全域作战下无人机集群体系分析及典型任务构想.docx

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1、全域作战下无人机集群体系分析及典型任务构想目录摘要21 .弓I言22 ,了解无人机集群技术22.1. 无人机集群技术典型研究项目32.1.1.小精灵项目32.1.2.“蝗虫”(1OCUST)项目52.1.3.山鹑(PerdiX)项目62.1.4.119架固定翼无人机集群飞行72.2.无人机集群作战优势分析72.3.无人机集群对抗研究的关键问题82.3.1.无人机集群协同对抗演化过程机理及其表述82.3.2.无人机自适应自主决策对抗行为82.3.3.无人机集群智能控制方法92.3.4.无人机集群探测与识别92.3.5.无人机集群对抗态势评估92.3.6.无人机集群通信技术102. 4.中国无人机

2、集群作战技术发展方向103.全域作战思想的产生与发展103. 1.全域作战的定义104. 2.全域作战思想的发展115. 全域作战无人机集群体系分析135.1. 全域作战下无人机集群体系架构134.2.全域作战下无人机集群体系特点154.2.1.精干的指挥架构154.2.2.灵活的编组方式154.2.3.更高的生存能力154.3.全域作战下无人机集群体系优势164.3.1.基于信息聚合的分布式优势164.3.2.基于低成本的部署优势164.3.3.基于自组织能力的自适应优势174.4.全域作战下无人机集群体系关键能力需求184. 4.1.基于人工智能的任务规划能力185. 4.2.基于作战云的

3、数据处理能力186. 4.3.基于联合网络协议的通信能力185.全域作战下无人机集群典型任务构想195.1. 无人机集群执行空中截击任务197. 2.无人机集群执行对海反舰任务205.3.无人机集群执行对地攻击任务216.结束语22摘要全域作战作为一种新的作战思想，是诸兵种协同作战的高级层次。为了研究全域作战下无人机集群的作战样式，梳理了全域作战思想产生与发展的过程，并结合这一过程进行了全域作战下无人机集群体系架构的分析。从体系特点、体系优势、关键能力三个方面研究了全域作战思想下的无人机集群。在此基础上，进行了全域作战下无人机集群遂行典型任务的构想。结合全域作战的新特点、构想了无人机集群执行空

4、中拦截、对海反舰、对地攻击三种任务的典型作战场景，为未来无人机集群的技术发展和作战样式提供了一定的参考。关键词：联合全域作战；作战思想；无人机集群；体系架构；典型任务；关键能力1 .引言军事思想的变迁引导着武器平台使用方式的变化，无人机集群作战就是这一现象的反映。当前全域作战思想的兴起，为无人机集群的作战应用提出了新的要求。因此，应该在理清全域作战思想发展的基础上，研究新思想下无人机集群的作战样式。本文旨在通过对无人机集群体系进行理论分析，以及对典型任务场景进行构想，为后续无人机集群的作战运用、设计研发提供一定的参考。2 .了解无人机集群技术随着无人机自主化和网络化通信技术的发展，无人机的作战

5、运用模式也在不断发展，使得无人机已在战争中起着越来越重要的作用，单架无人机由于受到探测能力、武器载荷等因素限制，难于完成复杂的作战任务。采用多架无人机协同方式，无人机之间通过通讯，进行信息共享，扩大对环境态势的感知，实现协同任务分配、协同搜索、侦察与攻击，能有效提高无人机的生存能力和整体作战效能。此外，由于微小无人机雷达截面小，成本低，速度快，可利用数量众多的具有自主控制能力的微小无人机组成无人机集群，用于突破敌方防御系统，对敌方目标实施饱和攻击。集群智能(SWarmInte11igenCe)作为一种“Game-Changing的颠覆性技术，一直被中美等军事强国作为军用人工智能的核心。2002

