劉杰 匡文娟 李向遠(yuǎn)

摘? 要：無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)是無(wú)人作戰(zhàn)體系中的典型手段，極可能對(duì)傳統(tǒng)作戰(zhàn)方式產(chǎn)生顛覆性影響，無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)與反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)一直都是研究熱點(diǎn)。無(wú)人作戰(zhàn)模式是軍事作戰(zhàn)發(fā)展的重要方向，無(wú)人作戰(zhàn)在抵近偵查、忠誠(chéng)僚機(jī)、集群飽和攻擊、無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間察打一體值班巡邏方面具備極為顯著的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，特別是無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)，有著飽和式攻擊力和復(fù)雜地型適應(yīng)能力的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，配合正在興起的人工智能技術(shù)，成為目前無(wú)人作戰(zhàn)技術(shù)研究的重中之重。本文介紹了無(wú)人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)特點(diǎn)及無(wú)人機(jī)蜂群通信系統(tǒng)的發(fā)展情況，分析了無(wú)人機(jī)現(xiàn)有通信手段的抗干擾技術(shù)，結(jié)合未來(lái)無(wú)人機(jī)蜂群通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了未來(lái)無(wú)人機(jī)蜂群通信抗干擾的技術(shù)方向，為后續(xù)抗干擾路線的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)蜂群 無(wú)線通信網(wǎng) 電磁抗干擾 研究

中圖分類號(hào)：TN91? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（a）-0055-03

Research on electromagnetic anti-interference of UAV swarm

LIU Jie? KUANG Wenjuan? ?LI Xiangyuan

（722 Institute of China Shipbuilding Group， Wuhan， Hubei Province， 430079 China）

Abstract： UAV swarm operation （UAV swarm） is a typical means of unmanned combat system， which is very likely to have a subversive impact on traditional combat methods. UAV combat and anti-UAV combat have always been studied in hot spots. Unmanned combat mode is an important direction of the development of military operations. Unmanned combat has extremely significant operational advantages in approach detection， loyal wingman， cluster saturation attack， and long-term observation and combat integrated patrol of UAV. In particular， UAV bee colony combat has the characteristics of saturation attack power and complex terrain adaptability， and has broad application scenarios， Cooperating with the emerging artificial intelligence technology has become the top priority of unmanned combat technology research. This paper introduces the operational characteristics of UAV swarm and the development of UAV swarm communication system， analyzes the anti-interference technology of existing UAV communication means， combines the development trend of future UAV swarm communication system， and puts forward the technical direction of future UAV swarm communication to provide reference for the selection of subsequent anti-interference route.

Key Words： UAV swarm; Wireless communication network; Electromagnetic anti-interference; Research

無(wú)人作戰(zhàn)模式是軍事作戰(zhàn)發(fā)展的重要方向，無(wú)人作戰(zhàn)在抵近偵查、忠誠(chéng)僚機(jī)、集群飽和攻擊、無(wú)人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間察打一體值班巡邏方面具備極為顯著的作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，特別是無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)，有著飽和式攻擊力和復(fù)雜地型適應(yīng)能力的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景廣闊，配合正在興起的人工智能技術(shù)，成為目前無(wú)人作戰(zhàn)技術(shù)研究的重中之重。作戰(zhàn)與反作戰(zhàn)是永遠(yuǎn)分不開(kāi)的兩面，在反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)技術(shù)方面電磁干擾作戰(zhàn)是重要的發(fā)展方向，無(wú)人機(jī)蜂群通信抗干擾技術(shù)成為一個(gè)無(wú)法避開(kāi)的研究課題。

1? 無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)概況

1.1 無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)

蜂群最顯著的特征就是數(shù)量龐大，無(wú)人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)模式體現(xiàn)了蜂群系統(tǒng)中這一顯著特點(diǎn)，憑借獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，以靈活便捷的投送方式、多元化的投送平臺(tái)，短時(shí)間內(nèi)集結(jié)到指定區(qū)域并開(kāi)展飽和化軍事攻擊任務(wù)，該類微型、小型無(wú)人機(jī)均具備低成本特點(diǎn)。

