几种方法的组合，使其更难被击败。编队成员可以相互依靠来确定他们的位置，从而保持传感器的冗余度，以克服特定的对抗措施，如GPS干扰。

与可以完全孤立执行任务的单一自主无人机不同，蜂群有一个重要的弱点——它所依赖的网络。蜂群成员必须不断通信，以分享信息、状态和任务。由于这些网络使用特定的波形，它们的活动可以被SIGINT检测到，以提供该地区蜂群活动的第一个警报。因此，SIGINT被认为是对抗蜂群（或反蜂群）的第一道防线，作为整个分层防御系统的核心。

3 攻击蜂群网络

随着网络信号的采集和跟踪，以及信号情报（SIGINT）对网络脆弱性的评估，防御者可能对威胁采取电子或网络攻击。考虑到这种探测的延伸范围，依靠战略性机载或天基SIGINT资产，防御者可以通过准备和执行应对威胁的通盘计划来避免意外。对单个蜂群成员的探测和跟踪构成了另一个重大挑战，因为雷达和电子光学传感器探测小型、低速和低空飞行目标的能力有限，特别是远距离目标。对水下移动的目标探测几乎是不可能的。此外，由于传感器遇到的噪音和杂波，对移动中的目标探测也很有限。

C-UAS探测和对抗系统，如罗德与施瓦茨公司（R&S）开发的ARDRONIS，针对无人机的射频信号活动，使用敏感的监测接收器收集和破坏无人机控制。据R&S称，该监测器可以从5公里外探测到大疆Phantom 4迷你无人机。当使用FHSS与无人机接触时，ARDRONIS将检测到的信号与广泛的无人机配置文件库进行比较。这种“监测和匹配”过程为覆盖区域内的任何威胁提供了可靠的早期警告。该系统还提供无人机遥测、视频下行链路和控制单元的测向（DF），显示操作员的位置。该系统还有一个集成的干扰器，可破坏目标无人机或无人机与控制器之间的通信，而对同一频段的其他信号干扰最小。

罗德与施瓦茨公司和OpenWorks公司合作，在反无人驾驶航空系统（C-UAS）任务中建立了一个自主的三维探测和跟踪系统。该系统已经通过北约新的“即插即用”协议集成，称为“集成电子网络技术的资产保护传感”（SAPIENT），并在荷兰德皮尔空军基地的北约技术互操作性演习（TIE）活动中进行了测试。

ARDRONIS无人机探测解决方案与OpenWorks公司的SkyAI自主光学技术相结合，并与指挥和控制系统以及决策引擎相结合，以应对不断升级的无人机威胁。ARDRONIS提供了一个主要的检测能力，使用频谱分析方法定位无人机和远程控制器。SkyAI采用二维数据，并将其与通过SAPIENT网络从远程传感器收到的信息相结合。然后，它控制与系统相关的EO/IR相机，自主地搜索无人机系统。利用实时先进的人工智能目标分类，EO/IR传感器锁定目标，并将高质量的视频流传给系统操作员，以进一步分析威胁。然后，对SkyAI ARDRONIS传感器的数据进行融合，以提供被追踪无人机系统的完整3D位置。

4 理解态势图

IAI的无人机卫士代表了另一种探测和拦截无人机和无人机蜂群的多层次解决方案。它由几种被动和主动传感器组成，通过一个统一的C2系统与软、硬杀伤效应器集成。探测和分类层依赖于一个多任务三维X波段AESA雷达和SIGINT系统，该系统探测并对UAS数据链通信进行威胁探测和分类。一个日/夜EO/IR传感器支持目标分类和获取。无人机卫士使用各种拦截手段，包括干扰或接管作为软杀伤措施和硬杀伤措施，如精确步枪瞄准器、火箭弹或无人机-杀伤-无人机（DKD）解决方案。

该系统的核心是指挥和控制元件，它从传感器收集数据，自动关联信息，定义优先级，并创建一个统一的态势感知图，以便及时部署针对威胁的对抗措施。该系统通过机器学习（ML）不断学习和适应新的威胁类型，并配备了内置的先进决策和人工智能（AI）算法，用于威胁分析和手动、半自动或完全自主响应。

