无人机粉碎机：硬杀伤式反无人机蜂群关键技术解析

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摘 要

2019年10月外媒报道了一种“无人机粉碎机”硬杀伤反无人机系统，该系统采用无人机以直接碰撞的形式对低、小、慢无人机目标进行直撞击，以达到拦截入侵无人机的目的。研究类似“无人机粉碎机”的蜂群与反蜂群“硬杀伤”作战模式对选择合理反蜂群技术发展路线，提高反蜂群作战能力具有一定参考意义。本文对此拦截系统的组成、关键技术、指标参数进行分析，指出其工作方式和在反蜂群体系中可发挥的作用，为制定反蜂群技术路线提供参考。

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引 言

2019年10月，美国一家名为安德里尔（Anduril）的公司向美国国家广播公司（NBC）公布了一种新颖的无人机拦截方式：利用一架被称为“无人机粉碎机”（Drone-Smasher）的无人机击落了一架离地高度约30.5米（100 英尺）的四旋翼无人机，并完好无损的返回地面。

安德里尔公司联合创始人帕尔默·卢卡奇(Palmer Luckey)在接受彭博社采访时表明他的观点：“所有软杀伤方式（应对无人机蜂群威胁）都是浪费时间”（All the soft kill systems are a waste of time）。他所说的软杀伤方式是指使用电子战，特别是通过干扰无人机飞机与地面站通信的方式使无人机失效。他认为无人机逐渐的将向半自主、自主的模式发展，与操作人员联系的必要性在不断减弱。同时，面对反导航欺骗能力的增强、 无人机集群扩频、跳频通信的广泛使用，最终电磁干扰与反干扰方式将会达到一种动态平衡状态，出现某一方呈压倒性优势的可能性比较低。因此，卢卡奇认为：建立以“无人机粉碎机”为主的硬杀伤拦截系统是应对无人机蜂群饱和攻击的有效手段。目前，安德里尔公司已获得在美国海外冲突地区部署该拦截系统的若干个采购合同，已披露的最大合同金额为1350万美元。

尽管卢卡奇关于软杀伤方式反无人机蜂群的观点有值得商榷的地方，但是，硬杀伤式反无人机蜂群的思路的合理性在反蜂群的众多技术路线中开展逐渐凸显，“无人机粉碎机”采用直接碰撞的方式击毁入侵无人机，具有直接、高效、低成本、可重复使用的优点。研究类似“无人机粉碎机”的蜂群与反蜂群“硬杀伤”作战模式对选择合理反蜂群技术发展路线，提高反蜂群作战能力具有一定参考意义。鉴于此，本文对“无人机粉碎机”这种硬杀伤式反无人机蜂群关键技术进行分析，为制定反蜂群技术路线提供参考。

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硬杀伤反蜂群技术路线分析

应该说，自2018年1月，俄罗斯驻叙利亚的赫梅米姆基地遭到叙利亚武装分子 “土法炼钢”式的无人机机群攻击以来，诸多热点地区的武装冲突中，越来越多的见到无人机“蜂群”的身影，最近的战例是2019年9月14日沙特油田遭到18架无人机和7枚导弹的袭击，导致国际油价大涨。可以说无人机“蜂群”作战模式已经给世界各国的军队敲响了警钟，对野战防空和要地防空提出了全新的挑战。

类似“无人机粉碎机”式的硬杀伤模式，是中近程距离反击无人机蜂群战术的一条极具发展潜力的技术路线，具有“效率高、成本低、价值对等”等优势，从作战思想上来讲，其最大优势在于：

