◎李雨鍇 胡浩 黃天禹 劉文斌

◎1、西南交通大學(xué)；2、北京賽迪軟件測評工程技術(shù)中心有限公司

針對低慢小無人機(jī)、蜂群無人機(jī)的發(fā)展引發(fā)的安全防御難題，本文深入分析小型無人機(jī)的通信脆弱性問題，借鑒美軍對反蜂群無人機(jī)等項(xiàng)目的評估和美國防部反小型無人機(jī)戰(zhàn)略，提出了反小型無人機(jī)系統(tǒng)的四點(diǎn)評估建議，為無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全測評與反小型無人系統(tǒng)測評提供參考。

一、引言

近年的沙特油井遇襲事件、第二次納卡戰(zhàn)爭，是無人機(jī)成為戰(zhàn)爭舞臺主角的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。未來軍事強(qiáng)國之間的戰(zhàn)爭必然是高烈度、高技術(shù)水平的對抗，無人機(jī)也逐漸從戰(zhàn)爭輔助支援工具轉(zhuǎn)變?yōu)闅灾鲬?zhàn)裝備。隨著蜂群作戰(zhàn)、忠誠僚機(jī)、馬賽克戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)概念深入推進(jìn)，無人機(jī)在國家安全中的作用日益凸顯，甚至將直接影響戰(zhàn)爭結(jié)果[1]。

美國陸軍2006年就推出了無人機(jī)作戰(zhàn)手冊，加快了無人機(jī)作戰(zhàn)應(yīng)用的步伐[2]。無人機(jī)應(yīng)用的迅速發(fā)展導(dǎo)致其帶來的對關(guān)鍵設(shè)施、重要目標(biāo)的威脅甚至攻擊能力也在快速提升[3]。蜂群式/集群式無人機(jī)發(fā)射靈活，使用成本低，發(fā)展十分迅速，軍用固定翼式無人機(jī)蜂群測試在2018年已達(dá)到同時出動200架的規(guī)模；同年，民用旋翼式無人機(jī)蜂群單次出動能力已超過2000架[4]。

小 型 無 人 機(jī) 系 統(tǒng)（small Unmanned Aircraft Systems，sUAS）能夠快速轉(zhuǎn)變?yōu)楣羰侄位蛭溲b力量，這提升了各類反小型無人機(jī)系統(tǒng)（Counter-small Unmanned Aircraft Systems，C-sUAS）的技術(shù)與能力發(fā)展需求。重要人物、大型慶典活動的安全反恐，油田等重要工業(yè)基地、機(jī)場高鐵等交通命脈、金融與數(shù)據(jù)中心等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全防衛(wèi)，防空預(yù)警系統(tǒng)、后勤補(bǔ)給基地、海上艦艇編隊(duì)等軍事重地與軍事活動安全保障，亟需推進(jìn)軍民C-sUAS的規(guī)劃設(shè)計與部署[5]；集群化、智能化的小型蜂群無人機(jī)的發(fā)展及其帶來的作戰(zhàn)方式的改變，提升了C-sUAS系統(tǒng)的設(shè)計難度[6]。上述各類需求和場景，使得一方面C-sUAS的的防御手段、裝備建設(shè)需要跟得上無人機(jī)的攻擊能力快速發(fā)展節(jié)奏，另一方面也促使C-sUAS的分析與評估體系構(gòu)建及其能力建設(shè)都變得更加迫切。

國內(nèi)以節(jié)慶演示為代表的民用小型無人機(jī)發(fā)展較快，對小型無人機(jī)的遙控、圖傳等通信鏈路反制等技術(shù)關(guān)注較多，但從安全測評角度來看，行業(yè)缺乏反無人機(jī)的科學(xué)的、體系的評估方法。因此，有必要研究并對比國外的反無人機(jī)方法和戰(zhàn)略[7-11]，如美國的C-sUAS的經(jīng)驗(yàn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，控制、數(shù)據(jù)回傳等通信鏈路是小型無人機(jī)的主要薄弱點(diǎn)，也是C-sUAS系統(tǒng)感知與反制的主要目標(biāo)。分析以反制無線通信網(wǎng)絡(luò)為主要手段的美軍反無人機(jī)項(xiàng)目評估與測試，可借鑒用于國內(nèi)C-sUAS系統(tǒng)綜合效能評估，加快國防與安防等領(lǐng)域C-sUAS能力的提升。

