馬傳焱

(中國(guó)人民解放軍32180部隊(duì)，北京 100012)

0 引言

近年來，美國(guó)和以色列等國(guó)多型先進(jìn)無人機(jī)相繼被誘騙、捕獲在世界范圍內(nèi)引起了極大反響，耗時(shí)多年苦心研制隱身設(shè)計(jì)、氣動(dòng)布局、數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等機(jī)密信息面臨著技術(shù)泄露和擴(kuò)散的巨大風(fēng)險(xiǎn)，單架無人機(jī)被俘潛在威脅著整個(gè)無人機(jī)序列的運(yùn)行[1]。

2011年12月，伊朗采用電子戰(zhàn)手段近似完整無損的俘獲了美過RQ-170無人機(jī)[2]。資料顯示，伊朗利用了RQ-170無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的弱點(diǎn)，通過在通信數(shù)據(jù)鏈中設(shè)置電磁阻塞，迫使無人機(jī)進(jìn)入自動(dòng)駕駛狀態(tài)，然后重新設(shè)置無人機(jī)GPS導(dǎo)航的參數(shù)，使其誤以為在阿富汗的美軍基地著落，而實(shí)際上它在伊朗境內(nèi)著陸。

2012年12月，一架美國(guó)“掃描鷹”無人機(jī)在海灣上空飛行時(shí)闖入伊朗領(lǐng)空，被伊朗捕獲，資料顯示無人機(jī)同樣是近乎完整的被俘。而后，在2018年11月伊朗又成功俘獲了一架美國(guó)MQ-9“捕食者B”無人機(jī)。MQ-9無人機(jī)從2007年服役以來，已在包括阿富汗、伊拉克和也門等全球熱點(diǎn)地區(qū)經(jīng)過數(shù)千次“定點(diǎn)清除”行動(dòng)，是目前美國(guó)執(zhí)行全球偵察監(jiān)視和“定點(diǎn)清除”行動(dòng)的“頂梁柱”機(jī)型?！皰呙楮棥焙蚆Q-9被伊朗的捕獲對(duì)美國(guó)造成了沉重打擊，令美國(guó)引以為傲的明星機(jī)型再次落入伊朗手中。據(jù)推測(cè)，這兩型無人機(jī)的捕獲同樣基于電子對(duì)抗手段。

另外，在伊拉克，伊方人員曾使用疑似來自俄羅斯的GPS干擾機(jī)對(duì)付使用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航的無人機(jī)和精確制導(dǎo)武器，致使多起美國(guó)無人機(jī)迷航，飛到土耳其和伊朗境內(nèi)，同時(shí)精確制導(dǎo)武器頻頻打偏，隨后美國(guó)不得不采用地毯式轟炸，清除所有干擾裝置后才按照既定計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行。

伊朗和伊拉克多次成功誘騙無人機(jī)系統(tǒng)的事實(shí)表明，通信數(shù)據(jù)鏈和導(dǎo)航系統(tǒng)是整個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)防欺騙、防捕獲的薄弱環(huán)節(jié)。針對(duì)通信數(shù)據(jù)鏈和導(dǎo)航系統(tǒng)的電子戰(zhàn)手段與其他硬殺傷手段相比具有更高的效費(fèi)比，在平時(shí)戰(zhàn)時(shí)對(duì)無人機(jī)威脅都很大[3]。

首當(dāng)其沖的是無人機(jī)任務(wù)能力下降和自身安全威脅。硬殺傷手段往往會(huì)造成不必要的政治和外交壓力且效費(fèi)比差，因此，選擇隱蔽性更強(qiáng)的電子對(duì)抗手段成為擾亂無人機(jī)正常任務(wù)的主要手段。無人機(jī)面對(duì)強(qiáng)大的電子對(duì)抗裝備時(shí)，通信鏈路的中斷將導(dǎo)致無人機(jī)不受控制，導(dǎo)航系統(tǒng)受干擾將造成飛機(jī)自主返航或迷航被俘，因此若無人機(jī)被干擾、誘騙，輕則導(dǎo)致任務(wù)可靠性將急劇下降乃至失敗[4]，重則招致無人機(jī)墜毀或被俘獲，威脅無人機(jī)自身安全。

