顧竹鑫 張棟

摘要：隨著科技的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)因其尺寸小、價(jià)格低、操作容易和難以被探測(cè)的特征，無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于世界各地。裝載了探測(cè)器與武器的無(wú)人機(jī)被用于實(shí)施恐怖襲擊，對(duì)社會(huì)和個(gè)人安全造成了巨大威脅。本文將全面概述反無(wú)人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)、探測(cè)無(wú)人機(jī)技術(shù)和打擊無(wú)人機(jī)技術(shù)，并分析每一種技術(shù)在不同場(chǎng)景下的適用性，為模塊化反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)提供指導(dǎo)方針。

關(guān)鍵詞：反無(wú)人機(jī);無(wú)人機(jī)探測(cè);無(wú)人機(jī)打擊

1.引言

目前，無(wú)人機(jī)抓住了從農(nóng)業(yè)工程到軍事任務(wù)等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，正在經(jīng)歷爆炸式增長(zhǎng)，并已廣泛應(yīng)用于航拍、交通監(jiān)控、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域。

然而，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)對(duì)公共安全和個(gè)人隱私構(gòu)成了巨大威脅，無(wú)人機(jī)引起的事件越來(lái)越頻繁。例如，攻擊者將炸藥或其他危險(xiǎn)材料綁在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行攻擊;犯罪分子使用無(wú)人機(jī)跨界走私非法材料;不法分子控制攜帶高保真相機(jī)的無(wú)人機(jī)飛越墻壁并監(jiān)視居民的私人信息。

建立反無(wú)人機(jī)防御體系，同時(shí)應(yīng)對(duì)多層次、多類型、多方位的無(wú)人機(jī)入侵。反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)集成了多種無(wú)人機(jī)探測(cè)模式和無(wú)人機(jī)打擊模式，可根據(jù)不同類型無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)選擇合適的探測(cè)模式和打擊模式制定反無(wú)人機(jī)方案，稱為反無(wú)人機(jī)指揮控制系統(tǒng)。隨著無(wú)人機(jī)的加速發(fā)展趨勢(shì)，有計(jì)劃、有針對(duì)性的無(wú)人機(jī)入侵必將成為常態(tài)，模塊化的反無(wú)人機(jī)指揮控制系統(tǒng)必將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

由于無(wú)人機(jī)體積小、低空飛行速度低，無(wú)人機(jī)監(jiān)視是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，許多技術(shù)，例如雷達(dá)監(jiān)視、音頻監(jiān)視、視頻監(jiān)視、射頻（RF）監(jiān)視，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)人機(jī)檢測(cè)和定位。每種技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一些反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)基于這些技術(shù)中的一種或幾種開發(fā)出來(lái)。這些系統(tǒng)的性能依賴于所使用的技術(shù)，而它們的應(yīng)用場(chǎng)景也因所使用的技術(shù)而異。

在本文中，我們將全面回顧無(wú)人機(jī)探測(cè)和打擊中使用最廣泛的一些技術(shù)。

2.反無(wú)人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)威脅目標(biāo)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)特點(diǎn)：目標(biāo)反射截面太小，難以被發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)代無(wú)人機(jī)具有明顯的隱身性，特別是微型無(wú)人機(jī)在不需要任何專門技術(shù)措施的情況下已經(jīng)具備相當(dāng)大的雷達(dá)隱身能力，而且由于噪聲極弱，雷達(dá)、聲光探測(cè)器等難以發(fā)現(xiàn)。

其次，無(wú)人機(jī)執(zhí)行的任務(wù)多樣化，難以判斷。模塊化設(shè)計(jì)多應(yīng)用于現(xiàn)代無(wú)人機(jī)機(jī)載系統(tǒng)，可根據(jù)任務(wù)需求搭載不同的任務(wù)裝備，執(zhí)行情報(bào)偵察、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、電子對(duì)抗、目標(biāo)指示、對(duì)地打擊等不同任務(wù)。而且，不同的裝備可以重新裝載在外觀相同的無(wú)人機(jī)上，這樣它們就可以改裝成不同用途的無(wú)人機(jī)。當(dāng)這些無(wú)人機(jī)不發(fā)射電磁波時(shí)，它們的功能幾乎無(wú)法區(qū)分。因此，當(dāng)無(wú)人機(jī)威脅目標(biāo)出現(xiàn)在空中時(shí)，目標(biāo)類型的識(shí)別變得更加困難。

三是將微型無(wú)人機(jī)作為主要對(duì)抗目標(biāo)。其隱身性和成本低，只需稍加改造就可以變成攻擊系統(tǒng)，而且很難被發(fā)現(xiàn)，因此微型無(wú)人機(jī)對(duì)抗將成為各國(guó)軍隊(duì)的重點(diǎn)。

雖然大型無(wú)人機(jī)可以被傳統(tǒng)的防空武器系統(tǒng)打擊，但是使用導(dǎo)彈和炮彈的反無(wú)人機(jī)方法容易受到極端成本不對(duì)稱的影響。此外，由于體積龐大，這些系統(tǒng)無(wú)法抵抗微型廉價(jià)無(wú)人機(jī)集群的入侵。

