關(guān)于反無人機(jī)技術(shù)手段現(xiàn)狀分析

鐘 梁，孫 麗

（武漢賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，湖北 武漢 430000）

1 引言

世界進(jìn)入21 世紀(jì)之后，無人機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展，廣泛運(yùn)用于軍事偵察、民用航拍、物流配送、應(yīng)急照明、中繼通訊等多個(gè)領(lǐng)域。但是，隨著無人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用范圍和數(shù)量不斷擴(kuò)大，無人機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的同時(shí)也可能造成安全隱患，尤其在民用設(shè)施領(lǐng)域和大型活動集會或者大型體育賽事等場景，無人機(jī)的威脅會特別嚴(yán)重。為了防止無人機(jī)對設(shè)施、人員等造成危害，反無人機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章通過對反無人機(jī)技術(shù)概念和難點(diǎn)的梳理，對目前現(xiàn)有的反無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行探討，并提出相關(guān)建議，以期對后續(xù)反無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)參考。

2 反無人機(jī)技術(shù)的概念和難點(diǎn)

2.1 反無人機(jī)技術(shù)的概念

反無人機(jī)技術(shù)是指采用各種手段，防止無人機(jī)對設(shè)施、人員等造成危害的一種技術(shù)，其主要目的是對無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測、定位、干擾、攔截和摧毀等操作，以保障公共安全。目前，國內(nèi)和國外都在積極展開對軍民兩用無人機(jī)的反無人機(jī)作戰(zhàn)技術(shù)的研究，比如探測、跟蹤、預(yù)警、干擾、控制、俘獲、擊落等技術(shù)。

2.2 反無人機(jī)的難點(diǎn)

反無人機(jī)技術(shù)的主要難點(diǎn)包括無人機(jī)的探測難、識別難、追蹤難、定位難、干擾難、管理難。后面文章會對關(guān)于反無人機(jī)上述難點(diǎn)問題進(jìn)行詳細(xì)討論和分析。

（1）無人機(jī)的探測難點(diǎn)。在反無人機(jī)技術(shù)中，最基本的任務(wù)是識別無人機(jī)。但是對空中無人機(jī)目標(biāo)探測，雷達(dá)探測為主要手段，但當(dāng)前主流的無人機(jī)是典型的飛行高度較低、飛行速度較慢、飛行目標(biāo)較?。ê喎Q低慢小），受雷達(dá)系統(tǒng)性能和地面雜波的影響，有時(shí)很難識別出小型無人機(jī)、微型無人機(jī)和一些緊貼地面，高度在120 m 以下飛行的無人機(jī)，使得現(xiàn)有技術(shù)很難探測識別和減輕此類型無人機(jī)帶來的威脅。此類低慢小的無人機(jī)飛行器價(jià)格低廉、操作簡單、便于攜帶、獲取容易，且升空突然性強(qiáng)，升空地點(diǎn)隱蔽、不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)且處置困難。低慢小無人機(jī)的目標(biāo)特性決定了對這類無人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行探測時(shí)有以下相關(guān)難點(diǎn)：①無人機(jī)“低”的特點(diǎn)指的是無人機(jī)的飛行高度低，飛行高度低帶來的困難就是，高層和超高層建筑物阻擋和背景雜波干擾嚴(yán)重，這樣就需要探測雷達(dá)具有良好的低空探測能力和良好低空可持續(xù)跟蹤能力。②無人機(jī)“慢”的特點(diǎn)是指無人機(jī)的飛行速度慢，對于傳統(tǒng)有人飛機(jī)飛行速度較快相比，無人機(jī)飛行速度相對較慢，所以探測和發(fā)現(xiàn)一些小型和速度較慢的無人機(jī)來說，需要相關(guān)探測雷達(dá)須具備對低速目標(biāo)的良好低速探測性能；③無人機(jī)“小”的特點(diǎn)是指無人機(jī)的體積小，飛行時(shí)候的目標(biāo)小，探測雷達(dá)需要有較高的探測靈敏度和持續(xù)探測穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的雷達(dá)在探測低慢小無人機(jī)時(shí)表現(xiàn)一般，有的雷達(dá)甚至不能滿足對這類無人機(jī)的使用要求，需要專門針對性地對低慢小無人機(jī)研發(fā)新型的無人機(jī)探測雷達(dá)。

（2）無人機(jī)識別難點(diǎn)。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)的更新?lián)Q代頻率加快，無人機(jī)的大小尺寸、外觀形狀、飛行速度、飛行高度、數(shù)據(jù)通信和航跡等方面都有很強(qiáng)的提升，種類也越來越豐富多樣，因此，如何清晰準(zhǔn)確地識別各種型號、各種用途的無人機(jī)是當(dāng)前反無人機(jī)技術(shù)中的一個(gè)難點(diǎn)。針對無人機(jī)難以識別的特點(diǎn)，相對應(yīng)的必須要采用多種技術(shù)來準(zhǔn)確識別無人機(jī)，如常見的雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)備、紅外線設(shè)備、光學(xué)設(shè)備、聲波等。