更為嚴(yán)重的是，無人機(jī)被俘獲還面臨著無人機(jī)技術(shù)的擴(kuò)散和通信、導(dǎo)航等機(jī)密信息被破解的巨大風(fēng)險(xiǎn)，不僅會(huì)將己方苦心研制的多項(xiàng)技術(shù)展示與人遭受逆向仿制，還面臨著己方通信、導(dǎo)航和加密等機(jī)密信息的漏洞被利用的風(fēng)險(xiǎn)，給后續(xù)無人機(jī)型號(hào)帶來了巨大隱患。目前，伊朗在捕獲美國(guó)無人機(jī)后進(jìn)行了大量的仿制，逆向研制生產(chǎn)了多款“山寨”武器，給美國(guó)造成了物質(zhì)層面和心理層面的雙重打擊。同時(shí)，在挖掘美國(guó)無人機(jī)薄弱環(huán)節(jié)和漏洞基礎(chǔ)上，伊朗的反無人機(jī)技術(shù)也在飛速提升，使得美國(guó)無人機(jī)面臨伊朗時(shí)變得更加脆弱。

本文將從時(shí)序角度描述無人機(jī)的誘捕機(jī)理，并從抗偵收、抗干擾和反誘捕3個(gè)方面對(duì)無人機(jī)防誘捕問題進(jìn)行論述和研究，研究成果對(duì)我無人機(jī)發(fā)揮作戰(zhàn)效能具有重要意義。

1 無人機(jī)誘捕機(jī)理

與有人機(jī)相比，無人機(jī)的基本特征是“機(jī)上無人，地面有人”。在手動(dòng)控制模式下，后方的地面控制站通過遠(yuǎn)程遙控執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)；在程控模式下，地面控制站主要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。2種控制模式下，無人機(jī)與地面站間必須通過測(cè)控鏈路進(jìn)行交聯(lián)，通過上行鏈路傳輸操控人員的遙控指令，下行鏈路傳輸無人機(jī)的狀態(tài)參數(shù)和實(shí)時(shí)偵察信息。出于安全考慮，無人機(jī)的飛行控制策略之一是確保測(cè)控鏈路暢通并在地面人員監(jiān)控之下完成作戰(zhàn)任務(wù)。上行鏈路中斷導(dǎo)致“失控”后，無人機(jī)一般將進(jìn)入自主程控返航模式，利用定位導(dǎo)航按照預(yù)設(shè)航線自動(dòng)返航、降落至指定地點(diǎn)。在運(yùn)用過程中，無人機(jī)抵近前言陣地或深入戰(zhàn)線腹地執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，相對(duì)己方無人機(jī)地面站，另一方在空間位置上具有明顯的距離優(yōu)勢(shì)。正是基于以上原理和流程，針對(duì)無人機(jī)進(jìn)行近距離偵收探測(cè)、電磁干擾和導(dǎo)航欺騙成為無人機(jī)誘騙、捕獲最有效的手段[5]。

根據(jù)上文對(duì)誘捕無人機(jī)技術(shù)手段的分析，從時(shí)序角度看，無人機(jī)誘騙、捕獲過程包含偵收探測(cè)、干擾壓制和欺騙捕獲3個(gè)步驟，覆蓋了發(fā)現(xiàn)、識(shí)別和實(shí)施3個(gè)過程。

在偵收探測(cè)階段，主動(dòng)探測(cè)的雷達(dá)設(shè)備和光電設(shè)備、電子偵察設(shè)備等其他被動(dòng)探測(cè)的無源探測(cè)、偵收設(shè)備首先對(duì)時(shí)域、頻域、空域或圖像等進(jìn)行聯(lián)合搜索和檢測(cè)，檢測(cè)到異常后，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行空間定位，同時(shí)開始對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行識(shí)別和分選，并與特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，獲取無人機(jī)的身份信息、數(shù)據(jù)鏈通信特征和地理位置信息，發(fā)出預(yù)警信息并保持跟蹤狀態(tài)。

隨后電磁干擾壓制設(shè)備啟動(dòng)，干擾波形控制器根據(jù)目標(biāo)位置和目標(biāo)數(shù)據(jù)鏈工作狀態(tài)，按照一定的策略和算法，產(chǎn)生有效的干擾波形。干擾波形經(jīng)功率放大后，由指向目標(biāo)的定向天線發(fā)射，高強(qiáng)度的電磁干擾會(huì)直接使無人機(jī)接收通道飽和，壓制地面站控制信號(hào)，造成通信誤碼或鏈路中斷，切斷無人機(jī)與后方地面站之間的聯(lián)系，無人機(jī)被迫終止執(zhí)行任務(wù)，隨后進(jìn)入自主返航階段。

