民用無人機(jī)反制技術(shù)及應(yīng)用場景分析*

程 擎，伍瀚宇，吉 鵬，趙義欣，張 強(qiáng)

(中國民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢 618307)

0 引 言

近年來，隨著無人機(jī)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，使用門檻不斷降低，各式各樣的民用級無人機(jī)進(jìn)入大眾消費(fèi)市場。根據(jù)中國航空運(yùn)輸協(xié)會通航分會所公布的《2019中國民用無人機(jī)發(fā)展報告》，截至2019年底，實(shí)名登記無人機(jī)保有量達(dá)到了39.2萬架。目前我國針對無人機(jī)管控出臺了一系列規(guī)章制度，據(jù)2020年12月8日交通運(yùn)輸部發(fā)布的《交通運(yùn)輸部關(guān)于完善綜合交通法規(guī)體系的意見》，“十四五”時期，將大力推動《民用航空法(修訂)》《無人駕駛航空器飛行管理條例》的頒布實(shí)施。

但是當(dāng)前的無人機(jī)行業(yè)規(guī)范建設(shè)未能跟上其發(fā)展速度，在尚未完善的無人機(jī)監(jiān)管體系下，大量黑飛、操作不當(dāng)引發(fā)的安全事故頻頻發(fā)生?！暗吐　泵裼脽o人機(jī)所占據(jù)的低空空域作為寶貴的戰(zhàn)略資源[1]，為保障低空空域的安全可靠，保障公眾的人身安全與隱私權(quán)，隨之衍生出了這一重要技術(shù)領(lǐng)域——無人機(jī)反制技術(shù)。

無人機(jī)反制技術(shù)主要通過人眼捕捉或監(jiān)視設(shè)備鎖定目標(biāo)后，利用捕捉網(wǎng)、激光、聲波、火力壓制、無線電干擾等手段，對目標(biāo)無人機(jī)進(jìn)行捕捉、摧毀、控制等。當(dāng)前，無人機(jī)反制技術(shù)在防范恐怖襲擊，保護(hù)重要地點(diǎn)、重大活動現(xiàn)場，維護(hù)社會治安秩序上發(fā)揮著重要作用。

在無人機(jī)反制技術(shù)發(fā)展的同時，又有新的問題浮現(xiàn)出來。由于現(xiàn)有無人機(jī)反制技術(shù)千差萬別，不同技術(shù)手段所具有的反制特性與反制效果不同，無法使用單一的反制手段應(yīng)對不同的場景。因此，本文介紹了國內(nèi)外無人機(jī)反制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了當(dāng)前主要的無人機(jī)反制技術(shù)手段，并針對不同的應(yīng)用場景對不同反制手段逐一進(jìn)行了分析。

1 無人機(jī)反制系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)全球性市場調(diào)查咨詢公司Markets & Markets于2020年對無人機(jī)反制領(lǐng)域未來5年的發(fā)展趨勢所做出的策略分析報告顯示，全球的無人機(jī)反制技術(shù)市場將以近32.2%的速率增長，預(yù)計2025年，全球市場規(guī)模將達(dá)到24億美元。

早在2012年，為有效應(yīng)對無人機(jī)威脅，美國開始制定反無人機(jī)戰(zhàn)略[2]。以美國Raytheon Technologies為首的美國企業(yè)圍繞著無人機(jī)反制技術(shù)展開了大量的研究，其中項目包括“高功率微波武器”(High-Power Microwave Weapon，HPM)、“機(jī)動式高能激光系統(tǒng)”(High Energy Laser System，HEL)、搭載有搜索設(shè)備與攻擊武器的“Coyote UAS”以及配備接近引線的“Stinger Missile”。美國Boeing公司研制有搭配高靈敏度傳感器的“緊湊型激光武器系統(tǒng)”(Compact Laser Weapon System，CLWS)。美國空軍研究實(shí)驗室和Epirus分別研制有微波武器“戰(zhàn)術(shù)高功率微波作戰(zhàn)響應(yīng)器”(Tactical High-Power Microwave Operational Responder，THOR)和“Leonidas”。美國Battelle與IXI EW分別推出了槍式反無人機(jī)武器“DroneDefender”與“Dronekiller”。

2015年，英國針對非法使用無人機(jī)所可能帶來的恐怖襲擊、攜帶危險品、侵犯隱私發(fā)布了代號為COI4的反無人機(jī)信息中心項目。Blighter Surveillance Systems、Chess Dynamics、Enterprise Control Systems三家公司聯(lián)合研制了集成雷達(dá)、紅外攝像頭、多頻無線射頻壓制器的“反無人機(jī)防御系統(tǒng)”(Anti-UAV Defence System，AUDS)。英國Open Works Engineering推出了搭配有壓縮空氣發(fā)射器和智能捕網(wǎng)彈丸的“SkyWall-100”以及集成光電系統(tǒng)能夠識別、跟蹤目標(biāo)的自動化武器“SkyWall Auto”。

在俄羅斯國家技術(shù)集團(tuán) Rostec領(lǐng)導(dǎo)下，其旗下多家公司也進(jìn)行了相關(guān)研究，其中NPP Almaz與Avtomatika分別推出了基于無線電干擾的反制武器“Ataka-DBS”和 “Sapsan-Bekas”。

法國Thales Group研發(fā)了一套集成雷達(dá)、聲像探測器以及無線電干擾與欺騙的無人機(jī)反制裝備。法國CILAS推出了反無人機(jī)激光武器系統(tǒng)“HELLAS-P”。