6、年，美国空军研究实验室通过研究表明：采用多无人机集群作战适合一些简单反应性作战任务，包括区域搜索和攻击、侦察和压制、心理战和战术牵制等。可以说是集群智能是未来无人化作战的突破口。美国国防部发布的无人机系统路线图20052030将无人机自主控制等级分为11O级，确立“全自主集群”是无人机自主控制的最高等级，预计2025年后无人机将具备全自主集群能力。2.1. 无人机集群技术典型研究项目2.11.小精灵项目2015年9月，DARPA发布了小精灵项目公告，提出通过载机在防区外发射携带侦察或电子战载荷、具备组网与协同功能的无人机蜂群，用于离岸侦察与电子攻击任务，并在任务完成后对幸存无人机进行回收的技术

7、。2016年3月，DARPA小精灵项目第一阶段合同授予四家公司：复合材料工程公司、美国DynetiCS公司、通用原子航空系统公司和洛马公司，发展能以集群作战方式饱和攻击敌防空系统的廉价小型无人机技术解决方案。这些无人机将配备多种不同载荷，采用齐射方式，具有数量大、尺寸小、廉价、可重复使用等特点，其关键技术包括：空中发射与回收技术、设备载荷与机体一体化概念设计、低成本结构设计、有限寿命设计、自动复飞策略、精确数字飞控与导航、小型高效涡轮发动机、发动机自动关机技术、小型分布式载荷集成技术、精确位置保持技术等。该型无人机将通过0130进行空中回收，具体技术方案尚未公布。该项目旨在促成空中作战概念的转

8、变。DARPA希望以传统飞机为载机，采用在防区外发射大量具有协同和分布式作战能力的小型平台，取代如F-35等在内的功能集成型装备来突破敌防御系统，以代替目前在拒止环境中使用的传统综合式系统。这不但有能力提高在对抗环境中执行任务的有效性，还是探索显著降低作战成本的途径之一。图2小精灵空中部署及回收示意图该项目分三个阶段：2016年3月进入第一阶段系统设计阶段，该阶段经费为1580万美元;第二阶段为期约1年的技术成熟阶段，而只有第一阶段的承包商才有资格进入后两个阶段;第三阶段为期约1年半的演示验证机飞行试验阶段，最终，DARPA希望在2023年左右实施飞行演示验证，验证这种空中发射和回收无人机群的

9、可行性及作战潜力。目前，DARPA设定的装备规模是生产1000架小精灵无人机和25套载机设备。IDARPA小精灵公告中的设计技术指标I作战半径/km926续航时间/h3有效载荷/%54最大飞行速度（Ma）0.8+最大发射高度/km12（根据不同运载平台确定）载荷功率/W12载荷类型射频、光电由外载荷设计使用寿命/次20发射载机B-52、B-KC-130（包括攻击机等其它运载平台）大型载机发射量裸20回收载机C-130回收数量和时间30min内回收，磔，总回收数量三磔成功回收馥率/%时间窗口内二95载机扳失IK率/%羯飞行小R寸生加视海V1Xm7回收、检修、再次完成装载时间/h202.12.蝗虫

10、（1oeUST）项目2015年4月16日，美国海军研究办公室公布了低成本无人机集群技术（1ow-costUAVSwarmingTechno1ogy,1OCUST）项目进行的一系列无人机集群技术验证工作。1OCUST项目聚焦于发展通过发射管将大量可进行数据共享、自主协同的无人机快速连续发射至空中的技术。这类发射装置及无人机体积较小，可方便整合到舰船、装甲车辆、飞机等平台之上。这种“蜂群”有目的性地集群飞行、协同配合，对敌方目标执行侦察、打击任务，从作战使用角度看，具有明显优势。美国海军研究办公室于2015年3月在多个地点完成演示验证工作，其中包括发射可携带不同任务载荷的郊狼（COyote）无人机

11、，并完成了9架无人机完全自主同步和编队飞行的技术验证。郊狼无人机在海军研究办公室STTR资助下由先进陶瓷研究公司（后被BAE收购）研制。该型无人机采用发射管发射，可在不依赖GPS的环境下，基于光电/红外传感器及惯导装置进行导航。去中心化，降低系统破坏敏感性“蜂群”中的个体均未处于中心控制地位，在单一平台性能受损后仍可有序协同执行任务。自主化，人员可随时干预飞行个体间具备位置共享及路径规划、感知规避能力，蜂群”根据设定自主飞行，将指挥员从繁重的作战任务中解放出来，必要时人员又可随时干预。自治化，保持集群结构稳定无人机自然形成一个稳定的集群结构，一旦有任何单个平台因丧失功能脱离群体或因任何原因改变

