于周鋒，王惠林

（西安應用光學研究所，陜西 西安 710065）

摘 要：無人機以其機動性強、高效費比、無人化等獨特優勢搭載光電對抗系統應用于無人化電子戰，奪取戰場主動權，是目前光電對抗發展的熱點。分析光電偵察告警、電子壓制與干擾、光電隱身等光電對抗技術在無人機平臺的應用，重點從小型化、輕型化、標準化等方面論述無人機平臺光電技術發展的趨勢，展望了無人機蜂群技術，以及智能化光電對抗體系在未來復雜戰爭環境中，發揮光電對抗作戰效用的前景。

關鍵詞：無人機；光電對抗；電子戰；智能化

引言

在未來電子戰中奪取光電武器主動權，對奪取戰場主動權產生極其重大的影響。電子戰尤其是光電對抗武器對現代國防力量的影響完全不同于常規武器，它更具有全局性、決定性和時間性[1]。近年來電子信息、人工智能、電子電磁等技術在武器裝備中的滲透和使用，使得武器裝備智能化程度越來越高，光電對抗環境越來越復雜，常規的情報獲取、目標偵察[2]、目標打擊[3]、抗干擾和打擊的作戰效能愈加受到嚴峻挑戰[4]。同時也給戰場帶來了無人化、智能化武器裝備的新型作戰威脅。

無人機以其機動性強、無人化、擴展性廣[5]、高效費比等獨特優勢[6]，逐漸在光電對抗領域嶄露頭角。探索無人機搭載光電對抗系統，發展小型化、輕型化、標準化智能光電對抗系統成為新興的研究和應用熱點，為奪取戰爭主動權提供了強有力的保證，從戰場傳統武器平臺對抗走向智能化對抗和體系化對抗[7]。

1 光電對抗技術分類及作用

光電對抗實質是電子對抗向光頻譜段的延伸，光波是一種電磁波，具有頻率高、速度快、可重復使用、方向性好、相干性優良等諸多優點。利用無人機搭載光電對抗武器裝備，可實施戰場偵察，對敵方光電制導武器或光電偵察裝備進行攻擊和干擾，降低或打擊其作戰效能，保護己方免遭敵方攻擊和干擾。因此光電對抗是交戰雙方在光波段的攻防對抗，可劃分為光電對抗偵察與干擾及反光電對抗與干擾2個方面，按光波段分類可分為：激光對抗、可見光對抗、紅外對抗。光電波段分布如圖1所示，光電對抗武器裝備分類如圖2所示。

圖1 光電波段分布示意圖
Fig.1 Schematic diagram of photoelectric wave band distribution

圖2 光電對抗分類
Fig.2 Photoelectric countermeasure classification

2 基于無人機平臺的光電對抗技術

2.1 概述

光電對抗在戰爭中的重要性與必要性已愈來愈突出，無人機的軍事價值伴隨其技術的迅速發展展現出巨大的潛力。無人機作為光電對抗技術的應用平臺，本文將從以下3個方面闡述無人機在光電對抗技術中的應用。

2.2 無人機在光電偵察告警中的應用

光電偵察告警是通過光電手段對敵方光電設備進行偵察，確定其位置，探測其技術參數，并提供情報和發出告警，它是對敵方進行攻擊與實施有效干擾的基礎，是光電對抗系統的重要組成，具有隱蔽性好、體積小和質量輕的優勢[8]。目前光電偵察告警方式主要有紅外告警、激光告警、紫外告警、光電復合告警等[9]。紅外告警以無源方式，被動探測敵方來襲目標及光電制導武器進行告警，具有探測目標范圍廣、定位精度高、抗干擾能力強等優勢[10]。激光告警針對戰場上機載激光測距機、激光制導武器等激光威脅源，以被動方式及時準確探測敵方激光輻射，確定威脅方向，對其干擾或摧毀。紫外告警在太陽輻射背景下檢測微弱的紫外光信號，探測武器裝備發出的220 nm～280 nm波段的紫外線[11]。光電偵察告警的載體有衛星、直升機、艦船等，其各有優缺點，例如衛星費用昂貴，軌道容易預測，幾乎沒有防御能力等；直升機成本高，一旦被發現容易造成人員傷亡；艦載光電偵察設備受地球曲率、以及低層大氣衰減等影響，其探測距離有限。各類光電偵察告警平臺有其自身特點和局限，如表1所示。

