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        無人機(jī)偵測反制技術(shù)研究應(yīng)用與思考

        2021-06-08 14:32:13張卓孫寶芬
        中國新通信 2021年3期
        關(guān)鍵詞:無人機(jī)應(yīng)用研究

        張卓 孫寶芬

        【摘要】? ? 進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著智能技術(shù)的發(fā)展,無人機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展,其價(jià)格低廉、便于操控的優(yōu)點(diǎn)使得無人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到快速的推廣與使用,但隨之而來的“黑飛”問題給公共安全帶來了巨大困擾?;诖耍Y(jié)合國內(nèi)外無人機(jī)偵測與反制裝備發(fā)展現(xiàn)狀,重點(diǎn)探討了無人機(jī)偵查技術(shù)以及無人機(jī)反制技術(shù),以期為無人機(jī)探測與反制技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

        【關(guān)鍵詞】? ? 無人機(jī)? ? 偵測技術(shù)? ? 應(yīng)用研究

        引言

        進(jìn)入21世紀(jì)后,各種無線傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展,使得無人機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展,無人機(jī)已經(jīng)由傳統(tǒng)的軍用,逐漸向民用等領(lǐng)域發(fā)展。在實(shí)踐中,民眾操控?zé)o人機(jī)獲取信息已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象。隨著無人機(jī)使用范圍的逐漸擴(kuò)大,無人機(jī)帶來的安全問題也成為亟待解決的社會性問題。例如,在民用無人機(jī)使用較多的今天,社會上出現(xiàn)了不法分子惡意使用無人機(jī)的問題。同時(shí),隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各種信息網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信、電力網(wǎng)、交通樞紐等重要場所增多,安全防護(hù)面臨著更加復(fù)雜多變的環(huán)境。尤其是,隨著我國國際地位的提升,各種國際大型活動(dòng)越來越多,且這些大型活動(dòng)往往處于城市經(jīng)濟(jì)繁榮地區(qū),存在著人口數(shù)量大、建筑物密度高等優(yōu)點(diǎn),這些大型活動(dòng)周邊建筑環(huán)境、電磁環(huán)境、交通環(huán)境的復(fù)雜多變給安全防護(hù)帶來了極大的不便。因此,采取有效的無人機(jī)偵測反制技術(shù),預(yù)防無人機(jī)襲擊、防范信息泄露成為必要。

        一、國內(nèi)外無人機(jī)偵測與反制裝備發(fā)展現(xiàn)狀

        無人機(jī)使用的便捷性、高效性等優(yōu)點(diǎn)使得全球各個(gè)國家都投入了大量的人力、物力資源對無人機(jī)及偵測與反制技術(shù)及裝備進(jìn)行研發(fā),取得了長足的進(jìn)步。以色列研制并投入使用的無人機(jī)穹,在使用的過程中,不僅能夠有效地阻斷無人機(jī)與地面遙控裝置的聯(lián)系,還能夠?qū)崿F(xiàn)對全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號的干擾,讓無人機(jī)失去操控。英國投入使用的AUDS反無人機(jī)系統(tǒng),能夠?qū)?英里范圍內(nèi)的無人機(jī)進(jìn)行檢測,并通過檢測與阻斷技術(shù),隔斷無人機(jī)與操控之間的聯(lián)系,使無人機(jī)無法正常使用。俄羅斯國防系統(tǒng)中使用的超高頻微波炮,是一種新型的微波武器,能夠?qū)⒉倏責(zé)o人機(jī)的無線電子設(shè)備破壞,使得操控者無法準(zhǔn)確地定位出無人機(jī)的位置,并且使用微波摧毀無人機(jī)內(nèi)部的控制導(dǎo)航系統(tǒng),可以摧毀控制區(qū)域10km范圍內(nèi)的無人機(jī)。2018年,我國北斗實(shí)驗(yàn)室研發(fā)成功了一種民用反無人機(jī)系統(tǒng)ADS2000,該反無人機(jī)系統(tǒng)能夠采用干擾、壓制、欺騙等方法,捕獲目標(biāo)無人機(jī)。此外,北京全盛科技也發(fā)布了一項(xiàng)集無線電偵查與反制于一體的無人機(jī)反制系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠利用電子偵查、無線電定位等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)無人機(jī)的跟蹤,并使用無線電干擾技術(shù)切斷目標(biāo)無人機(jī)的通信系統(tǒng),干擾無人機(jī)的導(dǎo)航,達(dá)到迫使無人機(jī)降落的目的。