（3）無人機(jī)管理難點(diǎn)。合法使用無人機(jī)的情況將會相當(dāng)普遍，反無人機(jī)操作的人員怎研區(qū)分合法無人機(jī)和一些非法無人機(jī)的能力變得越來越重要。在一些大型集會和一些大型的體育賽事上，舉辦場地的上空可能存在數(shù)量龐大的不會構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)的合法攝影的無人機(jī)和一些會構(gòu)成人員安全和設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的非法無人機(jī)。這種情況下怎樣區(qū)分哪些是合法無人機(jī)哪些是非法無人機(jī)，給集會和賽事的安保執(zhí)法管理者帶來了極大挑戰(zhàn)。

3 反無人機(jī)技術(shù)的分析

3.1 雷達(dá)探測技術(shù)

雷達(dá)探測是指雷達(dá)系統(tǒng)通過發(fā)射電磁波，接收分析反射的雷達(dá)波，由此獲得目標(biāo)的位置信息，是一種常用的探測無人機(jī)的技術(shù)手段。雷達(dá)可以通過發(fā)射電磁波，然后接收反射回來的信號來判斷無人機(jī)的位置和距離。雖然雷達(dá)技術(shù)可以有效探測到無人機(jī)，但是其探測范圍和探測精度會受到無人機(jī)的形狀、材質(zhì)和速度等因素的影響。不過，目前用于無人機(jī)反制的雷達(dá)并不是傳統(tǒng)的雷達(dá)，而是專門針對無人機(jī)探測的新型雷達(dá)，它的體積較小，并且隱蔽性能很好，能更精準(zhǔn)的判斷無人機(jī)的實(shí)際位置。

3.2 無線電信號監(jiān)測

針對反無人機(jī)無線電監(jiān)測的技術(shù)，即通過對無人機(jī)使用的無線電通信設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和分析，以獲取無人機(jī)的位置、航跡、通信內(nèi)容等相關(guān)信息的過程。無人機(jī)通常配備了各種無線電通信設(shè)備，例如遙控器、GPS 定位系統(tǒng)、自主導(dǎo)航系統(tǒng)、圖傳設(shè)備等等，這些設(shè)備通過無線電信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換。通過對這些無人機(jī)使用的無線電信號進(jìn)行監(jiān)測和分析，能夠有效地獲取無人機(jī)的位置信息、航跡信息以及傳輸?shù)膱D像、視頻、音頻等數(shù)據(jù)。其中，單站測向技術(shù)監(jiān)測解算出無人機(jī)的方位信息，對無人機(jī)距離進(jìn)行粗略估計(jì)，多站時(shí)差定位技術(shù)可以解算出目標(biāo)的位置信息。

3.3 光電識別跟蹤

在白天，可以利用可見光攝像機(jī)對目標(biāo)無人機(jī)的視頻圖像進(jìn)行檢測，從而識別和跟蹤。無人機(jī)的光電識別跟蹤技術(shù)是一種通過對無人機(jī)使用的光學(xué)、電子、紅外等傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)無人機(jī)位置、航跡、速度等參數(shù)的測量和跟蹤的技術(shù)。具體來說，無人機(jī)光電識別跟蹤技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：光學(xué)識別跟蹤技術(shù)，即通過對無人機(jī)使用的光學(xué)感應(yīng)器采集到的圖像進(jìn)行目標(biāo)識別與跟蹤，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)運(yùn)動、航向等參數(shù)的測量和跟蹤的技術(shù)手段；圖像處理技術(shù)，即通過對無人機(jī)圖像進(jìn)行預(yù)處理、濾波、增強(qiáng)等處理，以提高對目標(biāo)的可識別性和可跟蹤性。

3.4 聲音監(jiān)測

無人機(jī)在飛行時(shí)，螺旋槳會產(chǎn)生噪聲，而且不同類型的無人機(jī)具有不同類型的聲紋特征。通過對這些聲音的監(jiān)控并建立相關(guān)無人機(jī)飛行時(shí)的噪音數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，聲音監(jiān)測可以對各種無人機(jī)的噪聲進(jìn)行接收、采集、分析，通過與已有聲紋特征信息進(jìn)行智能匹配，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的監(jiān)測和識別。也可以通過人工智能系統(tǒng)進(jìn)行輔助篩選，人工智能分析技術(shù)是利用人工智能技術(shù)對無人機(jī)發(fā)出的聲音進(jìn)行特征提取和分析，以對無人機(jī)的類型、活動等進(jìn)行判斷和預(yù)測。聲音監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)是具有很好的隱蔽性。

