陳君一，楊健

（1. 國(guó)防科技大學(xué) 電子對(duì)抗學(xué)院，安徽 合肥 230000；2. 中國(guó)人民解放軍77110 部隊(duì)，四川 德陽(yáng) 618400）

0 引言

當(dāng)前，電動(dòng)旋翼無(wú)人機(jī)組建的集群具有小體積低價(jià)格優(yōu)勢(shì)，使用過(guò)程中低功率低噪音，機(jī)動(dòng)靈活度高，紅外輻射量少，很難被敵發(fā)現(xiàn)和擊落，是遂行通信對(duì)抗任務(wù)的理想平臺(tái)[1]。規(guī)則是事物在運(yùn)行、運(yùn)作時(shí)所須遵循的法則，是對(duì)事物行為或活動(dòng)所需遵循原則和規(guī)律的總結(jié)。通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群智能作戰(zhàn)規(guī)則是該類無(wú)人機(jī)集群實(shí)施智能作戰(zhàn)的核心。依據(jù)通信對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)理論，通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群智能作戰(zhàn)規(guī)則主要包括：智能航路規(guī)劃基本規(guī)則、智能偵察基本規(guī)則、智能干擾基本規(guī)則。其中，智能偵察基本規(guī)則包含：偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則、搜索模式確定規(guī)則、測(cè)向定位規(guī)則、分析識(shí)別與威脅等級(jí)判斷規(guī)則、目標(biāo)控守規(guī)則、偵察效果評(píng)估規(guī)則。

1 偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則的相關(guān)問(wèn)題分析

信息化戰(zhàn)場(chǎng)中通信對(duì)抗出現(xiàn)許多新特點(diǎn)，作戰(zhàn)空間立體化、范圍廣域化、行動(dòng)機(jī)動(dòng)化等特點(diǎn)，就要求通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群擁有快速高效建立偵察方案，合理規(guī)劃戰(zhàn)場(chǎng)空間，同時(shí)應(yīng)對(duì)敵情變化能動(dòng)態(tài)調(diào)整偵察力量[2]的作戰(zhàn)能力。偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則，是通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群遂行通信對(duì)抗偵察任務(wù)，進(jìn)行偵察區(qū)域劃分所須遵循的規(guī)約與法則。梳理歸納的規(guī)則主要涉及無(wú)人機(jī)集群的作戰(zhàn)指揮協(xié)同、戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作實(shí)施以及任務(wù)載荷戰(zhàn)技術(shù)性能發(fā)揮等。規(guī)則通過(guò)規(guī)約與法則串聯(lián)偵察作戰(zhàn)要素、約束限制條件以及行為邏輯。目的是在集群遂行偵察任務(wù)過(guò)程中達(dá)到指揮員裝備運(yùn)用期望：偵察效能高度集中，力量分配趨于重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)目標(biāo)。

2 偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則的描述

規(guī)則的梳理和歸納主要以相關(guān)軍事理論、無(wú)人機(jī)集群飛行經(jīng)驗(yàn)和偵察任務(wù)載荷操作實(shí)踐為主要依據(jù)和規(guī)范。以通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群偵察區(qū)域的規(guī)劃分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整流程為邏輯起點(diǎn)，如圖1 所示。首先對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)區(qū)域進(jìn)行劃分，把偵察任務(wù)要求化為“多決策”或“支配區(qū)”條件，運(yùn)用均分法或其他合適的空間分區(qū)算法（block nested-loop，BNL）算法、Btree 算法、skyline 算法等）對(duì)子區(qū)域（任務(wù)分區(qū)）進(jìn)行若干剪枝策略過(guò)濾，形成具體規(guī)劃方案后，再根據(jù)偵察型無(wú)人機(jī)截獲的情報(bào)，對(duì)劃分的區(qū)域標(biāo)記分類，并結(jié)合實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整區(qū)域標(biāo)記[3]。集群依據(jù)子區(qū)域的不同分類，編配不同偵察力量，從而提升整體偵察效果[4]。現(xiàn)階段，由于通信模塊多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的空傳速率不高，大量算法每次都要進(jìn)行區(qū)域輪廓計(jì)算，運(yùn)算數(shù)據(jù)量大，無(wú)用數(shù)據(jù)過(guò)濾效果不佳，故本文以均分法為例。按照作戰(zhàn)時(shí)序，采用定性分析和定量計(jì)算，細(xì)化研究相關(guān)內(nèi)容。具體規(guī)則根據(jù)作用和種類，細(xì)分為行動(dòng)規(guī)則、判定規(guī)則和策略規(guī)則。

圖1 偵察區(qū)域的規(guī)劃分配以及動(dòng)態(tài)調(diào)整流程圖Fig.1 Flow chart of the distribution and dynamic adjustment of reconnaissance areas