表1 不同光電告警方式性能對比
Table 1 Performance comparison of different photoelectric warning modes

無人機光電偵察告警擴展了光電對抗技術的廣度與深度，在實戰中極大地提高了作戰能力。無人機搭載光電偵察告警裝備可對重要區域、重要目標，以及人員很難進入的復雜環境等承擔自衛與防護，實時反饋戰場的偵察信息，擴大覆蓋偵察告警范圍，延伸探測距離，使用高效靈活，并且幾乎不會有人員傷亡的風險。例如美軍的“F-35”、“先鋒”、“敢死蜂”等無人機，美軍及北約的“捕食者”、“獵人”等無人機在多次實戰中，成功執行了偵察和長時間戰場監視、電子對抗、戰況評估等任務，起到了有人機無法替代的作用。圖3為F-35光電告警示意圖，圖4為紅外偵察告警圖像。

圖3 F-35 光電告警示意圖
Fig.3 Schematic diagram of F-35 photoelectric warning

圖4 紅外偵察告警圖像
Fig.4 Infrared reconnaissance warning image

2.3 無人機在電子壓制和干擾中的應用

無人機搭載電子壓制和干擾系統，在戰前或戰中承擔電子壓制和干擾任務，實施電子偵察、電子干擾，對武器指控、通信、感知系統進行精確電子壓制。在防空壓制中，無人機實施電子干擾可擴大干擾距離，增強干擾效果，使得敵方防空信息網視聽混淆，判斷出錯，達到壓制的目的。常用無人機電子干擾技術如圖5所示。

圖5 無人機載干擾系統
Fig.5 UAV-borne jamming system

無人機的載荷須具有小型化、輕型化的特點，無人機干擾系統同樣需要適應載機平臺的要求。小型激光武器可以滿足無人機載荷需求[12]，能有效干擾或損傷敵方多種光電制導系統，使其致盲。隨著紅外偵察與制導技術的發展，紅外光電設備在武器裝備中的應用越來越廣泛，小型化紅外干擾系統可有效欺騙敵方紅外光電設備，在紅外干擾中定向干擾是研究的熱點方向。

無人機還可懸掛激光武器中繼鏡，作為戰術激光攻擊的中繼平臺。激光中繼鏡技術將激光源與光束控制部分分離，是一種重要的新型激光武器作戰概念。其工作過程為：激光源發射的激光由光束定向器將光束瞄準發射到目標上完成攻擊，降低了大氣等因素對激光的影響，拓寬了激光武器的作戰范圍。其工作原理如圖6所示[13]。目前美國軍方已經把中繼鏡技術作為軍隊的轉型技術，它的發展必將影響到未來新一代的激光武器[14]。如美國雷聲（Raytheon ）公司正在研制用于攻擊小型空中目標（如巡航導彈、攻擊機等）的高功率固體激光器，采用相位藕合鏡片，該激光器經過小型化之后裝備在無人機上，可直接向目標發射激光，也可經由無人機載中繼鏡片，將平臺發射的激光引向所需攻擊的目標[15]。

圖6 無人機激光中繼鏡作戰示意圖
Fig.6 Schematic diagram of UAV laser relay lens operations

2.4 無人機在光電對抗隱身中的應用

隨著軍事科學技術的飛速發展，武器探測系統發現、跟蹤、攔截目標的能力越來越強，急需發展具有高隱身突防能力的戰術偵察無人機，實施對戰場環境和重要目標的臨空或抵近偵察。合理應用隱身技術能顯著降低目標被敵方探測的可能性，提高武器系統的突防、生存能力，特別是縱深打擊能力。