以色列航宇工業(yè)公司(Israel Aerospace Industries，IAI)與Iron Drone研制了集成雷達(dá)、光電與無線電干擾設(shè)備的無人機(jī)反制系統(tǒng)“無人機(jī)衛(wèi)士”(DroneGuard)。同時，以色列Rafael Advanced Defense Systems也推出了“無人機(jī)穹”(DroneDome)，同樣集成了監(jiān)視雷達(dá)、光電系統(tǒng)與寬頻信號干擾器。以色列智能射手公司(SMART SHOOTER)研制有輕武器火控系統(tǒng)“SMASH”。

意大利芬梅卡尼卡集團(tuán)SelexES公司研制了集成雷達(dá)、光電、麥克風(fēng)以及無線電信號欺騙的“獵鷹盾”無人機(jī)防御系統(tǒng)。

加拿大AerialX公司推出了通過動能殺傷無人機(jī)的“無人機(jī)子彈”(DroneBullet)。

新加坡的TRD新加坡公司推出了便攜式的反無人機(jī)系統(tǒng)“Orion H+”，可對六種無線電頻率實(shí)施干擾。

由法宇航、德國Dornier和DASA、西班牙CASA組成的歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)推出了一款集成雷達(dá)、紅外相機(jī)、定向儀的無人機(jī)反制設(shè)備。表1給出了國外具有代表性的反制項目以及作用原理說明。

表1 國外無人機(jī)反制系統(tǒng)項目

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國在無人機(jī)反制領(lǐng)域也在不斷地摸索。2016年，“北斗”開放實(shí)驗室發(fā)布了由其研發(fā)的國內(nèi)首套誘騙式民用無人機(jī)反制系統(tǒng)ADS2000。該系統(tǒng)可通過干擾、壓制、欺騙手段實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)防護(hù)區(qū)域的保護(hù)。

2017年，青島國數(shù)信息科技有限公司推出了一套無人機(jī)反制方案。該方案通過收集空域音頻信息與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，然后利用高清成像設(shè)備進(jìn)行搜索識別，確認(rèn)目標(biāo)之后由JAM系列電磁壓制武器干擾目標(biāo)信號并發(fā)射16 m2捕捉網(wǎng)將其捕獲，最后接入被捕無人機(jī)飛行控制單元獲取起飛位置，實(shí)現(xiàn)溯源目的。

同年，在全球創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)交易會上，成都電科智達(dá)科技有限公司作為高新科技創(chuàng)新企業(yè)代表展示了無人機(jī)反制設(shè)備“Z”系統(tǒng)。該設(shè)備采用小型化雷達(dá)光電復(fù)合傳感技術(shù)與高頻寬帶干擾技術(shù)，能快速有效發(fā)現(xiàn)、識別和攔截低空小型無人機(jī)。

2018年，在珠海航展上中國航天科工二院207所展出了“低空守衛(wèi)者”無人機(jī)反制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括雷達(dá)監(jiān)視、無線電偵測、光電跟蹤識別以及無線電干擾與欺騙。

2020年，在第四屆世界無人機(jī)大會暨第五屆深圳國際無人機(jī)展覽會上，上海特金無線技術(shù)有限公司發(fā)布首個城市級網(wǎng)格化無人機(jī)管控系統(tǒng)。該無人機(jī)反制系統(tǒng)利用頻譜大數(shù)據(jù)AI分析弱信號和調(diào)頻信號偵測，多目標(biāo)識別分離(非)合作目標(biāo)區(qū)分，由到達(dá)時間差(Time Difference of Arrival，TDOA)技術(shù)結(jié)合網(wǎng)格化進(jìn)行目標(biāo)位置確定，最后由定向干擾攔截設(shè)備進(jìn)行反制。

當(dāng)前，無人機(jī)與無人機(jī)反制技術(shù)正呈現(xiàn)出博弈式發(fā)展，“低慢小”民用無人機(jī)享受著時代紅利，抗干擾技術(shù)、避障技術(shù)不斷發(fā)展，為無人機(jī)的處置提出了新的難題。國外在無人機(jī)管控領(lǐng)域起步早，特別是在無人機(jī)管理的上層結(jié)構(gòu)以及無人機(jī)云系統(tǒng)的發(fā)展上，如美國LANNC系統(tǒng)、歐洲U-space系統(tǒng)。但是無人機(jī)反制技術(shù)正處于瓶頸階段，還未曾出現(xiàn)一種行之有效且無附帶損傷的技術(shù)手段，并且無人機(jī)反制技術(shù)屬于融合學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)，在各技術(shù)領(lǐng)域未有突破性進(jìn)展前很難有較大改觀。當(dāng)前，國內(nèi)外的反制設(shè)備研制進(jìn)展受限于目前的主流方法，各研究機(jī)構(gòu)成果主要集中于對現(xiàn)有方向進(jìn)行改進(jìn)。據(jù)專利統(tǒng)計[3]，自2016年開始我國反制領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量快速上升，達(dá)到年申請量85件，2017年達(dá)到175件，并成逐年上升趨勢，其中四川、廣東、北京地區(qū)最為活躍，并且已經(jīng)涉及到當(dāng)前無人機(jī)反制技術(shù)的所有主流方法。近年來國防科技創(chuàng)新特區(qū)主辦的“無形截?fù)簟睙o人機(jī)與反無人機(jī)對抗挑戰(zhàn)賽也體現(xiàn)出我國無人機(jī)反制技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。筆者認(rèn)為當(dāng)前應(yīng)當(dāng)緊跟無人機(jī)反制的需求趨勢，聯(lián)合高校、研究所、企業(yè)、應(yīng)用單位，利用各自的科技資源、產(chǎn)業(yè)資源，立足于現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，攻克關(guān)鍵技術(shù)難題，探索新型反制技術(shù)方法。