欺騙捕獲階段，無人機(jī)在GPS等精確導(dǎo)航設(shè)備輔助下進(jìn)行返航、降落。欺騙設(shè)備可模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，位于地面的虛假信號(hào)在強(qiáng)度上可輕易壓制衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，向無人機(jī)發(fā)射錯(cuò)誤的導(dǎo)航坐標(biāo)或持續(xù)發(fā)射誘偏信號(hào)使無人機(jī)逐漸偏離返航航線，最終致使其降落在錯(cuò)誤位置，完成捕獲。

上述可見，誘騙、捕獲過程的3個(gè)階段在時(shí)間上具有先后順序，但3個(gè)階段危害程度依次遞增。目前，針對(duì)無人機(jī)防誘捕研究主要圍繞上述3個(gè)方面內(nèi)容開展，分別包含抗偵收、抗干擾和反欺騙3類技術(shù)。

2 抗偵收技術(shù)

抗偵收技術(shù)是通過無人機(jī)射頻隱身技術(shù)，使偵收方無法偵收到己方無人機(jī)的輻射信號(hào)，或即使偵收到但無法判斷己方通信參數(shù)或無人機(jī)的確切位置等。有效的抗偵收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)防誘捕最理想的技術(shù)手段，但技術(shù)挑戰(zhàn)性較大。目前偵收主要針對(duì)具有電磁輻射特性的數(shù)據(jù)鏈設(shè)備，因此隱身數(shù)據(jù)鏈技術(shù)成為抗偵收技術(shù)的主要手段。隱身數(shù)據(jù)鏈技術(shù)通過對(duì)通信設(shè)備和波形進(jìn)行射頻隱身設(shè)計(jì)，使無人機(jī)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)鏈、雷達(dá)等主動(dòng)輻射源被偵收、被截獲概率大大降低。

隱身數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是涵蓋時(shí)域、頻域和空域等多維域的綜合隱身技術(shù)[6]。目前，隱身數(shù)據(jù)鏈主要的技術(shù)手段包括：

2.1 輻射時(shí)間控制技術(shù)

控制數(shù)據(jù)鏈終端在不確定的時(shí)間以猝發(fā)方式進(jìn)行功率輻射，其發(fā)射起始時(shí)間和發(fā)射時(shí)長(zhǎng)均可變化，消除時(shí)域波形發(fā)射規(guī)律，避免在時(shí)域被控守偵收或截獲。

2.2 輻射功率控制技術(shù)

通過對(duì)數(shù)據(jù)鏈終端的輻射源進(jìn)行輻射功率管理和高性能天線設(shè)計(jì)，依據(jù)傳輸距離要求精確控制輻射功率，降低輻射功率譜密度，使得無人機(jī)工作在盡可能低的功率水平，降低偵收接收機(jī)接收的電磁波能量，提高電磁輻射裝備隱身性能。

2.3 數(shù)據(jù)鏈波形隱身

先進(jìn)的隱身數(shù)據(jù)鏈設(shè)計(jì)包括完成其一體化通信任務(wù)而采用的傳輸、交換以及抗干擾、抗截獲的信號(hào)處理技術(shù)的總和，包含信道編碼、調(diào)制、擴(kuò)頻和跳頻處理等一系列技術(shù)，具有低功率譜和隱蔽特性，難以被發(fā)覺。例如將信號(hào)拓展超寬時(shí)頻資源上進(jìn)行傳輸，降低信號(hào)在單位時(shí)頻資源上的能量，將信號(hào)隱匿在自然噪聲或民用移動(dòng)通信或衛(wèi)星通信電平下實(shí)現(xiàn)隱蔽傳輸效果。

2.4 定向天線技術(shù)

定向天線技術(shù)是在調(diào)整信號(hào)空域分布基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈隱身的技術(shù)。定向天線技術(shù)通過控制天線方向圖的輻射方向，實(shí)現(xiàn)合作目標(biāo)方向能量集中其他方向能量削減目的，達(dá)到空域隔離效果，在定向天線基礎(chǔ)上對(duì)方向圖進(jìn)行優(yōu)化，增大主瓣增益、降低副瓣增益可進(jìn)一步提升定向天線的空域隔離效果，提高數(shù)據(jù)鏈隱蔽傳輸性能。

2.5 信號(hào)不確定化技術(shù)

信號(hào)不確定化技術(shù)要求系統(tǒng)的輻射信號(hào)參數(shù)不確定，使偵收方偵察設(shè)備無法預(yù)估。該策略利用信號(hào)時(shí)域、頻域和空域的特殊設(shè)計(jì)，使信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻、工作頻率、信號(hào)波形及輻射方向具有不確定性，提高偵收截獲通信參數(shù)和通信信號(hào)識(shí)別分選的困難程度。