由于偵察技術的日益多樣化[16]，針對單一偵察手段的隱身已達不到戰術要求，運用綜合的可同時對抗可見光、紅外、激光、雷達的隱身技術已成為研究和發展的熱點。一方面研究全波段隱身技術，統一兼顧光電隱身與雷達隱身，將防御性隱身技術向進攻性隱身技術發展；另一方面發展全方位隱身武器平臺，推進武器平臺或系統隱身化。BAE公司公布了一項最新隱身技術研究成果，一架新的MAGMA無人機扔掉所有的控制面，飛行過程中外形始終保持不變，該小型驗證機已成功進行了首飛，采用吹氣代替傳統機械控制系統使飛機改變航向。MAGMA的創新同時解決了機械結構復雜性和隱身問題，該無人機消除了升降舵、方向舵、副翼，將其改變為一個通過發動機和吹氣改變氣流方向的系統。該系統工作第一個過程稱為機翼環量控制，從發動機引氣，使氣體以超聲速從機翼后園吹出；第二個過程稱為流體推力矢量，利用吹氣改變飛機的排氣方向。近幾年，人工智能的研究發展迅猛，逐步滲透到隱身技術領域，無人機根據目標威脅位置和傳感器探測方式，自動調整飛行方向和姿態，有效降低或避開敵方的光電偵察和探測。

利用偵察與反偵察思路，無人機可搭載多種類型、多光譜、不同分辨率的光電偵察設備，對己方的重要區域進行偵察探測，以檢測己方在反偵察，偽裝隱身等方面的“漏洞”，及時“補救”。由于無人機費用低，高效靈活，能夠對重點區域及時偵察與反饋，模擬敵方的偵察效果，達到提高己方隱身技術的目的。

3 光電對抗技術在無人機平臺的發展趨勢

3.1 光電對抗系統小型化、輕型化

無人機平臺攜帶的光電對抗系統須滿足小型化、輕型化要求，研究和發展小型化的激光武器、光電偵察裝備、干擾源等是無人機光電對抗的熱點。然而小型化并不意味著系統的戰術指標要降低，在滿足無人機平臺戰術指標的基礎上，不斷使光電對抗系統更加精巧是一個具有挑戰的技術課題，電子電器、光學系統、電子系統、控制系統等都需要向小型化方向發展，光電對抗系統需適應無人機平臺的偵察載荷要求。

3.2 光電對抗標準化

光電對抗系統普遍采用標準化模塊結構，無人機平臺接口也采用標準化設計，標準化接口可采用靈活的彈性系統結構，使得不同的載體平臺、光電對抗系統之間能共用相同的功能模塊。這樣同一無人機平臺可方便搭載不同功能的光電對抗系統，如BAE系統公司研發的Boldstroke系統可有效滿足產品小型化、輕量化和通用化的要求，能夠裝備多型飛機平臺。根據不同的對抗需求，快速組合形成功能不同的光電對抗系統，發揮不同的作用。因此標準化光電對抗系統、載體平臺模塊是今后研究的一個重要方向。

3.3 光電對抗系統智能化

無人機發展的一個重要趨勢就是智能化、自主化。光電對抗系統作為無人機的重要載荷，其智能化、自主化是無人機作為未來戰爭智能化光電對抗作戰平臺的重要方向。先進的光學技術、高性能探測器、數據融合技術、大數據處理技術、人工智能技術等為偵察?告警?干擾?評估為一體的智能化光電對抗系統奠定了強有力的基礎。光電對抗系統作為一個有機的智能化整體系統，將多個部件獲取的各類信息進行綜合分析與處理，指導武器平臺及整體作戰系統做出戰場自主攻擊或自主防護決策。

3.4 光電對抗系統在蜂群戰術中的應用

無人機蜂群由一定數量的小型化、低成本、多功能的無人機組成，可搭載不同類型光電對抗系統[17]，通過立體網絡協同偵察、干擾或攻擊目標。美軍《2016—2036年小型無人機系統飛行規劃》提出了多種蜂群作戰構想，規劃在2035年形成蜂群作戰能力，如圖8所示[18]。無人機蜂群體積小[19]、低空、數量多，打擊和攔截難度大，容易突破敵方電子干擾和火力攻擊，實施近目標偵察、干擾等。