2.1 行為規(guī)則

偵察區(qū)域規(guī)劃的行為規(guī)則是具體指導(dǎo)無(wú)人機(jī)進(jìn)行任務(wù)航路機(jī)動(dòng)、戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作實(shí)施、任務(wù)載荷運(yùn)用的規(guī)范。結(jié)合流程圖的作戰(zhàn)條件順序和作戰(zhàn)時(shí)序，對(duì)集群相關(guān)行為動(dòng)作的約束和限制。①偵察不定區(qū)域或模糊敵情，須由少量無(wú)人機(jī)于預(yù)案?jìng)刹靺^(qū)域邊緣繞飛，對(duì)敵通信網(wǎng)進(jìn)行概略偵察，如圖2 所示，簡(jiǎn)要獲取陣地配置，回傳情報(bào)至地面站后，補(bǔ)充完善任務(wù)信息，再分發(fā)集群，更新數(shù)據(jù)。②偵察已知區(qū)域，計(jì)算集群內(nèi)偵察力量，均勻分布至地圖相應(yīng)方里格（依據(jù)軍事地形學(xué)平面直角坐標(biāo)系劃分），如圖3 所示。③如果偵察力量不足，調(diào)整區(qū)域內(nèi)無(wú)人機(jī)飛行高度，使用高飛形式擴(kuò)大偵察范圍。④如果高飛形式達(dá)到警戒高度H，則改用巡邏偵察方式，按照巡邏路線（“S”型蛇形路線或“回”字型向心搜索路線）邊機(jī)動(dòng)邊偵察，確保任務(wù)區(qū)域無(wú)偵察死角。⑤無(wú)人機(jī)在偵察區(qū)域偵察時(shí)，偵察載荷利用測(cè)向天線獲取目標(biāo)方位，無(wú)人機(jī)再結(jié)合自身電子羅盤，通過(guò)懸停轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)身方向調(diào)整天線方向，以便對(duì)準(zhǔn)不同方向的敵輻射信號(hào)。⑥如果重點(diǎn)區(qū)域僅有1 架無(wú)人機(jī)，則向周圍無(wú)人機(jī)發(fā)出增援指令，進(jìn)入該區(qū)域，形成多機(jī)聯(lián)偵[5]。⑦如果比對(duì)信號(hào)特征庫(kù)匹配出重要目標(biāo)，跟蹤監(jiān)控并上報(bào)。⑧如果截獲到新可疑信號(hào)，掌握其主要技術(shù)參數(shù)、工作規(guī)律及位置信息，待完成分析識(shí)別后，寫(xiě)入信號(hào)特征庫(kù)，再進(jìn)行下一步搜索。⑨如果無(wú)人機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，則任務(wù)載荷銷毀通信秘鑰，快速格式化儲(chǔ)存介質(zhì)，再由飛行控制器執(zhí)行返航任務(wù)，試圖飛往備用返航點(diǎn)。⑩如果接收到偵察完成指令或電量燃料告警，結(jié)束任務(wù)，返航回收。其中，敵信號(hào)頻譜特征庫(kù)主要由先期偵察搜集整理相關(guān)情報(bào)資料。作戰(zhàn)時(shí)，偵察載荷可分析識(shí)別截獲的瞬時(shí)信號(hào)載波頻率、符號(hào)率以及其他特征參數(shù)[5]，通過(guò)匹配特征庫(kù)，將2ASK，2FSK，BPSK，QPSK 等信號(hào)分類為重要、可疑、無(wú)關(guān)信號(hào)或保護(hù)信道[6-7]。

