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反无人机技术动向及发展趋势

2023-03-13秦荀

无人机 2023年12期
关键词:蜂群传感器目标

秦荀

无人机的快速发展及其作战效能的显著提升,使世界各国的防空体系都面临极大挑战和威胁,反无人机技术也随之迅猛发展,当前已经表现出集成化、体系化、小型化、智能化和多维化的发展趋势。其中,多传感器数据融合、反无人机蜂群作战和人工智能是重点发展方向。

多传感器数据融合技术

反无人机数据融合将整合多个数据源,这样就能提供比单个数据源更丰富的信息,并且提供的信息更一致、更准确、更有利用价值,它有可能生成比原始输入信息更丰富、更综合的融合数据。对于反无人机而言,多传感器数据融合能提高无人机检测系统的性能,以克服单一传感器在某些特定场景中存在的缺点。深度学习提供了管理复杂和多样数据的能力,将深度学习技术应用于多传感器学习任务中,显示出了很大的优势。

Anduril工业公司的反无人机系统方案已被美国海军陆战队采用,其基于Lattice人工智能软件框架,综合了计算机视觉、机器学习和网状网技术,将数据融合到一个单一的自主操作图中,用于探测、跟踪和击落无人机。

反无人机蜂群技术

传统防空系统无法应对无人机蜂群饱和攻击的短板,已成为各国面临的最大威胁。为应对无人机蜂群带来的颠覆性作战模式,各国都在开展探测和处置技术研究。目前已研发的对抗方式有电子干扰、通信干扰、定向能武器等。

美国

美军的反无人机蜂群系统和设备主要有以下几种。

(1)相位器(Phaser)系统

Phaser系统是雷神公司为美空军研制的产品,系统发射电磁高能脉冲,只需要1毫秒就可以破坏无人机的电子系统。Phaser系统采用陆基发射平台,主要有两种作战模式:中断和破坏。在雷达、电光和红外热像仪瞄准和锁定目标后,通过发射的微波能量破坏无人机的电子组件使其坠毁,或是通过预定编程的紧急程序迫使无人机着陆。Phaser系统于2016年完成了实弹试验,能够同时击毁多架无人机。2020年,美空军又投入1500万美元开展研发和测试,使Phaser系统具备可实际部署的能力。

(2)战术高功率微波作战响应器(THOR)系统

THOR系统由美国空军研究实验室(AFRL)开发,全称是战术大功率作战响应器(THOR)。THOR能以圆锥形波束照射空中,所有覆盖范围内的无人机都会被击落,最多可一次击落50多架无人机。THOR可以储存在集装箱内,由C-130运输机空运;可由2-3人在数小时内完成组装或拆除,发射机构和整个系统都由笔记本电脑操控。THOR于2019年9月完成全能力验证。2021年,美国空军从性能、可靠性和批生产能力等方面对THOR进行改进,命名为“雷神之锤”项目。2023年4月,AFRL在科特兰空军基地成功进行THOR反大规模无人机蜂群攻击试验,表明THOR系统已初步具备反无人机蜂群实战能力。

(3)“毒液”反无人机系统

诺斯罗普·格鲁曼公司研发的“毒液”反无人机系统,针对无人机蜂群目标具有较强的识别、跟踪能力,其鲁棒性强,可以通过网络控制多台武器系统对抗无人机蜂群目標。该系统可搭载于各类移动装备上,实施机动控制。

(4)ATHENA

洛克希德·马丁公司开发的“雅典娜”(Athena)是一种30kw激光武器系统,由多个光纤激光模块组成,具有极大的功率和杀伤力。同时,“雅典娜”可与作战人员的作战系统网络无缝集成,提供成本低廉、效果显著的反无人机能力。“雅典娜”原型机2019年6月交付美海军陆战队,同年11月,该机在西尔堡试验场的测试中击毁了多架无人机。

