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2020年国外军用无人机/反无人机领域发展综述
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军用无人机已经成为现代空中作战力量中的重要组成部分，具有无人员伤亡、使用限制少、隐蔽性好、效费比高等特点，在现代战争中的地位和作用日渐突出，其在战场的成功运用，开启了以智能化远程攻击武器为主导的非接触战争的序幕。2020年伊始，美军利用MQ-9“死神”无人机定点刺杀了伊朗“圣城旅”指挥官卡西姆·苏莱曼尼，引发中东局势骤然紧张，同时也凸显了无人机在强大作战体系支撑下的杀伤力和在新型作战模式中的重要作用。2020年9月以来，阿塞拜疆和亚美尼亚两国为争夺纳卡地区控制权爆发冲突，双方大范围运用了低成本无人机和反无人机作战，执行各种情报侦察监视任务，为打击提供高精度的目标位置信息和战斗毁伤评估（BDA）信息，充分展示了无人机在战场态势感知和精确打击方面的战术价值，其无人机战术应用特点或将影响未来战场规则及无人机未来发展。与此相对应，国外军用无人机/反无人机技术也在新作战概念引领下取得了快速发展。本文将对2020年国外军用无人机/反无人机领域的发展进行梳理和简要分析。
1.1 紧扣“马赛克战”作战概念，DARPA持续推进无人蜂群、有人-无人编队协同作战项目
2017年8月，DARPA战略技术办公室首次提出“马赛克战”作战概念。2019年9月米切尔航空航天研究所发布《恢复美国的竞争力：马赛克战》报告对“马赛克战”作战概念进行了全面介绍。该报告认为“马赛克战”作战概念是一种针对体系作战战略的分散、敏捷重组军力设计概念，旨在解决未来战略环境需求，克服当前部队的缺陷。“马赛克战”既利用先进的网络能力，在作战区域内无缝共享信息，又利用处理、计算和组网技术的新发展。在“马赛克战”概念中，平台被“分解”成最小的实用功能，在具有高韧性的网络化杀伤网中创建协同“节点”，能够一直保持作战效果。无人蜂群、有人-无人编队是“马赛克战”作战概念的重要元素，具有分解能力的无人蜂群、有人-无人协同编队会大大提高任务效能，同时低成本无人平台的损失不会危害到整个系统的功能。2020年，DARPA开展了多项“马赛克战”作战概念相关的无人机项目研究，持续推进无人智能化协同作战相关技术（低成本分布式作战平台技术、具有开放式系统架构的蜂群技术、智能自主与协同控制技术）开发，积极构建美军新型作战体系。DARPA在2020年开展了进攻性蜂群战术（OFFSET）项目第五次冲刺和“小精灵”项目第四阶段工作，加快低成本可重复利用空中小型无人作战平台的分布式作战能力的开发，并在空战演进（ACE）项目和“拒止环境协同作战”（CODE）项目中利用人工智能技术提高作战人员对自主作战技术的信任度和无人系统的自主协同控制能力，推动有人-无人编队自主协同作战能力的实现。（1）DARPA进攻性蜂群战术（OFFSET）项目授出第五次冲刺合同，无人蜂群作战能力即将实现2016年12月，DARPA提出了“进攻性蜂群使能技术”（OFFSET）项目，针对复杂城市作战环境，计划利用由250套无人系统组成的自主蜂群执行任务时间高达6个小时的城市作战。该项目重点开展蜂群作战战术、人机协同能力、自主智能水平、软件算法开发、模拟环境与平台开发等研究工作。OFFSET项目的相关研究成果将直接应用到“马赛克战”体系中，推动低成本无人蜂群作战能力的快速成形。DARPA在2020年4月向九家机构授出“进攻性蜂群赋能战术”（OFFSET）项目合同，开始了该项目的第五次“冲刺”工作。第五次冲刺包括两个专题领域：物理试验台和蜂群战术。