3.無(wú)人機(jī)探測(cè)

無(wú)人機(jī)通常會(huì)發(fā)出熱量、聲音和射頻信號(hào)來(lái)與遠(yuǎn)程操作員進(jìn)行通信，探測(cè)系統(tǒng)收集傳感器數(shù)據(jù)以確認(rèn)附近區(qū)域是否存在無(wú)人機(jī)。

·熱量探測(cè)

電機(jī)、電池和內(nèi)部硬件等物理組件會(huì)散發(fā)大量熱量，熱像儀可以識(shí)別這些熱量。通過(guò)熱特征來(lái)檢測(cè)目標(biāo)無(wú)人機(jī)，與基于雷達(dá)的探測(cè)系統(tǒng)相比，熱探測(cè)在天氣適應(yīng)性、識(shí)別可用性和較低成本方面具有優(yōu)勢(shì)。然而，實(shí)際探測(cè)范圍比大多數(shù)其他方法要短得多，因此提高熱量探測(cè)的靈敏度或提高熱成像相機(jī)的分辨率是主要挑戰(zhàn)。

·電磁波探測(cè)

使用雷達(dá)通過(guò)感應(yīng)反射的電磁波信號(hào)來(lái)探測(cè)目標(biāo)并確定其形狀、距離、速度和方向。雷達(dá)是探測(cè)和跟蹤大型飛機(jī)的有效手段，但在探測(cè)和跟蹤無(wú)人機(jī)方面面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)闊o(wú)人機(jī)的雷達(dá)截面小，通常在低空低速飛行。即便如此，雷達(dá)監(jiān)視在探測(cè)和跟蹤無(wú)人機(jī)方面已經(jīng)取得了突破。已經(jīng)驗(yàn)證，通過(guò)分析多基地雷達(dá)獲得的微多普勒特征，可以提高目標(biāo)的辨別力，從而使無(wú)人機(jī)能夠高精度地檢測(cè)和跟蹤，雷達(dá)探測(cè)的距離比大多數(shù)其他方法要大得多。需要注意的是，雷達(dá)是一種具有高電磁能量晝夜不停工作的有源傳感器。因此，在擁擠的城市地區(qū)部署大功率雷達(dá)可能是不合適的。

·光學(xué)探測(cè)

基于光學(xué)圖像的無(wú)人機(jī)探測(cè)是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像和模式識(shí)別，根據(jù)對(duì)象的外觀特征，即顏色、輪廓線、幾何形狀以及運(yùn)動(dòng)特征來(lái)識(shí)別對(duì)象。在沒有運(yùn)動(dòng)信息的雜亂背景中，基于外觀特征的方法很難將無(wú)人機(jī)與其他類似的小型物體（例如鳥類）區(qū)分開來(lái)。通過(guò)比較連續(xù)的圖像，可以通過(guò)基于運(yùn)動(dòng)的方法確定運(yùn)動(dòng)對(duì)象的位置和運(yùn)動(dòng)方向，這些方法也用于對(duì)象跟蹤。有人建議通過(guò)觀察飛行模式來(lái)區(qū)分無(wú)人機(jī)和鳥類，因?yàn)轼B類會(huì)比無(wú)人機(jī)以更隨機(jī)的模式飛行。但是，這種方法可能會(huì)在鳥類滑翔時(shí)失敗。對(duì)于無(wú)人機(jī)檢測(cè)，有希望結(jié)合運(yùn)動(dòng)特征和外觀特征，這將使檢測(cè)具有更高的精度。

基于光學(xué)圖像的無(wú)人機(jī)探測(cè)設(shè)備成本極低，易于實(shí)現(xiàn)，通過(guò)密集部署實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤系統(tǒng)。然而，包括相對(duì)較短的距離、高度依賴天氣和對(duì)無(wú)法穿透障礙物等缺點(diǎn)迫使與其他探測(cè)手段融合使用。

·聲信號(hào)探測(cè)

在無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程中，電機(jī)和快速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳產(chǎn)生的聲音可以通過(guò)配備聲學(xué)傳感器的系統(tǒng)用于無(wú)人機(jī)的檢測(cè)、分類和定位。聲信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施成本低。然而，聲信號(hào)探測(cè)對(duì)環(huán)境噪聲敏感，檢測(cè)范圍有限。

·射頻信號(hào)探測(cè)

市場(chǎng)上現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)或定制的無(wú)人機(jī)通常在某些特定頻段與其控制器通信，例如DJI Phantom 4 為2.400-2.483GHz和5.725-5.825GHz。然而，在實(shí)際環(huán)境中，許多其他射頻信號(hào)的存在，例如與無(wú)人機(jī)共享同一頻段的WiFi，使得基于射頻的無(wú)人機(jī)檢測(cè)具有挑戰(zhàn)性，這種方法很可能會(huì)引起誤報(bào)，因?yàn)槲粗纳漕l發(fā)射器不一定是無(wú)人機(jī)。識(shí)別無(wú)人機(jī)的媒體訪問控制（MAC）地址也是一種可行的方法。但是，這種方法只能檢測(cè)具有開放 MAC 地址的無(wú)人機(jī)。隨著無(wú)人機(jī)種類的不斷增加，構(gòu)建和更新無(wú)人機(jī) MAC 地址的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)變得更加困難。

