乌军的AI“顺风耳”让俄军无人机难逃火网
2025年5月21日，乌克兰第23独立机械化旅的官兵在顿涅茨克州使用安装在皮卡车上的M2勃朗宁机枪拦截空中目标，注意枪架上安装的平板电脑可以向射手显示来袭目标的方位。
武侠小说中描写的武林高手在练得所谓“闻风避器”的功夫后，不仅可以闪避对手出其不意的攻击，甚至还能躲过从背后掷来的飞镖而化险为夷，为最终克敌制胜创造了条件。在当前的战争中，小说着力渲染的“闻风避器”正在现代科技的助力下化身为可能扭转战争态势的防空预警系统：这就是由乌克兰工程师们发起研制的“天空堡垒”和“声波”（Zvook，乌克兰语：звук）探测系统，均属于官方支持的“勇敢1号”（Brave1）项目，它们正在重新定义当前的防空体系。
目前，“天空堡垒”系统已经在乌克兰境内进行了大规模部署，超过14000个声学传感器（麦克风）组成的监听网络覆盖了大部分国土。而“声波”系统的规模则小得多，现在只覆盖了乌克兰5%的领土。回顾历史可知，最早的声学探测系统的出现在20世纪初期，几乎是紧随着空中战争的出现而诞生的。从1920年代开始，世界各地的不少国家都装备了形如大耳朵的早期机械式声学定位系统，用以提供防空预警，须知彼时雷达系统尚未问世。
1921年，安装在美国华盛顿特区波林机场的双筒声学探测系统，它被用来监测远处飞机发动机产生的噪音从而确定其飞行方位。
“天空堡垒”系统的研发始于2022年。当时，俄乌战争骤然爆发，乌克兰的雷达系统在俄罗斯空天军的突袭中被大量摧毁，而不发射任何信号的被动声学探测系统也因此应运而生，这种特性使俄军根本无法察觉它们的存在，正好用以弥补防空雷达缺失造成的预警漏洞。从那年9月起，俄罗斯开始使用从伊朗引进的“沙赫德”无人机向乌克兰发起几乎不间断的空袭，这种无人机的雷达反射信号和红外信号都很弱。但这些无人机装备的活塞式发动机会发出很大的噪音，使它们成为声学探测系统的理想目标。
“天空堡垒”系统最初是由两名乌克兰工程师在车库中开发的，他们把手机和麦克风安装在约两米高的杆子上就组成了一个监听单元。每个监听单元的制造成本仅为400-1000美元，可用于探测俄罗斯的巡航导弹、无人机、战斗机和直升机等目标发出的独特声学特征。然后由该系统将声学数据与雷达数据进行融合，再传输给配备了平板电脑、高射机枪/重机枪和皮卡车的机动防空小组，使他们能够提前进入适当的阵位，拦截飞过的巡航导弹和无人机。
飞行中的“沙赫德-136”无人机。从2022年9月起，俄军开始大量发射从伊朗购入的“沙赫德-136”及其俄罗斯国产化型号“天竺葵-2”无人机，对乌克兰的基辅、哈尔科夫和敖德萨等城市展开了持续空袭。
在最初的研发型号中，该系统的开发人员直接使用手机作为中央处理器，利用现成的计算能力来加快开发进程，这比从头开始研制专用的处理器和传感器高效得多。参与该项目的工程师向媒体透露：他们同时也在开发自己的定制硬件，包括研发专用的中央处理器和声卡。如今，他们的产品已经发展到了第三代，所有组件均针对声学探测进行了优化。该系统还引入了当前流行的机器学习技术，可通过大量的声音数据库对系统进行训练，使其能够精确地识别出来袭目标，即使俄罗斯试图改变无人机的噪声特征，也只能使系统的识别率下降3%。
在2024年2月初的一次大规模空袭中，“天空堡垒”系统帮助乌克兰的机动防空部队拦截了84架来袭俄罗斯无人机中的80架。经此一战，“天空堡垒”系统成功证明了它高效、准确探测性能。以至在去年6月，该系统的研发团队受邀前往德国拉姆施泰因空军基地进行了非公开的演示。11个北约国家的代表观看了模拟巡航导弹和无人机的飞行，结果“天空堡垒”系统轻而易举地探测并识别出这些目标，同时还进行了跟踪。现场的北约国家代表对该声学探测系统的表现和发展潜力给予了高度评价。