1.1.1 部署迅速、方式多樣

因便捷的投送方式，無(wú)人機(jī)蜂群在各個(gè)類型的發(fā)射平臺(tái)都可以便捷發(fā)射。上至航空母艦、大型運(yùn)輸機(jī)，下至小型護(hù)衛(wèi)艦、輪式機(jī)動(dòng)車載平臺(tái);發(fā)射方式包括彈射（包括正在積極發(fā)展的艦載、車載電磁彈射技術(shù)）、火箭助推、空中滑翔投放與自行跑道起飛，部分直升機(jī)飛行器或其他類型旋翼飛行器可自行垂直起飛;均可保障無(wú)人機(jī)蜂群在各中地形、各種平臺(tái)、多種方式，在短時(shí)間內(nèi)，在指定空域內(nèi)批量集結(jié)。

1.1.2 成本低廉、效費(fèi)比高

微小型無(wú)人機(jī)作為新興科技產(chǎn)品，制造成本比其他高性能的高科技武裝設(shè)備低很多，可在短時(shí)間內(nèi)大量生產(chǎn)，形成數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。在實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)蜂群使用便捷，無(wú)其他高性能設(shè)備使用時(shí)的各種限制因素。無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)無(wú)論是在制造還是實(shí)戰(zhàn)過(guò)程中，都具有一定優(yōu)勢(shì)，適合大力發(fā)展。

1.1.3 大規(guī)模飽和式攻擊

無(wú)人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)最大震懾力在于通過(guò)龐大數(shù)量，飽和式攻擊，在指定區(qū)域形成巨大殺傷力。無(wú)人機(jī)蜂群典型作戰(zhàn)模式中，通過(guò)在有限區(qū)域內(nèi)布置海量無(wú)人機(jī)，超過(guò)防御方防空火力，以不怕?lián)p毀的作戰(zhàn)方式快速摧毀對(duì)方防空力量，取得制空權(quán);缺少防空力量的地面武裝在批量無(wú)人機(jī)壓制下，基本難以發(fā)揮戰(zhàn)力。

1.1.4 作戰(zhàn)半徑相對(duì)較近

根據(jù)無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)模式，蜂群的作戰(zhàn)模式就是抵近快速投放集結(jié)，無(wú)需很大的作戰(zhàn)半徑;相對(duì)于大型無(wú)人機(jī)平臺(tái)，無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)平臺(tái)體積小，受載油量較小，作戰(zhàn)半徑有限。

1.2 無(wú)人機(jī)蜂群通信技術(shù)

蜂群這一物種一般采取群體作戰(zhàn)的方式，而無(wú)人機(jī)蜂群就是借用了蜂群的作戰(zhàn)思維，拓展出了一種新型集群作戰(zhàn)行動(dòng)，其通信技術(shù)最關(guān)鍵的點(diǎn)在于集群，集群通信的典型模式包括分布式和主從模式，主從模式在主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)損毀狀況時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法運(yùn)行，顯然不太符合無(wú)人機(jī)蜂群的典型特點(diǎn)：抗摧毀性強(qiáng)，因此未來(lái)無(wú)人機(jī)蜂群通信組網(wǎng)技術(shù)必然是無(wú)中心的分布式組網(wǎng)模式。

分布式無(wú)中心組網(wǎng)系統(tǒng)最顯著特點(diǎn)就是沒(méi)有基站交換控制中心的集中控制，是一種由各分布式節(jié)點(diǎn)自行設(shè)定通信鏈路，采取分散控制的組網(wǎng)系統(tǒng)。各分布式組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，信道選擇分配，呼叫建立，拆鏈等動(dòng)作都由各分布式組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)控制完成。分布式組網(wǎng)主要特性如下。

1.2.1 均等性

每個(gè)節(jié)點(diǎn)在自組網(wǎng)中，所具有的權(quán)限是均等的，沒(méi)有高低之分，消息互通性強(qiáng)，不需要通過(guò)中心控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制轉(zhuǎn)發(fā)。

1.2.2 便捷性

一個(gè)無(wú)中心的網(wǎng)絡(luò)可由各個(gè)分布式組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)進(jìn)行自由組合，無(wú)需提前做任何準(zhǔn)備，無(wú)任何基礎(chǔ)設(shè)施要求。