2 無人機(jī)反制的主要方法

無人機(jī)反制技術(shù)即為保護(hù)重要人物、重要區(qū)域、重要空域，對非法入侵的無人機(jī)進(jìn)行控制的技術(shù)[4]。全球無人機(jī)反制領(lǐng)域發(fā)展到如今，已有眾多基于不同原理的反制技術(shù)，根據(jù)其作用形式的不同，可以分為捕獲技術(shù)、摧毀技術(shù)、信號干擾技術(shù)、信號欺騙技術(shù)四類。

2.1 捕獲技術(shù)

捕獲技術(shù)即通過一定的手段，在避免對目標(biāo)無人機(jī)造成損害的情況下，進(jìn)行捕捉，并可對其進(jìn)行破解、分析、研究。捕獲手段主要分為三種，分別為馴服動物捕獲無人機(jī)、發(fā)射捕網(wǎng)彈丸、無人機(jī)掛載捕網(wǎng)。

2.1.1 馴服動物

馴服動物對無人機(jī)進(jìn)行捕捉最早是由芬蘭警方與鳥類訓(xùn)練機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行的，將選中的鷹從小培養(yǎng)對無人機(jī)的捕捉意識，通過每次成功捕獲后的獎勵機(jī)制，訓(xùn)練對無人機(jī)的捕捉能力。經(jīng)過訓(xùn)練后的鷹隼可由管理人員指揮，利用其擅長捕捉的優(yōu)勢，對遠(yuǎn)處無人機(jī)進(jìn)行快速致命打擊，破壞其動力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)捕捉。鷹隼的飼養(yǎng)成本低，在無人機(jī)捕捉過程中無需人工干預(yù)。

但是因為需要從小進(jìn)行培養(yǎng)，對培養(yǎng)人員與培訓(xùn)周期有很高的要求，并且鷹隼在執(zhí)行任務(wù)的時候主要依賴于訓(xùn)練培養(yǎng)的條件反射，不具有意識思維，捕捉過程中容易受到突發(fā)狀況影響。

2.1.2 捕網(wǎng)彈

捕網(wǎng)彈丸可由肩扛式、車載式或無人機(jī)搭載的發(fā)射器進(jìn)行發(fā)射，彈殼內(nèi)為特制網(wǎng)，通過傳感器控制捕網(wǎng)釋放，散開的捕捉網(wǎng)包裹并纏繞無人機(jī)的旋翼，同時打開減速傘，達(dá)到捕獲目的。

捕捉網(wǎng)對旋翼的纏繞會令目標(biāo)喪失動力，但不會對其飛控或其他加載設(shè)備造成傷害。捕獲后，可從設(shè)備中讀取起飛點(diǎn)、飛行任務(wù)、飛控SN碼等，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)飛手的追查溯源。但捕網(wǎng)彈丸在發(fā)射時會產(chǎn)生極大的噪聲與后坐力，有效反制距離近，且無法進(jìn)行連續(xù)射擊。由于整個捕網(wǎng)反制系統(tǒng)依賴于特制網(wǎng)對無人機(jī)旋翼的纏繞，所以在面對固定翼無人機(jī)時，該反制技術(shù)效果不佳。并且，該反制手段有效防御范圍相對較小，不論是人眼觀測或是基于機(jī)器視覺的自動化識別處置都具有距離判斷、軌跡預(yù)測可靠度不高的問題。

2.1.3 掛載式捕網(wǎng)

掛載式捕網(wǎng)與捕網(wǎng)彈丸作用原理相同，將大面積的捕捉網(wǎng)掛載于無人機(jī)下方，通過操縱無人機(jī)飛到目標(biāo)上方，令捕捉網(wǎng)與其旋翼接觸，實(shí)現(xiàn)纏繞并破壞動力，達(dá)到捕獲目的。

無人機(jī)掛載捕網(wǎng)可以多次嘗試，容錯率高，并且可以將纏繞住的無人機(jī)帶至指定地點(diǎn)。但該技術(shù)手段對無人機(jī)的操作人員有極高的要求，這不僅僅是單向的捕捉任務(wù)，更是一場飛手之間的博弈。與捕網(wǎng)彈丸相同，反制的有效性依賴于捕網(wǎng)對無人機(jī)旋翼的纏繞，所以無法應(yīng)對固定翼無人機(jī)。

2.2 摧毀技術(shù)

摧毀技術(shù)即直接擊毀目標(biāo)無人機(jī)，通常用于隱私或安全系數(shù)要求較高的區(qū)域，為避免引發(fā)更惡劣的后果而采用的極端方式。摧毀技術(shù)手段主要分為五種，分別為特制無人機(jī)、常規(guī)火力、激光武器、微波武器、聲波武器。

2.2.1 特制無人機(jī)

特制無人機(jī)包括利用動能撞擊、利用爆炸破壞、利用搭載武器打擊。該反制技術(shù)可在偵測到目標(biāo)后立即反應(yīng)，配備有光電系統(tǒng)時可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別。實(shí)施反制時，在飛手的控制下具有一定的容錯率。但若不能及時達(dá)成反制目的，或許將失去處置入侵無人機(jī)的最佳時機(jī)，并且成功反制后也很難收回目標(biāo)。

2.2.2 常規(guī)火力

常規(guī)火力即使用槍支或近防炮或特制反無人機(jī)炮彈對無人機(jī)進(jìn)行摧毀，該反制技術(shù)常與針對無人機(jī)的火控系統(tǒng)搭配。采用大量的火力壓制，技術(shù)難度低，但是彈藥成本高，使用限制條件苛刻，誤傷范圍大，導(dǎo)彈碎片容易對周邊造成附帶損傷。