3 抗干擾技術(shù)

無人機(jī)誘捕主要針對(duì)數(shù)據(jù)鏈和導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行攻擊，因此抗干擾技術(shù)也主要圍繞測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)防護(hù)兩類技術(shù)展開。

3.1 數(shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)

無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)應(yīng)使無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路具備以下能力：① 廣泛的頻率管理、分配能力，可以在任意區(qū)域、任意時(shí)間對(duì)無人機(jī)動(dòng)態(tài)分配可用的頻譜資源；② 解決因信息遠(yuǎn)距離傳輸而造成的信號(hào)電平大幅度衰減的能力；③ 抵抗惡意干擾、壓制的能力。

根據(jù)以上需求，無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)主要分為提高測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈可靠性和有效性的相關(guān)技術(shù)和基于認(rèn)知無線電的抗干擾技術(shù)等。

提高通信可靠性和有效性的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈相關(guān)抗干擾技術(shù)可在時(shí)域、頻域、空域等多個(gè)域進(jìn)行，主要包括隨機(jī)序列擴(kuò)頻技術(shù)、高速跳頻跳時(shí)技術(shù)、高增益低旁瓣定向天線技術(shù)、干擾對(duì)消技術(shù)，通過時(shí)域、頻域和空域等聯(lián)合手段降低蓄意干擾和自然干擾進(jìn)入己方接收機(jī)的功率電平，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)鏈抗干擾性能[7-9]。

此外，為進(jìn)一步提高無人機(jī)在頻域抗干擾性能，還可通過無人機(jī)頻譜感知和重構(gòu)無線電技術(shù)為無人機(jī)測(cè)控提供可選解決方案，即提高了測(cè)控鏈路抗干擾能力，又解決了頻譜資源短缺和隨著無人機(jī)廣泛使用的頻譜管理難度增加問題。例如，采用支持向量機(jī)與功率準(zhǔn)則的預(yù)測(cè)評(píng)估方法進(jìn)行無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的重構(gòu)；設(shè)計(jì)和利用認(rèn)知引擎，將信噪比、信道估計(jì)結(jié)果、頻譜感知結(jié)果和多普勒頻移等作為輸入，通過認(rèn)知引擎，進(jìn)行無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)重構(gòu)等[10]。

3.2 衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航抗干擾技術(shù)主要包括濾波技術(shù)和波束形成技術(shù)兩類。濾波抗干擾技術(shù)主要包括單天線的濾波技術(shù)和基于陣列天線的濾波技術(shù)2種。主要從時(shí)域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、空域?yàn)V波和時(shí)空二維濾波入手，能夠有效地抑制窄帶和寬帶衛(wèi)星導(dǎo)航定位干擾源。波束成形技術(shù)利用陣列天線形成指向衛(wèi)星方向的波束，而在干擾方向進(jìn)行增益調(diào)零，提高衛(wèi)星信號(hào)的增益，并在其他方向抑制干擾[11-13]。

4 反誘騙技術(shù)

無人機(jī)誘騙技術(shù)與干擾壓制作用機(jī)理不同，誘騙技術(shù)通過發(fā)射虛假導(dǎo)航信號(hào)，依靠功率優(yōu)勢(shì)誘導(dǎo)接收機(jī)對(duì)其進(jìn)行捕獲跟蹤，解算出錯(cuò)誤的定位結(jié)果。而無人機(jī)反誘騙技術(shù)主要通過識(shí)別和檢測(cè)衛(wèi)星導(dǎo)航、測(cè)控鏈路等手段對(duì)無人機(jī)的欺騙行為意圖，有針對(duì)性地采取必要的誘騙防范技術(shù)措施。主要分為誘騙檢測(cè)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航與測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈防誘騙技術(shù)等。

4.1 誘騙檢測(cè)技術(shù)

誘騙檢測(cè)是無人機(jī)抗誘捕技術(shù)研究的首要步驟，也是非常關(guān)鍵的一步。誘騙檢測(cè)技術(shù)主要針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位狀態(tài)和測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈狀態(tài)等進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，能夠檢測(cè)和識(shí)別異常信息并判斷是否處于誘騙狀態(tài)。例如，對(duì)數(shù)據(jù)鏈誘騙檢測(cè)技術(shù)主要建立在功率檢測(cè)、身份鑒權(quán)和基于時(shí)間窗口的檢測(cè)方法上。對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航利用基于信號(hào)功率異常檢測(cè)(PTD)和基于多普勒頻移檢測(cè)(DOD)的檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)導(dǎo)接收機(jī)在信號(hào)跟蹤階段的誘騙檢測(cè)；通過與機(jī)載慣性導(dǎo)航、慣性航姿測(cè)量等定位和航姿信息比對(duì)的方法辨別衛(wèi)星導(dǎo)航的大幅度誘發(fā)式定位跳變等[14]。