乌克兰的机动防空小组使用安装在军用卡车上的双联装ZPU-2型14.5毫米高射机枪拦截来袭无人机。该枪是苏联在二战后开发的防空武器，射速约600发/分，有效射程可达2000米，适合对付在低空飞行的目标。
随后，一些北约国家的国防部开始为本国的防空系统采购声学探测系统。欧洲防务巨头泰雷兹集团已开始在这方面开展工作，并计划明年推出自己的声学监听网来探测空中威胁。罗马尼亚对“天空堡垒”系统表现出浓厚兴趣，邀请该系统的开发团队前往该国进行实地测试。波兰先进保护系统公司闻讯也恢复了类似探测系统的研发工作。美国驻欧洲空军司令詹姆斯·赫克尔将军把乌克兰在声学探测方面的创新称为“非凡的”成就。
赫克尔在2024年英国举行的皇家国际航空展上表示，整个“天空堡垒”系统网络的成本比两枚“爱国者”导弹（整套导弹系统的成本高达10亿美元，每枚导弹的成本为400-1000万美元）的成本还低。赫克尔呼吁北约空军首脑们向乌克兰学习，投资于更廉价、更具创意的机动防御系统，使北约各国在面临条约第五条规定的情况时，能够站在成本曲线正确的一侧，即使做不到也要能站在成本曲线对等的一侧。毕竟，用价值600万美元的导弹击落价值3万美元的无人机，一如今年美军在中东的军事行动中所为，这种做法显然是不可持续的。
“天空堡垒”系统一名工程师还向媒体透露，他们正在与其他北约盟国保持联系，这些盟国正积极推进该系统的发展。而且这些盟国已经承诺向乌克兰的声学探测网络的重大扩建项目提供资金支持，该项目计划在乌克兰境内部署15000个第三代“天空堡垒”系统传感器。这些新传感器将是对现有的14000个传感器的补充，旨在填补防御空白区并逐步淘汰陈旧的第一代设备，转而采用更先进、经过实战检验的技术装备。
乌克兰在战时采取的“扁平化战争”策略，赋予地方部队以自决权。在融合传统与新兴技术的基础上，自行快速创立并实施新战术，这已经成为全球军事研究的范例。同时，这种战争模式挑战了西方军队传统的自上而下的结构，表明在新的战争模式下需要更灵活的采购流程和快速的创新机制，同时这也对北约的军事理论产生了新的影响。
2023年4月26日，在“勇敢1号”平台举办的项目展示会上公开展出的“声波”探测系统。
除了“天空堡垒”系统之外，乌克兰还研发了“声波”声学探测系统。该系统集硬件与软件于一体，能够通过声学探测发现在低空和中空飞行的巡航导弹、无人机、直升机和战斗机。该系统同样由分布在乌克兰各地的监听单元网络构成。这些监听单元通过麦克风收录周围环境的声音，随后通过专用软件对声音信号进行处理，分析并筛选出与巡航导弹、飞机和无人机的声音特征相符的音频数据。
“声波”系统能够探测到5公里外的无人机，或探测到7公里外的巡航导弹。这种探测距离虽然远低于传统的雷达系统，但此类探测系统成本更低且不会发出任何信号，对俄罗斯而言该系统完全隐形，更遑论进行摧毁了。每套监听单元的制造成本仅约500美元，因此可以大量部署，形成高密度的覆盖，从而提高探测精度。它们由可充电电池和太阳能电池板供电，可将筛选出的目标音频数据通过卫星网络传送给控制系统。
安装在移动通信发射塔上的“声波”系统监听单元，为天空提供了一层无声的预警网络，能够在不发射任何信号的情况下探测到从远处飞来的无人机。