12、群体结构位置，新的集群结构排列会快速自动形成并保持稳定。：浙科友观察2016年4月成功完成30架“郊狼”(COyotedrone)无人机的连续发射及编队飞行试验。2. 1.3.山鹑(PerdiX)项目山鹑无人机由Mrr于2011年研制。2012年，美国防部战略能力办公室成立后，采纳了该型无人机，并为其配套开发了由战机进行空中投放的技术，并于2014年开始进行试验。2015年6月在北方利刃军演中，该无人机进行了150次试验，其中包括72次由F16战机通过曳光弹投放器投放试验。2016年10月美军在加州的“中国湖靶场”上空进行了无人机抛洒实验，三架海军FA18F“超级大黄蜂”战斗机成功抛洒出103

13、架山鹑微型无人机。无人机在脱离发射箱后的短时间内能相互发现队友并组成集群队形，展示了美军的集群自组网技术达到了实用性阶段。山鹑无人机由凯芙拉合成纤维和碳纤维通过3D打印而成，其中机翼采用碳纤维材料，机身采用低阻力玻璃凯芙拉纤维，由锂离子聚合物电池供电。无人机被投放后同载具分离，降落伞、机翼展开，无人机减速降落，随后降落伞脱离，无人机发动机工作，转自主调整飞行阶段。山鹑可在40ms的速度下正常打开机翼，并在30ms的风速中保持飞行姿态稳定。飞行过程中，具备数据通信能力。该无人机还可由地面发射装置发射或通过地面人员投掷发射，未来将采用大量、不可回收部署方式。美国防部副部长沃克曾表示已经对用30架无

14、人机组网对付敌方综合防空系统的想法进行了试验，并验证了其可行性。F-16搭载诱饵弹MA1D对敌方防空系统进行干扰欺骗的技术十分成熟，无人机蜂群与MA1D的不同之处在于：首先,单架F-16战机仅能搭载数枚MA1D,而由于山鹑无人机质量极轻、体积小（类似iPhone手机），在加装标准A1E-47曳光弹投放器后，可搭载达30架山鹑无人机及其配套载具;其次，3D打印的无人机价格较MA1D低廉，具备明显的经济可承受性，并且由于其数量庞大，可使敌方跟踪量达到饱和并增加敌防空系统识别难度。2.1. 4.119架固定翼无人机集群飞行2017年10日，中国电子科技集团公司完成119架固定翼无人机集群飞行试验，刷

15、新此前2016年珠海航展披露的67架固定翼无人机集群试验纪录，标志着智能无人集群领域的又一突破。试验中，119架小型固定翼无人机成功演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等动作。2.2.无人机集群作战优势分析无人机集群作战是对传统武器系统及作战样式的重大颠覆，方案优势明显。首先，良好的自适应性、强大的自同步性，能够实现作战系统的快速优化组合及高效的自同步作娥，提高了系统的协同作战能力，是体系化作战样式的典型代表其次，集群、分布式的作战体系实现了各作战力量间信息的高度共享及指挥控制链路与通信链路的分离，适应了指挥高效化、通信专业化的要求，其即插即用、随时入网的特点显著降低了系统破坏敏感性再次，无人机集群作战中飞行员将成为作战的真正管理和决策者，在防区外协调、指挥各类小型无人平台进入防区执行任务，显著降低了单一、复杂、昂贵的有人战机执行任务的危险性,新科技观察无人机集群作战凭借灵活性高、体系配合能力强、经济可承受等特点，可采取“蜂群”缠斗方式，以最低代价完成高对抗环境中的作战任务，是面向拒止环境作战的重要手段。无人机集群作战系统技术主要解决无人机集群