論文下述部分安排如下：首先分析了無人機(jī)的類別和典型的反無人機(jī)系統(tǒng)，然后對比了各類無人機(jī)檢測識別方法和典型的反無人機(jī)手段優(yōu)缺點(diǎn)，接著研究了美軍的反蜂群及小型無人機(jī)的評估方法以及發(fā)展戰(zhàn)略，最后提出了圍繞通信脆弱性的小型無人機(jī)對抗反制方法，并提出了促進(jìn)反小型無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的四點(diǎn)評估建議。

二、無人機(jī)的分類

無人機(jī)的分類是反無人機(jī)的出發(fā)點(diǎn)，只有明確了無人機(jī)目標(biāo)對象，才能有的放矢建立科學(xué)的反制措施。根據(jù)文獻(xiàn)[7]美國防部反小型無人機(jī)戰(zhàn)略的附件描述，無人機(jī)一般分為5類，如表1所示。該分類方法考慮了起飛總重量、飛行高度、速度等參數(shù)，也是美國陸軍反小型無人機(jī)條令和工程測試發(fā)展起來的[10-11]，其中小型無人機(jī)主要針對其中的組1和組2。

表1 無人機(jī)分類方法1

文獻(xiàn)[8]描述了產(chǎn)業(yè)界的通用分類方法，與文獻(xiàn)[7]類似，也分為5型，但除了飛行高度外，還綜合考慮了任務(wù)半徑、載荷重量等，且類別描述更清晰，如表2所示。本文的小型無人機(jī)系統(tǒng)主要針對等級I和等級II，其中等級I又包含了微型和迷你型。

表2 無人機(jī)分類方法2

三、反無人機(jī)方法與分類

（一）典型的無人機(jī)檢測識別手段

反無人機(jī)系統(tǒng)的首要任務(wù)是對無人機(jī)目標(biāo)進(jìn)行檢測識別，主要手段如表3所示。各種手段可根據(jù)設(shè)備自身是否主動發(fā)射信號，分為主動、被動兩個大類；各種手段根據(jù)適應(yīng)天氣情況、識別距離、識別準(zhǔn)確率、建設(shè)成本等，具備不同的適用性特點(diǎn)。檢測手段中，雷達(dá)搜索比較成熟，但戰(zhàn)場安全性低，易成為反輻射攻擊的目標(biāo)；以通信信號為主的電磁信號檢測識別，適用性強(qiáng)，安全性高。

表3 無人機(jī)檢測技術(shù)手段

（二）典型的無人機(jī)反制手段

典型的無人機(jī)反制手段，包括導(dǎo)彈（Missles）、槍炮（Guns）、激 光 系 統(tǒng)（Power Laser Systems）、電 子 對 抗措 施（Electronic Counter Measures，ECM）、高 功 率 微 波（High Power Microwave， HPM）/高功率電磁（High Power Electromagnetic， HPEM）武器。表4對以通信為代表的電子對抗措施以及HPM/HPEM等電磁手段進(jìn)行描述。網(wǎng)絡(luò)攻擊手段與通信對抗手段相關(guān)聯(lián)，但更多的是針對無線通信網(wǎng)絡(luò)更深層次的漏洞進(jìn)行攻擊，表中也因此專門進(jìn)行了描述。

表4 無人機(jī)反制典型手段

（三）典型的反無人機(jī)系統(tǒng)

美軍作戰(zhàn)測試與評估主任2020財年年報中，把其測試的現(xiàn)有的反小型無人系統(tǒng)分為三類[11]：①固定或半固定系統(tǒng)，為重要基地、設(shè)施提供廣泛的防御能力，通常構(gòu)成整體分層防御策略的一部分；②車載或移動系統(tǒng)，設(shè)計更加靈活、可伸縮和便于操作，可以在前方作戰(zhàn)基地內(nèi)移動以保護(hù)高價值資產(chǎn)，也可以安裝在車載平臺上以保護(hù)移動中的部隊(duì)；③手持或穿戴式系統(tǒng)，通常被用作固定站點(diǎn)系統(tǒng)的一個組成部分，用于短程作戰(zhàn)交互，部分手持系統(tǒng)缺少目標(biāo)檢測能力，需要依靠肉眼檢測識別。

文獻(xiàn)[5-7]介紹了美國、英國、俄羅斯等國典型的反無人機(jī)系統(tǒng)，其中典型系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 國外典型反無人機(jī)系統(tǒng)