(5)M-LIDS“郊狼”Block2和反无人机武器站

M-LIDS系统即“低慢小”目标综合防御系统,可部署在两辆装甲车上。2018年7月,美国雷神公司首次推出“郊狼”无人机系统和先进雷达组合成的M-LIDS系统。该系统具有四联装的固定式托盘发射系统和M-ATV车载发射系统两种部署方式,配备武器站,启用“郊狼”Block2+拦截器变体与KuRFS精确瞄准雷达和Ku-720移动传感雷达,可击败无人机蜂群目标。系统采用开放式系统架构、模块化组件式开发以便应对逐渐变化的无人机威胁,还配备了一系列红外摄像机、测向传感器等在内的防御组件以及枪炮等打击组件,使用综合网络进行通信,允许操作人员执行适当的任务,从电子战到全面的物理拦截。2021年7月,“郊狼”无人机采用非动能手段,空对空击败了由10架异构无人机组成的集群。

(6)升级版Leonidas系统

Leonidas是美国Epirus公司推出的高功率微波系统,通过定向辐射高功率电磁脉冲毁伤目标。升级版 Leonidas系统是将Leonidas定向能系统和高功率微波技术集成到美陆军的Stryker装甲车上,以增强美国陆军的机动近程防空能力,抵御无人机蜂群和其他电子威胁。该系统与美国陆军“前沿区域防空指挥与控制”(FAAD C2)系统集成,共享并利用FAAD C2网络中传感器和预警系统的信息,毁伤300m范围内无人机搭载的电子设备。

(7)智能反无人机空中制导交战系统

2020年11月,美国初创公司推出了一种专门用于对抗蜂群无人机的导弹——“智能反无人机空中制导交战系统”。该导弹由碳纤维、铝和3D打印部件制成,成本较低,重量不到0.9kg。其有效射程可达到5km,能够准确击中空中快速移动小目标。

俄罗斯

(1)“9K35箭-10”武器系统

从2017年起,俄罗斯不断对“9K35箭-10”和“道尔”等低空近程防空导弹系统进行升级,使其具备对低慢小无人机目标进行打击的能力。“9K35箭-10”武器系统采用光学传感器瞄准锁定无人机目标,使用红外制导导弹进行打击,可装载于机动平台,具有高机动能力,可协同控制多型近程防空导弹进行火力打击,最大射程在5-6.9km。

(2)“道尔”反无人机防空系统

“道尔”反无人机防空系统具有自主打击能力,可执行自主预警探测、锁定跟踪、威胁评估、火力分配等任务,可以控制8枚导弹垂直发射,对12km范围内的无人机实施有力打击,该系统反应速度快,打击精度高。

(3)“铠甲-S1”防空武器系统

“铠甲-S1”防空武器系统是打击无人机的高效武器系统。该系统由炮塔、高炮、低空导弹、发射筒、雷达、光电以及火控系统组成,可发现30多个目标,并同时对24个目标进行跟踪,是目前世界唯一一款弹、炮可同时发射的防空武器系统,可对无人机进行有效拦截。

(4)“克拉苏哈-4”电子站系统

“克拉苏哈-4”电子站系统是俄罗斯电子站系统的一部分,该系统能够同时跟踪80多个空中辐射源,并可以控制6种不同类型的干扰机,对远程、中程、近程无人机进行电子干扰,甚至对电子元器件进行硬毁伤。

(5)“驱蚊剂”电子站系统

“驱蚊剂”电子站系统可以快速扫描定位无人机位置,利用网电对抗系统对无人机蜂群通信链路进行干扰压制。

以色列

(1)EnforceAir

EnforceAir反无人机系统由以色列D-Fend Solutions公司研发。该系统以射频网络接管技术为核心,能够自动探测、定位和识别未经授权的无人机并接管其控制权。其原理是通过执行网络控制程序,破坏无人机控制链路,切断无人机与其控制终端的联系后,接管其后续飞行活动。

在应对无人机蜂群作战时,EnforceAir能够找出敌方无人机中的威胁较大者并消灭,提高反无人机蜂群作战的效率。EnforceAir携带和使用方便,质量仅54kg,包括三脚架、接收处理系统和侦测天线,可由一人在几分钟内完成安装和调校。目前,EnforceAir反无人机系统已在各大洲被数百次部署。