4 反無人機(jī)技術(shù)未來發(fā)展趨勢軟殺傷和硬殺傷

4.1 無人機(jī)反制方式——軟殺傷

（1）信號干擾。目前，對無人機(jī)的控制多使用無線電通信技術(shù)，通過向目標(biāo)無人機(jī)發(fā)射大功率干擾信號，對控制信號進(jìn)行壓制，對于現(xiàn)代電子干擾技術(shù)來說，干擾頻率覆蓋幾十兆赫茲到幾十吉赫茲，干擾功率可從幾十瓦到幾千瓦，干擾手段有跟蹤干擾、阻塞干擾、壓制干擾等方式，還會遇到遠(yuǎn)程超大功率多信道干擾和技術(shù)，能對通信鏈路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)干擾就可以迫使無人機(jī)自行降落或返航。

（2）GPS 欺騙。目前正常情況下絕大多數(shù)消費(fèi)級無人機(jī)都會首選GPS 導(dǎo)航來進(jìn)行飛行控制，而民用GPS 信號是非加密的，這就留下了可利用的空間。GPS 欺騙的主要原理就是向無人機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)送虛假的地理位置坐標(biāo)，從而控制導(dǎo)航系統(tǒng)，誘導(dǎo)無人機(jī)飛向錯(cuò)誤的地點(diǎn)。對于導(dǎo)航信號的干擾，由于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號功率較低，所以產(chǎn)生功率足夠大的干擾信號以抵消GPS 接收機(jī)的擴(kuò)增益是比較容易實(shí)現(xiàn)的，最常用的導(dǎo)航干擾是轉(zhuǎn)發(fā)瞄準(zhǔn)、寬帶阻塞、離散攔阻式干擾等。

（3）欺騙反制。欺騙反制是指通過電子信號的欺騙手段，獲得對無人機(jī)的控制權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)對非己方無人和的反制控制。從理論上講，通過對無人機(jī)遙控指令的欺騙可獲得對非己方無人機(jī)的控制權(quán)，引導(dǎo)無人機(jī)墜毀、改變飛行方向或?qū)⑵浠厥铡Ｋ粌H會成己方無人機(jī)及其機(jī)載設(shè)備的損失，甚至可能造成己方重要機(jī)密和先進(jìn)技術(shù)的泄露。2011 年12 月，伊朗“俘獲”了美軍當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的隱身無人偵察機(jī)RQ-170“哨兵”，使得美軍的高度機(jī)密技術(shù)、裝備和情報(bào)面臨極大風(fēng)險(xiǎn)，就是典型的例子。

4.2 無人機(jī)反制方式——硬殺傷

（1）先進(jìn)的防空系統(tǒng)。在反無人機(jī)技術(shù)的開始階段，是直接用雷達(dá)系統(tǒng)對無人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行探測后，再由火控雷達(dá)對其進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并引導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行直接撞擊或者在進(jìn)入導(dǎo)彈的殺傷半徑之后，導(dǎo)彈爆炸由彈片進(jìn)行毀傷無人機(jī)。比如以色列“鐵穹防空系統(tǒng)”進(jìn)行很多次的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，在攔截巴勒斯坦武裝的火箭彈戰(zhàn)績有目共睹，成功率很高。不過這種作戰(zhàn)方式，成本太高，尤其在面對“低慢小”無人機(jī)的時(shí)候，效費(fèi)比太低，而且摧毀后的無人機(jī)殘骸對人員密集區(qū)具有特別大危害和風(fēng)險(xiǎn)，尤其是易燃易爆場所比如加油站、電力樞紐、關(guān)鍵地方的交通樞紐、人員密集區(qū)等廠所來說是致命威脅。

（2）激光武器反制。反無人機(jī)的激光武器系統(tǒng)裝備是根據(jù)激光武器產(chǎn)生的定向能激光線束對目標(biāo)進(jìn)行照射，利用激光武器的能量對目標(biāo)進(jìn)行燒灼，從而對無人機(jī)進(jìn)行毀傷。反無人機(jī)的激光武器裝備具有對無人機(jī)和導(dǎo)彈等典型目標(biāo)的硬殺傷能力。相較于其他反無人機(jī)武器裝備相比，使用反無人機(jī)激光武器在執(zhí)行反無人機(jī)任務(wù)的時(shí)候具有3 個(gè)顯著特點(diǎn)：第一是打擊效率比較高，從發(fā)射激光到照射目標(biāo)到摧毀無人機(jī)只需要幾秒鐘。第二反無人機(jī)激光武器裝備具有對蜂群無人機(jī)的多目標(biāo)打擊能力，可在很短時(shí)間內(nèi)不間斷多次對無人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行多次射擊。第三，反無人機(jī)激光武器裝備的打擊精度較高，可持續(xù)作戰(zhàn)較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性較高。