四、美軍對反小型無人機(jī)系統(tǒng)的評估

2012年，美海軍就已經(jīng)基于62艘驅(qū)逐艦部署反蜂群無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了可行性、風(fēng)險、實(shí)施成本等深入評估[9]。2017年，美陸軍牽頭頒布了反小型無人機(jī)條令[10]，牽頭開展了C-sUAS的系統(tǒng)測試，并把反蜂群無人機(jī)列入后續(xù)測試計劃[11]。2021年，美國防部針對越來越突出的小型無人機(jī)系統(tǒng)的威脅，把C-sUAS上升為國防部戰(zhàn)略[7]。通過近十年的發(fā)展對比可以看出，反蜂群及小型無人機(jī)一直是美軍的發(fā)展重點(diǎn)。

（一）美驅(qū)逐艦反蜂群無人機(jī)評估

相比于陸地，海面艦艇受限于部署環(huán)境，對自殺式蜂群無人機(jī)的防御難度更大。早在2012年，美海軍研究生院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就以美宙斯盾導(dǎo)彈驅(qū)逐艦為對象，分析其反蜂群無人機(jī)的能力差距[9]。該項(xiàng)目重點(diǎn)模擬了4架遙控（remotely controlled，RC）無人機(jī)和4架以色列哈比（Harpy）無人機(jī)對宙斯盾驅(qū)逐艦進(jìn)行自殺式攻擊的場景，以擊中目標(biāo)驅(qū)逐艦次數(shù)作為攻擊效能的判別方法，對應(yīng)提出了多種反蜂群無人機(jī)方法。根據(jù)各種反制手段的作戰(zhàn)范圍等能力，基于攻防距離、反制時間等參數(shù)進(jìn)行了分段仿真評估。

該項(xiàng)目提出并評估了可用于反無人機(jī)的選項(xiàng)包括：激光武器系統(tǒng)（Laser Weapon System， LaWS）、電子戰(zhàn)遙控干擾（EW：RC Jamming）、無人機(jī)作為雷達(dá)誘餌（UAV acting as Radar Decoy）、火力偵察與常規(guī)武器、新增小型武器、艦基雷達(dá)誘餌（Ship-based Radar Decoy）、反應(yīng)裝甲（Reactive Armor）、煙幕（Smoke Scrren）、彈片箔條（Shrapnel-Chaff）、近程武器系統(tǒng)（Close-In Weapons System， CIWS）等。

仿真結(jié)果表明，對遙控通信鏈路的干擾效費(fèi)比高，且能夠提供持續(xù)的作戰(zhàn)能力，安裝部署簡單，能夠針對遙控通信形式的無人機(jī)進(jìn)行干擾來實(shí)現(xiàn)高效的防御艦隊(duì)反蜂群無人機(jī)防御。同時，項(xiàng)目建議有必要通過聯(lián)合使用具有較高效費(fèi)比的其它手段，來解決處于無線電靜默狀態(tài)或具備隱蔽通信能力的無人機(jī)感知與反制問題。

（二）美軍反小型無人機(jī)作戰(zhàn)測評評估

根據(jù)美軍作戰(zhàn)測試與評估主任（DOT&E）2020財年年報，美軍對表1中的第1類和第2類小型無人機(jī)，開展了一系列C-sUAS系統(tǒng)的測評[11]。

從2019年11月到2020年3月，美聯(lián)合部署分析小組（Joint Deployable Analysis Team， JDAT）根 據(jù)DOT&E批準(zhǔn)的測試計劃，使用11種C-sUAS系統(tǒng)執(zhí)行了281架次美國本土外測試。2020年2月到3月，在亞利桑那州尤馬試驗(yàn)場對輕型海軍陸戰(zhàn)隊(duì)防空綜合系統(tǒng)（L-MADIS）進(jìn)行了60架次的C-sUAS系統(tǒng)美國本土測試，在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地對美杜莎C-sUAS系統(tǒng)進(jìn)行了61架次美國本土測試。

雖然測試數(shù)據(jù)因?yàn)槊舾卸窗l(fā)布，但從公開報告來看，測評有幾個特點(diǎn)：①C-sUAS系統(tǒng)種類多，相關(guān)測試足夠用于評估各類C-sUAS系統(tǒng)的探測、識別、跟蹤、反制能力，其中控制與圖傳通信鏈路的感知與阻斷能力已經(jīng)比較成熟；②各類C-sUAS系統(tǒng)檢測能力較強(qiáng)，但受環(huán)境等各方面因素影響，擊落能力還有待提升；③構(gòu)建了紅藍(lán)對抗環(huán)境，測試條件逐步成熟；④能力測試全覆蓋難度大，以單無人機(jī)為目標(biāo)的測試雖多，但蜂群式無人機(jī)測試尚未開展，預(yù)計是被測對象以及相關(guān)測試條件正在建設(shè)，但測試方法已列入后續(xù)測評規(guī)劃中。

