陸基防空武器與無人機協同防空作戰樣式設計研究

亓子龍，黨 玲，韓春雷，鹿 瑤，孫曉龍

陸基防空武器與無人機協同防空作戰樣式設計研究

亓子龍1，黨 玲2，韓春雷1，鹿 瑤1，孫曉龍1

（1 中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068；2 海軍大連艦艇學院，大連 116018）

陸空人機協同是未來有人/無人作戰模式的重要發展方向，其中陸基防空武器與無人機協同防空作戰可以充分發揮各自優勢，擴大協同效應。針對陸基防空武器存在目標發現距離近，攔截反應時間少；預警機防空探測成本較高，存在人員傷亡風險等問題，提出陸基防空武器與無人機進行人機協同作戰的概念，設計一體化陸—空協同防空作戰樣式，利用數據鏈將無人機雷達提供的目指信息共享到陸基防空武器，開展超視距攔截來襲目標，實現“盡遠發現，盡遠攔截”的目的。

陸空協同防空；數據鏈；無人機

0 引言

在現代戰爭中，重要軍事區域面臨的首要威脅很大可能來自空中，由于這些重點區域一般缺乏機動性和隱蔽性，因此防空作戰的壓力尤為突出。在以前國土防御思想影響下，陸軍和空軍各自為戰，缺乏陸空協同作戰的經驗，單純依靠陸基防空武器配備的跟蹤雷達對空中目標進行探測，就會存在發現距離被約束在視距范圍內的情況，且受地球曲率的影響，存在低空盲區等問題，導致目標發現時距離已經很近。再加上空中目標本身飛行速度極快，因此攔截準備的反應時間不充足，實施一次攔截后若目標未成功毀傷，則目標已飛行到防護區內部很近的位置，根本沒有第二次攔截的機會，大大降低了防空作戰效能。

針對重點區域陸基防空作戰面臨的問題，經深入研究發現陸空協同作戰可以有效解決上述問題。所謂陸空協同作戰指空中作戰單元與地面作戰單元為執行同一任務而建立整體編隊，通過平臺互操作和資源共享控制，完成共同的任務目標。陸空一體協同作戰一直是裝備發展的重要方向，特別是在無人作戰裝備迅速發展的今天，陸空協同體系作戰的優勢更為明顯?？罩凶鲬鹌脚_具備機動性能好、態勢感知能力強的優勢，陸基武器裝備具備火力強、射程遠、彈藥充足的優勢，采用空中飛機與陸基武器裝備協同作戰的方式，可充分發揮各自的優勢，形成協同作戰能力，提高整體作戰效能，能夠“看得更遠”、“反應更快”、“打得更多”[1]。

當前隨著自動化和人工智能技術的發展成熟，無人機逐漸在各行各業進行廣泛的使用，特別是在軍事領域的應用發展突飛猛進，各種型號、用途的無人機正在被大量生產和使用?？紤]到在重點防護區域常態化部署大型預警機與陸基防空武器進行協同防空作戰，既不經濟也不現實，同時基于無人機技術的發展趨勢，本文提出了無人機與陸基防空武器進行人機協同防空的作戰樣式，所謂人機協同就是戰場上有人裝備與無人裝備，通過密切的協同配合完成包括態勢感知、指揮決策、目標引導，火力打擊、毀傷評估等作戰過程，達成作戰目的。人機協同作戰的基本形式是以有人裝備為中心，與無人裝備實施組網作戰。戰場上，人機協同作戰發揮的整體效能遠超有人裝備和無人裝備各自所發揮的作戰效能之和，其優勢在于顯著提高作戰效率，明顯提升生存能力，更能適應復雜電磁環境的干擾等[2]。利用無人機不受地形約束、空中俯視視角下盲區遠小于陸基防空武器跟蹤雷達、能觀察到陸基防空武器跟蹤雷達受障礙物遮擋的區域等優勢，將陸基防空武器與空中飛機之間互連互通、信息共享，就可以擴展陸基防空武器對低空目標探測范圍，提升作戰反應效率。通過在無人機上加裝火控雷達，由多架無人機在空中組成探測網絡，采用協同探測方式可擴展探測區域，增強戰場態勢感知能力，為有人控制的陸基防空武器提供盲區內目標探測信息，實現陸基防空武器超視距目標攔截能力。

1 陸基防空武器與無人機協同防空需求分析

1.1 陸基防空武器探測范圍受限

陸基防空武器一般部署在地面上，海拔相對較低，受地球曲率的影響，低空目標在距離較遠位置時，處于陸地防空雷達探測盲區內，如圖1所示。

圖1 雷達探測目標示意圖

陸地上部署的雷達對目標的直視距離如式（1）所示：

1.2 預警機協同防空成本高

在防護區域常態化部署大型預警機，與陸基防空武器協同防空，利用預警機雷達可在高空探測，具備“站得高，看得遠”的優點，擴展目標探測范圍，彌補低空探測盲區，延長陸基防空武器攔截目標的反應時間，從而增加二次攔截的機會，提升防空作戰效能。但是預警機需要大量人員、設備和場地等資源配合，重點防護區域大多氣候條件惡劣，資源補給沒有保障，進行設備維修保養難度很大。重要防護區域的防空強度大、時間長，在長期的戰備值班中，要忍受長期緊張和過度疲勞，要隨時抗擊敵方的空襲，面臨著死亡和傷病。而在常態化防空的情況下，長期處于引而不發的緊張狀態，加劇了人員的心理壓力，而且燃料資源和人員精力都不滿足預警機長時間留空進行探測的條件[3]。

