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無人機集群指揮控制系統發展前景

2025-07-07  

  期。文章認為,俄烏沖突雙方大規模運用無人機遂行偵察任務,并殲敵有生力量、裝甲目標,這引發了戰術、部隊組織形態、武器運用樣式等系列變化,無人機將成為未來戰場的主要力量,其作戰模式將由“單人單機”向集群作戰發展,由此產生對無人機集群的指控問題,俄軍在此領域已落后于烏軍。文章綜合分析特別軍事行動中無人機的運用特點,以及載人航空兵自動化指控系統的技術特點,在此基礎上提出了無人機集群自動化指控系統的技術路線圖,以期為俄軍指揮員、指揮機關、技術專家提供決策參考。

  特別軍事行動從根本上促進了戰術戰法與武器裝備的發展。不論是俄軍還是烏軍,其陸軍和空軍部隊的主要作戰特點之一是大規模使用無人機。無人機在很大程度上已經改變了傳統陸海空戰術,這種推力又返過來要求部隊改進提升軍事技術水平。

  早在數年前,烏克蘭陸軍旅級部隊已經組建了攻擊無人機連。烏軍在評估其作戰成效后,又進一步將無人機連升格為無人機旅。2024年2月,烏總統澤連斯基宣布成立一支新型作戰力量——無人系統部隊。俄羅斯隨后也做出類似決定。2024年12月16日,在俄聯邦國防部擴大會議期間,俄最高軍事統帥(即總統)宣布組建新兵種——無人系統兵,計劃2025年第三季度完成組建。組建無人系統兵不僅要求對無人機進行統一化和現代化,總結吸收特別軍事行動中無人機的使用經驗,還需要一種可對無人機集群實施自動化作戰指控的方法。目前,俄國防部對此問題尚未充分論證研究,而烏軍已經走在前列,于2024年3月在其Delta戰術級自動化指控系統中融入無人機自動化指控模塊。由此可見,在組建無人系統部隊、發展無人機集群自動化指控系統方面,俄軍已落后烏軍約1.5~2年。這種差距使得烏軍在戰場上贏得對俄軍的軍事技術優勢,應當盡快予以消除。

  可以預測,無人機指控系統的發展趨勢是由“單人單機”手動操控的初始階段,向高度自動化指控階段過渡。在此發展歷程中,起關鍵作用的因素包括:

  ——無人機遂行作戰任務更加復雜,要求由單一類型無人機編組向不同類型無人機的混合編組過渡。

  ——單憑人力難以勝任對無人機的長期穩定指控(1個人只能操控1架無人機20~30分鐘),長期操控后注意力會下降并出現失誤。

  ——為指控無人機可使用人工智能解決如下任務:航線控制,其中包括在缺少衛星無線電導航系統支撐情況下,僅依靠目視地標進行導航;自主搜索、打擊目標;對指定區域進行偵察;在戰斗接觸線附近解決后勤物流任務;當與無人機操作員失聯時,自主脫離敵方設置的電子壓制區。

  早在20世紀50年代,防空系統無法以手動模式應對密集空中突襲,導致防空自動化指控系統應運而生。無人機指控也會經歷相似的發展路徑。為提高對無人機集群的指控效率,需要建立一種自動化指控系統,其功能應類似于載人航空兵的自動化指控系統。目前俄國內關于無人機指控問題的研究,絕大多數集中于開發專門的無人機機載指控系統,僅適用于某一種特定型號的無人機。對如何發展無人機集群指控系統的公開研究尚不存在。

  本文旨在分析無人機在戰斗行動和特別軍事行動中的使用特點;分析有人航空兵自動化指控系統作為無人機集群自動化指控系統的原型機的可行性;提出關于無人機集群自動化指控系統的功能、任務和技術框架。

  特別軍事行動與以往任何軍事沖突都不同的是,對抗雙方都非常廣泛地使用各種類型和功能的無人機。空軍部隊中主要使用跑道起降式無人機,遂行戰術偵察任務,并在敵方防空殺傷區以外與載人航空兵共同執行任務。陸軍部隊主要使用小型垂直起降無人機,用于偵察、監視、炮兵火力校射,也可作為火力打擊手段。如對敵目標實施火力打擊,可選擇使用一次性攻擊無人機(通常被稱為“巡飛彈”或 “自殺式無人機”)和多次使用無人機(攜帶低當量彈藥)。