为了确保拥有必要的探测距离，该系统的开发人员在监听单元的麦克风后方安装了直径半米的弧形“声学反射镜”，它能将传来的声波汇聚到麦克风上，以便能更好地识别音频特征。大多数监听单元可覆盖约为200°的方位角，将目标的音频数据在12秒内传送给“德尔塔”（Delta）控制系统。该系统的操作员向媒体透露，“声波”系统的误报率仅约1.6%。为了对探测到的目标音频进行最终验证，该系统还会向机动防空小组发送一段9秒钟长的目标音频。
“德尔塔”系统可通过比较不同麦克风传来的音频数据识别出目标的类型，并估算其飞行速度和飞行方向。由于系统的监听单元是分散布置的，并以网络的形式运行，先天具有抗打击的特性，即使部分监听单元被摧毁也不会影响整个系统的运行，使俄罗斯很难真正将其瘫痪。并且“声波”系统的开发人员还在设计一种新的配备四个麦克风的监听阵列，以便更高效地实现对声源的三角定位。这种监听阵列预计能够以约5°的精度来确定声源的方向，在无需开启地面雷达的情况下实现对目标的精确定位。
“声波”系统监听单元上配备的紧凑型麦克风及其音频处理器，这个麦克风通常安装在圆形的“声学反射镜”中间，参见上图中的白色“大锅”。
有趣的是，乌克兰Respeecher公司的团队参与了“声波”系统的开发，该公司开发的AI语音合成技术被好莱坞和游戏行业广泛采用，更因在科幻电影《曼达洛人》和电视剧《波巴·费特之书》中的出色应用而闻名，并先后获颁新闻与纪录片艾美奖，韦比奖（最佳AI艺术指导和可访问技术）和戛纳电影节评委会奖。该公司的团队在参与开发“声波”系统时，也将其开发的AI机器学习技术融入其中。
这使“声波”系统的算法可基于一个包含汽车、苍蝇、牛、人类声音和俄罗斯巡航导弹声音的声学数据库进行训练。其中俄罗斯巡航导弹和无人机的声音仅占数据库总量的0.1%。声音数据主要来自互联网，而俄罗斯巡航导弹和无人机近距离飞过的声音则在军方的协助下进行录制。该系统的算法能够在大量无威胁的声音中识别出无人机和巡航导弹等真正的来袭目标，并通过网络立即发送给机动防空小组。同时，工程师们也会不断对算法进行训练和优化，并向数据库中添加更多的声音数据，以适应不断变化的战争形势。
乌克兰在今年7月中旬推出的新型“费内克”声学探测系统，下图为该系统的监听单元特写，其钟形护罩内布置了由7个麦克风组成的阵列，其中6个成环形排列，另一个则朝向护罩的顶部。
2025年7月中旬，乌克兰又推出了一种新型的声学探测系统：“费内克”（FENEK），以支持其机动防空小组提高对关键基础设施的保护。该系统通过集成了先进声音过滤算法的麦克风监听单元组成的网络进行运作。通过分析声学特征数据，该系统可以对来袭无人机进行三角定位，准确地测算出它的距离和高度。即使在最简单的配置当中，比如为机动防空小组配备一个安装在撑杆顶端的监听单元即可确定目标的方位，它对目标方位角的探测精度高达2°。正如该系统的开发团队所言，这是“基于声音探测技术取得的相当不错的结果”。
对于重要设施的保护，需要安装三个或更多监听单元，因为这允许系统精确地测算出目标坐标。该系统支持两种三角定位模式：动态式和脉冲式。前者能够连续跟踪移动的声源，后者则能捕捉单一的响亮声音，例如爆炸或枪炮声。此外，开发团队正在努力使该系统符合北约标准，以统一不同系统之间的数据交换格式。这将大大简化“费内克”系统与其他声学探测系统在未来进行整合的需求。在乌克兰已经装备了“天空堡垒”和“声波”两种声学系统的情况下，继续推出新型声学系统表明其防空部队对此类系统的需求仍然极为迫切。