物理试验台重点领域的五家机构将重点加速进行硬件部件的集成和增强，创建强大的蜂群新能力，例如缩短蜂群部署时间，引入新型导航和感知传感器，在蜂群作战中纳入固定翼飞机。面对城市环境中的高楼、狭小空间和视线受限等一系列挑战，对蜂群物理试验台进行增强、使其能够克服这些挑战是OFFSET项目的期望目标。蜂群战术领域的重点是设计和实现采用空中和地面机器人组成蜂群的战术，实现诸如“在4到6小时的任务期限内在8个正方形城市街区内占领关键城市地形”这样的特定任务目标。所建议的战术实例包括干扰对手决策，混淆蜂群意图，更新某个动态环境地图，以及维持室内蜂群通信等。（2）DARPA为“小精灵”项目增加第四阶段工作，聚焦蜂群分布式作战能力模拟演示DARPA于2015年启动“小精灵”项目，旨在开发一种由传统有人飞机（如C-130运输机）投放和回收具备协同分布式作战能力的低成本蜂群无人机，这些无人机能够灵活搭载不同任务载荷，提升作战灵活性。该项目包括三个阶段，即第一个阶段进行概念验证，研究内容包括发射和回收技术、低成本设计和风险降低；第二个阶段进行全尺寸技术验证系统的初步设计和验证；第三个阶段对全尺寸技术验证系统进行空中发射和多架无人机回收的飞行演示验证。
图1 “小精灵”无人机
图2 搭载有CODE人工智能软件的无人机
CODE软件开发的目的是帮助美军在不使用始终连接的数据链、专门飞行员及传感器操作员的情况下，实现一架或多架无人机自主飞行。CODE软件也允许无人机与其他无人机自主协同工作。这种能力依赖于网状网络通信系统，在该通信系统中，信号使用多节点传输方法，而不是单一节点。无人机在自主执行任务时，人类监视人员（或许是附近战斗机的飞行员）将对无人机进行监控。DARPA表示，借助使用CODE协同自主软件，无人机可以寻找目标并根据已有交战规则与之交战，并在最少人类监管条件下与附近同样使用CODE软件的平台协同作战。CODE无人机群在执行任务的过程中可以相互分享数据或者与指挥官分享数据、协商任务分配、实现行动和通信的同步；CODE项目模块化、开放式软件架构允许多架CODE无人机开展导航任务，并根据已建立的交战规则发现、跟踪、确认目标并与之作战；CODE无人机也可召唤临近友军的CODE无人机，增强无人机群作战能力和动态作战环境适应能力。
1.2 以作战需求为牵引，美军无人机通信组网能力取得突破
未来高对抗作战环境和分布式协同作战样式对无人机通信网络带宽容量、韧性抗毁、网络兼容和数据链互操作性等方面提出了更高要求。2020年，无人机通信组网能力在上述领域取得了一定发展。为满足无人机对大容量信息传输需求，通用原子航空公司成功对可搭载到无人机上的机载激光通信系统（ALCoS）进行了测试，该系统后续会很快集成到MQ-9无人机上。2020年6月，迄今为止最小、最轻的无人机专用卫星通信系统面世，小型战术无人机有望也能获得超视距作战能力。在数据链方面，MQ-8C“火力侦察兵”无人机将集成Link 16，美海军的联合全域指挥控制能力将得到增强。此外，美军对gatewayONE和DyNAMO网关进行关键测试，开发了新型机载通信网关吊舱，将提升多种战术数据链的完全互操作能力。（1）无人机卫星激光通信系统成功测试，无人机大容量抗干扰通信指日可待随着无人技术的快速发展，无人机将会逐步替代有人机执行各种侦察、监视、打击以及信息支援作战任务。因此，无人机的信息传输需求也越来越大，然而由于高度依赖通信链路，无人机在战场复杂电磁环境下易受干扰甚至欺骗，这已成为制约无人机快速发展的瓶颈。激光通信链路具有通信容量大、传输速率高、隐蔽性好、抗干扰能力强、组网灵活以及终端体积小、重量轻、功耗低等优点，是实现无人平台大容量抗干扰通信的重要途径之一。