圖8 無人機蜂群技術示意圖
Fig.8 Schematic diagram of UAV swarm technology

3.5 光電干擾蜂群陣列技術

無人機搭載干擾設備主要功能是發射電磁干擾能量[20]。單個小型無人機有效干擾能量低，無法完成所需的任務指標，通過多個無人機搭載干擾設備，按照一定規則排列，形成干擾陣列，對點目標進行集中干擾，或對區域目標實施全方位干擾，完成預定的干擾任務。蜂群陣列協同干擾可深入敵方縱深，具有距離優勢和空間分布優勢。

4 結束語

基于無人機光電對抗的偵查告警、電子壓制與干擾、光電隱身等技術具有巨大的軍事應用潛力和廣泛的發展前景，能夠帶動裝備性能向全方位發展。研究無人機光電對抗技術向小型化、輕型化、標準化的多層次技術水平發展，在滿足無人機戰術指標要求的同事，可使光電對抗系統更加精巧，戰場生存適應力更強。在未來復雜戰爭環境中取得戰場的主動權至關重要，基于無人機的光電對抗技術在智能化、自適應性、高效費比等方面將發揮其他作戰武器難以比擬的作戰效用。

參考文獻：

［1］YE Shengxiang, XIE Delin, YANG Hu, et al.Photo-countermeasures techniques[J].Opto-Electronic Engineering，2001，28（1）：67-72.

葉盛祥, 謝德林, 楊虎, 等.光電對抗技術[J].光電工程，2001，28（1）：67-72.

［2］QI Junxiang.Research on simulation of photoelectric stabilized sighting imaging on moving carrier platform[D].Xian: Xidian University, 2018.

齊俊祥.動載體平臺下的光電穩瞄成像仿真研究[D].西安: 西安電子科技大學, 2018.

［3］QU Jianrong, WANG Xiaoqi, DUAN Hongjian, et al.Demonstration and design of optoelectronic tracking system[J].Journal of Applied Optics，2014，35（2）：177-178.

瞿建榮, 王小齊, 段紅建, 等.光電跟蹤系統論證與設計[J].應用光學，2014，35（2）：177-178.

［4］FAN Jieru, LI Dongguang.Overview of MAV/UAV collaborative combat and its key technologies[J].Unmanned Systems Technology，2019，2（1）：39-47.

樊潔茹, 李東光.有人機無人機協同作戰研究現狀及關鍵技術淺析[J].無人系統技術，2019，2（1）：39-47.

［5］ZHENG Fupei.Proceedings of 2018 3rd international workshop on materials engineering and computer sciences（IWMECS 2018）[C].France: Atlantis Press, 2018.

［6］DONG Jing, FU Dan, YANG Xia.Real-time moving object detection and tracking by using UAV videos[J].Journal of Applied Optics，2013，34（2）：255-256.

董晶, 傅丹, 楊夏.無人機視頻運動目標實時檢測及跟蹤[J].應用光學，2013，34（2）：255-256.

［7］DING Yu, LI Yuhai.Development concept of intelligent electro-optical countermeasure technology framework[J].Electro-Optic Technology Application，2018，33（6）：9-10.

丁宇, 李宇海.智能化光電對抗技術框架發展構想[J].光電技術應用，2018，33（6）：9-10.

［8］ZHANG Yuansheng.Development of airborne electro-optical warning system[J].Electronics Optics ＆ Control，2015，22（6）：52-53.

張元生.機載光電告警系統技術發展分析[J].電光與控制，2015，22（6）：52-53.

［9］LUO Jianming, YANG Jianjun.Research on anti-radiation missile warning technology[J].Aerodynamic Missile Journal，2007（12）：38-43.

羅建明, 楊建軍.反輻射導彈告警技術研究[J].飛航導彈，2007（12）：38-43.

［10］WANG Dong, ZHOU Qingming, ZHANG Peng, et al.An analysis on passive ranging measurement of IRST systems[J].Infrared Technology，2010，32（8）：440-441.

王東, 周清明, 張鵬, 等.紅外告警系統被動測距方法分析[J].紅外技術，2010，32（8）：440-441.