（1）目标的非一致性

对敌方无人机蜂群而言，只有实现对我方高价值目标的侦察/打击才能实现其基本作战目标；而对于“无人机粉碎机”系统而言，主要目标是对敌方无人机蜂群进行拦截，这就使得双方无人机蜂群在对抗过程中的目标具有非一致性：敌方无人机蜂群除了要与“无人机粉碎机”进行缠斗，还需要在缠斗之后到达侦察/打击目标执行任务，而“无人机粉碎机”只需要拦截敌方无人机蜂群即可，即使是在碰撞过程中与敌方无人机同时损毁，进行拦截的目标已部分达成，而蜂群进攻的目标尚未达到。因此“无人机粉碎机”在设计目标上可专注于对敌方无人机蜂群进行攻击，在初始设计上更具有攻击优势。

（2）成本的对称性

“无人机粉碎机”本质上也是一种无人机，在战斗过程中，除了可以与敌方无人机蜂群反复交战，也可以在续航能力不足或是出现部分战损的情况下，进行自主回收，实现可重复使用。随着技术路线的成熟与技术水平的提升，与铠甲S弹炮结合系统的低效费比相比，“无人机粉碎机”在反击无人机蜂群的效果与成本上具有对称性。

基于此，“无人机粉碎机”可有效利用速度和机动性优势，通过区域任务分配和作战协同，对敌方无人机蜂群进行反复追逐打击，达到有效的战场“清扫”效果，降低无人机蜂群从中近程距离“漏网”的概率。“硬杀伤”模式，适合作用于中近程距离的“以无人机集群对无人机集群”的反蜂群作战模式。

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“无人机粉碎机”系统组成

安德里尔公司在2017获得第一份武器合同，为美墨边境的海关提供安全防护。该公司随后扩展了其基于人工智能的技术，以支持日益增长的对无人机的探测、识别需求。

目前，安德里尔公司推出的“无人机粉碎机”系统包括一套名为“哨塔”（Sentry Tower）的探测、识别系统，该系统由光学、微波和红外探测系统组成；一套名为“栅格”（Lattice）的基于人工智能驱动的传感器融合系统，该系统可集成第三方传感器，形成单一的网络平台，可在指定区域对任何车辆、人员、无人机或其他具有威胁的物体进行分类、识别和跟踪；还包括一套名为“幽灵”（Ghost）的四旋翼无人机系统，该无人机具有长航时、速度快、抗冲击能力强、可重复使用等特点。该“幽灵”无人机可通过“栅格”移动端APP自主操作，多个“幽灵”无人机可由一个控制终端进行操作，可支持大规模集群巡逻与作战。该系统组成可以表示为图1形式。

图1 “无人机粉碎机”系统组成

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关键技术解析

（一） 探测识别系统

“无人机粉碎机”系统中的“哨塔”（Sentry Tower）系统是一套集成第三方传感器的探测、识别系统，该系统由光学、微波和红外探测系统组成，主要设置在警戒区域附近的高地，以太阳能、蓄电池为主要能源供电，如图2所示。公开资料中没有披露“哨塔”系统的探测范围，但是，通常可以认为，对于直径小于1m的入侵无人机目标，光学传感器的作用范围小于2km，红外和微波探测器的作用范围小于5km，所以，总的来说，“哨塔”系统是一个近程探测设备。

图 2 “哨塔”探测识别系统

（二） 传感器融合系统

“无人机粉碎机”系统中的“栅格”（Lattice）传感器融合系统可以理解为无人机系统的地面站软件，其主要任务时接收第三方传感器的信息和“幽灵”无人机向其发送的自身状态信息。“栅格”将两者的信息融合，然后在指定区域对车辆、人员、无人机或其他具有威胁的物体进行分类、识别和跟踪。

根据公开资料信息，安德里尔公司的人工智能手段主要集中在“栅格”系统中，栅格的功能可以概括为以下几个方面：

4.2.1. 智能目标识别

在警戒区域内，“栅格”系统接收来自第三方传感器（即探测识别系统）传递的原始图像、红外等数据，然后，采用基于深度学习的类似“YOLO”的图像识别处理算法，快速对目标进行识别、分类。如图4所示。需要说明的是，目前基于深度学习的类“YOLO”图像识别算法已经取得长足进步，在识别正确率方面已远远超过传统基于边缘检测等规则的目标识别算法。