1.3 無人機協同防空優勢明顯

陸基防空武器協同無人機進行防空作戰，可以利用無人機在一定程度上替代預警機擴展目標探測范圍，彌補陸地雷達對低空目標存在探測盲區的缺陷，同時可減少人員、設備和場地的投入成本，也降低了運維的經濟成本，充分發揮無人裝備持續性、穩定性的優點，消除人員傷亡的風險。

陸基防空武器和無人機協同作戰在體系化作戰中具有以下優勢：

1）采用協同探測方式可擴展探測區域，增強戰場空間態勢感知能力；

2）地面有人裝備作戰任務決策可彌補無人機智能不足，提高無人機應對復雜作戰環境的能力；

3）利用無人機的高隱身、低成本、無人員傷亡的優勢，與地面有人裝備協同作戰，在減少風險的同時提高執行高危任務的成功率；

4）提升對多目標的精確打擊能力[4]。

2 陸基防空武器與無人機協同防空方案設計

在新型防空作戰過程中，武器發射平臺和目標制導平臺并不一定存在固定的隸屬關系，也不一定局限在同一個地理位置范圍內。為了提高整體的防空效能，位于不同位置的武器發射平臺和目標制導平臺可以通過數據鏈形成攔截聯盟，挑選探測效果最好的目標制導平臺和攔截效能最高的武器發射平臺組成最優搭配進行協同防空，對來襲目標進行有效的攔截，突破了地理位置的局限性，打破了武器發射平臺和目標制導平臺固定的配屬關系[5]。本文在這個方面進行了一些探索，針對陸地部署的雷達對低空突防目標存在盲區，探測距離受限，而大型預警機長時間留空探測又受燃料資源和人員精力的限制，無法實現陸基防空武器和預警機協同防空的問題，設計了一種陸基防空武器和無人機協同防空的作戰樣式。在無人機上加裝火控雷達、戰術數據鏈和天基數據鏈等設備，利用天基數據鏈對無人機進行遠程控制，可以派遣無人機快速向前突擊到陸基雷達探測盲區進行高空探測，能夠有效提升目標發現距離，通過戰術數據鏈將精確的目標指示信息快速傳輸給陸地部署的防空武器，陸基防空武器根據該信息可在其傳感器未獲得目標位置的情況下發射攔截彈，實現超視距打擊低空來襲目標。這種作戰樣式將陸地平臺上的武器發射通道和無人機平臺中的目標制導通道協同共用，可提前發現低空來襲目標，延長了防空反應時間，并為二次攔截提供時間機會，形成了一體化陸—空協同防空作戰系統，概念圖如圖2所示。

圖2 陸基防空武器與無人機協同防空概念圖

無人機由于載荷有限，加裝的火控雷達探測性能肯定不如預警機雷達，但無人機的優點在于成本低，無需考慮人員傷亡，可以抵近威脅區域進行探測，而且通過將多架無人機組成協同探測網，能夠擴大目標探測范圍，增強目標探測的連續性和穩定性。目標探測的精確指示信息通過無人機加裝的戰術數據鏈可快速傳輸到陸地上的數據鏈地面站，供陸基防空武器制導發射攔截彈。防空武器對目標指示信息的數據率和穩定性有一定要求，而天基數據鏈雖然數據傳輸覆蓋范圍廣，但數據傳輸速率慢，且信號不穩定，不能用來傳輸目標指示信息，因此只有戰術數據鏈可以滿足防空武器對目標指示信息傳輸的要求。當無人機飛行距離超出戰術數據鏈最大傳輸距離時，可控制其他無人機飛到中途作為通信中繼站，以此來擴展陸基防空武器到最遠無人機的通信傳輸距離。

本文利用天基數據鏈遠程控制無人機，而不是直接利用戰術數據鏈，主要是因為以下兩點原因：

1）天基數據鏈的傳輸范圍遠大于戰術數據鏈，這樣可以利用天基數據鏈控制無人機到超出戰術數據鏈地面站傳輸范圍的地方執行任務，不會發生失聯情況，而且無人機的遠程控制指令對傳輸速率要求不高，即使飛行中信號不穩定，無人機可以依靠自身的自動控制技術，保持一段時間的平穩飛行。也就是說無人機遠程控制對數據鏈的要求更注重傳輸距離，而對傳輸速率和穩定性的要求較低，這與目標指示信息的傳輸要求相反，所以天基數據鏈正好滿足無人機遠程控制的需求。當然戰術數據鏈通過無人機通信中繼也可以擴展無人機遠程控制指令的傳輸距離，但這需要隨時規劃用于中繼通信的無人機位置，增加了技術復雜度，在實施過程中可能出現信號長時間中斷的問題而導致無人機失聯，不如天基數據鏈時刻保持信號大范圍覆蓋有優勢。