（3）聲波武器系統(tǒng)。聲波武器是一種利用聲波能量來干擾、破壞或損壞無人機(jī)目標(biāo)的技術(shù)，此類聲波武器系統(tǒng)是使用高強(qiáng)度的聲波波束來針對反制無人機(jī)，并可能對無人機(jī)上面的電子設(shè)備、通信設(shè)備和傳感器等設(shè)備造成嚴(yán)重影響，使其喪失飛行和攻擊的能力，比如某些聲波武器利用諧振現(xiàn)象破壞無人機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性。通過將特定頻率的聲波發(fā)射到無人機(jī)上，引發(fā)結(jié)構(gòu)共振，從而導(dǎo)致無人機(jī)解體。亦或利用聲波武器干擾無人機(jī)的電子設(shè)備，如傳感器、自動駕駛儀、舵面等一些對聲波武器敏感的電子設(shè)備進(jìn)行聲波武器的重復(fù)且高強(qiáng)度的攻擊，可損壞無人機(jī)的關(guān)鍵部件并使其損壞墜毀。當(dāng)前關(guān)于聲波武器并不成熟，而且聲波武器系統(tǒng)目前在實(shí)際戰(zhàn)場上還處于測試階段，并沒有被廣泛使用。

5 無人機(jī)飛行的規(guī)范化管控

首先，飛行規(guī)則和限制：制定明確的飛行規(guī)則和限制，包括起飛和降落的地點(diǎn)、安全距離、高度和飛行時(shí)間等。其次，無人機(jī)飛行許可和注冊：飛行者應(yīng)當(dāng)取得必要的許可證和執(zhí)照，對其購買的無人機(jī)進(jìn)行相關(guān)的注冊。飛行計(jì)劃通報(bào)：飛行者應(yīng)該提前通知相關(guān)人員，包括執(zhí)法機(jī)構(gòu)和附近居民，對飛行計(jì)劃進(jìn)行通報(bào)。尤其是在大型集會以及相關(guān)的大型體育賽事方面，一定要提前做好飛行計(jì)劃通報(bào)，避免造成不必要的麻煩，增加誤判的風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)相關(guān)反無人機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備的資源。無人機(jī)生產(chǎn)制造需要安裝必要的飛行裝備：規(guī)范無人機(jī)生產(chǎn)廠家技術(shù)規(guī)格和相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。最后，廠家必須嚴(yán)格遵守相關(guān)無人機(jī)生產(chǎn)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，比如無人機(jī)應(yīng)當(dāng)裝備必要的設(shè)備，如飛行控制器、GPS、高度計(jì)、電子穩(wěn)定系統(tǒng)和遙控器。無人機(jī)操作人員要求必要的安全措施：如保持安全距離、避免飛行于人群密集區(qū)域、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的交通樞紐、電力樞紐軍事保密區(qū)等相關(guān)關(guān)鍵位置和遵守天氣條件等。

6 結(jié)語

隨著無人機(jī)在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，加上無人機(jī)在小型化方面和智能化程度方面不斷提升，利用一些小型無人機(jī)或其他類型的無人機(jī)進(jìn)行違法犯罪和破壞的報(bào)道時(shí)有發(fā)生，重大集會和大型體育賽事、人員密集地方的區(qū)域上空的安防工作將會面臨新的重大考驗(yàn)。當(dāng)前除了需要制定相關(guān)無人機(jī)飛行政策的法律法規(guī)外，還需要相當(dāng)可靠的反無人機(jī)技術(shù)來應(yīng)對無人機(jī)飛行系統(tǒng)入侵帶來的挑戰(zhàn)。目前對于無人機(jī)的探測和反制技術(shù)種類繁多，跟傳統(tǒng)的防空武器相比，干擾、阻斷、誘騙等軟殺傷無人機(jī)技術(shù)以及定向能武器技術(shù)、網(wǎng)捕撞擊技術(shù)等低成本的硬殺傷技術(shù)，在反無人機(jī)手段中可以使用多種探測和反制手段，互補(bǔ)優(yōu)勢，組成反制體系。文章分析了這些當(dāng)前常見的反無人機(jī)的技術(shù)手段，和未來可能出現(xiàn)的反無人機(jī)的技術(shù)手段，并針對無人機(jī)生產(chǎn)使用的相關(guān)規(guī)范和重點(diǎn)區(qū)域的空域安防給出了相應(yīng)的建議。