（三）美國防部反小型無人機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)略

2019年，美國防部成立了聯(lián)合反小型無人機(jī)系統(tǒng)辦公室，以同步并指導(dǎo)相關(guān)活動。2021年，美國防部發(fā)布了反小型無人機(jī)系統(tǒng)戰(zhàn)略，以聯(lián)合作戰(zhàn)為出發(fā)點(diǎn)，提出了國土（Homeland）、東道國（Host nations）、應(yīng)急地點(diǎn)（Contigency locations）等三種作戰(zhàn)環(huán)境，列出了增強(qiáng)創(chuàng)新能力、開發(fā)解決方案、構(gòu)建聯(lián)盟關(guān)系三個戰(zhàn)略目標(biāo)，并提出了相應(yīng)的實(shí)施路線。

美軍認(rèn)為，隨著小型無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，必須能夠檢測、跟蹤、識別，并在必要時威懾、拒止或殲滅具有威脅的小型無人機(jī)。美國防部將評估其當(dāng)前流程，并根據(jù)風(fēng)險進(jìn)行有針對性的投資選擇，增強(qiáng)部門間協(xié)調(diào)，提升互操作性，共建共享反小型無人機(jī)的通用安全體系架構(gòu)，以應(yīng)對多種威脅，并重新考慮如何在快速變化的技術(shù)和安全環(huán)境中更好地為聯(lián)合部隊(duì)提供支持。在上述戰(zhàn)略目標(biāo)的指導(dǎo)下，美將開發(fā)并部署有效的反制系統(tǒng)，并輔以培訓(xùn)，為聯(lián)合部隊(duì)提供能力。同時，通過與盟友和合作伙伴一起對威脅、漏洞和互操作性需求形成共識。美軍通過這種整體戰(zhàn)略，支撐構(gòu)建分層防御體系，提升聯(lián)合部隊(duì)成功應(yīng)對當(dāng)前和未來的小型無人機(jī)威脅的能力。

五、小型無人機(jī)的通信對抗反制發(fā)展趨勢

通過跟蹤并借鑒美軍C-sUAS的技術(shù)發(fā)展，可以分析出小型無人機(jī)的通信對抗反制發(fā)展趨勢：

（一）通信鏈路反制是反無人機(jī)的主要手段

2020財年美軍DOT&E評估的11種反小型無人機(jī)系統(tǒng)中，8種具有通信感知能力，9種具有通信鏈路反制能力?？梢?，通信鏈路是小型無人機(jī)安全的主要薄弱點(diǎn)，通信鏈路對抗是反小型無人機(jī)的主要手段。

（二）多手段互補(bǔ)的聯(lián)合偵察與反制技術(shù)

從感知與探測角度，雷達(dá)等主動機(jī)制可以輔助進(jìn)行定位跟蹤，基于通信信號的分布式傳感器聯(lián)合測向定位也非常有必要；從反制角度，對GPS信號、光學(xué)信號的干擾，也是較為有效的反制手段。因此，有必要多種手段協(xié)作互補(bǔ)以提升綜合反制能力。

（三）在隱蔽與對抗中互相發(fā)展

為了避免反無人機(jī)系統(tǒng)的偵察與反制，未來小型無人機(jī)通信會朝著靜默、小功率發(fā)射、定向通信等隱蔽方式以及航跡動態(tài)規(guī)劃、通信誘餌欺騙等新方向發(fā)展，同時將探索除GPS之外的多種導(dǎo)航方法。未來通過無人機(jī)來反制無人機(jī)將成為發(fā)展的主流之一，即防御方盡早派出無人機(jī)對攻擊方無人機(jī)或其集群進(jìn)行抵近偵察與驅(qū)離，從而提升識別預(yù)警與反制效能。

（四）反蜂群是未來發(fā)展的重要方向

蜂群無人機(jī)發(fā)射平臺多樣化，發(fā)射時機(jī)不固定，載荷功能模塊化多樣化，個體間協(xié)作能力強(qiáng)，系統(tǒng)建設(shè)成本極低，因此小型無人機(jī)集群作戰(zhàn)是未來作戰(zhàn)方式的重要方向。反蜂群方面，傳統(tǒng)的方法難以對蜂群個體進(jìn)行有效識別，防御手段性價比低。美軍早期就進(jìn)行了反蜂群的仿真評估，近期還專門開展了蜂群無人機(jī)能力發(fā)展評估，并把反蜂群納入實(shí)測規(guī)劃，可見反蜂群是未來發(fā)展的重要方向。

