“低慢小”無人飛行器反制技術(shù)綜述

■ 文/ 公安部第一研究所 孫非 何昌見 曲一

中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所 朱宇東 黃偉

關(guān)鍵字：無人飛行器 目標(biāo)探測 攔截打擊

1 引言

近些年，以民用無人機(jī)、孔明燈、氣球、風(fēng)箏等為代表的具有“低慢小”特征的飛行器的不受控生產(chǎn)、使用和擴(kuò)散，使得這類“低慢小”目標(biāo)市場面臨失控風(fēng)險，并已成為國家、民生安全，特別是民航機(jī)場等重要交通樞紐公共安全的潛在非傳統(tǒng)空中威脅，嚴(yán)重影響著人們正常的出行安全。

據(jù)航空事故分析權(quán)威網(wǎng)站Avherald.com統(tǒng)計，從2014年開始，一共發(fā)生數(shù)十起無人機(jī)與大型客機(jī)接近的危險事件。其中，2014年1起，2015年9起，2016年13起，發(fā)生率逐年攀升。例如，2016年5月28日，成都雙流機(jī)場東跑道航班起降空域因發(fā)生無人機(jī)阻礙航班正常起降事件，導(dǎo)致機(jī)場東跑道停航關(guān)閉1小時20分鐘，直接造成55起航班不能正常起降，大量旅客滯留機(jī)場。

2 國內(nèi)外發(fā)展情況

為了應(yīng)對這一問題，國內(nèi)多家單位和技術(shù)機(jī)構(gòu)基于已有的技術(shù)條件，研制了多種針對以無人機(jī)為典型代表的“低慢小”目標(biāo)的目標(biāo)探測和目標(biāo)攔截打擊等技術(shù)。中科院上海天文臺基于低空全景圖像的“低慢小”目標(biāo)的檢測算法，研制出了用于空中“低慢小”目標(biāo)的光電搜索系統(tǒng)，并取得了較好的效果。張少峰通過研究發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)綜合使用高分辨率技術(shù)、精細(xì)化處理和頻率捷變等技術(shù)，可實現(xiàn)對“低慢小”目標(biāo)的探測。郭豹等人基于激光光束空間合成體制對以大疆精靈3為代表的“低慢小”目標(biāo)進(jìn)行了激光打擊試驗，并取得了很好的效果。

國外在“低慢小”目標(biāo)探測和目標(biāo)攔截方面取得了很大的成果。由瑞典薩博公司研制的長頸鹿AMB雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對“低慢小”目標(biāo)的探測和跟蹤。美國諾格公司研制的“毒液”無人機(jī)定位系統(tǒng)，能夠在晝夜條件及模糊可視環(huán)境下對“低慢小”目標(biāo)進(jìn)行識別、鎖定和跟蹤?；?0kW光纖激光器，美國一家公司研制一款名為ADAM的可移動要地防御系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要應(yīng)對包括小型無人機(jī)、艦艇、火箭彈等目標(biāo)的近距威脅，它對目標(biāo)的探測能力大于5km、摧毀能力大于2km。

目前，對于“低慢小”目標(biāo)，探測手段主要有：雷達(dá)探測、光學(xué)探測、聲學(xué)探測和無線電頻譜監(jiān)測等；攔截打擊手段主要有：火力攔截、直升機(jī)空中攔截迫降、拋網(wǎng)捕捉、電子干擾、微波毀傷、強(qiáng)激光毀傷等，將在下文分別進(jìn)行介紹。

3 目標(biāo)探測技術(shù)

3.1 雷達(dá)探測

典型的雷達(dá)探測裝置如圖1所示。

目前，雷達(dá)探測是基于多普勒效應(yīng)，根據(jù)反射回波能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行精確測距；結(jié)合雷達(dá)本身的方位、俯仰角和GPS信息，能夠獲取目標(biāo)的三坐標(biāo)值。雷達(dá)在白天或晚上均能夠探測目標(biāo)，不受風(fēng)、云、雨、霧等惡劣天氣的影響，具備全天候探測的能力。然而，雷達(dá)只會對超出速度探測閾值的移動目標(biāo)做出反應(yīng)，而對速度低于探測閾值的慢目標(biāo)，雷達(dá)往往會做出“無視”的反應(yīng)，達(dá)不到探測的目的。現(xiàn)代“低慢小”目標(biāo)一般都是由復(fù)合材料、塑料泡沫等構(gòu)成，這些材料具有透波特性，使目標(biāo)具有低可探測性；而且“低慢小”目標(biāo)的電機(jī)、發(fā)動機(jī)、電池、導(dǎo)線等金屬材料體積較小，大大降低了目標(biāo)自身的雷達(dá)反射截面，降低了被雷達(dá)探測的距離和發(fā)現(xiàn)概率，也縮短了后續(xù)處置的反應(yīng)時間。此外，通常“低慢小”目標(biāo)飛行高度較低，地雜波的影響也將給地面雷達(dá)的搜索探測增添了一些難度。