拉斐尔公司的Drone Dome是另一个“端到端”C-UAS解决方案，具有反蜂群能力，在一个多层架构中整合了各种传感器。该系统采用了RADA的RPS-82雷达，采用静态或车载配置，使用四个AESA雷达面板，覆盖360度。除了目标探测和跟踪外，RPS-82还采用了微多普勒算法进行目标分类。SIGINT元素覆盖70兆赫到6千兆赫的频谱，以定位无人机的位置及其操作者，并处理探测到的信号到达时间差（DTOA），以提高态势感知。另一个自动化层是系统的EO/IR传感器，支持视频运动检测（VMD），能够根据无人机模式库自动检测、识别和跟踪多个目标。

该系统生成了一个基于地图的全面态势图，允许单个操作员进行可扩展的威胁缓解，采用响应性干扰（RJ）和GNSS反制措施，甚至使用高功率激光，这可对蜂群编队进行有效打击，快速连续击败多架无人机。

5 态势感知：生存的关键

因此，态势理解是尽可能早地击败蜂群的关键，通过目标定位网络，将蜂群无人机解析转化为先进的、几乎坚不可摧的机器。将许多传感器和信息源融合到态势感知（SA）图中，使防御者能够针对蜂群的弱点，采取最有效的行动。根据行动策略，这些弱点可能是数据链、网络或领导蜂群的“牧民”。行动可以采用软杀伤，如进攻性网络、电子战斗（干扰、GPS拒止）。动能措施的范围包括部署尼龙流和碎片堵塞无人机的螺旋桨和转子，以及由C-UAS系统自主指挥和控制的高功率微波或高能激光器、空爆弹药和火器的定向能量效应。

为C-UAS开发的最复杂的指挥和控制系统之一是Anduril的LATTICE。该系统通过自主解析来自数以千计的传感器和数据源的数据，并将其转化为一个智能的共同作战图，实时创建对战斗空间的共享理解。使用传感器融合、计算机视觉、边缘计算、机器学习和人工智能，LATTICE可以检测、跟踪和分类操作员附近任何一个感兴趣的目标。这个系统将SA从战术层面扩展到战略视角。Anduril的目标是将LATTICE作为一个全领域的任务引擎部署在陆地、海洋、空中和太空。它采用其网状网络来确保信息流，即使在偏远和有争议的地区，即使在带宽有限的情况下，也能实现弹性的信息流和协作编队。

6 击败无人机

其他C-UAS系统，如D-Fend的EnforceAir、DroneShield的DroneSentry-X支持战术单位保护：

重要人员；
特种部队；
下马队；
单个车辆；
车队；

EnforceAir自动识别附近的无人机，然后利用网络攻击自动控制它们，并将其降落在一个安全的指定区域。据D-Fend公司称，这种缓解方法采用了针对目标的协议，不会对友军通信或授权无人机的运行造成干扰。该系统可以作为一个便携式战术套件使用，或安装在车辆上，以支持静态或移动操作，形成一个移动的保护“气泡”。

在探测和识别阶段，该系统保持被动，使秘密部队能够保持无线电静默。由于无人机被迫降落在被保卫单位附近，军事情报部门可以利用捕获的无人机数据来了解使用的是哪种类型的无人机，它们从哪里发出，以及它们的摄像机记录了什么。无人机接管只需要几秒钟，使该系统能够有效地控制无人机小型蜂群。

DroneSentry-X是一个不同的移动C-UAS系统，因为它的击败能力依赖于干扰，不涉及协议操纵或“网络”战术。该系统可以在独立模式下运行，并集成了传感器和一个缓解器，以破坏其附近的无人机系统操作，并在360度范围内保护平台。

7 蜂群信息

DroneShield和D-Fend都采用“外科手术”行动来对付单个或小群无人机，在它们到达目标之前将其击落。其他使用电磁脉冲（EMP）和高功率微波（HPM）发射器——更强大的手段，来根除该地区的所有电子系统和活动。这种行动可以一次击落许多无人机，但也会损坏其他没有受到这种“电子冲击治疗”保护的系统。这种类型的系统已经在市场上出现，表明该技术已经成熟，可以集成到无人机和C-UAV系统中。

这种武器被设计为“牺牲型”，这意味着它们在激活期间被摧毁或“可重复使用”。美海军水面作战中心的工程师们构思了一种爆炸形成的电磁脉冲，可以作为弹头装在导弹或无人机内，成为一种能够拦截和击败无人机的武器。这种EMP装置被称为“通量压缩发生器”，由一个线圈编织成一个密闭的圆柱体构成。圆筒中充满了电离的锂气，在启动时建立了一个强磁场。圆筒被炸药压缩，通过增加的磁场加速电离气体分子，产生太瓦级的强大电磁波。球形EMP摧毁拦截的无人机，并使其附近的任何电子系统失效。