        二、無人機(jī)偵測技術(shù)

        無人機(jī)由于具有超低空飛行、飛行速度慢、結(jié)構(gòu)小巧等特點(diǎn),也被稱為“低慢小”飛行器。目前隨著社會各領(lǐng)域?qū)o人機(jī)需求的增加,無人機(jī)的種類愈加繁多,按照無人機(jī)的外形結(jié)構(gòu)可以將無人機(jī)分為固定翼、多旋翼與無人直升機(jī)。從宏觀定義上說,可以將飛行速度低于200km/h、飛行高度不超過1km、雷達(dá)發(fā)射截面積小于2m2的飛行器統(tǒng)稱為無人機(jī)。針對無人機(jī)的精準(zhǔn)探測與反制成為現(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。為提升我國無人機(jī)反制技術(shù)水平,近些年來我國進(jìn)行了大量的無人機(jī)反制技術(shù)交流,取得了較為明顯的成效。

        2.1雷達(dá)偵測

        按照不同的掃描形式,可以將雷達(dá)分為相掃、機(jī)掃等種類;按照不同的調(diào)制方式,可以把雷達(dá)劃分為脈沖編碼、線性調(diào)頻等。雷達(dá)技術(shù)是使用在有人飛機(jī)上的一種成熟的探測技術(shù)。雷達(dá)探測技術(shù)在使用的過程中具有能夠滿足遠(yuǎn)距離探測、對目標(biāo)定位精確、反應(yīng)效率高的優(yōu)點(diǎn),但雷達(dá)探測技術(shù)在使用的過程中存在著近距離盲區(qū),且雷達(dá)探測技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對非導(dǎo)體材料飛機(jī)的探測。若無人機(jī)懸浮在空中或者處于慢速飛行狀態(tài)下,因?yàn)槎嗥绽疹l移較低,雷達(dá)就不能準(zhǔn)確地探測到無人機(jī)。此外,在臨海區(qū)域、存在大面積遮擋的環(huán)境中,雷達(dá)技術(shù)的探測精確度會快速下降。同時(shí),雷達(dá)探測在使用的過程中,需要架設(shè)雷達(dá)天線,對架設(shè)條件要求較高,如果雷達(dá)天線架設(shè)在城市建筑物的樓頂,則會對周邊區(qū)域產(chǎn)生較為明顯的電磁污染,且雷達(dá)天線的建設(shè)成本較高,后期維護(hù)難度大。此外,隨著城市建筑物高度的不斷增加,雷達(dá)探測技術(shù)在使用過程中會遭受到諸多空中不明物體的干擾,會產(chǎn)生大量的誤報(bào)現(xiàn)象,影響探測效果。雷達(dá)目標(biāo)點(diǎn)跡方式、多目標(biāo)的聚類方式等數(shù)字信號處理手段會對雷達(dá)探測產(chǎn)生較大影響。