通用原子航空系统公司在2020年2月通过与地球同步地球轨道（GEO）卫星建立链路，成功对其可搭载到无人机上的机载激光通信系统（ALCoS）进行了地面测试。此次测试使用了TESAT公司的地球同步轨道激光通信终端（LCT 135），这也是尺寸、重量及功耗都适合搭载在中空长航时无人机的空对天激光通信系统的首次演示。通用原子航空系统公司利用位于西班牙加那利群岛特内里费岛的光学天文台对ALCoS机载激光通信系统进行测试。ALCoS机载激光通信系统与Alphasat地球同步轨道卫星上的LCT 135终端实现连接，成功演示了捕获和跟踪能力。该公司目前正在进行将ALCoS系统搭载到MQ-9无人机的集成工作，未来将直接在空中完成与通信卫星的高带宽激光通信。ALCoS系统使用1064纳米和1550纳米两种波长的激光工作，能够为MQ-9无人机提供低截获概率和低探测概率通信能力，其数据传输能力是传统射频卫星通信系统的300倍，也能够作为联合空中网络的网关，供作战部队使用。（2）可搭载到小型无人机的最轻小型卫星通信系统面世，战术无人机超视距作战成为可能传统上，由于尺寸、重量和功率较大的原因，卫星通信系统只适用于较大的飞机。美军当前具有卫星通信能力的无人机都是大中型无人机，如“全球鹰”无人机、MQ-9“死神”无人机、MQ-9B“天空卫士”无人机，增程型MQ-1C“灰鹰”无人机以及以色列“苍鹭”无人机。然而，霍尼韦尔公司近期开发出一种新型通信系统可以改变以往小型无人机无法配备卫星通信设备的局面。2020年6月，美国霍尼韦尔公司推出了迄今为止最小、最轻的无人机专用卫星通信系统。该新系统重1千克，比霍尼韦尔公司最小的卫星通信系统轻90%，外形尺寸为13厘米×7.4厘米×5.1厘米，天线尺寸为14.2厘米×11.2厘米×5.1厘米，最大传输速率为200kbps。其设计目的是为小型无人机带来部分与大型飞机相同的连接能力。该系统利用Inmarsat公司的全球卫星通信网络，可为无人机提供全球范围连接。当前，霍尼韦尔公司推出的这款卫星通信系统重量只有1千克，完全可以集成到美军现役的诸多战术无人机上，如RQ-8“火力侦察兵”无人机、RQ-20A/B“美洲狮”无人机、RQ-7“影子”无人机，甚至包括目前正在开发的蜂群无人机，实现战术无人机超视距作战能力。（3）“火力侦察兵”无人机将装备Link16数据链，推进美海军联合全域指挥控制能力发展美海军目前正在联合美陆军和空军推进美国防部的联合全域指挥控制（JADC2）计划。JADC2的终极目标是确保美军成为一支将平台、传感器和武器等能力连接在一起的联合部队。美海军因此提出了“超越计划”（Project Overmatch），该计划旨在开发一种能够将武器和传感器组网的战术数据网络，实现不同系统和平台之间的数据共享。而数据链是实现数据交换、互连和共享的关键，对于实现“联合全域指挥控制”的下一级连通能力来说至关重要。诺斯罗普·格鲁曼公司在2020年从美海军获得新合同，将在未来两年内为MQ-8C“火力侦察兵”垂直起降无人机集成Link 16数据链。作为一种双向、保密、抗干扰数据链，Link 16已成为美军主战平台的基本配置，是各型主战平台实现信息化作战、形成体系作战能力的重要支撑，同时它也是美军及其盟国使用最多的具有互操作性的联合数据链。Link 16的数据率并不高，但其具有较高的组网灵活性，最高可容纳上千个入网用户，并且其终端尺寸小，可以搭载到各种战术飞机上，是当前条件下实现多域通信的最现实选择。此外，美军还计划使用Link 16战术数据链作为美军太空发展局传输层卫星的重要通道，而这些卫星被设计作为未来全域作战的通信骨干。美海军将利用搭载到MQ-8C无人机的Link 16数据链向网络中的多个用户（包括船只、飞机、地面站等）提供ISR数据，实现近实时数据传递，为关键决策提供信息。