2.2.3 激光武器

激光武器主要利用激光的高能量對目標(biāo)無人機(jī)聚焦瞄準(zhǔn)灼燒，破壞重要部件，導(dǎo)致目標(biāo)無人機(jī)失去控制并墜毀。近年來由于激光領(lǐng)域的不斷突破，現(xiàn)已能以較低的成本獲取較好的反制效果[5-6]。

激光武器可持續(xù)發(fā)射，作用距離遠(yuǎn)且無需考慮彈道與天氣影響，在無人機(jī)反制領(lǐng)域中效費(fèi)比高，發(fā)射成本低，具有良好的摧堅能力，可以擊穿各類金屬與非金屬材料，從鎖定目標(biāo)進(jìn)行攻擊到擊毀目標(biāo)僅需要數(shù)秒鐘。但是激光武器需搭配繁重的電源系統(tǒng)與降溫系統(tǒng)，且反制的有效性需要高精度的聚焦能力，依賴于追蹤制導(dǎo)的高靈敏度。在反制過程中，激光武器需要對目標(biāo)灼燒，帶有明火的無人機(jī)殘骸會對墜落范圍造成威脅，具有二次災(zāi)害隱患。

2.2.4 微波武器

微波武器主要利用衍射與電路耦合，令目標(biāo)無人機(jī)中的電路模塊吸收大功率的微波能量，導(dǎo)致內(nèi)部傳感器以及電子元器件出現(xiàn)擊穿、反轉(zhuǎn)、誤碼、記憶信息抹除等。一旦其功率超過敏感元器件的額定值，無人機(jī)內(nèi)部設(shè)備就會因為過載而永久性毀傷，從而失控墜毀。

微波武器具有波束寬角度大的優(yōu)勢，反制過程中只需滿足扇區(qū)覆蓋而不必精確瞄準(zhǔn)[7]。微波武器可以進(jìn)行持續(xù)打擊，有較高容錯率，并且能夠有效對抗為躲避雷達(dá)監(jiān)視而涂有吸波材料的無人機(jī)。但是，由于微波武器強(qiáng)大的能量輻射，在旁瓣范圍內(nèi)的設(shè)備會受到一定的損傷，并且覆蓋范圍內(nèi)的電磁環(huán)境會受到污染。

2.2.5 聲波武器

聲波武器利用同頻共振原理，干擾無人機(jī)的陀螺儀，使其失去工作能力。由于無人機(jī)在進(jìn)行自穩(wěn)飛行時需要依賴陀螺儀反饋數(shù)據(jù)，供飛控系統(tǒng)調(diào)整飛行姿態(tài)，維持機(jī)身的平衡。若陀螺儀無法正常工作，則直接導(dǎo)致無人機(jī)喪失穩(wěn)定飛行能力，失控墜落。

但是陀螺儀的固有頻率位于低頻段[8]，低頻聲波在空氣中的傳播中不具備方向性，且300～500 Hz頻段處于人耳可接收范圍內(nèi)，如果通過加大發(fā)射功率彌補(bǔ)聲波在空氣介質(zhì)中的能量損耗不僅會增大成本，而且無差別攻擊還會對周邊造成影響。因此，如果要實(shí)現(xiàn)聲波武器的應(yīng)用，就一定要解決低頻聲波的定向傳播問題。若采用多換能器陣列疊加輸出可以生成高指向性聲波，但是對換能器口徑要求很高。Westervelt的聲學(xué)參量陣與Berktay的遠(yuǎn)場解結(jié)論為小口徑低頻聲波的定向傳播提供了可能性。其原理為調(diào)制超聲波作為基波，在定向傳播過程中相互干涉生成和頻波與差頻波，而高頻率的聲波相比于低頻率的聲波在傳播過程中衰減更強(qiáng)，基于原始聲頻信號的自解調(diào)與超聲波的高指向性，最終實(shí)現(xiàn)低頻聲波的定向傳播[9-10]。不過，當(dāng)前聲波的傳播衰減仍是阻礙聲波武器發(fā)展的難題，只能寄希望于相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的突破性進(jìn)展。

2.3 信號干擾技術(shù)

信號干擾技術(shù)即根據(jù)無人機(jī)通信原理，以一種“非暴力”手段對目標(biāo)進(jìn)行反制[11]?？臻g中的電磁環(huán)境復(fù)雜且不穩(wěn)定，存在有不可避免的多路徑效應(yīng)[12-13]。而無人機(jī)為避免數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)艿礁蓴_，具有一定的射頻干擾自適應(yīng)抑制能力，但一旦無線電干擾超過閾值，就能阻斷無人機(jī)與操作員之間的數(shù)據(jù)鏈路[14-16]。如果上下行數(shù)傳、圖傳鏈路被阻斷，無人機(jī)便與操作員斷開鏈接，根據(jù)預(yù)設(shè)信息自動執(zhí)行或原地降落或返航或懸停。如果衛(wèi)星導(dǎo)航信號被阻斷，無人機(jī)便失去導(dǎo)航功能，由GPS(Global Positioning System)飛行轉(zhuǎn)變?yōu)樽藨B(tài)飛行模式，無法繼續(xù)完成地面站飛行計劃，無法自動返航[17]。信號干擾技術(shù)主要分為兩種，分別為對控制信號和對定位信號的干擾。