        2.2無線電頻譜偵測

        無線電頻譜偵測技術(shù)包括多點(diǎn)定位與多點(diǎn)測向,一般而言,在無人機(jī)飛行的過程中,內(nèi)部的飛控系統(tǒng)與圖傳系統(tǒng)均會發(fā)出無線電信號。無線電監(jiān)測通過對沒有做加密處理的操控以及圖傳信號進(jìn)行監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)無人機(jī)的精準(zhǔn)定位。使用無線電頻譜探測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不受到無人機(jī)幾何形狀、材質(zhì)以及周圍建筑物的影響,不會產(chǎn)生電磁污染。因此,無線電頻譜偵測技術(shù)常常用于長期無人值守的防御中。與雷達(dá)探測技術(shù)相比,無線電頻譜偵測設(shè)備成本更加低廉,且可以滿足大范圍的防御需求。但無線電頻譜偵測技術(shù)使用的缺點(diǎn)是需要多點(diǎn)定位,導(dǎo)致其定位的精度不高,對于經(jīng)過加密處理的信號進(jìn)行破解需要花費(fèi)大量的時(shí)間,不利于提升跟蹤效率。

        2.3光電偵測

        光電偵測主要是指利用光學(xué)技術(shù)、紅外技術(shù)、激光紅外等技術(shù)的成像對采集到的無人機(jī)圖像進(jìn)行比對分析,進(jìn)而確定目標(biāo)無人機(jī)的種類、位置等信息。如圖1所示為光電干擾一體化設(shè)備示意圖。光電偵測技術(shù)能夠有效地解決雷達(dá)探測技術(shù)存在的探測盲區(qū)問題,可以對近距離目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確探測。但光電偵測技術(shù)在使用的過程中存在著探測范圍窄、不能高效探測區(qū)域內(nèi)多架無人機(jī)的缺陷,且在使用的過程中,極易受到天氣條件的影響。

        2.4聲波偵測

        聲波探測技術(shù)是指對目標(biāo)無人機(jī)在飛行過程中旋翼發(fā)出聲波的固定周期進(jìn)行調(diào)制,來達(dá)到監(jiān)測無人機(jī)的目的。聲波探測頻率一般為0.3kHz-20kHz。聲波偵測技術(shù)在使用中存在不能滿足遠(yuǎn)距離目標(biāo)無人機(jī)探測、容易受到外部環(huán)境影響等缺點(diǎn)。

        三、無人機(jī)反制技術(shù)

        3.1無線電干擾

        無線電干擾包括衛(wèi)星信號干擾與操控信號干擾兩種形式。其中,衛(wèi)星定位信號干擾是目前進(jìn)行無人機(jī)反制使用最廣的一種干擾手段。研究表明,大多數(shù)民用無人機(jī)使用的為GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng),少數(shù)可能使用GPS/BD2衛(wèi)星定位。民用無人機(jī)使用的是擴(kuò)頻通信技術(shù),存在著信號弱的缺點(diǎn)。所以,可以通過對其衛(wèi)星定位系統(tǒng)頻點(diǎn)的干擾來破壞無人機(jī)。但對無線定位信號干擾的使用會對周邊區(qū)域內(nèi)的無線電通訊設(shè)備產(chǎn)生干擾。操控信號干擾是指使用遙控信號頻段進(jìn)行反制。通過對目標(biāo)無人機(jī)信號跳變的監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對特定頻段的干擾?,F(xiàn)階段,因?yàn)闊o人機(jī)信號調(diào)頻范圍編得逐漸廣泛,需要借助實(shí)時(shí)帶寬較大的干擾設(shè)備,且對設(shè)備的反應(yīng)速率要求較高。

        3.2網(wǎng)捕技術(shù)

        現(xiàn)階段常用的網(wǎng)捕技術(shù)主要包括大型旋翼無人機(jī)加載網(wǎng)槍發(fā)射網(wǎng)彈、掛載捕捉網(wǎng)。網(wǎng)捕技術(shù)實(shí)施效果取決于瞄準(zhǔn)精度,因此,對操作技術(shù)有著較高的要求。在應(yīng)對蜂群式無人機(jī)襲擊時(shí),網(wǎng)捕技術(shù)的成功率受限。

        3.3硬毀傷技術(shù)

        硬毀傷技術(shù)是指通過發(fā)射導(dǎo)彈、暴力競速無人機(jī)等直接摧毀無人機(jī)的方法。硬毀傷技術(shù)對打擊武器的精度要求較高,且由于打擊武器的破壞性較大,不適宜使用在人員密集區(qū)域。

