吳軍，陳勇，羅沐陽(yáng)

95894部隊(duì)

隨著無(wú)人機(jī)成本降低和技術(shù)發(fā)展，大量小型無(wú)人機(jī)進(jìn)入消費(fèi)娛樂(lè)市場(chǎng)，在給人們生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也在引發(fā)潛在威脅。本文首先分析小型無(wú)人機(jī)技術(shù)特性，并介紹其威脅特征，最后提出應(yīng)對(duì)小型無(wú)人機(jī)威脅的防范措施。

十多年前，大眾娛樂(lè)活動(dòng)常使用航空模型。但隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)日益成熟與生產(chǎn)成本的降低，現(xiàn)在普通消費(fèi)者可以低價(jià)購(gòu)買到高性能商用無(wú)人機(jī)，對(duì)飛行感興趣的消費(fèi)者希望使用第一人稱視角操控?zé)o人機(jī)，沒(méi)有操控技能或掌握很少操控技能的個(gè)人則希望擁有“飛行攝像機(jī)”。之前花費(fèi)很大代價(jià)才能獲得、甚至無(wú)法獲取的信息，通過(guò)無(wú)人機(jī)機(jī)載傳感器可以輕易獲得，刺激了無(wú)人機(jī)商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。然而萬(wàn)事皆不完美，一些使用者將小型無(wú)人機(jī)用于不道德和違法活動(dòng)。2015年1月26日，一架小型無(wú)人機(jī)墜毀在美國(guó)白宮南部草坪，美國(guó)特勤局立即進(jìn)行安全調(diào)查。2016年5月28日傍晚，一架無(wú)人機(jī)出現(xiàn)在成都雙流國(guó)際機(jī)場(chǎng)起降空域，導(dǎo)致其停航關(guān)閉1h20min，造成55個(gè)航班無(wú)法正常起降。2020年7月9日安徽歙縣高考結(jié)束后兩架小型無(wú)人機(jī)違規(guī)飛進(jìn)校園，均被民警采用無(wú)人機(jī)反制槍“擊落”。

截至2019年底，我國(guó)無(wú)人機(jī)擁有者注冊(cè)用戶達(dá)37.1萬(wàn)個(gè)，其中個(gè)人用戶32.4萬(wàn)個(gè)，企業(yè)、事業(yè)、機(jī)關(guān)法人單位用戶4.7萬(wàn)個(gè)。目前，無(wú)人機(jī)已廣泛應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)植保、測(cè)繪、自拍等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求促進(jìn)了無(wú)人機(jī)傳感器和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將在高度網(wǎng)絡(luò)化的包裹投遞、通信中繼、貨運(yùn)甚至城市空運(yùn)等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。無(wú)人機(jī)技術(shù)創(chuàng)新異常迅速，不到一年就會(huì)升級(jí)換代，重量小于25kg的小型無(wú)人機(jī)尤其如此。隨著無(wú)人機(jī)自主飛行能力增強(qiáng)、無(wú)人機(jī)的應(yīng)用數(shù)量，尤其是在人口稠密城市呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)公共安全和安保構(gòu)成重大威脅。

技術(shù)特性

無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛使用，對(duì)安全產(chǎn)生了威脅和潛在影響。圖1按技術(shù)特點(diǎn)劃分了六個(gè)維度，按從左到右的順序，識(shí)別和處置難度逐漸增加。通過(guò)了解每個(gè)維度的現(xiàn)狀，分析無(wú)人機(jī)市場(chǎng)走向，可以識(shí)別未來(lái)的潛在威脅。

圖1 無(wú)人機(jī)威脅特征范圍。

技術(shù)復(fù)雜

從僅能在空中懸停的玩具無(wú)人機(jī)，到可以投射彈藥、自動(dòng)化程度高、幾乎沒(méi)有電磁輻射的軍用無(wú)人機(jī)，技術(shù)復(fù)雜程度逐漸增強(qiáng)?？偟膩?lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)的應(yīng)用范圍正快速拓寬，技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，即使是用于娛樂(lè)的無(wú)人機(jī)也具有高性能，如高度保持、位置保持、航路點(diǎn)導(dǎo)航，甚至目標(biāo)跟蹤等性能均很好。隨著傳感器、材料、計(jì)算機(jī)、高密度電池和推進(jìn)等技術(shù)進(jìn)步，以及采用新型機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)人機(jī)的各個(gè)維度和性能指標(biāo)都在迅速提高。無(wú)人機(jī)尺寸更小，飛得更快更遠(yuǎn)，監(jiān)視范圍更廣、分辨率更高，攜帶的任務(wù)載荷更多，而且更加靜音。所有這些特征將使其更具破壞性和潛在的致命性，并且難以防御。通過(guò)快速成型、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、增材制造（即3D打?。┖痛笠?guī)模網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，可實(shí)現(xiàn)新的系統(tǒng)功能。高性能復(fù)雜構(gòu)型設(shè)計(jì)包括多旋翼與固定翼結(jié)合的復(fù)合翼構(gòu)型，具有旋翼機(jī)的垂直起降功能和固定翼無(wú)人機(jī)的前飛優(yōu)勢(shì)；裝配小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或者配備火箭助推發(fā)射裝置，具有更快的巡航速度；大展弦比復(fù)合材料機(jī)翼，重量輕，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)航時(shí)飛行。