4.無(wú)人機(jī)打擊

·激光武器

激光武器主要使用高能量的激光束對(duì)遠(yuǎn)程的目標(biāo)進(jìn)行快速高效的精確打擊。激光武器的射程遠(yuǎn)、能量高、威力大，一旦瞄準(zhǔn)目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)瞬間擊傷或者擊毀。激光武器可使用地基方式、車載的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)目標(biāo)的打擊，配套無(wú)人機(jī)搜尋和定位設(shè)備，可快速追蹤到目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的擊傷或者擊毀。使用激光武器的缺點(diǎn)在于造價(jià)昂貴、受天氣和環(huán)境影響較大、對(duì)目標(biāo)的及時(shí)精準(zhǔn)定位和瞄準(zhǔn)存在一定困難。

·火力攔截

火箭彈、地基輕型導(dǎo)彈、空空輕型導(dǎo)彈可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)的摧毀性打擊，一般在較為重要的大型活動(dòng)安保、政府首腦護(hù)衛(wèi)場(chǎng)景的外圍區(qū)域可使用此種方法來(lái)對(duì)重要可疑無(wú)人機(jī)實(shí)施緊急反制與打擊。但此種攔截與打擊方法造價(jià)昂貴、存在對(duì)地面目標(biāo)的安全隱患，非緊急情勢(shì)下，需慎用此方法。

·信號(hào)誘騙

誘騙引導(dǎo)分為GPS誘偏和操作信號(hào)誘偏，欺騙無(wú)人機(jī)信號(hào)可用于控制其飛行路線。無(wú)人機(jī)通常通過(guò)操作員的射頻信號(hào)控制其位置和高度，破解無(wú)人機(jī)的控制通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的劫持和控制，使其降落在安全區(qū)域。GPS 信號(hào)是無(wú)人機(jī)目標(biāo)在手動(dòng)或自主飛行中確定當(dāng)前無(wú)人機(jī)位置的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，生成虛假 GPS 信號(hào)來(lái)欺騙無(wú)人機(jī)的 GPS 接收器，并使無(wú)人機(jī)錯(cuò)誤地計(jì)算其位置。

·信號(hào)干擾

通過(guò)干擾無(wú)人機(jī)和遙控器之間的射頻控制信號(hào)，使目標(biāo)無(wú)法接收通信信號(hào)陷入不受控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)目標(biāo)的攔截。根據(jù)不同的目標(biāo)和覆蓋范圍，干擾技術(shù)可以分為多種類型：

定向干擾、全向干擾、窄帶干擾、寬帶干擾和GPS干擾等。

無(wú)論無(wú)人機(jī)目標(biāo)采用何種通信協(xié)議，都可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)傳感器的干擾，可能會(huì)由于無(wú)人機(jī)不受控制導(dǎo)致墜毀等事故，所以需要一定范圍的安全區(qū)域內(nèi)采用信號(hào)干擾手段，防止墜毀的無(wú)人機(jī)對(duì)地面目標(biāo)造成損傷。

信號(hào)干擾是一種簡(jiǎn)單、有效、范圍廣且故障風(fēng)險(xiǎn)低的解決方案，因此大多數(shù)反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采用干擾作為其主要的方案。然而，由于干擾技術(shù)主要使用電磁信號(hào)，它們可能會(huì)干擾電視廣播、電信等公用信號(hào)，不宜在城市電磁信號(hào)復(fù)雜的地方使用信號(hào)干擾技術(shù)。

5.總結(jié)

在本文中，我們對(duì)反無(wú)人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析，并全面回顧了無(wú)人機(jī)探測(cè)和打擊中使用最廣泛的幾種技術(shù)。

從目前世界戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)已經(jīng)提升到國(guó)家安全保障的層面。單個(gè)反無(wú)人機(jī)武器只能針對(duì)特定目標(biāo)，無(wú)法應(yīng)對(duì)不同類型的無(wú)人機(jī)。尤其是隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，多機(jī)型無(wú)人機(jī)同時(shí)作戰(zhàn)成為必然。因此，融合多種反無(wú)人機(jī)探測(cè)技術(shù)和反無(wú)人機(jī)防御手段的智能無(wú)人機(jī)指揮控制系統(tǒng)，必將在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。

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作者簡(jiǎn)介：顧竹鑫，男（1992.02-），漢族，江蘇南通人，碩士，通信工程師，研究方向：電磁場(chǎng)與微波技術(shù);

張棟，男（1993.04—），漢族，河南南陽(yáng)人，碩士，通信工程師，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

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