无人机蜂群电磁抗干扰研究

刘杰 匡文娟 李向远

摘  要：无人机蜂群作战是无人作战体系中的典型手段，极可能对传统作战方式产生颠覆性影响，无人机作战与反无人机作战一直都是研究热点。无人作战模式是军事作战发展的重要方向，无人作战在抵近侦查、忠诚僚机、集群饱和攻击、无人机长时间察打一体值班巡逻方面具备极为显著的作战优势，特别是无人机蜂群作战，有着饱和式攻击力和复杂地型适应能力的特点，应用场景广阔，配合正在兴起的人工智能技术，成为目前无人作战技术研究的重中之重。本文介绍了无人机蜂群的作战特点及无人机蜂群通信系统的发展情况，分析了无人机现有通信手段的抗干扰技术，结合未来无人机蜂群通信系统的发展趋势，提出了未来无人机蜂群通信抗干扰的技术方向，为后续抗干扰路线的选择提供参考。

关键词：无人机蜂群 无线通信网 电磁抗干扰 研究

中图分类号：TN91                            文献标识码：A                  文章编号：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

無人作战模式是军事作战发展的重要方向，无人作战在抵近侦查、忠诚僚机、集群饱和攻击、无人机长时间察打一体值班巡逻方面具备极为显著的作战优势，特别是无人机蜂群作战，有着饱和式攻击力和复杂地型适应能力的特点，应用场景广阔，配合正在兴起的人工智能技术，成为目前无人作战技术研究的重中之重。作战与反作战是永远分不开的两面，在反无人机作战技术方面电磁干扰作战是重要的发展方向，无人机蜂群通信抗干扰技术成为一个无法避开的研究课题。

1  无人机蜂群技术概况

1.1 无人机蜂群作战

蜂群最显著的特征就是数量庞大，无人机蜂群的作战模式体现了蜂群系统中这一显著特点，凭借独特的优势，以灵活便捷的投送方式、多元化的投送平台，短时间内集结到指定区域并开展饱和化军事攻击任务，该类微型、小型无人机均具备低成本特点。

1.1.1 部署迅速、方式多样

因便捷的投送方式，无人机蜂群在各个类型的发射平台都可以便捷发射。上至航空母舰、大型运输机，下至小型护卫舰、轮式机动车载平台;发射方式包括弹射（包括正在积极发展的舰载、车载电磁弹射技术）、火箭助推、空中滑翔投放与自行跑道起飞，部分直升机飞行器或其他类型旋翼飞行器可自行垂直起飞;均可保障无人机蜂群在各中地形、各种平台、多种方式，在短时间内，在指定空域内批量集结。

1.1.2 成本低廉、效费比高

微小型无人机作为新兴科技产品，制造成本比其他高性能的高科技武装设备低很多，可在短时间内大量生产，形成数量优势。在实际战争中，无人机蜂群使用便捷，无其他高性能设备使用时的各种限制因素。无人机蜂群技术无论是在制造还是实战过程中，都具有一定优势，适合大力发展。

1.1.3 大规模饱和式攻击

无人机蜂群战术最大震慑力在于通过庞大数量，饱和式攻击，在指定区域形成巨大杀伤力。无人机蜂群典型作战模式中，通过在有限区域内布置海量无人机，超过防御方防空火力，以不怕损毁的作战方式快速摧毁对方防空力量，取得制空权;缺少防空力量的地面武装在批量无人机压制下，基本难以发挥战力。

1.1.4 作战半径相对较近

根据无人机蜂群作战模式，蜂群的作战模式就是抵近快速投放集结，无需很大的作战半径;相对于大型无人机平台，无人机蜂群作战平台体积小，受载油量较小，作战半径有限。

1.2 无人机蜂群通信技术

蜂群这一物种一般采取群体作战的方式，而无人机蜂群就是借用了蜂群的作战思维，拓展出了一種新型集群作战行动，其通信技术最关键的点在于集群，集群通信的典型模式包括分布式和主从模式，主从模式在主节点出现损毁状况时，整个网络将无法运行，显然不太符合无人机蜂群的典型特点：抗摧毁性强，因此未来无人机蜂群通信组网技术必然是无中心的分布式组网模式。

分布式无中心组网系统最显著特点就是没有基站交换控制中心的集中控制，是一种由各分布式节点自行设定通信链路，采取分散控制的组网系统。各分布式组网节点进行数据传输时，信道选择分配，呼叫建立，拆链等动作都由各分布式组网节点自动控制完成。分布式组网主要特性如下。