图 3 “栅格”系统对视频中的目标进行智能检测与识别

4.2.2. 无人机指令发送

“栅格”具有无人机地面站所具有的所有功能，可以指定“幽灵”无人机按照给定坐标点巡航，如图4所示。它既可以对我方目标进行管理，也可以对敌方信息进行管理，在发现威胁目标后，可以将确认的威胁目标统一显示在软件界面，形成“态势一张图”的效果。根据“栅格”系统的功能菜单推断，该系统还具有命令“幽灵”无人机朝指定无人机撞击、管理机载传感器、指定区域警戒、多边形扫描等功能。

图 4 “栅格”系统功能界面

可以认为，“栅格”系统是基于“幽灵”无人机分系统（机载传感器）、整机（自驾仪GPS、惯组）、集群（多架无人机联合控制）、第三方传感器的多层信息物理系统，可形成完整的战场态势。该系统是开展群对抗智能博弈，进行反无人机作战的关键。

（三） “幽灵”无人机系统

“幽灵”（Ghost）无人机系统如图5所示。该无人机采用四轴旋翼设计，但是推进电机朝下，桨叶升力面朝上，这使得机身推力的整体受力位置偏机身下方。

图 5 安德里尔公司开发的“幽灵”无人机实物图和建模图

从“幽灵”无人机的实物图可以看出，该无人机采用的是Brother Hobby Avenger 2812 900/1115KV 5-6S 型无刷电机。该电机尺寸为44×34.3×21.6mm，重量为79g。由此可以推断出，无人机机架的长度约为50cm，机身高度约为25cm。所使用的螺旋桨为9.4寸，可以认为是9450标准螺旋桨。

螺旋桨静/动推力计算方程：计算可得，RPMprop=9000r/min 单桨静拉力为2.6kg，V0=10m/s时，单桨动拉力为2.46kg，4个桨的总拉力约为10kg。因此该无人机的总重量将被限制在10kg以内，按照公开的信息，该无人机自身重量大约为10-16磅（4.5-7kg），能够以每小时160km/h的速度撞向目标。

图 6 “幽灵”无人机横截面图

“幽灵”无人机整体呈三层结构，如图6所示。其最下层是电池仓，以机架结构固定电池，6S聚合物电池重量在0.9kg左右，6200mAh。这样可以使得无人机重心向下，稳定性强。中间层放置自驾仪盒，电机机架上放置GPS天线。最上层是硬质金属外壳，内置无人机的有效载荷，比如机载光电/红外传感器，数传天线等。上层金属外壳与水平面有大约20度的倾角，这使得无人机在侧向飞行时，可以更容易锁定前向目标。这样的三层结构可以很好的保护其自身设备在撞击时不发生损坏。

图 7 “幽灵”无人机硬杀伤拦截无人机过程图

“幽灵”无人机主要借助最上层的硬质金属外壳与目标无人机相撞，如图7所示，撞击后，如果机体没有发生损伤，可以安全返回；如果机体发生损坏，比如桨片被打断，或者电机机架被撞断，其上有一个降落伞的伞盒，在无人机发生失稳，无法安全降落时，可开启降落伞，缓慢降落至地面，使部分有效载荷回收利用，如图8所示。

图 8 “幽灵”无人机伞降回收示意图

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总 结

“无人机粉碎机”具有飞行速度快、抗冲击能力强、可重复使用等特点，在与目标无人机进行撞击后，依然能够存活，可返回出发地。在地面监控系统的支持下，这种可重复使用的拦截武器在应对大规模无人机蜂群“饱和式”攻击的作战场景中具有特殊的“反应快、效率高、成本低”的优势，值得进一步深入研究。

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内容来源《国防科技》2020年第41卷第2期

引用本文：高显忠、王克亮、彭新、郭正、侯中喜.无人机粉碎机—硬杀伤式反无人机蜂群关键技术[J].国防科技,2020,41(2):75-82.