美海军增加Link16数据链的目的是增强MQ-8C与已经具备Link 16能力的MH-60舰载直升机的组网能力，使MH-60R的机组人员（以及任何支持Link 16的平台）能直接接收MQ-8C搜集的数据，无需通过濒海战斗舰转发。（4）美军推动无人机载通信网关能力建设，提升多种战术数据链完全互操作性在高对抗作战环境中实现高效信息交换能力仍是一项重要挑战。美军目前列装有多种数据链系统，但由于彼此之间无法实现互操作，严重影响不同作战单元彼此交换信息而获取公共态势感知的能力。为了解决这一问题，美军需要通过可以搭载到无人机上的多种通信网关系统来改进战术数据链互通能力。· 美空军测试可搭载到无人机上的gatewayONE通信网关，推进“先进作战管理系统”（ABMS）跨平台通信组网能力形成美空军当前最先进的两款五代战机（F-22和F-35）使用不同的安全数据链，其中F-35使用多功能先进数据链（MADL），F-22使用机间数据链（IFDL），两种数据链都具有低探测率（LPD）特性，可实现隐蔽通信，但由于彼此不兼容而无法实现互通。鉴于此，美空军提出了一种可搭载到无人机上的具有模块化、开放式架构的gatewayONE 通信网关。gatewayONE是美军“联合全域指挥控制”（JADC2）和美空军当前力推的“先进作战管理系统”（ABMS）的重要组成部分，用于实现包括五代机在内的跨平台通信组网能力。2020年12月9日，美空军的F-22“猛禽”战斗机、F-35A“闪电”II战斗机和美空军研究实验室的XQ-58A“女武神”无人机进行了首次编队飞行试验。试验中，XQ-58A无人机装备了这种gatewayONE通信网关。利用gatewayONE，F-35和F-22战机不需要进行物理改装，也无需借助搭载战场机载通信网络（BACN）的E-11A或EQ-4B中继飞机，就能直接进行低探测率通信。在此次飞行试验中，搭载到XQ-58A无人机的gatewayONE由于机械故障而无法正常工作。根据测试团队的数据，美空军利用第二个部署到地面的gatewayONE系统成功将目标提示数据从F-35传送到F-22，并在两架飞机之间实现了数据交换，验证了gatewayONE跨平台建立双向数据转换路径的能力。鉴于此次飞行试验只完成了原定80%的总体飞行试验目标，美空军计划于2021年5月对XQ-58A无人机机载gatewayONE网关重新进行测试。· DARPA“任务优化动态网络自适应”（DyNAMO）分布式网关完成收尾测试2020年12月，支持DARPA“马赛克战”作战概念的DyNAMO项目完成收尾测试。该项目旨在解决战场上有人、无人机日益增多而引起的通信网络互操作难题，实现下一代有人/无人机在恶劣环境中的无缝通信。此次测试在美空军研究实验室（AFRL）的试验和测试设施中进行，演示了DyNAMO即使在存在恶意干扰条件下也可桥接多个不同无线电网络，实现不兼容战术无线电数据链路之间的通信。测试站点部署有多种军用战术数据链（包括Link 16、战术目标瞄准组网技术（TTNT）、通用数据链（CDL））和Wi-Fi网络。在模拟竞争环境中的不同条件下，DyNAMO成功在所有数据链之间提供了不间断网络连接。DyNAMO采用分布式网关概念，利用网络上的各个节点作为可支持DyNAMO的节点，或传统不支持DyNAMO的节点。DyNAMO软件与以上两种类型的节点均可实现互操作，支持DyNAMO的节点可作为网络中的分布式网关，解决了中央网关的单点故障问题。DyNAMO是一种轻量级软件，可安装到安卓设备上，比如平板电脑或手机，无需购买新电台或额外网络硬件。试验中，研究人员在平板电脑、手机、笔记本电脑及类似设备中运行DyNAMO。这与使用大型飞机上的大型集中式网关形成鲜明对比。