2.3.1 控制信號干擾

當(dāng)前無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路多為2.4 GHz、5.8 GHz頻段的慢跳頻系統(tǒng)[18]，在進(jìn)行信號干擾時，借助增益天線向目標(biāo)發(fā)射無線電信號，實(shí)現(xiàn)干擾[19-21]。干擾方法包括阻塞干擾，通過足夠的干擾功率，對目標(biāo)通信帶寬的全部進(jìn)行干擾，破壞信息傳遞；多頻連續(xù)波干擾，將干擾信號集中于覆蓋部分跳頻信道；跟蹤干擾，在對目標(biāo)信號進(jìn)行偵測、截獲、分析后，瞄準(zhǔn)目標(biāo)當(dāng)前通信信道實(shí)施窄帶干擾，再發(fā)射干擾信號壓制住真實(shí)信號，使其誤碼率達(dá)到30%時即可實(shí)現(xiàn)令目標(biāo)無人機(jī)失控，飛手丟失控制權(quán)[22]。

控制信號干擾技術(shù)在反制時只需確定大致方位而無需精確瞄準(zhǔn)，不同于微波武器利用強(qiáng)大的能量破壞目標(biāo)內(nèi)部元器件，該技術(shù)只需發(fā)射信號能滿足壓制目標(biāo)接收飛手信號的條件，便能在不破壞目標(biāo)的情況下實(shí)現(xiàn)迫降或驅(qū)離。但是，該系統(tǒng)進(jìn)行反制的時候需要對目標(biāo)進(jìn)行長時間的持續(xù)壓制，并且當(dāng)目標(biāo)預(yù)設(shè)丟失信號后懸停或返航時，無法對其進(jìn)行有效控制[23]。長時間使用無線電干擾，容易對周邊電子設(shè)備的正常使用造成影響，污染無線電環(huán)境。采用追蹤干擾時雖可盡量避免對其他設(shè)備的干擾，但是需要對信號進(jìn)行快速偵測、截獲、分析，增加了技術(shù)難度成本。

2.3.2 定位信號干擾

對定位信號即對目標(biāo)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號干擾，令無人機(jī)喪失導(dǎo)航功能[24]。由于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，具有載波頻率公開固定、發(fā)射功率小、抗干擾的特點(diǎn)[25]，因此有瞄準(zhǔn)式干擾，精確對準(zhǔn)信號載頻，對特定碼型衛(wèi)星信號干擾；阻塞式干擾，干擾區(qū)域所有C/A衛(wèi)星信號，其干擾體制包括單頻干擾、寬帶均勻頻譜干擾；相關(guān)干擾，利用較大相關(guān)性的偽碼序列實(shí)施干擾，其方法包括基于卷積碼的數(shù)據(jù)鏈脈沖干擾、基于級聯(lián)碼的數(shù)據(jù)鏈脈沖干擾、同步序列精準(zhǔn)干擾。但是在僅干擾定位信號的時候，并不能取得較好的反制效果，因此常與對目標(biāo)無人機(jī)數(shù)傳與圖傳信號共同作用。在反制時無人機(jī)與飛手之間丟失上下行數(shù)傳、圖傳鏈路，同時無人機(jī)失去全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號，無法依靠定位信息實(shí)現(xiàn)自動返航或懸停。但是一旦干擾全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號，作用范圍內(nèi)所有使用定位信息的電子設(shè)備均會受到影響，并且失去控制的無人機(jī)若不能及時處置而長時間置于空中，將存在安全隱患。

2.4 信號欺騙技術(shù)

信號欺騙技術(shù)即破解目標(biāo)無人機(jī)的數(shù)據(jù)鏈路，將包裝后的虛假信號傳遞給目標(biāo)，使其接收錯誤的信息。欺騙技術(shù)主要分為兩種，分別為控制信號欺騙與定位信號欺騙。

2.4.1 控制信號欺騙

控制信號的欺騙主要通過技術(shù)手段偵測到目標(biāo)無人機(jī)的數(shù)據(jù)鏈并進(jìn)行解析，破解整個數(shù)據(jù)鏈的頻率、帶寬、調(diào)制方式和通信協(xié)議，向其輸送虛假信號實(shí)現(xiàn)接管。根據(jù)無人機(jī)控制信號的接收周期規(guī)律，只要按照先于真實(shí)控制信號一定時間發(fā)送虛假信號，就能獲取大部分控制權(quán)。

控制信號欺騙技術(shù)屬于精準(zhǔn)攻擊，不會對周邊的無線電環(huán)境造成影響，并且能夠定點(diǎn)降落，具有很高的安全系數(shù)。但是這種方式極度依賴于無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)體制與加密方式的公開，否則技術(shù)難度與工作量巨大。

2.4.2 定位信號欺騙

定位信號欺騙主要針對目標(biāo)的導(dǎo)航系統(tǒng)，因為全球?qū)Ш叫l(wèi)星本身的總發(fā)射功率有限，作用距離遠(yuǎn)且覆蓋范圍大，單個設(shè)備接收到的信號強(qiáng)度小，接收電平約為-130 dBm，通常使用3～6 dB增益的無源天線接收。因此，從地面向其發(fā)射虛假信號，信號強(qiáng)度和信噪比皆優(yōu)于真實(shí)信號，即可實(shí)現(xiàn)信號欺騙[26-27]。定位信號欺騙主要有兩種方式：第一種針對于內(nèi)置有地理圍欄的無人機(jī)，通過發(fā)射虛假定位信息，令其誤以為處于禁飛區(qū)域內(nèi)，隨即觸發(fā)原地降落程序；第二種則是誘導(dǎo)技術(shù)[28]，包括通過接收所在位置的GPS信號，將原信號給予一定時延與放大后轉(zhuǎn)發(fā)，使之測得虛假偽距的轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙，以及模擬以C/A碼結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)、時間與位置進(jìn)行了修改，通過復(fù)現(xiàn)的碼相位與載波多普勒相位得到虛假偽距信息的產(chǎn)生式欺騙。