圖2 概略偵察示意圖Fig.2 Schematic diagram of rough reconnaissance

圖3 均勻分布示意圖Fig.3 Schematic diagram of uniform distribution

2.2 判定規(guī)則

偵察區(qū)域規(guī)劃的判定規(guī)則是利用偵察實(shí)施過(guò)程中，集群內(nèi)無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)之間，無(wú)人機(jī)傳感器和作戰(zhàn)環(huán)境之間，任務(wù)載荷與作戰(zhàn)目標(biāo)之間等交互信息，對(duì)飛機(jī)當(dāng)前狀態(tài)、集群行動(dòng)結(jié)果的進(jìn)一步判斷。集群在區(qū)域規(guī)劃時(shí)，相關(guān)判定規(guī)則如下：①當(dāng)?shù)孛嬲鞠蚣悍职l(fā)上傳、加載裝訂通信對(duì)抗偵察任務(wù)（包含信息數(shù)據(jù)完備的偵察區(qū)域或戰(zhàn)場(chǎng)空間范圍、信號(hào)特征庫(kù)、發(fā)射與回收設(shè)置、特殊航跡點(diǎn)等），則加載完任務(wù)內(nèi)容，偵察任務(wù)初始。②當(dāng)偵察任務(wù)載荷比對(duì)重要目標(biāo)的信號(hào)頻譜特征庫(kù)成功，則按分類判斷為重要目標(biāo)信號(hào)、可疑信號(hào)、無(wú)關(guān)信號(hào)或保護(hù)信道。③當(dāng)集群計(jì)算偵察力量時(shí)，偵察范圍可以覆蓋偵察區(qū)域?yàn)榱α孔銐?，否則為力量不足。④當(dāng)偵察區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)重要目標(biāo)或頻點(diǎn)數(shù)N>N0（N0為該次任務(wù)區(qū)域頻點(diǎn)數(shù)量門限值）時(shí)，將該區(qū)域標(biāo)記為重點(diǎn)區(qū)域，否則為一般區(qū)域[8-9]。⑤當(dāng)重點(diǎn)區(qū)域超過(guò)時(shí)間T仍未發(fā)現(xiàn)重要目標(biāo)且頻點(diǎn)數(shù)減少至N0以下，則調(diào)整為一般區(qū)域。⑥當(dāng)重點(diǎn)區(qū)域發(fā)出增援指令后，相鄰無(wú)人機(jī)數(shù)量多于1 架的一般區(qū)域分派偵察力量，若無(wú)滿足條件區(qū)域，則由2 個(gè)一般區(qū)域合并后分派力量。⑦當(dāng)無(wú)人機(jī)被擊中損毀、電量燃料不足發(fā)出告警信號(hào)，或通聯(lián)數(shù)據(jù)丟失5 s 以上，則判斷為停機(jī)狀態(tài)。

2.3 策略規(guī)則

策略規(guī)則是集群基于整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)背景下，根據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)、作戰(zhàn)進(jìn)程的不同，采取不同策略方法[10]。遇強(qiáng)敵，決策通常保守謹(jǐn)慎，反之決策激進(jìn)樂(lè)觀。任務(wù)類型不同，如先期偵察、情報(bào)支援偵察，策略方法不同。同樣，作戰(zhàn)進(jìn)程或戰(zhàn)況不同，主戰(zhàn)部隊(duì)是進(jìn)攻還是防御、進(jìn)攻受阻還是加快進(jìn)程擴(kuò)大戰(zhàn)果，也需要相應(yīng)地更改參考變量達(dá)到?jīng)Q策的變化，具體策略規(guī)則如下。①警戒高度H，根據(jù)敵防空警戒力量的強(qiáng)弱調(diào)整，同時(shí)隨無(wú)人機(jī)集群電量或燃料減少而降低。②搜索時(shí)間T，根據(jù)作戰(zhàn)進(jìn)程調(diào)整，戰(zhàn)斗節(jié)奏快慢決定T值大小。③間隔時(shí)間T0，根據(jù)戰(zhàn)況激烈程度，調(diào)整周期時(shí)間，定期對(duì)停機(jī)狀態(tài)無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)區(qū)域進(jìn)行力量補(bǔ)充。④頻點(diǎn)門限N0，根據(jù)搜索到的頻點(diǎn)數(shù)的分布曲線以及環(huán)境虛警信號(hào)率調(diào)整門限值N0大小。