· 美海军陆战队为融合一体化海军网络（FINN）项目寻求开发新型机载通信网关吊舱2020年8月，美海军陆战队发布为FINN项目的新型机载吊舱原型寻求解决方案的信息征询书。该原型将提供一种持久通信网关，用于在其他FINN节点和与其相连的终端用户节点之间接收、桥接、转译、处理并分发信息。FINN机载吊舱设计用于通用原子公司的MQ-9B“天空卫士”无人机系统。该吊舱能够利用现有和传统数据链路技术对IP和非IP数据进行频率交联传输，且具备超视距传输能力，并且还能够在Link-16、TTNT V6.9和7.0、带宽高效通用数据链路、情报广播系统和经过NSA Type-1认证的TrellisWare战术可扩展MANET-X波形以及由美海军研究办公室开发的下一代波形之间实现用户实时数据转换。
2.1 美军统一反无人机系统及指控标准，反无人机技术即将实现“即插即用”
当前美军各个军种都拥有自己的反无人机系统，但这些系统通常不能相互联通和实现互操作，无法构建起多层次反无人机体系和实现多军种反无人机系统协同作战，同时由于各军种间缺少沟通与合作，造成反无人机系统的重复开发，采购成本居高不下。鉴于此，美军联合反小型无人机系统办公室2020年6月批准了各军种能够采购的7个反无人机系统和3个通用指挥控制系统。这是美军首次推出统一的反无人机系统和指控系统的采购清单，将大大提高各军种间反无人机系统的互操作性，实现新技术“即插即用”。（1）批准7个反无人机防御系统徒步士兵/手持系统（3个）：包括“捕鸟笼”（Bal Chatri），美军特种作战司令部用于对抗小型无人机；“智能射手”（Smart Shooter），用于使用常规步枪击落飞行中无人机的瞄准辅助装置；“无人机终结者”（Drone buster），可破坏无人机的无线控制链路，迫使其降落或返航。车载/移动系统（1个）：美海军陆战队的“轻型-移动防空一体化系统”（L-MADIS），包括一个车载高功率干扰机和相关传感器套件。固定/半固定式系统（3个）：包括美陆军的“固定地点低、慢、小型无人飞机系统一体化打击系统”（FS-LIDS）；美空军的“非国家联合简易空中威胁消除”（NINJA）系统；美海军的可兼容“反遥控模式飞机一体化防空网络”（CORIAN）。（2）批准3个通用指挥控制系统联合反小型无人机系统办公室（JCO）批准的通用指挥控制系统包括美陆军开发的“前沿地区防空指挥和控制”（FAAD-C2）系统，美空军开发的“多环境作战域无人系统应用指挥与控制”（MEDUSA）系统以及美海军陆战队开发的“防空系统集成者”（ADSI）系统。FAAD-C2系统是一种全域自动化指挥控制解决方案，可作为联合通用反无人机指挥控制平台，并将最终融合到美陆军的综合防空和反导作战指挥系统中。MEDUSA是由Kongsberg公司开发的C2系统，既可以监督友军无人机，也可以打击敌军无人机。MEDUSA可以自动分析对手无人机的威胁程度，并直接摧毁威胁较大的目标，并且可与FAAD-C2完全互操作。ADSI系统具有灵活性和可扩展性，为联合作战和特定军种的指挥和控制系统之间实现互操作性制定了新标准，同时也可与FAAD-C2兼容。值得注意的是，它们虽然是三种不同的指挥控制系统，但可以完全互相兼容，并且美军基本上已经放弃了试图建立“一个系统来统治所有系统”的想法，取而代之的是试图让不同的专门系统协同工作。JCO正在与军方合作，建立管理反无人机指挥控制的通用技术标准，实现新技术即插即用。
2.2 人工智能技术在反无人机领域受到青睐