圖1 典型雷達(dá)裝置

3.2 光電探測

光電探測通過接受“低慢小”目標(biāo)反射或輻射出的可見光和紅外波，進(jìn)而達(dá)到探測目標(biāo)的目的，如圖2所示。相比于其它探測方式，它能夠直觀反映目標(biāo)的輪廓特征，能夠辨別目標(biāo)的形態(tài)和種類。然而，作為“低慢小”目標(biāo)，體積小，其可見光和紅外輻射特征較低，使得通過可見光、紅外探測的發(fā)現(xiàn)距離大大縮短，同樣激光雷達(dá)探測目標(biāo)反射回波更弱，這些都使光電探測更加困難。此外，光電探測受天氣的影響較大，其中光線、能見度、云層、雨、霧等均會影響光電探測的探測距離和對目標(biāo)的探測概率。

圖2 典型雷達(dá)裝置

3.3 聲學(xué)探測

聲學(xué)探測主要通過檢測目標(biāo)內(nèi)機(jī)械部件運動所帶來的聲波信號，進(jìn)而達(dá)到探測目標(biāo)的目的?！暗吐　憋w行器目標(biāo)的噪聲主要是發(fā)動機(jī)噪聲和飛行過程中產(chǎn)生的空氣擾動噪聲，然而目前“低慢小”目標(biāo)的飛行速度較慢，飛行動力很大比例上依靠電動力，這些均使得目標(biāo)噪聲水平很低，給聲學(xué)探測帶來很大的困難。再者，通過專門設(shè)計，在周邊環(huán)境噪聲的干擾下，可以使其噪聲達(dá)到難以探測的地步。

3.4 無線電頻譜監(jiān)測

“低慢小”目標(biāo)與地面站（或地面遙控器）之間的測控信號可通過無線電頻譜監(jiān)測手段探測，無線電頻譜監(jiān)測正是基于這種原理。利用這種探測手段能夠獲取遙控?zé)o人飛行器的遙控頻率和方位信息進(jìn)行目標(biāo)的三坐標(biāo)定向定位，進(jìn)而定位飛手位置。若已知目標(biāo)信號型號和初始信號發(fā)射強(qiáng)度，能夠計算出目標(biāo)的距離信息；亦可以無人機(jī)為載體，搭建空中監(jiān)測平臺，對目標(biāo)實施空中監(jiān)測。然而，無線電頻譜監(jiān)測不能對非遙控?zé)o人飛行器（如：熱氣球、孔明燈、滑翔機(jī)等）進(jìn)行探測，探測目標(biāo)種類的能力需要建立數(shù)據(jù)庫。

綜上，幾種探測手段的特點總結(jié)如表1：

表1 探測手段匯總

綜上，任何一種針對“低慢小”目標(biāo)的探測手段均具有一定的局限性，具體應(yīng)用時需要根據(jù)目標(biāo)地的環(huán)境條件（氣候條件、地勢起伏、周圍建筑物等）采用合適的探測手段。通常，為達(dá)到更好的探測效果，采用兩種或更多種探測手段相結(jié)合，進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)。

4 目標(biāo)攔截技術(shù)

4.1 火力攔截

火力攔截是指采用常規(guī)低空防御武器裝備進(jìn)行攔截、摧毀，如輕型防空導(dǎo)彈、高炮、機(jī)槍或狙擊槍等。然而，運用導(dǎo)彈、高炮等武器系統(tǒng)對付這類小目標(biāo)成本過高，且效率低下。再者，此方法不適于在城市背景應(yīng)用，因為它使用所帶來巨大的聲光現(xiàn)象極易引發(fā)恐慌，同時會帶來傷及人員及城市建筑的危險。