3 偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則的作戰(zhàn)構(gòu)想

偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則的作戰(zhàn)構(gòu)想是通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群在具體作戰(zhàn)場(chǎng)景的應(yīng)用[11]。在合成部隊(duì)進(jìn)攻戰(zhàn)斗中，該規(guī)則作用于先期偵察、戰(zhàn)斗準(zhǔn)備、信息火力突擊、多路強(qiáng)擊突貫、縱深立體圍殲、連續(xù)攻殲等多個(gè)階段[12]。先期偵察時(shí)，先由裝甲方艙車將無(wú)人機(jī)集群由集結(jié)地域運(yùn)抵偵察陣地。在沒(méi)有上級(jí)相關(guān)敵情通報(bào)的情況下（依據(jù)行為規(guī)則1），偵察不明敵情區(qū)域，少量無(wú)人機(jī)于預(yù)案?jìng)刹靺^(qū)域邊緣繞飛，對(duì)敵陣地通信網(wǎng)進(jìn)行概略偵察，簡(jiǎn)要獲取敵陣地配置情況，回傳信息至無(wú)人機(jī)地面站[13]。進(jìn)入戰(zhàn)斗準(zhǔn)備后，集群操作員通過(guò)地面站將合成指揮員下達(dá)的偵察任務(wù)編輯上傳無(wú)人機(jī)集群，同時(shí)裝訂敵方目標(biāo)信號(hào)頻譜特征庫(kù)。若接收到概略偵察的回傳情報(bào)，分發(fā)至無(wú)人機(jī)集群，補(bǔ)充完善任務(wù)數(shù)據(jù)，再由集群實(shí)施通信對(duì)抗偵察。任務(wù)實(shí)施時(shí)（主要依據(jù)行為規(guī)則2~5），集群先將偵察力量均勻分布至偵察區(qū)域，后根據(jù)搜索截獲的目標(biāo)電磁態(tài)勢(shì)，支援合成部隊(duì)對(duì)敵信息火力打擊。對(duì)截獲到的目標(biāo)信號(hào)，掌握其主要技術(shù)參數(shù)、工作規(guī)律及位置信息，比對(duì)信號(hào)頻譜特征庫(kù)（依據(jù)判定規(guī)則2），按分類判斷為重要目標(biāo)信號(hào)、可疑信號(hào)、無(wú)關(guān)信號(hào)或保護(hù)信道。信火打擊后，敵方通常視不同毀傷程度，進(jìn)行力量調(diào)整部署，重建新的防御體系。同時(shí)，隨著作戰(zhàn)進(jìn)程的推進(jìn)，我方重點(diǎn)偵察目標(biāo)由戰(zhàn)術(shù)級(jí)指揮、協(xié)同通信向縱深攻擊目標(biāo)和預(yù)備隊(duì)通信轉(zhuǎn)變。此時(shí)，針對(duì)不同敵情，通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群針對(duì)新的電磁態(tài)勢(shì)，動(dòng)態(tài)規(guī)劃任務(wù)區(qū)域（主要依據(jù)判定規(guī)則4~6），調(diào)整偵察力量分配，使得偵察效能始終集中于重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)目標(biāo)，達(dá)到“重要目標(biāo)，跟蹤監(jiān)控；重點(diǎn)區(qū)域，全面監(jiān)視；一般區(qū)域，巡邏偵察”[14]。策略規(guī)則的觸發(fā)和使用，主要依靠偵察效能評(píng)估信息的反饋和地面站的輔助指令，完成對(duì)參考變量的調(diào)整。集群在信息反饋中，不斷調(diào)整參數(shù)值，尋找偵察收益最大值，在不同階段不同場(chǎng)景中得出最優(yōu)區(qū)域劃分方案。無(wú)人機(jī)被防空火器擊中，或被反無(wú)人機(jī)手段干擾壓制，對(duì)停機(jī)狀態(tài)區(qū)域周期進(jìn)行力量補(bǔ)充或調(diào)整（依據(jù)判定規(guī)則7）。完成任務(wù)后，返航回收，進(jìn)行維修保養(yǎng)，以備下一批次任務(wù)使用。

當(dāng)前，旋翼無(wú)人機(jī)集群受平臺(tái)載重限制，微型化天線主要適用于戰(zhàn)術(shù)級(jí)通信對(duì)抗偵察任務(wù)。且在非理想條件的真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，對(duì)未知調(diào)制方式的信號(hào)識(shí)別，需要至少5 dB 以上的信噪比，這就要求無(wú)人機(jī)盡可能抵近偵察。由作戰(zhàn)場(chǎng)景可得：假定某戰(zhàn)術(shù)級(jí)通信對(duì)抗，進(jìn)攻正面為4 km，縱深20 km，而偵察型無(wú)人機(jī)的有效偵察距離為2 km，飛行速度80 km/h。在不計(jì)戰(zhàn)損情況下，單一批次集群（含20架偵察機(jī)）均勻分布后，發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)目標(biāo)，需從鄰近區(qū)域增派力量，協(xié)同進(jìn)行測(cè)向定位及情報(bào)印證。動(dòng)態(tài)規(guī)劃任務(wù)區(qū)域后，要使重點(diǎn)區(qū)域處于多機(jī)聯(lián)偵，根據(jù)無(wú)人機(jī)和目標(biāo)分區(qū)距離的正態(tài)分布與飛行速度比，計(jì)算得出平均縮短約90 s 支援時(shí)間，降低貽誤戰(zhàn)機(jī)概率。

4 結(jié)束語(yǔ)

通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則是智能偵察基本規(guī)則的重要組成，是掌握戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)，完成偵察任務(wù)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)偵察區(qū)域規(guī)劃規(guī)則相關(guān)問(wèn)題研究，歸納整理出實(shí)用價(jià)值高、約束條件具體的行為規(guī)則、判定規(guī)則和策略規(guī)則，為解決通信對(duì)抗無(wú)人機(jī)集群進(jìn)行任務(wù)區(qū)域標(biāo)記劃分，偵察力量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，提供了規(guī)范和依據(jù)。本文對(duì)這些規(guī)則的研究，主要基于軍事理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)集群戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的工程實(shí)現(xiàn)提供參考[15]，但后續(xù)工作中還需大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完善規(guī)則的覆蓋度、匹配度、可靠性和實(shí)用性，避免規(guī)則運(yùn)用過(guò)程中造成的數(shù)據(jù)冗余和邏輯沖突。