［11］GONG Yulin, LI Hongzuo, QI Dahua.Design of UV warning optical receiver[J].Journal of Changchun University of Science and Technology，2015，38（6）：42-43.

宮玉琳, 李洪祚, 文大化.紫外告警光接收機設計[J].長春理工大學學報，2015，38（6）：42-43.

［12］YANG Aifen.Applications of SWIR lasers in photoelectric reconnaissance and counter-reconnaissance[J].Journal of Applied Optics，2019，40（6）：940-941.

楊愛粉.短波紅外激光在光電偵察與反偵察中的應用[J].應用光學，2019，40（6）：940-941.

［13］WU Huiyun.Study on beam propagation and control optimization in a relay mirror system[D].Changsha: National University of Defense Technology, 2012.

吳慧云.中繼鏡系統光束傳輸與控制優化研究[D].長沙: 國防科學技術大學, 2012.

［14］WU Huiyun, CHEN Jinbao, XU Xiaojun.Tactical laser relay mirror system[J].Laser ＆ Optoelectronics Progress，2007，44（12）：23-27.

吳慧云, 陳金寶, 許曉軍.戰術激光中繼鏡系統[J].激光與光電子學進展，2007，44（12）：23-27.

［15］WANG Xiao, YI Ming, HONG Ming.Application of UAV system in electro-optical countermeasure[J].Infrared and Laser Engineering，2006，35（z1）：122-126.

王曉, 易明, 洪嗚.無人機平臺在光電對抗中的應用初探[J].紅外與激光工程，2006，35（z1）：122-126.

［16］Air Force Technology.XQ-58A valkyrie unmanned aerial vehicle[EB/OL].[2020-05-01].http://airforce-technology.com/projects/xq-58a-valkyrie-unmanned-aerialvehicle/.

［17］ZHU Tao, LI Linjie, LING Haifeng.Operational application and enlightenment of UAV in the syrian war[J].Aerodynamic Missile Journal，2018（11）：33-34.

朱濤, 李淋杰, 凌海風.無人機在敘利亞戰爭中的作戰應用與啟示[J].飛航導彈，2018（11）：33-34.

［18］LUO Hailong, WU Jian, WANG Xin.Some thoughts on UAV swarm operations[J].Dual Use Technologies ＆Products，2019（7）：36.

羅海龍, 武劍, 王新.無人機蜂群作戰的幾點思考[J].軍品兩用技術與產品，2019（7）：36.

［19］AUGUGLIARO F.The flight assembled architecture installation[J].IEEE Control System，2014，34（4）：46-64.

［20］WANG Lijiao.Research on launch interference technology based on UAV platform[D].Harbin: Harbin Engineering University, 2019.

王麗嬌.基于無人平臺的發射干擾技術研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工程大學, 2019.

Research on UAV photoelectric countermeasure technology

YU Zhoufeng，WANG Huilin

（Xi’an Institute of Applied Optics, Xi’an 710065, China）

Abstract：With the unique advantages of strong maneuverability, high efficiency-cost ratio, and unmanned characteristic, the unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with the photoelectric countermeasure system is applied to the unmanned electronic warfare and seize the initiative on the battlefield, which is the hot spot of the current development of photoelectric countermeasure.The application of photoelectric countermeasure technologies such as photoelectric reconnaissance warning, electronic suppression and jamming, and photoelectric stealth in UAV platforms was analyzed.It focused on the development trend of photoelectric technology in UAV platforms in terms of miniaturization, lightness and standardization.The prospect of UAV swarm technology and intelligent photoelectric countermeasure system to play the role of photoelectric countermeasure in the future complex war environment was looking forward.

Key words：unmanned aerial vehicle；photoelectric countermeasure；electronic warfare；intellectualization

中圖分類號：TN29; V279

文獻標志碼：A

DOI：10.5768/JAO202142.0301001

文章編號：1002-2082 (2021) 03-0377-06

收稿日期：2020-07-08；

修回日期：2021-03-02

基金項目：軍民融合聯合基金

作者簡介：于周鋒（1984—），男，碩士，高級工程師，主要從事光電系統設計和軟件設計方面的研究。E-mail：305220555@qq.com