(2)无人机穹顶

“无人机穹顶”(Drone Dome)反无人机系统由以色列拉斐尔先进防务系统公司研制。系统配备有PRS-42空中战术监视雷达、MEOS光电传感器以及一个C-GUARD宽带信号干扰机,能够对可疑无人机发出警告,并阻止其实施空袭和情报搜集等活动。在探测到可疑目标后,无人机穹顶系统可以转入跟踪锁定,即使目标实施机动,十字线也能始终对准目标。无人机穹顶反无人机系统不仅能够使用电子干扰实施软杀伤,还可以用激光實施硬杀伤。系统只需一人就能完成操作,主要用于应对小型无人机的威胁。

2017年7月,拉斐尔公司为“无人机穹顶”的微型及迷你型无人机检测和反制系统引入了激光硬杀伤拦截功能。该系统可采用软杀伤或硬杀伤两种方式。采用软杀伤时,C-Guard RD干扰器通过主动干扰技术(总射频输出功率高达400W)阻挡极高和超高频无人机信道。采用硬杀伤时,Lite Beam激光器会发射高能激光,每几秒钟即可击落多架无人机。

(3)无人机警卫

无人机警卫系统最早于2016年推出,配备有光电传感器、自适应3D雷达和专用电子攻击干扰系统,可对小型无人机进行探测、识别和干扰。该系统可使用三种不同探测范围的雷达:探测范围为3km的ELTAELM-2180M便携式雷达、探测范围为4.5km的ELM-2026B雷达以及探测范围为6km的ELM2026雷达,因此,可以探测到不同的短、中、长距离无人机。在特殊的侦察和跟踪算法帮助下,无人机警卫还可以使用光电传感器来识别目标。2020年6月,以色列航空工业公司(IAI)与Iron Drone公司建立合作伙伴关系,为其无人机警卫反无人机系统集成动能拦截能力。

其他国家

(1)英国

英国反无人机防御系统(AUDS)由布莱特监控系统公司等三家公司联合研制,号称世界首个集“探测、跟踪、干扰”于一身的反无人机系统,该系统可以在8km范围内发现并干扰各类小型无人机,甚至有能力接管其控制权。2017年9月,布莱特监控系统公司宣布,升级版AUDS已具备对抗无人机蜂群及可移动部署的能力。AUDS系统采用触控式界面,由单人即可操作,通过微多普勒雷达可探测10km范围内无人机,并利用光电/红外相机进行追踪,然后采用无线电技术阻断无人机指控信号从而迫使无人机降落,整个过程仅需约15s。升级后的AUDS系统采用智能多波段射频抑制器干扰无人机蜂群所使用的不同类型指控链路。

(2)法国

法国海军的新型中口径舰炮RapidFire系统由法国最大的军工电子企业泰雷兹集团(THALES)开发。其主炮部分采用40mm中口径火炮,设计方面除了考虑传统目标之外,主要考虑低慢小和隐身空中目标,射程达到4km。光电火控可与舰上作战管理系统共享威胁分析信息,对不同类型的目标提供5个弹种供选择,系统采用防空空爆弹提高对无人机蜂群的防御能力和效率。2020年10月,法国海军选定Rapidfire系统作为其水面舰艇未来的新一代近防武器系统。

(3)德国

德国Skynex防空系统由莱茵金属公司于2021年开发,是一种将指挥、侦查与火炮系统模块化设计的防空系统,其中包括“X-TAR3D”多波段雷达与“MSU”感知搜索集成系统,最远可探测到50km外的敌方航空载具甚至导弹迫击炮弹等目标,并能自动分类目标供操作人员判断是否开火。

Skynex配备“厄瑞康”35mm Mk3旋膛无人炮塔,可旋转360°无死角发射,射程达到4km,能够以每分钟1000发的速度发射炮弹,可以同时应对多个空中目标。Skynex还配备了AHEAD可编程弹药,可以在短时间内快速切换。已证明能够摧毁8架小型无人机,初步具备反无人机蜂群的能力。

(4)意大利

意大利“猎鹰盾牌”无人机防御系统,主要用于探测打击微小型无人机,可控制射频探测器和用于探测无人机的3D雷达、超远程光电系统(包括跟踪、识别无人机的热成像摄影机)进行目标探测、跟踪、识别,并采用干扰武器对无人机目标进行拦截。