1.2.3 獨(dú)立性

各個(gè)節(jié)點(diǎn)在自組織網(wǎng)中都具有獨(dú)立性，可以根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行自主調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算、構(gòu)建過(guò)程也不需要外界的干預(yù)，內(nèi)部運(yùn)行存在獨(dú)立性。

1.2.4 抗毀性強(qiáng)

受到均等性、便捷性、獨(dú)立性的影響，自組網(wǎng)受到外部攻擊時(shí)，可以立即重組，在確保通訊順暢的情況下，各個(gè)節(jié)點(diǎn)自行加入或脫離自組網(wǎng)，維持基本通信能力。

2? 無(wú)人機(jī)蜂群電磁抗干擾

無(wú)人機(jī)蜂群區(qū)別于其他無(wú)人平臺(tái)的一個(gè)顯著特征是無(wú)人機(jī)蜂群平臺(tái)多為微型、小型飛機(jī)，承載通信設(shè)備數(shù)量及重量有限;第二個(gè)顯著特征就是在有限區(qū)域內(nèi)集結(jié)數(shù)量多。基于上述2種基本特征，無(wú)人機(jī)蜂群進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕侄尉捅容^有限，主要為小型化衛(wèi)星通信道、微波信道和超短波信道，還有一種就是目前正在快速發(fā)展的無(wú)線紫外光通信技術(shù)。

2.1 衛(wèi)星信道抗干擾

衛(wèi)星信道是無(wú)人機(jī)平臺(tái)遠(yuǎn)距離通信最佳信道，全球范圍內(nèi)具備實(shí)時(shí)互通能力，信道數(shù)據(jù)速率高，時(shí)延相對(duì)較低，穩(wěn)定性也非常不錯(cuò)，但現(xiàn)有的無(wú)人蜂群均未批量加裝，最重要的原因在于衛(wèi)星信道通道數(shù)量有限，很難在有限的區(qū)域內(nèi)提供大量數(shù)據(jù)通道，目前的無(wú)人機(jī)蜂群衛(wèi)星系統(tǒng)基本還是以使用導(dǎo)航定位系統(tǒng)為主，遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸會(huì)考慮通過(guò)專業(yè)通信節(jié)點(diǎn)飛機(jī)進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 微波信道抗干擾

云計(jì)算的發(fā)展為靶場(chǎng)環(huán)境的創(chuàng)新型建設(shè)提供了便利條件，可以建設(shè)一個(gè)易于管理、便于拓展的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)研究場(chǎng)所。事實(shí)證明，新型靶場(chǎng)環(huán)境的建設(shè)需要以傳統(tǒng)靶場(chǎng)建設(shè)為基礎(chǔ)，保持原有的關(guān)注點(diǎn)，著力于減少投入，降低經(jīng)濟(jì)成本。云計(jì)算技術(shù)可以提供OpenStack等開(kāi)源或免費(fèi)的云解決方案，將網(wǎng)絡(luò)空間靶場(chǎng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)提上日程。利用云計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)運(yùn)算，將需要的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃，制定出合理的建設(shè)方案，讓虛擬主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)空間靶場(chǎng)中進(jìn)行演練，降低成本及破壞性，完成傳統(tǒng)靶場(chǎng)環(huán)境向新型靶場(chǎng)環(huán)境的轉(zhuǎn)化。在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃初級(jí)階段，方案目標(biāo)保留在虛擬主機(jī)建設(shè)中。

2.3 超短波信道抗干擾

超短波信道憑借遠(yuǎn)優(yōu)于短波信道的帶寬及時(shí)延，在各軍兵種均大量配備使用，在軍事通信領(lǐng)域具有不可或缺的地位。超短波電臺(tái)發(fā)展起步早，規(guī)模龐大，干擾與抗干擾技術(shù)一直在不斷發(fā)展，且應(yīng)用廣泛，主流的抗干擾技術(shù)就是直接序列擴(kuò)頻和跳頻兩個(gè)路徑，以及目前正在發(fā)展的混合擴(kuò)頻通信技術(shù)。