  烏軍大量使用重型四軸、六軸和八軸無人機,有的是通過農用無人機改造而成。俄軍積極使用“柳葉刀”、“立方體”等批量生產的一次性攻擊無人機。此外,雙方大量使用簡單便宜的四旋翼FPV無人機,通過加裝簡易爆炸裝備成為一次性攻擊無人機。FPV無人機的操作員通過虛擬現實眼鏡實現“第一人稱”遠程控制,并可接收無人機光電設備(視頻攝像頭)回傳的信號。

  對特別軍事行動經驗的分析表明,對遂行作戰任務的無人機進行指控,要考慮如下特點:(1)特別軍事行動框架內密集使用偵察無人機、“柳葉刀”類型的一次性攻擊無人機、重型四軸無人機、小型FPV無人機。(2)通過無線電控制指令實現對無人機的指控、傳遞無人機操作員的指令并回傳無人機遙測數據。這種指控通常由操作員以第一人稱視角,利用無人機攝像頭回傳的實時視頻信號進行控制。(3)按照“單人單機”原則實施指控,無人機自主行動能力有限(直線飛行到指定點或沿指定路線飛行);無人機集群作戰能力受制于操作員之間的協同行動能力;單個無人機操作員無力指控無人機集群作戰。(4)無人機使用的通信線路包含無線電控制指令和視頻信道,由不同的開發者設計研發,尚未實現標準化,互不兼容;商用無人機的無線電控制指令和視頻信道是標準化的,通常基于4G、LTE、Wi-Fi、WiMAX等國際移動通信標準協議。(5)在無人機與操作員之間,無線電控制指令和視頻信道通常是按“點對點”原則組織的;單個無人機的通信和指控信道并沒有聯結成網,在遭到壓制時不具備網絡中繼和重新配置信道的能力。(6)大量無人機在同一協議(例如Wi-Fi)、同一頻段工作,要求使用寬帶傳輸視頻信號,必然導致可用的電磁波頻段迅速飽和。即使沒有敵方電子對抗手段的影響,己方通信也可能因互相干擾造成通信阻塞。(7)無線電控制指令/遙測數據信道和視頻數據的傳輸,具有低抗仿真性、低抗偵察性、低抗干擾性。(8)無人機指控系統通常是各自為戰的,只適用于某一特定類型的無人機;無人機操作員使用的指控協議、指控軟件硬件綜合體不統一;無法將新型無人機接入現有無人機指控系統。(9)無人機指控系統與無線電通信設備通常合為一體,無法做到離散配置,這削弱了戰場上的安全性。

  上述有關無人機集群自動化指控系統的分析表明,“邊界-ME”、“大莊園-TPE”、“謝涅日湖-M1E”等戰役戰術級航空兵自動化指控系統可以成為無人機集群自動化指控系統的原型機。

  戰役戰術級航空兵自動化指控系統用于對航空兵團作戰行動實施自動化指揮,涵蓋獨立作戰行動以及在防空集群(兵團)編成內的協同作戰行動。此外,該系統還具備必要的信息計算和戰役戰術功能。

  載人航空兵自動化指控系統由以下要素構成:1、航空兵團(基地)指揮所自動化綜合系統。2、遠程指揮所自動化綜合系統。3、基地機場自動化綜合系統。4、地面通信線路和指令傳輸站。

  載人航空兵自動化指控系統的功能模塊包括:空中態勢感知子系統;作戰規劃與指揮輔助決策子系統;機場運行規劃子系統;航空兵團(基地)作戰潛力統計子系統(計算彈藥、油料、備件及其他物資器材的儲量和消耗量);地對空通信子系統;數據交互子系統(負責與防空兵團自動化指控系統交互數據)。