定位信號欺騙技術(shù)相較于控制信號欺騙技術(shù)而言，衛(wèi)星導(dǎo)航信號的頻點(diǎn)、格式固定且透明，對技術(shù)要求更低，但是需要發(fā)射虛假導(dǎo)航信號，會影響作用范圍內(nèi)設(shè)備GPS的正常使用，并且欺騙效果與無人機(jī)飛控策略緊密聯(lián)系，不同策略的表現(xiàn)形式不同。此外，經(jīng)過加密的軍用導(dǎo)航接收機(jī)是具有欺騙識別能力的[29]。

表2對各種無人機(jī)反制技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)與對比。

表2 無人機(jī)反制技術(shù)對比分析

3 無人機(jī)反制應(yīng)用場景分析

無人機(jī)反制系統(tǒng)主要目的不僅僅為攔截處置無人機(jī)，還具有溯源需求，從根本解決黑飛無人機(jī)的威脅。在實(shí)際使用場景中無人機(jī)反制系統(tǒng)與探測系統(tǒng)需搭配使用，當(dāng)前技術(shù)條件下單一探測與反制手段無法有效應(yīng)對無人機(jī)威脅，應(yīng)當(dāng)在條件允許下融合使用多技術(shù)手段，并且不同反制手段具有不同的反制特性，反制方應(yīng)當(dāng)負(fù)有責(zé)任，誤用或濫用都將帶來嚴(yán)重后果[30]。為確保反制技術(shù)的有效利用，以下針對較為常見的民用無人機(jī)入侵場景進(jìn)行分析。

3.1 臨時活動現(xiàn)場

臨時活動現(xiàn)場為舉辦于商場、體育館等公開場所的演唱會、商業(yè)活動等，人口密度大，周邊環(huán)境復(fù)雜且嘈雜。例如：2018年9月8日，首屆洪澤湖大閘蟹節(jié)在江蘇洪澤湖舉行，現(xiàn)場飛入兩架黑飛無人機(jī)；2018年9月21日，張學(xué)友在遂寧舉辦演唱會，警方在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)兩架黑飛無人機(jī)。該場景中不論是環(huán)境條件還是成本約束都不利于使用雷達(dá)、光電系統(tǒng)，并且考慮到該情景下的黑飛無人機(jī)常為僥幸黑飛，因此可以依靠基于TDOA的多基頻譜偵測設(shè)備組網(wǎng)監(jiān)視附近無人機(jī)通信鏈路信號，同時實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的識別與溯源。

針對臨時活動現(xiàn)場若采用老鷹進(jìn)行捕捉，周圍復(fù)雜的環(huán)境與大量的噪音會極大地影響反制的作用效果；若采用捕網(wǎng)彈丸或摧毀手段時，失控墜落的無人機(jī)極易對現(xiàn)場群眾的人身安全形成威脅；若采用無人機(jī)掛載捕網(wǎng)彈丸或捕網(wǎng)，雖可以有效反制無人機(jī)，并且避免可能的安全隱患，但是在背景復(fù)雜、夜間光線不足的情況下會對反制人員的操作能力形成較大的挑戰(zhàn)；若采用控制信號欺騙技術(shù)，則需要進(jìn)行一系列的破解動作，效率低下且無劫持必要；若采用全向的控制、定位信號全頻段干擾技術(shù)，易干擾活動現(xiàn)場的無線電設(shè)備正常使用，同時范圍內(nèi)手機(jī)信號也會受到影響。因此，相對較為適合的反制手段為定向控制信號干擾與定位信號欺騙技術(shù)。無人機(jī)反制槍具有體積小、攜帶方便、操作簡單、學(xué)習(xí)成本低的優(yōu)勢。反制執(zhí)行位置應(yīng)于活動區(qū)域外圈，處置過程中避免指向活動中重要的無線電設(shè)備。定位信號欺騙技術(shù)既可配合信號干擾技術(shù)誘導(dǎo)降落，也可傳輸虛假定位坐標(biāo)，令目標(biāo)觸發(fā)地理圍欄。為保證反制過程中的安全，不論是驅(qū)離還是迫降無人機(jī)，都應(yīng)當(dāng)確保執(zhí)行過程中不會誤傷群眾。

3.2 重要臨時活動現(xiàn)場

重要臨時活動現(xiàn)場為各類晚會、政要人物出席的會議、閱兵儀式等，活動現(xiàn)場人口密度大，安保工作要求嚴(yán)格，不允許發(fā)生意外事故。2018年8月4日，委內(nèi)瑞拉總統(tǒng)馬杜羅在首都加拉加斯就軍隊紀(jì)念活動發(fā)表講話時，一架攜帶炸藥的無人機(jī)飛入現(xiàn)場并引爆，造成多人受傷。該場景中的無人機(jī)探測可結(jié)合使用多基頻譜偵測設(shè)備組網(wǎng)運(yùn)行與聲紋偵測技術(shù)，作為頻譜偵測可能遺漏的彌補(bǔ)措施。為了確保安全，主辦方應(yīng)向相關(guān)機(jī)構(gòu)申請臨時無人機(jī)禁飛區(qū)，并上傳至合作產(chǎn)商的無人機(jī)地理圍欄系統(tǒng)中。