可重复使用的高功率电磁效应器采用不同设计的微波发射器来提供能量爆发，可以从远处使电子电路失效。最初，这些都是大型（卡车大小）系统，需要强大的发电机和冷却装置来产生预期的效果。大多数陆基系统是定向的，而更紧凑的系统则根据爆炸产生的能量爆发覆盖一个球形模式。最近，大功率固态HPM的进步使新的HPM效应器更加成熟，更适合于战术使用。

8 LEONIDAS

其中之一是LEONIDAS，基于Epirus公司开发的SmartPower技术。它使用固态放大器，以极高的功率传输定向能量，造成反电子效应。Epirus公司利用人工智能支持的氮化镓（GaN）半导体阵列来产生HPM传输所需的极端功率密度，而无需特殊冷却。频率敏捷系统可迅速发射一连串独特的波形，以利用无人机系统目标最容易受到的特定频率。这使得战术上相关的反蜂群范围超过了小武器打击，即使是针对各种蜂群。

一个全尺寸的地面LEONIDAS效应器使用非常高的能量从远处作业，而装在吊舱中的较小版本则可由无人机携带，更接近目标。由于该系统使用电力，LEONIDAS有很深的弹仓，可以连续快速发射，以达到精确或区域火力的效果，而不会过热或需重新装弹。

这项技术已经与美国陆军的一些防空能力相结合。2020年，诺斯罗普-格鲁曼公司宣布与Epirus公司达成战略供应商协议，提供LEONIDAS作为其反无人机系统（C-UAS）系统解决方案的一个组成部分。诺斯罗普-格鲁曼公司的C-UAS解决方案已经提供了一个分层结构，具有完整的动能和非动能效应、空中和地面传感器的前线防空指挥和控制（FAAD-C2）系统，该系统被美国陆军选定为反小型无人机系统能力的临时C2系统。该协议增强了系统的非动能能力，以击败无人机系统蜂群。在另一项协议中，Epirus公司在2021年底宣布，该公司已与通用动力公司合作，在美陆军的IM-SHORAD系统上集成LEONIDAS，该系统已经在移动中为战斗人员提供C-UAS保护，使陆军能够与无人机蜂群作战。

9 无人机与无人机蜂群

目前LEONIDAS尺寸也被缩小，以适应无人机携带的小吊舱。该吊舱与现有的机载系统集成，去到最终用户希望它去的地方，直接飞向威胁区。当与地面的LEONIDAS装置一起部署时，两个系统协同工作，以实现更大的功率和范围，并创建一个分层防御力场。

其他运行HPM的C-UAS系统包括洛克希德-马丁公司的MORFIUS C-UAS无人机。该公司使用Dynetics Area-I公司的Altius 600无人机，装上洛克希德-马丁公司的HPM效应器MORFIUS，在距离和速度上对付无人机蜂群。这种管状发射的无人机携带一个HPM效应器有效载荷和一个寻的器，使其能够从远距离对目标进行定位。两者都是可回收和可重复使用的。管状发射无人机平台可以从空中、地面或移动的车辆上部署，支持分层防御方法。

雷神公司最近用其COYOTE Block 3涡轮动力C-UAS导弹展示了一个类似的概念。在这次演示中，COYOTE使用一种未指定的非动能效应器击落了一组10架无人机。目标组包括在尺寸、复杂性、机动性和范围方面不同的无人机。该测试还证明了COYOTE可以在交战后被回收和重新部署，可以在车辆、飞机、直升飞机和无人机上部署。

10 高功率激光器

高功率激光器也提供了有效的反蜂群能力，它能够通过摧毁无人机的机身、能源、光学器件或电子电路来迅速击败小型和机动目标。以低成本快速“发射”多发子弹的能力使激光器适用于极短距离防空（VSHORAD）任务和对抗无人机小型蜂群。这种激光器已经被集成到一些C-UAS平台上，如 Stryker的DE M-SHORAD、雷神公司的HELWS2和拉斐尔公司的激光无人机穹顶激光效应器，它们已经展示了击败小型无人机蜂群的能力。激光和HPM效应器都为操作者提供了一种低成本的单次射击选择，只需要电能就能操作。然而，激光器受到天气的限制，因为它们不能穿透厚厚的云层，而HPM可能在其区域内造成附带损害。