圖2 設(shè)置略微改動(dòng)也會(huì)使小型無(wú)人機(jī)更難被探測(cè)和防御。

組裝容易

從標(biāo)準(zhǔn)化商用現(xiàn)貨到非標(biāo)準(zhǔn)化的定制系統(tǒng)，都可以從市場(chǎng)購(gòu)買零部件組裝，也可以從零開(kāi)始研制。為擴(kuò)大市場(chǎng)銷量，大多數(shù)商用無(wú)人機(jī)都是“開(kāi)箱即用”，信息公開(kāi)透明，容易操控也容易防御。但一些商用無(wú)人機(jī)的出廠設(shè)置很容易修改，即便是較小的設(shè)置改動(dòng)也會(huì)使其更難探測(cè)和防御。例如，有些無(wú)人機(jī)只需操控人員在復(fù)選框中勾選，就能讓無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線飛行，而不是通信中斷后自動(dòng)返航。

定制無(wú)人機(jī)的多樣性，其性能和組成很難預(yù)測(cè)和評(píng)估，難以及時(shí)應(yīng)對(duì)。此外，為滿足安全性和可靠性需求，廠商采用各種技術(shù)提升產(chǎn)品性能和可靠性，使得“貨架無(wú)人機(jī)”也很難被探測(cè)和處置，如果使用人員將之用于違法行為，將轉(zhuǎn)化為更大的殺傷力。這些新技術(shù)包括基于機(jī)器學(xué)習(xí)的機(jī)器視覺(jué)、人工智能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控加工工藝和增材制造實(shí)現(xiàn)高度優(yōu)化的機(jī)體。

飛行控制

圖3 無(wú)人機(jī)蜂群的威脅增加了反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)的難度。

無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)已變得復(fù)雜，從簡(jiǎn)單的直接遙控舵面，發(fā)展到機(jī)載自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)管理基本飛行功能，接收操控員的輸入指令并處理，再向飛行舵面發(fā)出控制指令的多層控制系統(tǒng)。目前，大多數(shù)無(wú)人機(jī)按操控員輸入指令飛行，對(duì)依賴無(wú)線電實(shí)時(shí)遙控遙測(cè)的無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，通信中斷可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)墜毀、迫降、停飛或返航。但自動(dòng)化技術(shù)的高度發(fā)展，通過(guò)快速改善內(nèi)存、計(jì)算能力和傳感器，無(wú)人機(jī)可以自主飛行，而不需要持續(xù)的直接通信支持。此外，視覺(jué)導(dǎo)航、同時(shí)定位與地圖繪制等自動(dòng)化算法的發(fā)展，減少了無(wú)人機(jī)對(duì)GPS導(dǎo)航的依賴。探測(cè)不到無(wú)線電信號(hào)，就無(wú)法實(shí)施干擾包括GPS干擾，發(fā)現(xiàn)和擊落無(wú)人機(jī)將變得極其困難。

無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)

目前，大多數(shù)無(wú)人機(jī)都是由一名操控員控制，未來(lái)一名操控員能夠控制多架無(wú)人機(jī)。隨著自主性的提高，在沒(méi)有人員直接操控的情況下，多架無(wú)人機(jī)協(xié)同工作成為可能。研究人員正在研究無(wú)人機(jī)蜂群自組網(wǎng)通信、協(xié)同控制技術(shù)完成任務(wù)。無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)極大提高了無(wú)人機(jī)執(zhí)行攻擊任務(wù)的生存能力和殺傷能力，使反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)復(fù)雜化。