重要臨時活動現(xiàn)場同一般臨時活動現(xiàn)場一樣不適用于一些反制手段，并且對于仍能闖入的無人機(jī)，基于地理圍欄的定位信號欺騙技術(shù)也無法反制。因此，相對較為適合的反制手段有摧毀技術(shù)、信號干擾技術(shù)、無人機(jī)搭載的捕獲技術(shù)。其中摧毀技術(shù)是作為其他手段失效或形勢緊張的應(yīng)急手段，采用最果斷的方式盡量減小可能的傷亡；信號干擾技術(shù)在使用的時候應(yīng)確保穩(wěn)定控制目標(biāo)無人機(jī)，當(dāng)無人機(jī)迫降時還應(yīng)注意疏散群眾，并且在確定解除其通信能力后才能停止信號壓制。此外，也可采用全向多頻段信號干擾設(shè)備，以短暫范圍內(nèi)信號丟失作為代價，阻斷入侵無人機(jī)信號，逼停目標(biāo)行動；無人機(jī)搭載的捕獲技術(shù)可作為應(yīng)急補(bǔ)充，當(dāng)目標(biāo)攜帶危險物品的時候，若直接擊毀或迫降目標(biāo)可能會對群眾造成更大的威脅，因此可由反制人員操作無人機(jī)將目標(biāo)捕獲至安全區(qū)域，再有專業(yè)人員解除危機(jī)。

3.3 重要固定地點(diǎn)

重要固定地點(diǎn)主要包括政府機(jī)關(guān)、監(jiān)獄、彈藥庫、油廠、軍事基地、射電天文臺等，為防止航拍愛好者誤入應(yīng)當(dāng)及時申請禁飛區(qū)。2017年7月4日，在美國南卡羅來納州的最高安全級別監(jiān)獄，一名囚犯通過無人機(jī)的協(xié)助成功越獄。2018年6月30日，俄羅斯駐敘利亞軍事基地上空出現(xiàn)大量企圖發(fā)動攻擊的無人機(jī)。2019年9月17日，沙特最大煉油廠遭遇無人機(jī)襲擊，對全球原油市場影響巨大。其中，這些地點(diǎn)可分為兩類，無線電環(huán)境敏感地區(qū)，如軍事基地、射電天文臺等；非無線電環(huán)境敏感地區(qū)，如監(jiān)獄、彈藥庫、油廠等[31]。

3.3.1 無線電環(huán)境敏感地區(qū)

由于對無線電環(huán)境的需求，在探測手段中應(yīng)避免使用主動雷達(dá)，同時在反制時也應(yīng)當(dāng)避免使用全向非追蹤式無線電信號干擾技術(shù)、定位信號干擾或欺騙技術(shù)。較為適用的為激光武器與捕網(wǎng)彈丸，但反制手段的效果依賴于光電系統(tǒng)的制導(dǎo)性能，并在反制時應(yīng)注意無人機(jī)殘骸墜落帶來的安全隱患，以及裝配消防裝備以應(yīng)對明火可能誘發(fā)的二次災(zāi)害。

3.3.2 非無線電環(huán)境敏感地區(qū)

雖然部署于無線電環(huán)境敏感地區(qū)，但是在反制措施的選擇時應(yīng)避免濫用全向無線電信號干擾技術(shù)，如2020年北京某監(jiān)獄就因使用全向無線電信號干擾設(shè)備導(dǎo)致范圍內(nèi)民航航班的通信信號長時間丟失。但在與相關(guān)部門協(xié)調(diào)的情況下，可通過無人機(jī)預(yù)警設(shè)備發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，短時間使用全向、定向全頻段無線電干擾設(shè)備進(jìn)行攔截。在油廠、彈藥庫等特殊地點(diǎn)，應(yīng)盡量避免使用摧毀技術(shù)，以免造成更大的安全事故。鑒于其所在地通常為偏遠(yuǎn)地區(qū)，人口密度小，周邊環(huán)境空曠，因此可以使用定向無線電干擾設(shè)備結(jié)合無人機(jī)偵測預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效的安全保障。

3.4 重要移動目標(biāo)

重要移動目標(biāo)主要為政要人員車隊或重要物品轉(zhuǎn)移車隊。車隊行駛距離遠(yuǎn)，很難沿途設(shè)置地理圍欄，在城區(qū)移動時周邊環(huán)境復(fù)雜、掩體多。在移動過程中，入侵無人機(jī)多為近距離突襲，優(yōu)先保障安全，對溯源需求不高，可采用聲紋識別作為入侵無人機(jī)預(yù)警系統(tǒng)，待靠近后由防務(wù)人員目視尋找與無人機(jī)火控系統(tǒng)相結(jié)合鎖定目標(biāo)。因此，在車隊行駛過程中，可以選用槍式捕網(wǎng)設(shè)備與槍式無線電發(fā)射設(shè)備，并且由兩輛搭載全向無線電反制設(shè)備的車輛置于車隊頭尾，令重點(diǎn)保護(hù)車輛位于其信號干擾作用范圍的重疊區(qū)域內(nèi)，以短時區(qū)域信號影響作為代價，采取全向無線電信號干擾或全向定位信號欺騙手段。不過，若使用槍式捕網(wǎng)設(shè)備時，應(yīng)當(dāng)注意對防務(wù)人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，因為無人機(jī)的突襲容易造成緊張情緒，而該反制設(shè)備具有極大的后坐力，有造成防務(wù)人員受傷的可能，2020年“無形截?fù)簟睙o人機(jī)與反無人機(jī)大賽中就有選手因使用槍式捕網(wǎng)設(shè)備導(dǎo)致肩部骨折受傷。

3.5 邊境地帶

邊境地帶一直是國與國之間的敏感地帶，這些地方往往荒蕪遼闊，并且出于各種原因常有無人機(jī)互相試探的現(xiàn)象，并且侵入無人機(jī)常具有較高的研究價值[32]。