六、反小型無人機(jī)的評估建議

從上述分析來看，測試評估成為阻礙C-sUAS系統(tǒng)發(fā)展的短板。為此，我們需圍繞關(guān)鍵難題，盡快建立科學(xué)的的測試環(huán)境和效能評估方法，通過評估來提升系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和互操作能力，建立完整的評估方法體系，促進(jìn)C-sUAS系統(tǒng)的科學(xué)發(fā)展。借鑒國外C-sUAS系統(tǒng)的評估方法和發(fā)展趨勢，本文對C-sUAS的評估提出四點(diǎn)發(fā)展建議：

（一）開展小型無人機(jī)通信脆弱性專項(xiàng)評估

從反制角度來看，通信脆弱性的利用是反制小型無人機(jī)的最常用方法。隨著民用小型無人機(jī)和5G等無線通信的快速發(fā)展，未來的小型無人機(jī)將更加輕型化，通信模式也會多樣化，但其安全漏洞也會增多。因此，可以針對小型無人機(jī)的控制網(wǎng)絡(luò)、通信鏈路進(jìn)一步開展脆弱性分析，針對不同對象建立漏洞庫，開展通信脆弱性專項(xiàng)評估。

（二）開展反蜂群通信智能專項(xiàng)評估

考慮到無人群體智能的快速發(fā)展，以及蜂群通信功率小、個體及行為識別難等問題，需要提升對蜂群目標(biāo)的通信感知、個體識別能力的評估。此外，對于整個系統(tǒng)，還需要實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)決策能力、跟蹤瞄準(zhǔn)能力與擊毀能力的評估。針對低慢小與蜂群目標(biāo)航跡無規(guī)律、個體對象多的場景，需要提供精準(zhǔn)的發(fā)現(xiàn)、識別和分離能力，這要求對反蜂群等無人化、智能化處理能力進(jìn)行專項(xiàng)評估。

（三）開展多應(yīng)用場景系統(tǒng)集成綜合評估

反小型無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用場景有個體間的對抗也有體系的對抗，反制方法有軟殺傷也有硬殺傷，各種場景及反制方法的效能、作用范圍需要具體評估。美軍反蜂群及小型無人機(jī)的具體仿真、測試以及戰(zhàn)略表明，有必要結(jié)合具體場景、地理環(huán)境、電磁環(huán)境，以及需要反制的無人機(jī)種類、速度、高度、距離、數(shù)量，構(gòu)建仿真推演平臺，對以通信對抗為主要手段的反無人機(jī)紅藍(lán)對抗場景進(jìn)行構(gòu)建，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行模擬，對各類行動、事件進(jìn)行推演，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場景的快速構(gòu)建與綜合效能評估。

（四）結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺開展實(shí)訓(xùn)演練效能評估

有必要結(jié)合各類反無人機(jī)系統(tǒng)的測試評估與實(shí)戰(zhàn)演練，獲取各類目標(biāo)識別方法、反制殺傷手段的真實(shí)參數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)果，建立以無人機(jī)通信對抗為主的電子對抗大數(shù)據(jù)平臺，并推動數(shù)字孿生技術(shù)，反哺實(shí)訓(xùn)演練。一方面，該大數(shù)據(jù)平臺可以支撐仿真推演、設(shè)備參數(shù)設(shè)計與集成設(shè)計；另一方面，加快系統(tǒng)與實(shí)際場景結(jié)合，加快技術(shù)成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

七、結(jié)論

從美軍的反蜂群及反小型無人機(jī)具體項(xiàng)目評估方法以及未來發(fā)展戰(zhàn)略可以看出，圍繞通信鏈路的脆弱性分析，是未來小型無人機(jī)反制的發(fā)展趨勢。應(yīng)對小型無人機(jī)威脅，將從傳統(tǒng)的通信對抗，逐步走向網(wǎng)絡(luò)對抗和智能對抗。無人機(jī)與反無人機(jī)是未來感知與決策、安全與對抗的軍民融合重要技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域，后續(xù)研究將以通信網(wǎng)絡(luò)脆弱性分析為出發(fā)點(diǎn)，持續(xù)深入反小型無人機(jī)的技術(shù)分析與測試評估，推動反小型無人機(jī)系統(tǒng)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化與高效化發(fā)展。