利用偽隨機(jī)序列拓寬頻段，讓數(shù)據(jù)流通范圍加大，讓數(shù)據(jù)在可接收到的頻段上進(jìn)行傳輸，這就是直接序列擴(kuò)頻。接收到變化后的信息之后，根據(jù)變化規(guī)律將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化變化前，就可以還原出擴(kuò)頻前的原始信號(hào)信息，然后解調(diào)翻譯出原始數(shù)據(jù)。

利用偽隨機(jī)序列對(duì)載波頻率進(jìn)行更改的是跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，在寬廣的頻帶范圍中，偽隨機(jī)序列偽隨機(jī)地控制載波頻率，在頻帶范圍中不斷移動(dòng)、變化混淆視線，將所控制載波中的信息傳遞出去。電臺(tái)接收消息到消息后可以通過(guò)反向操作，根據(jù)變化規(guī)律獲取變化前的原始信息數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)電臺(tái)內(nèi)存儲(chǔ)多個(gè)跳頻頻率表，然后根據(jù)偽隨機(jī)系列數(shù)字，在頻率表中挑選頻率，在一個(gè)較大頻段范圍內(nèi)不斷隨機(jī)調(diào)整收發(fā)頻率，達(dá)到信道抗干擾的效果。

跳時(shí)擴(kuò)頻是利用偽隨機(jī)序列來(lái)調(diào)控信號(hào)發(fā)送的時(shí)間，在改變信號(hào)發(fā)送時(shí)長(zhǎng)后，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。跳時(shí)擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻二者運(yùn)用一個(gè)控制載波頻率進(jìn)行信息傳遞，一個(gè)控制載波信息的發(fā)送時(shí)長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳遞。偽隨機(jī)序列控制載波信息發(fā)送時(shí)間段后，將有選擇性地在若干時(shí)間段中挑選某一時(shí)間段將數(shù)據(jù)信息傳遞出來(lái)，載波發(fā)送消息的時(shí)長(zhǎng)也受到偽隨機(jī)序列的控制，為數(shù)據(jù)信息接收提供便利。

2.4 混合擴(kuò)頻技術(shù)

簡(jiǎn)單來(lái)講，混合擴(kuò)頻技術(shù)就是上述幾種抗干擾的技術(shù)組合使用，常見(jiàn)的有DS/FH、DS/TH、FH/TH等，抗寬帶干擾和大功率窄帶干擾的能力強(qiáng)。

3? 無(wú)人機(jī)蜂群抗干擾的發(fā)展方向

研究無(wú)人機(jī)蜂群的電磁抗干擾發(fā)展方向，首先要確定的是無(wú)人機(jī)蜂群未來(lái)的主流通信手段?？稍谖磥?lái)，無(wú)人機(jī)蜂群最主要的通信手段將會(huì)包括新一代的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，提供實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位信息;以美國(guó)星鏈（SpaceX和NASA正在建設(shè)）為代表的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)（或者稱為6G衛(wèi)星網(wǎng)）。

全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)抗干擾技術(shù)一直以來(lái)都是熱點(diǎn)，未來(lái)將持續(xù)成為無(wú)人機(jī)蜂群電磁抗干擾的重點(diǎn)發(fā)展方向，鑒于混合擴(kuò)頻技術(shù)使頻率功率譜密度接近底噪聲的情況下，個(gè)人認(rèn)為未來(lái)抗干擾將會(huì)偏向于智能天線多集接收與高效的糾錯(cuò)編碼技術(shù)方向上發(fā)展。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)參與作戰(zhàn)，無(wú)人機(jī)蜂群的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用將會(huì)快速來(lái)臨，根據(jù)目前反無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，接下來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)在于電磁干擾技術(shù)方面的突破。根據(jù)無(wú)人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，自組織組網(wǎng)與智能化協(xié)同作戰(zhàn)都對(duì)蜂群間無(wú)線通信提出較高要求，新型作戰(zhàn)模式對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)依賴性越強(qiáng)，抗干擾性要求就越高，提前進(jìn)行無(wú)人機(jī)蜂群抗干擾研究極為必要。在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，在無(wú)人機(jī)蜂群參加的戰(zhàn)爭(zhēng)中，抗干擾技術(shù)與干擾技術(shù)之間的斗爭(zhēng)將會(huì)愈演愈烈。

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