1.2.1 均等性

每个节点在自组网中，所具有的权限是均等的，没有高低之分，消息互通性强，不需要通过中心控制节点进行控制转发。

1.2.2 便捷性

一个无中心的网络可由各个分布式组网节点随时进行自由组合，无需提前做任何准备，无任何基础设施要求。

1.2.3 独立性

各个节点在自组织网中都具有独立性，可以根据实际情况，进行自主调整，网络的计算、构建过程也不需要外界的干预，内部运行存在独立性。

1.2.4 抗毁性强

受到均等性、便捷性、独立性的影响，自组网受到外部攻击时，可以立即重组，在确保通讯顺畅的情况下，各个节点自行加入或脱离自组网，维持基本通信能力。

2  无人机蜂群电磁抗干扰

无人机蜂群区别于其他无人平台的一个显著特征是无人机蜂群平台多为微型、小型飞机，承载通信设备数量及重量有限;第二个显著特征就是在有限区域内集结数量多。基于上述2种基本特征，无人机蜂群进行数据传输的主要手段就比较有限，主要为小型化卫星通信道、微波信道和超短波信道，还有一种就是目前正在快速发展的无线紫外光通信技术。

2.1 卫星信道抗干扰

卫星信道是无人机平台远距离通信最佳信道，全球范围内具备实时互通能力，信道数据速率高，时延相对较低，稳定性也非常不错，但现有的无人蜂群均未批量加装，最重要的原因在于卫星信道通道数量有限，很难在有限的区域内提供大量数据通道，目前的无人机蜂群卫星系统基本还是以使用导航定位系统为主，远距离数据传输会考虑通过专业通信节点飞机进行中继转发。

2.2 微波信道抗干扰

云计算的发展为靶场环境的创新型建设提供了便利条件，可以建设一个易于管理、便于拓展的网络安全技术研究场所。事实证明，新型靶场环境的建设需要以传统靶场建设为基础，保持原有的关注点，着力于减少投入，降低经济成本。云计算技术可以提供OpenStack等开源或免费的云解决方案，将网络空间靶场的建设实现提上日程。利用云计算在网络中进行有效的数据运算，将需要的信息数据进行计算规划，制定出合理的建设方案，让虚拟主机在网络空间靶场中进行演练，降低成本及破坏性，完成传统靶场环境向新型靶场环境的转化。在实验计划初级阶段，方案目标保留在虚拟主机建设中。

2.3 超短波信道抗干扰

超短波信道凭借远优于短波信道的带宽及时延，在各军兵种均大量配备使用，在军事通信领域具有不可或缺的地位。超短波电台发展起步早，规模庞大，干扰与抗干扰技术一直在不断发展，且应用广泛，主流的抗干扰技术就是直接序列扩频和跳频两个路径，以及目前正在发展的混合扩频通信技术。

利用伪随机序列拓宽频段，让数据流通范围加大，让数据在可接收到的频段上进行传输，这就是直接序列扩频。接收到变化后的信息之后，根据变化规律将信息数据转化变化前，就可以还原出扩频前的原始信号信息，然后解调翻译出原始数据。

利用伪随机序列对载波频率进行更改的是跳频扩频技术，在宽广的频带范围中，伪随机序列伪随机地控制载波频率，在频带范围中不断移动、变化混淆视线，将所控制载波中的信息传递出去。电台接收消息到消息后可以通过反向操作，根据变化规律获取变化前的原始信息数据。实际应用时电台内存储多个跳频频率表，然后根据伪随机系列数字，在频率表中挑选频率，在一个较大频段范围内不断随机调整收发频率，达到信道抗干扰的效果。

跳时扩频是利用伪随机序列来调控信号发送的时间，在改变信号发送时长后，实现信号传输。跳时扩频与跳频扩频二者运用一个控制载波频率进行信息传递，一个控制载波信息的发送时长，最终实现数据信息传递。伪随机序列控制载波信息发送时间段后，将有选择性地在若干时间段中挑选某一时间段将数据信息传递出来，载波发送消息的时长也受到伪随机序列的控制，为数据信息接收提供便利。

2.4 混合扩频技术

简单来讲，混合扩频技术就是上述几种抗干扰的技术组合使用，常见的有DS/FH、DS/TH、FH/TH等，抗宽带干扰和大功率窄带干扰的能力强。

3  无人机蜂群抗干扰的发展方向

研究無人机蜂群的电磁抗干扰发展方向，首先要确定的是无人机蜂群未来的主流通信手段。可在未来，无人机蜂群最主要的通信手段将会包括新一代的全球导航定位系统，提供实时导航定位信息;以美国星链（SpaceX和NASA正在建设）为代表的低轨卫星互联网（或者称为6G卫星网）。

全球导航定位系统抗干扰技术一直以来都是热点，未来将持续成为无人机蜂群电磁抗干扰的重点发展方向，鉴于混合扩频技术使频率功率谱密度接近底噪声的情况下，个人认为未来抗干扰将会偏向于智能天线多集接收与高效的纠错编码技术方向上发展。

4  结语

随着越来越多的无人机参与作战，无人机蜂群的实战运用将会快速来临，根据目前反无人机技术的发展趋势，接下来的发展重点在于电磁干扰技术方面的突破。根据无人机蜂群战术发展趋势，自组织组网与智能化协同作战都对蜂群间无线通信提出较高要求，新型作战模式对无线网络依赖性越强，抗干扰性要求就越高，提前进行无人机蜂群抗干扰研究极为必要。在可以预见的将来，在无人机蜂群参加的战争中，抗干扰技术与干扰技术之间的斗争将会愈演愈烈。

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