在邊境地帶環(huán)境干擾小、地勢空曠，采用鷹隼捕捉不僅可以獲得良好反制效果，還可以避免加重事態(tài)。而控制信號欺騙技術(shù)雖耗時耗力，但邊境處侵入的無人機(jī)對時間的要求更寬松，針對特殊目標(biāo)破解劫持性價比極高。2019年6月，美國無人偵察機(jī)就曾多次入侵伊朗南部，伊朗方面多次將其RQ-170S“哨兵”無人偵察機(jī)和MQ-1C“捕食者”攻擊無人機(jī)劫持，采用的就是無線電信號干擾結(jié)合定位信號欺騙的手段。

3.6 民航機(jī)場

一直以來民航機(jī)場都屬于無人機(jī)非法入侵的高發(fā)地，成都雙流、蘇南碩放、昆明長水等機(jī)場均發(fā)生了多起無人機(jī)黑飛擾航事件。為保障航空運(yùn)行的安全，民航機(jī)場不僅凈空保護(hù)區(qū)域大，而且電磁環(huán)境要求嚴(yán)格，并且我國民航機(jī)場基本都已預(yù)設(shè)地理圍欄，入侵目標(biāo)多為非合作式無人機(jī)，因此頻譜偵測存在遺漏可能性。為確保機(jī)場終端區(qū)的監(jiān)視可使用多基外輻射源雷達(dá)組網(wǎng)運(yùn)行，通過接收當(dāng)?shù)仉娨曀瓷湫盘枌Α暗吐　睙o人機(jī)進(jìn)行大范圍預(yù)警，當(dāng)捕捉到目標(biāo)后，由Ku頻段主動雷達(dá)與光電系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)高精度的探測識別。針對機(jī)場方管控需求，入侵目標(biāo)處置與溯源都十分重要，而雷達(dá)探測不具備溯源能力，因此需要考慮盡可能在反制過程中實(shí)現(xiàn)溯源。

機(jī)場對周邊無線電環(huán)境要求嚴(yán)格，特別是GPS信號所在頻段，且時常發(fā)生因信號干擾導(dǎo)致的ADS-B失效、GPS故障、GPS與FM位置不一致、GPWS地形探測故障等，影響航空器的導(dǎo)航監(jiān)視;長期虛假警告還會干擾飛行員的判斷，危害航空安全。2020年因信號干擾導(dǎo)致百起航班復(fù)飛，確定干擾源近40處，其中無人機(jī)反制設(shè)備就占據(jù)八成。2020年上海進(jìn)博會期間就發(fā)生了采用無線電干擾設(shè)備反制無人機(jī)導(dǎo)致的民航航班被干擾事件，因此在機(jī)場終端區(qū)內(nèi)應(yīng)避免使用無線電干擾技術(shù)與定位信號欺騙技術(shù)，而控制信號欺騙技術(shù)在軍事化發(fā)展的帶動下可根據(jù)實(shí)際成本消耗再做考慮。

由于鷹隼對其他鳥類具有極強(qiáng)的威懾作用，2019年12月，首都機(jī)場正式首用鷹隼驅(qū)鳥，因此可以將動物捕獲的手段作為近機(jī)場區(qū)域內(nèi)無人機(jī)入侵的應(yīng)急措施。捕網(wǎng)技術(shù)由于其可捕捉溯源以及無人機(jī)搭載平臺靈活迅速的優(yōu)勢，能有效保護(hù)機(jī)場空域，但是應(yīng)當(dāng)考慮到捕獲效率低導(dǎo)致的凈空范圍內(nèi)多飛行器滯空的影響。激光武器作為現(xiàn)有無人機(jī)反制技術(shù)中不造成電磁環(huán)境污染且具有遠(yuǎn)距離穩(wěn)定能力的反制手段具有明顯優(yōu)勢，并且雷達(dá)與光電系統(tǒng)為激光武器的制導(dǎo)提供了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，無人機(jī)市場發(fā)展迅猛，在低空領(lǐng)域管理制度逐漸跟進(jìn)的過程中，如何有效處置無人機(jī)的黑飛現(xiàn)象將是一個難點(diǎn)。本文首先梳理了國內(nèi)外無人機(jī)反制領(lǐng)域的發(fā)展，指出了我國與國外在無人機(jī)管控上的差距與應(yīng)對措施；以捕獲技術(shù)、摧毀技術(shù)、信號干擾技術(shù)、信號欺騙技術(shù)四個類別分析并歸納了當(dāng)前無人機(jī)反制領(lǐng)域中常用的反制手段，并根據(jù)各反制技術(shù)作用原理與特性，分析了不同反制技術(shù)的優(yōu)勢與缺陷以及當(dāng)前的研究瓶頸；最后通過對臨時活動現(xiàn)場、重要臨時活動現(xiàn)場、重要固定地點(diǎn)、重要移動目標(biāo)、邊境地帶、民航機(jī)場六類常見的無人機(jī)入侵場景的分析，提出了無人機(jī)防控的兩個主要需求，即反制效果與溯源能力；結(jié)合不同反制技術(shù)手段的反制效果與特點(diǎn)與主流的“低慢小”民用無人機(jī)探測技術(shù)，指出了現(xiàn)有技術(shù)單一探測與反制手段無法有效應(yīng)對無人機(jī)威脅，應(yīng)當(dāng)融合使用多技術(shù)手段；此外，針對實(shí)際應(yīng)用場景提出了有利于提升反制黑飛無人機(jī)的有效性的參考性方案。