數(shù)據(jù)鏈路

目前，大多數(shù)無(wú)人機(jī)的指揮和控制信息由無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈傳輸。雖然無(wú)線電通信是最為常見(jiàn)的方式，但激光和紅外收發(fā)器也可以傳輸指控信號(hào)。無(wú)人機(jī)指控鏈路使用工業(yè)、科技和醫(yī)療等領(lǐng)域通用的433MHz、900MHz、1.2GHz、2.4GHz和5.8GHz標(biāo)準(zhǔn)頻段直接通信，通信協(xié)議是從常用的WIFI協(xié)議演變而來(lái)，目前反無(wú)人機(jī)技術(shù)主要是依靠檢測(cè)、阻斷和干擾通信。為提高使用的可靠性和完整性，無(wú)人機(jī)采用了越來(lái)越先進(jìn)的系統(tǒng)和技術(shù)，如跳頻和無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致了意想不到的后果，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置“黑飛”無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)將與其它移動(dòng)通信設(shè)備一樣，廣泛使用4G/5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)，能有效隱藏其通信信號(hào)。隨著蜂群技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)增加基于網(wǎng)格的通信鏈路使用，可以自動(dòng)重新配置，以確保蜂群無(wú)人機(jī)之間的可靠通信。商用無(wú)人機(jī)也會(huì)采用與軍事通信系統(tǒng)類似的分層技術(shù)，為無(wú)人機(jī)提供ISM、蜂窩式和衛(wèi)星通信等多種通信選項(xiàng)。

網(wǎng)絡(luò)防護(hù)

網(wǎng)絡(luò)防護(hù)與指控鏈路、自動(dòng)駕駛的性能相互影響。大多數(shù)無(wú)人機(jī)采用與信息系統(tǒng)相同的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)措施，包括使用密碼訪問(wèn)、數(shù)據(jù)混淆和加密。復(fù)雜應(yīng)用中，通過(guò)停用或移除通信系統(tǒng)來(lái)切斷外部輸入，能顯著提高無(wú)人機(jī)的安全性，但也使抵御無(wú)人機(jī)惡意行為的工作更加復(fù)雜化。

隨著技術(shù)發(fā)展和成本持續(xù)下降，將會(huì)更多使用無(wú)人機(jī)威脅特性范圍中各維度的右側(cè)特性，無(wú)人機(jī)威脅的數(shù)量和程度可能會(huì)增加。

威脅類型

小型無(wú)人機(jī)的安全威脅主要包括干擾、偵察監(jiān)視和惡意攻擊等三種類型。許多無(wú)人機(jī)事件是由操控員的無(wú)知或失誤引起，擾亂了社會(huì)正常運(yùn)行秩序并造成損害；少數(shù)不道德或違法行為，如窺探隱私、跟蹤盯梢、養(yǎng)殖場(chǎng)投毒和商業(yè)間諜等，將對(duì)個(gè)人和社會(huì)產(chǎn)生不良影響；威脅最大的是恐怖分子或惡意攻擊國(guó)家的暴恐襲擊行為。下面按不同意圖對(duì)無(wú)人機(jī)的威脅進(jìn)行分類，為各部門無(wú)人機(jī)反制工作提供支撐。

圖4 無(wú)人機(jī)在公路上拍攝高速行駛的車輛，可能會(huì)引發(fā)車禍。

圖5 無(wú)人機(jī)在機(jī)場(chǎng)禁飛區(qū)內(nèi)飛行則會(huì)影響航班正常起降。

無(wú)意擾亂

無(wú)人機(jī)未經(jīng)審批，在錯(cuò)誤的時(shí)間和未經(jīng)許可的地點(diǎn)飛行，就可能擾亂個(gè)人生活、行業(yè)運(yùn)行和大型活動(dòng)，造成經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。例如拍攝公路上高速行駛的車輛，可能會(huì)分散駕駛員的注意力，引發(fā)車禍；為獲取第一手信息，出現(xiàn)在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)將干擾救援人員的正常行動(dòng)和緊急飛行操作，出現(xiàn)在大型體育賽事期間則會(huì)中斷比賽；在機(jī)場(chǎng)禁飛區(qū)內(nèi)飛行則會(huì)影響航班的正常起降，甚至造成空中碰撞事故。此外，無(wú)人機(jī)無(wú)線電信號(hào)會(huì)干擾無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。

偵察監(jiān)視

無(wú)人機(jī)尺寸較小、易于操控，能夠攜帶先進(jìn)的情監(jiān)偵（ISR）傳感器組件，監(jiān)視公民日?；顒?dòng)，也可對(duì)大面積區(qū)域持續(xù)偵察。和其他ISR航空器不同，無(wú)人機(jī)可以直接飛到有利位置停留，隱藏在人們的視線之中，節(jié)省的電能可以用來(lái)延長(zhǎng)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間。無(wú)人機(jī)窺探個(gè)人隱私，效率高、迷惑性強(qiáng)，對(duì)公民日常生活造成很大影響；無(wú)人機(jī)用于監(jiān)視重要場(chǎng)所和重要目標(biāo)，以及盯梢重要人物，將產(chǎn)生潛在威脅；用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察監(jiān)視，可以進(jìn)行任務(wù)前的情報(bào)收集、任務(wù)后的效果評(píng)估以及協(xié)同地面進(jìn)攻。