        3.4激光打擊技術(shù)

        激光打擊技術(shù)是指通過發(fā)射激光對目標(biāo)無人機(jī)的重要部位進(jìn)行破壞,一般通過破壞電調(diào)模塊或控制電路的方式來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)無人機(jī)的反制。激光打擊技術(shù)對激光功率要求較高,且每一次打擊只能摧毀一架目標(biāo)無人機(jī)。激光設(shè)備一般需要進(jìn)行車載,并搭載油機(jī)與水冷箱等。

        3.5高能微波打擊技術(shù)

        高能微波打擊技術(shù)是指利用微波衍射大功率微波能量作用于目標(biāo)無人機(jī)電路系統(tǒng)中,通過破壞目標(biāo)無人機(jī)電路元器件來破壞無人機(jī)。但高能微波打擊技術(shù)的使用受到發(fā)射功率的影響,打擊范圍較窄。

        3.6誘捕或控制鏈路破解

        誘捕或控制鏈路破解主要包含衛(wèi)星定位誘捕與無線電通信協(xié)議的破解。衛(wèi)星定位誘捕是指借助衛(wèi)星發(fā)射的虛假信號對目標(biāo)無人機(jī)進(jìn)行誘捕。例如,在實(shí)踐中,可以通過衛(wèi)星發(fā)射虛假的位置信息,讓目標(biāo)無人機(jī)判斷錯(cuò)誤而降落在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)。衛(wèi)星定位誘捕技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)對無人機(jī)群的反制,且誘捕成本低,能夠滿足長期無人值守的需求,但該反制技術(shù)的缺點(diǎn)是不能有效地對自主飛行的無人機(jī)進(jìn)行反制。無線電通信協(xié)議破解反制技術(shù)是指,將無人機(jī)信號通信協(xié)議破解后,模擬無人機(jī)操控者發(fā)出控制信號,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)無人機(jī)的捕捉。但信息技術(shù)的快速發(fā)展,使得無人機(jī)采用的通信加密技術(shù)原來越復(fù)雜,破解的難度也在不斷提升。

        四、結(jié)論與展望

        現(xiàn)今,無人機(jī)廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)、物流等領(lǐng)域,隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展,尤其是5G通信網(wǎng)路的應(yīng)用,為無人機(jī)通信頻率的優(yōu)化提供了巨大助力,而對無人機(jī)的探測及反制將更加困難。因此,在未來,為實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的安全監(jiān)測,必然需要發(fā)展全頻段探測及干擾技術(shù)。.應(yīng)該結(jié)合不同的使用環(huán)境,采用多種類型裝備的復(fù)合式解決方案,綜合考慮裝備成本、機(jī)動(dòng)性等多項(xiàng)因素,根據(jù)應(yīng)用場景來布設(shè)反制裝備,將大型設(shè)備與固定式、便攜式設(shè)備區(qū)別開,根據(jù)實(shí)際需要靈活機(jī)動(dòng)的組合使用。如雷達(dá)與光電相結(jié)合,無線電干擾與激光毀傷相結(jié)合等。

        參? 考? 文? 獻(xiàn)

        [1]范蓓,韓軍.無人機(jī)偵測反制技術(shù)研究應(yīng)用與思考[J].警察技術(shù),2020(06):62-65.

        [2]夏朋. 針對民用小型無人機(jī)的干擾與反制技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué),2018.

        [3]車穎,馮登超,齊霞.對無人機(jī)反制系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)管的思考[J].公安教育,2020(01):44-47.

        [4]潛一波.基于無人機(jī)技術(shù)的安全防御體系建設(shè)研究[J].無線互聯(lián)科技,2020,17(17):44-45.

        [5]孫澤梁.新形勢下民用無人機(jī)恐怖襲擊特征及防控對策探析[J].北京警察學(xué)院學(xué)報(bào),2020(02):51-55.

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