  載人航空兵自動化指控系統負責:獲取、存儲、處理和顯示各類數據,包括空中態勢、飛機及其所屬分隊的狀態和戰備水平、后勤和航空工程保障水平、機場狀態、基地和戰斗行動區域的氣象情況、作戰任務遂行情況;遂行戰斗任務期間對戰機(編隊)進行實時指控,與機組人員和機載指控設備交互數據,接收飛行信息和遙測數據;根據不斷變化的戰術態勢,解決作戰規劃與戰斗保障任務,擬制作戰方案并提交給自動化指控系統操作員(領航員)審批實施,對作戰任務遂行狀態進行控制;對作戰過程進行文檔化處理,生成指控數據并發布文件;向上級指控系統提供有關戰機編隊、戰備狀態、戰斗行動結果的正式;確保與協同作戰之殲擊航空兵、地空導彈部隊和電子戰部隊所屬自動化指控系統之間的信息交互;監督通信線路及各種自動化設備的狀態(包括上級部隊及協同部隊所屬);對戰勤班成員開展各類空戰場景訓練。

  總而言之,現有戰役戰術航空兵自動化指控系統可以作為無人機集群自動化指控系統的藍本,但需根據無人機所執行任務的特殊性,對功能和技術外觀進行現代化改造。

  無人機集群自動化指控系統的功能——在無人機遂行獨立作戰行動或在集群編成內行動時,對處于飛行狀態的無人機實施指控,并執行相關信息計算及其他戰役戰術任務。無人機集群自動化指控系統遂行任務清單涵蓋:

  2、收集、處理、顯示無人機(無人機集群)戰備狀態、航空工程保障水平、基地狀態、儲備狀態等信息。

  3、收集、處理、顯示無人機部署區和任務區的氣象條件數據、任務遂行進展和結果。

  5、根據實時戰場態勢,為無人機遂行典型任務提供行動規劃與保障。①無人機偵察:光電偵察、無線電和無線電技術偵察、雷達偵察,并將偵察結果上傳至任務相關的兵力兵器指控系統;②為導彈兵與炮兵部隊及其他陸軍兵種部隊提供火力校射保障;③建立偵察打擊回路(例如,將偵察無人機與巡飛彈組合使用);④指控具有機載人工智能系統的無人機群,對指定區域進行自主搜索并毀傷查明目標;⑤為遠程高精武器、防空兵器、航空兵器等裝備提供目指保障,支持對敵縱深目標發動超視距打擊;⑥建立虛擬電磁環境,模擬無線電信號源,建立虛構的兵力兵器集結點;⑦向敵后方投擲自動干擾裝置以破壞敵防空資源。

  7、與受控無人機的機載設備進行數據交換,自動向無人機發送控制指令,接收來自無人機的遙測數據。

  9、根據遂行任務所需通信資源(頻率、時間、電力和空間),靈活選擇無人機自主控制、半自主控制或手動控制模式。

  10、解決無人機起飛、降落和導航問題,包括在無法訪問衛星無線電導航信號的情況下。

  12、向上級系統和協同系統通報有關無人機群指控狀態、戰備水平和行動結果。

  無人機集群自動化指控系統主要包括:態勢感知模塊;無線電技術保障模塊;指控模塊;電磁態勢監控模塊;電子戰模塊;通信模塊;自動化工位;信息交互融合設備。

  指控模塊用于指揮控制無人機以解決特定作戰任務,并負責對其他模塊和自動化設備的運行實施統籌協調。其構建原則:該模塊應當具備對無人機飛行狀態及機載設備的控制能力;確保在無人機行動方案獲批后,根據當前態勢自動實施無人機行動方案;具備對所有類型無人機的指控能力,具有可視化操作系統,應同時提供對單個無人機和無人機群的控制;采取“即插即用”模式,以最低的人力成本(即減少無人機操作員數量)快速“聯接”各類無人機;為控制單個非智能無人機,應在該模塊中嵌入典型作戰任務行動方案(如手動模式的“FPV無人機第一人稱控制”,半自動模式的“自主搜索”、“沿指定路線飛行”、“監控指定地形”、“搜索移動目標”、“搜索熱反差目標”、“搜索無線電信號源”,全自動模式的“對指定區域進行偵察并上傳查明目標”、“搜索指定類型目標并予以摧毀”)。