4.2 直升機(jī)空中攔截迫降

直升機(jī)空中攔截“低慢小”無人機(jī)攔截具有攔截概率低、應(yīng)對多目標(biāo)能力差的特點。例如在應(yīng)對飛行速度相對較快的固定翼無人機(jī)時，直升機(jī)很難穩(wěn)定跟蹤和鎖定，很大程度上降低了攔截成功的概率。此外，在應(yīng)對攜帶危險品或戰(zhàn)斗部的恐襲型無人機(jī)時，易對機(jī)組人員和裝備造成危險。

4.3 拋網(wǎng)捕捉

拋網(wǎng)捕捉是采用從直升機(jī)、大型無人機(jī)或地面發(fā)射捕捉網(wǎng)的方法對無人機(jī)等目標(biāo)實施捕捉，以達(dá)到對無人機(jī)等“低慢小”目標(biāo)進(jìn)行攔截的目的，對目標(biāo)損傷較小。然而，拋網(wǎng)捕捉也存在明顯的缺點：作用距離近，應(yīng)對多目標(biāo)和快速運動的目標(biāo)能力弱。

4.4 電子干擾

電子干擾是針對無人機(jī)導(dǎo)航信息或通訊鏈路進(jìn)行擾亂、欺騙，使其不能正確定位或接收指令，從而不能完成預(yù)定的任務(wù)和使命。電子干擾可以通過大角度大面積進(jìn)行實施，能夠同時應(yīng)對多批、多類型目標(biāo)，作用距離較遠(yuǎn)。但是由于干擾屬于軟對抗，其干擾有效性無法直觀判斷，在無人機(jī)降落前需持續(xù)實施干擾，特定干擾頻率范圍內(nèi)影響較大，對無需導(dǎo)航的目標(biāo)作用小。圖3是國內(nèi)一種典型的電子干擾設(shè)備。

圖3 電子干擾器

4.5 微波毀傷

微波毀傷是利用高功率微波武器對無人飛行器電子元件進(jìn)行摧毀的一種打擊手段，它利用高增益天線定向發(fā)射高功率微波，并使得能量聚集在極窄的波束內(nèi)，形成具有方向性的高能量、高集中度的微波束。它對無人機(jī)等“低慢小”目標(biāo)的毀傷可表現(xiàn)為：造成無人機(jī)節(jié)點、部件或回路間擊穿；無人機(jī)器件燒毀或不能正常工作；敏感元件損壞等。微波毀傷能夠?qū)崿F(xiàn)全天候作戰(zhàn)，光速作用目標(biāo)，作用距離遠(yuǎn)；無需精確跟瞄，處置“蜂群”目標(biāo)能力強(qiáng)。然而，它不適于城市中運用，可能對電力設(shè)施、交通設(shè)施造成誤傷；靈活性較差，對多方向多目標(biāo)處置能力較弱。

4.6 強(qiáng)激光毀傷

圖4顯示了國內(nèi)一款典型的激光打擊系統(tǒng)。

強(qiáng)激光毀傷技術(shù)是采用高能高定向激光束，對無人機(jī)機(jī)體或其關(guān)鍵部位進(jìn)行毀傷，使其墜毀或喪失飛行、作戰(zhàn)能力。強(qiáng)激光毀傷攔截概率及使用效費比較高，持續(xù)作戰(zhàn)能力強(qiáng)，遠(yuǎn)距離可對其光電探測器進(jìn)行干擾、毀傷，近距離對其實施摧毀。缺點是受大氣影響較大。

綜上，對無人飛行器實施攔截打擊的手段特點統(tǒng)計如表2。同樣發(fā)現(xiàn)，對于“低慢小”目標(biāo)的攔截打擊手段各有優(yōu)缺點；對于給定的防御要地，通常需要兩種或多種手段結(jié)合，以獲取較好的攔截打擊效果。對于城市近地防御，可采取“電子干擾+強(qiáng)激光打擊”的兩種手段組合，或“電子干擾+強(qiáng)激光打擊+拋網(wǎng)捕捉”三種手段組合；對于郊區(qū)或野外環(huán)境下的要地防御，需根據(jù)實際需求并結(jié)合各種攔截打擊手段的特點綜合考慮。

圖4 激光打擊系統(tǒng)

表2 攔截打擊手段匯總

5 結(jié)語

采用單一技術(shù)手段對“低慢小”特征飛行器進(jìn)行探測、攔截和打擊，將在不同程度上受到自身或目標(biāo)狀態(tài)、距離、天氣等因素的限制。實際應(yīng)用時，也需綜合考慮背景因素、目標(biāo)特效、設(shè)備成本、防范效果等，采取一種或多種手段結(jié)合進(jìn)行“低慢小”無人飛行器的防范和處置。