違禁品投送

快遞無(wú)人機(jī)已進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，通過(guò)正常的商業(yè)途徑可獲得這類無(wú)人機(jī)運(yùn)送物品。但是，出現(xiàn)了不正當(dāng)商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)行為，使用者利用無(wú)人機(jī)向?qū)Ψ降呢i場(chǎng)和魚(yú)塘等養(yǎng)殖場(chǎng)所投毒；為規(guī)避安全檢查，使用者用無(wú)人機(jī)向監(jiān)獄空投毒品、手機(jī)或其他違禁物；為獲取暴利，不法分子用無(wú)人機(jī)越境運(yùn)輸毒品和其他禁運(yùn)物資，躲避海關(guān)檢查。

硬軟打擊

無(wú)人機(jī)可執(zhí)行攻擊任務(wù)，也可以攜帶電子戰(zhàn)任務(wù)載荷實(shí)施無(wú)線電信號(hào)干擾，還可以投放化學(xué)、生物、放射性、核和爆炸性物質(zhì)，甚至發(fā)射制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)。目前，無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)時(shí)可發(fā)射彈藥打擊地面目標(biāo)，也可以采用自殺式攻擊摧毀地面目標(biāo)和空中飛機(jī)。

圖6 反無(wú)人機(jī)電磁槍可防御小型無(wú)人機(jī)入侵。

應(yīng)對(duì)措施

深入了解無(wú)人機(jī)的威脅特征和類型，以便應(yīng)對(duì)小型無(wú)人機(jī)的威脅，現(xiàn)提出如下建議。

首先，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管，設(shè)置無(wú)人機(jī)禁飛區(qū)、建立無(wú)人機(jī)身份標(biāo)識(shí)碼。工業(yè)和信息化部發(fā)布的《民用無(wú)人機(jī)生產(chǎn)制造管理辦法（征求意見(jiàn)稿）》規(guī)定，無(wú)人機(jī)應(yīng)當(dāng)具有電子圍欄和唯一產(chǎn)品識(shí)別碼。尤其是超視距飛行的無(wú)人機(jī)應(yīng)定期向安保機(jī)構(gòu)、執(zhí)法部門和航空管制機(jī)構(gòu)自動(dòng)播報(bào)身份和位置信息，不僅便于相關(guān)部門實(shí)時(shí)識(shí)別和跟蹤，確保不會(huì)造成威脅和安全隱患，而且還有助于迅速排除“黑飛”的無(wú)人機(jī)，使相關(guān)部門集中精力管理未經(jīng)授權(quán)、無(wú)身份標(biāo)識(shí)碼、可能造成威脅的無(wú)人機(jī)。利用雷達(dá)、聲學(xué)傳感器和激光雷達(dá)等手段探測(cè)未授權(quán)的無(wú)人機(jī)飛行，將完善對(duì)已授權(quán)無(wú)人機(jī)的運(yùn)行管理。

第二，應(yīng)針對(duì)小型無(wú)人機(jī)的固有特性，發(fā)展探測(cè)和防衛(wèi)手段。隨著技術(shù)的成熟，基于無(wú)線電通信鏈路和GPS信號(hào)的探測(cè)和防衛(wèi)手段將逐漸失效，應(yīng)將無(wú)人機(jī)機(jī)體重量、機(jī)載電子設(shè)備和動(dòng)力裝置等固有特性，作為研發(fā)探測(cè)和防衛(wèi)無(wú)人機(jī)設(shè)備的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及反無(wú)人機(jī)法律法規(guī)的日趨成熟，及時(shí)追蹤無(wú)人機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展，為安保和執(zhí)法人員提供探測(cè)和防衛(wèi)無(wú)人機(jī)威脅的技術(shù)準(zhǔn)備至關(guān)重要。此外，還要不斷試驗(yàn)反無(wú)人機(jī)裝備對(duì)新型無(wú)人機(jī)的作用效果。

第三，采用彈性和分級(jí)的方法增強(qiáng)防御。沒(méi)有哪種傳感器模式在任何情況下都能探測(cè)到各種無(wú)人機(jī)。最有效的系統(tǒng)是雷達(dá)、無(wú)線電和聲學(xué)等多種傳感器的融合，采集各種數(shù)據(jù)加以綜合分析，準(zhǔn)確掌握無(wú)人機(jī)潛在威脅的確切狀況。同樣，考慮到命中概率、作用距離和最小化附帶損傷，沒(méi)有任何一種打擊手段可以應(yīng)對(duì)所有威脅，為保證成功率，聯(lián)合使用多種手段可能是最有效的方案。

最后，應(yīng)加強(qiáng)操控人員的教育和培訓(xùn)。繼續(xù)發(fā)展和改進(jìn)操控人員的教育培訓(xùn)體系，增強(qiáng)操控員安全意識(shí)，確保他們遵守相關(guān)的飛行管理規(guī)定和法律法規(guī)，減少或降低的意外失誤和錯(cuò)誤操控?！?/p>