(5)新加坡

在2020年2月新加坡航展上,新加坡科技动力集团(ST Kinetics)首次展出了“反蜂群系统”,专门用于拦截消费级遥控飞行器。该系统配备40AGL高速榴弹发射器,使用专门的空爆弹药,配备红外、激光和无线电等高精度装备,可将弹药精确引导至距离目标4m的近距离范围爆炸,火控计算机可计算来袭目标轨迹,自动建议射手单发或齐射,并以最优化的弹道在空中形成弹幕击毁目标。

通过以上各国反无人机蜂群技术动向,可以看出未来反无人机蜂群技术发展趋势:引入人工智能、定向能等技术,以实现反无人机蜂群的便携化、集成化和低成本;构建攻防一体的立体化无人机蜂群作战体系,形成统一、快速、高效的立体化侦察预警攻防体系;将反无人机系统与小型作战平台整合,使装备更加机动化、便携化和微型化,实现多域灵活部署。

人工智能和深度神经网络技术

人工智能和深度神经网络可用于处理大量的不同来源的数据。目前,完全自主、人工智能驱动的反无人机解决方案大多还在规划阶段,但已经有了初步的进展。

Titan反无人机解决方案

Titan反无人机系统由美国Citadel Defense公司开发,作为市场上唯一使用AI和机器学习检测、识别、跟踪以及安全击败威胁无人机的自动射频(RF)传感器解决方案,Titan是美军力量倍增器。Titan可以在5分钟内轻松完成设置,并且可扫描的区域远远超过视距范围。

2022年4月,美国国防部明确选择Titan作为首选独立和集成分层防御解决方案。Titan可在任何区域创建安全空间,能够针对所有主要商业和业余通信控制协议及频段,提供威胁识别和威胁自动缓解能力。利用人工智能和机器学习技术,Titan可以检测识别信号并使用自适应升级策略,来检测和发现单个或蜂群无人机威胁,可以用于反无人机训练、行军安全和固定区域的部队防护,并可在两分钟内完成部署,简单易用,不需要信号学领域的专业知识和大量培训。

卡巴斯基反无人机系统

2020年,俄罗斯卡巴斯基实验室开发了一种利用人工神经网络的反无人机系统——卡巴斯基反无人机系统。该系统的主要任务是保护重要目标设施免受无人机入侵。系统通过构建人工神经网络,对目标设施周边各类传感器收到的数据进行分析处理,同时利用一种能确定敌友的算法,迅速发现和识别目标设施周边一定区域内出现的无人机,自主进行无人机分类,判断敌友,并采取相应的限制或压制措施。

智能子弹

智能子弹将是未来反无人机系统发展的另一个重要方向。智能子弹可以实时跟踪目标,根据目标的移动不断调整攻击路径,直至命中目标或攻击失败,提供了实施“外科手术式打击”的新思路。从DARPA公开的三个项目中,可以一窥智能子弹在美国未来反无人机作战中的角色。

(1)“超高精度任务弹药”(EXACTO)。

2018年,DARPA在其建立60周年成就展上公开了这款智能子弹。它能与美国陆军使用的12.7mm远距离狙击步枪配套。DARPA对其核心技术严格保密。

(2)激光制导子弹

美国桑迪亚国家实验室研发了一款适用于12.7mm口径枪械的激光制导子弹。它利用激光指示器锁定目标,允许用户在射击时采取非标准姿势,更可追踪动态目标。

(3)“多方位防御快速拦截弹交战系统”(MAD-FIRES)

美国雷神公司研发的MAD-FIRES类似微型导弹,专为舰载57mm火炮设计,这种火炮可容纳1000发弹药,每分钟发射200发,能同時瞄准、跟踪和攻击多个移动目标,有效击退无人机蜂群。

结语

美国五角大楼2021年出台了《反小型无人机系统战略》,这是第一个针对反小型无人机技术的全部门框架。未来反无人机系统将以智能化武器平台为中心,形成体系融合、智能决策和全域多维的智能一体化体系,实现探测预警信息互联互通、情报实时共享、功能融合集成,破除行业壁垒,实现体系融合,最终构筑攻防一体的反无人机系统。

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