4.2 數(shù)據(jù)鏈防誘騙技術(shù)

在測(cè)控鏈路多冗余基礎(chǔ)上，采用混沌擴(kuò)頻技術(shù)、長(zhǎng)周期跳時(shí)和跳頻技術(shù)等措施，使得誘騙方無法預(yù)估我方信號(hào)特征和變化規(guī)律；采用時(shí)間戳、幀計(jì)數(shù)校驗(yàn)技術(shù)和多相關(guān)峰檢測(cè)技術(shù)防止誘騙方轉(zhuǎn)發(fā)式干擾，對(duì)時(shí)間窗外信號(hào)直接濾除，對(duì)不連續(xù)幀計(jì)數(shù)進(jìn)行時(shí)序與數(shù)值匹配計(jì)算判斷信號(hào)是否由我方地面站發(fā)出；采用信號(hào)電平與航程推算聯(lián)合檢測(cè)，主動(dòng)識(shí)別認(rèn)知誘騙方大功率干擾，避免鎖定到大功率干擾信號(hào)上；采用測(cè)控鏈路加裝密碼機(jī)的方式，避免誘騙方從偵收信號(hào)中獲得有用信息，進(jìn)而無法獲取誘騙無人機(jī)的信息格式。

4.3 衛(wèi)星導(dǎo)航防誘騙技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航是無人機(jī)誘捕所針對(duì)的重點(diǎn)方向，主要采取的是衛(wèi)星信號(hào)生成式欺騙和轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙2種方式。針對(duì)這2種方式欺騙可采用下面3種手段或途徑。

(1) 衛(wèi)星導(dǎo)航加密技術(shù)

為使誘騙方無法準(zhǔn)確掌握我方導(dǎo)航衛(wèi)星定位通信協(xié)議，采用衛(wèi)星導(dǎo)航加密技術(shù)能夠有效地防范信號(hào)生成式欺騙。例如，美軍采用的軍用P碼通信；以及我國(guó)采用的北斗加密芯片等。

(2) 慣性導(dǎo)航等多維導(dǎo)航技術(shù)

利用慣性傳感器技術(shù)所具備的無源、獨(dú)立、穩(wěn)定和可靠等優(yōu)勢(shì)，采用高精度慣性導(dǎo)航技術(shù)可減少無人機(jī)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位的依賴；通過慣導(dǎo)、無線電、航姿測(cè)量和航程推算等組合導(dǎo)航技術(shù)、信息融合技術(shù)等手段，提高無人機(jī)防誘騙能力。

(3) 自主導(dǎo)航技術(shù)

由于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航與定位的固有缺陷，采用天文、視覺、圖像匹配和地形匹配等非傳統(tǒng)導(dǎo)航定位方式可提高無人機(jī)導(dǎo)航定位的冗余度和可靠性；同時(shí)，先進(jìn)的微電子、微機(jī)電、冷原子和量子學(xué)等導(dǎo)航技術(shù)的研究和工程化應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航層面難以被欺騙和干擾。

5 結(jié)束語

無人機(jī)防誘騙防捕獲技術(shù)關(guān)鍵在于提升測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈和導(dǎo)航系統(tǒng)的抗偵收、抗干擾和反誘騙能力。通過對(duì)誘捕機(jī)理剖析和各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究得知，抗偵收技術(shù)主要目的是降低自身電磁頻譜特性，提高通信波形的復(fù)雜度，降低誘捕方感知測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈的敏感性；抗干擾各項(xiàng)措施主要是降低干擾方蓄意干擾信號(hào)進(jìn)入我方接收機(jī)的能量，使接收通道能夠正常工作；反誘騙技術(shù)是采用各種檢測(cè)和防范技術(shù)識(shí)別誘騙方誘騙行為并排除誘騙信號(hào)影響，降低誘騙方實(shí)施誘騙的成功概率。無人機(jī)防誘騙防捕獲研究必須同時(shí)從以上3個(gè)方面入手，夯實(shí)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈和導(dǎo)航系統(tǒng)在各個(gè)環(huán)節(jié)中的戰(zhàn)技性能。