随着人工智能技术的发展，各国也逐渐开始将人工智能技术应用到反无人机领域，以帮助实现无人机威胁快速探测、敌友识别和持续跟踪。美国Citadel Defense公司在2020年4月升级了其基于人工智能的Titan反无人机解决方案，实现了对陆地或海上无人系统以及无人机的快速探测、识别和打击。Titan利用机器学习、人工智能和软件定义硬件技术快速应对新威胁，并使用增强型传感器融合技术，解决了一些主要由地面杂波或不熟悉的新威胁导致的共性问题。该系统升级了通用算法，使部队在对抗地面威胁、地面机器人平台以及小型无人机系统时能得到更强保护。更新后的软件将会在超过100个现役Titan系统上使用。此外，Citadel Defense公司还在2020年5月发布了一款新软件，该软件整合了Deepfake反无人机人工神经网络，有助于美国及其盟友识破和对抗对手日益成熟的欺骗战术。图3 Titan 反无人机系统
2.3 “软杀伤”反无人机技术持续推进
目前，反无人机技术目前主要分为“软杀伤”与“硬杀伤”两种技术，“软杀伤”主要利用无线电干扰方式切断无人机操作员与无人机之间的指挥控制链路，使无人机无法接收指挥控制信号，从而彻底丧失工作能力。2020年，以色列和俄罗斯在“软杀伤”反无人机技术取得了进展。（1）以色列开发利用射频网络技术接管无人机的反无人机系统2020年9月，在以色列国土安全部举办的年度无人系统和机器人技术展览会上，D-Fend Solutions公司现场演示了EnforceAir反无人机系统利用射频网络技术接管无人机，并使其在敏感环境中安全着陆。演示中，两架无人机进入EnforceAir划定的保护区域后就触发了警报，并被自动检测和跟踪，然后显示到EnforceAir的图形用户界面上。EnforceAir系统识别了未经授权无人机的GPS坐标，显示出无人机和操作员的位置。EnforceAir系统随后利用射频网络技术切断了无人机与控制器的连接，使无人机操作员失去了对无人机的控制。最后，EnforceAir系统接管了无人机，并在几秒内自动重新编程，使其安全飞行并降落到预定区域。
图4 EnforceAir反无人机系统
（2）俄罗斯研制新型反无人机电磁枪俄罗斯“卡拉什尼科夫”公司在2020年研制了一种新型REX-1反无人机电磁枪。REX-1电磁枪设计用于干扰视距范围内的无人机，包括多旋翼无人机。REX-1电磁枪将干扰抑制无人机导航和传输通道，以及其照相机和摄像机。REX-1电磁枪还可用于干扰抑制GSM和Wi-Fi信号。电磁枪还配有红点瞄准镜、可更换的GPS和“格洛纳斯”卫星导航系统干扰抑制单元、握把，还可配备频闪观测仪、激光瞄准器、摄像机等其他设备。
2.4 可对抗无人机蜂群的反无人机能力获得提升
随着材料升级、人工智能技术发展，具有低成本、高效能优势的无人机蜂群实现了快速发展，无人机蜂群作战模式从理论设想成为现实。在2020年9月爆发的纳卡冲突中，阿塞拜疆在与亚美尼亚开战后的24小时内，运用智能无人机“蜂群战术”对亚美尼亚的地面装甲部队造成重大毁伤。无人机蜂群作战威力初现，积极寻求应对策略，加强对反无人机蜂群系统的研发成为美军2020年反无人机能力发展的重点。（1）美海军陆战队开发“战术高功率微波作战响应器”（THOR）反无人机蜂群系统2020年，BAE系统公司在美海军陆战队“陆战队现代化日”（MDM）虚拟展览馆里展示了反无人机蜂群“战术高功率微波作战响应器”（THOR）系统。该系统可以在短时间内发射高功率微波烧毁无人机的电子控制系统，使无人机失控坠地，其射程达到数百米。相较于激光，THOR的波束更宽，它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；其天线可进行360度水平旋转和上下移动，能打击不同方向来袭的无人机。
图5 THOR反无人机蜂群系统
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