2）目標指示信息對戰術數據鏈的傳輸負荷已經很高，再讓無人機遠程控制指令占用一部分傳輸資源，會影響防空武器的攔截效果，所以利用戰術數據鏈專門傳輸目標指示信息，利用天基數據鏈專門傳輸無人機遠程控制指令，兩者可以優勢互補，實現通信資源的高效利用。

3 陸基防空武器與無人機協同防空系統組成

陸基防空武器與無人機協同防空系統主要由陸基指揮控制系統、無人機系統以及無人機通信數據鏈系統等組成。其中，陸基指揮控制系統包含陸基指控中心、無人機地面指控站和陸基防空武器控制系統；無人機系統包含無人機任務規劃與控制系統、機體、推進及飛控系統、雷達管理系統和發射與回收系統；無人機通信數據鏈系統包含戰術數據鏈地面站、天基數據鏈衛星地面站、無人機戰術數據鏈和無人機天基數據鏈[6]。

在陸基防空武器與無人機協同防空作戰過程中，陸基指揮控制系統主要負責無人機任務下達、防空武器控制及其他相關活動的指揮；無人機系統負責無人機發射與回收、任務規劃與飛行控制及火控雷達的管理控制；無人機通信數據鏈系統主要負責天基數據鏈和戰術數據鏈在陸基指控中心與無人機之間的通信。陸基防空武器與無人機協同防空系統組成如圖3所示。

圖3 陸基防空武器與無人機協同防空系統組成示意圖

4 結語

本文分析了陸基防空武器面臨的目標發現距離近、攔截反應時間少、預警機空中探測條件艱苦、人員壓力大等問題，提出了構建陸基防空武器與無人機協同防空的作戰樣式，明確了無人機火控雷達通過數據鏈為陸基防空武器提供目標指示的設計理念。針對無人機與陸基防空武器之間的指揮、通信問題，研究了戰術數據鏈和天基數據鏈的數據傳輸特點，并在實際應用當中合理配置，采用戰術數據鏈傳輸目標指示信息，天基數據鏈傳輸無人機控制指令，最大限度發揮通信傳輸性能。文中沒有對陸基防空武器與無人機協同防空中應用的裝備型號進行詳細選型分析，也沒有考慮電子干擾對無人機及數據鏈的影響，而新型作戰樣式需要有合適的裝備支撐才能實現作戰能力，且現代空襲與反空襲作戰中電子對抗已成為常態，并扮演著重要角色，因此，在今后的研究中要進一步分析實際裝備的選型，并考慮如何消除電子干擾對無人機及數據鏈的影響，使得陸基防空武器與無人機協同防空更接近于實戰條件。

[1] 劉鑫，孫厚俊. 陸戰裝備與無人機空地協同作戰指揮控制技術[C]. 第六屆中國指揮控制大會論文集（上冊），2018.

[2] Jun Wang，Xiaozhe Zhao，Beiping Xu，et al. Immune multi-agent model using vaccine for cooperative air-defense system of systems for surface warship formation based on danger theory[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics，2013（06）.

[3] 韓鋒，陳崗. 島礁防空的特點和對策[C]. 第四屆中國指揮控制大會論文集，2016.

[4] Zhiyu Zhou，Bin Rao，Xiaoxia Xie. The influence mechanism of UAV group on the detection performance of air defense radar[C]. Proceedings of 2018 3rd International Conference on Automation，Mechanical Control and Computational Engineering（AMCCE 2018），2018.

[5] 伍凱，賀正洪，吳舒然. 制導與發射分離的協同防空殺傷區模型與仿真[J]. 彈箭與制導學報，2019（03）.

[6] 衛強，李新洪，王剛. 基于天基鏈路的直升機低空搜救應用方面研究[C]. 探索創新交流——第六屆中國航空學會青年科技論壇文集（下冊），2014.

Research on Cooperative Air Defense Combat Mode Design of Land-Based Air Defense Weapon and UAV

QI Zilong, DANG Ling, HAN Chunlei, LU Yao, SUN Xiaolong

Land-air man-machine cooperation is an important development direction of manned/unmanned combat mode in the future, in which land-based air defense weapons and UAV cooperative air defense combat can give full play to their respective advantages and expand synergy. Aiming at the problems of land-based air defense weapons have close target detection distance and less interception reaction time; the air defense detection cost of early warning aircraft is high, and there is a risk of casualties, the concept of cooperative air defense between land based air defense weapon and UAV is proposed. A land-air integration cooperative air defense combat style is designed, the target indication information provided by the UAV is transmitted to the land based air defense weapon through data link, and the coming target is intercepted beyond visual range, so as to realize the purpose of "discovery and intercept as far as possible".

Land-Air Cooperative Air Defense; Data Link; UAV

V279

A

1674-7976-(2022)-06-438-05

2022-03-08。

亓子龍（1989.08—），陜西西安人，碩士，工程師，主要研究方向為數據融合、編隊作戰指揮控制。