  電磁態勢監控模塊用于收集、匯總當前電磁態勢數據(來源于無線電和無線電技術偵察設備),為無人機通信、實施電子對抗提供支撐。其構建原則:確保自動收集來自于空基和陸基無線電和無線電技術偵察設備的信息,定位無線電信號源并判明類型、敵我屬性,確定被占用信號頻段、頻率代號、可用頻段,根據敵方無線電信號源頻率和信號構成特征提供目指保障;查明無線電信號源屬于地面無人機指揮所或被控制無人機,建立頻率分布圖;向電子戰模塊發布壓制敵方無人機控制頻段的目指信息,向態勢感知模塊提供無線電線號輻射源、類型、隸屬關系等信息,在指控己方無人機時向通信模塊提供空閑頻段、占用頻段相關信息。

  電子戰模塊用于指揮控制電子戰設備以對抗敵方無人機。其構建原則:以自動模式壓制指定頻段和頻率,根據情況靈活選擇阻塞式干擾、帶狀干擾、脈沖式干擾、欺騙性干擾、隨機干擾、固定頻率干擾等干擾模式;篩查并禁用己方被壓制的頻率;自動與電磁態勢監控模塊交互無線電信號、類型、參數等信息;自動與通信模塊和無線電技術保障模塊交互所用無線電頻段相關信息。

  通信模塊用于與受控無人機的機載設備交互數據,包括自動化報送指令、接收飛行信息和無人機遙測數據,以及控制通信設備工作模式。其構建原則:應根據網絡中心化原則組織無人機與地面無線電通信設施之間的數據交換,并確保在無線電控制指令受壓制或用戶之間失去直接無線電聯系的情況下,重新配置數據傳輸路線;空中通信網絡采取自組織網絡、Mesh網絡和MANET網絡協議;在指揮控制非自主FPV無人機時,應按“點對點”或“點—中繼器—點”原則組織通信;在以半自主或自主模式指控無人機時,應使用超寬頻或偽隨機頻率的抗偵察、抗干擾信號,可按“多通道”原則組織通信;各通信頻道(包括同一頻段上的信道)按空間分離原則組織運行,以降低被敵電子壓制的概率;無線電通信信道應具備自適應調整能力;無人機無線電控制網絡使用的物理、信道和網絡層協議,應針對所使用的所有無人機和地面無線電通信設施進行統一和標準化;為統一無人機無線電通信設施和地面無線電設施的硬件和軟件基礎,以及對其進行快速更新,可以采用軟件定義無線電SDR(SoftDefinedRadio)技術;在一組緊密飛行的無人機內,全光通信(編注:指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術)或定向激光通信可用于在無線電靜默模式下交換數據;確定并監管無人機數據交換通道加密方法,同時考慮到所需帶寬、傳輸信息效率、加密速度等要求。

  無線電技術保障模塊用于控制無線電導航技術設備和光電設備的工作模式,保障無人機按規定路線起降。其構建原則:必須確保對已起飛、降落、進入行動路線的無人機進行登記;無人機的主要導航模式可以是衛星無線電導航、地形電子地圖導航或AI模式下的視覺導航;在“自主返回”模式下,宜使用具有特定信號簽名的無線電信標;在敵方使用電子戰手段的條件下,宜使用光信標天文導航。

  工位用于向值班人員顯示各類信息:當前態勢和受控無人機的信息;信息計算和戰役戰術任務結果;關于受控兵力兵器的技術準備數據;接收來自無人機操作員的指令。工位要素包括:偵察工位和戰術態勢工位;雷達和無線電技術偵察工位(監控電磁態勢、組織電子對抗);無人機通信組織和無線電技術保障工位;作戰指揮員工位。工位應當是可移動的,在遠離無人機集群自動化指控系統主要模塊情況下,應預先完成拆卸和安裝。

  信息交互融合設備用于支持以上各模塊之間,以及無人機集群自動化指控系統與外部設備之間的信息互通。

  本文通過分析戰役戰術航空兵自動化指控系統發展現狀,提出關于創建無人機集群自動化指控系統的建議。作者希望其理念能獲得俄軍相關指揮員、指揮機關、軍事專家的認可,為提高俄軍大規模無人集群作戰效率提供理論參考。開云官方入口 開云網址

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