探討無人機(jī)典型機(jī)型的反制思路

作者向文豪 王棟

無人機(jī)具有無人員傷亡、操作簡單等特點(diǎn)，在軍民各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是目前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，國內(nèi)無人機(jī)“黑飛”現(xiàn)象嚴(yán)重，國際上頻頻出現(xiàn)無人機(jī)襲擾以及重要人物遇襲事件，為維護(hù)國內(nèi)正常的社會(huì)秩序和國家主權(quán)安全，亟需開展對無人機(jī)反制技術(shù)的研究。

1. 無人機(jī)技術(shù)快速發(fā)展亟需未雨綢繆

美國2013-2038年無人機(jī)發(fā)展路線圖基本上代表了國際上無人機(jī)技術(shù)發(fā)展方向，其中對無人機(jī)各項(xiàng)性能劃分如圖1所示，目前無人機(jī)主要以多手段偵察為主，兼顧打擊能力，實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，其應(yīng)用任務(wù)及相關(guān)的技術(shù)途徑威脅分析見圖2。

圖1 美國2013-2038年無人機(jī)發(fā)展路線圖

圖2 無人機(jī)任務(wù)及威脅示意圖

通過對最新無人機(jī)國際專利的統(tǒng)計(jì)，如表1所示，飛行控制技術(shù)相關(guān)的專利最多，達(dá)到3022件；飛行器總體技術(shù)的專利申請排名第2（旋翼級、垂直起飛或著陸的飛機(jī)、操縱面、機(jī)翼、機(jī)身等都是關(guān)于飛行總體技術(shù)）；發(fā)射和回收技術(shù)排名第3。

可以看出，世界各國在無人機(jī)技術(shù)布局和發(fā)展趨勢主要集中在飛行控制和飛行器總體兩個(gè)方面。

另外，隨著隱身、長航時(shí)等技術(shù)的發(fā)展，形成了艦載起降固定翼（TERN計(jì)劃）、蜂群等的無人機(jī)應(yīng)用應(yīng)用，無人機(jī)的部署更加機(jī)動(dòng)，任務(wù)手段更加多樣化，對無人機(jī)反制提出了更高的要求。

表1 無人機(jī)國際專利統(tǒng)計(jì)表

隨著人工智能、復(fù)材加工、自主導(dǎo)航、蜂群控制等技術(shù)的迅速發(fā)展，無人機(jī)的技術(shù)門檻越來越低，性能越來越高、應(yīng)用更加多樣、更加難以反制。急需緊跟無人機(jī)發(fā)展趨勢，發(fā)展相應(yīng)反制無人機(jī)技術(shù)。

2. 國內(nèi)民用無人機(jī)黑飛擾亂社會(huì)秩序

從國內(nèi)角度而言，民用無人機(jī)是近年來快速發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，在技術(shù)和市場的共同推動(dòng)下，無人機(jī)的數(shù)量和規(guī)模呈爆發(fā)式增長，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，但頻頻發(fā)生的無人機(jī)違規(guī)飛行不僅影響了民航正常運(yùn)行，更威脅著國家安全和社會(huì)穩(wěn)定。

據(jù)新華社消息，僅2018年1月中旬至2月中旬，就發(fā)生12起無人機(jī)違法違規(guī)運(yùn)行威脅民航安全事件。在諸如政府、機(jī)場等敏感地區(qū)也出現(xiàn)多次有意或無意的無人機(jī)非法飛行事件；ISIS組織在網(wǎng)上公開發(fā)布采用多旋翼無人機(jī)開展恐怖襲擊的教程。

由于無人機(jī)采購和運(yùn)營成本低、飛行器來源復(fù)雜、型號種類眾多、性能指標(biāo)各異，導(dǎo)致無人機(jī)種類較多；目前無明確的限制性法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)管審批流程，導(dǎo)致無人機(jī)監(jiān)管手段空白；無人機(jī)飛行速度慢、體積小，偵察難度大，導(dǎo)致無人機(jī)的發(fā)現(xiàn)難度大，目前缺乏無人機(jī)處置手段、硬殺傷附帶毀傷較大、處置效果難以評估。

3. 開展無人機(jī)反制技術(shù)發(fā)展重要意義

隨著技術(shù)進(jìn)步，無人機(jī)應(yīng)用將更加多樣化，性能將更為先進(jìn)，用途將更加廣泛。我國在未來面臨的無人機(jī)問題也將更加嚴(yán)峻。因此，發(fā)展無人機(jī)反制技術(shù)是保證在未來擁有反制無人機(jī)能力的重要基礎(chǔ)。

近年來，無人機(jī)成本、門檻降低，使得“黑飛”現(xiàn)象越來越多，給公眾安全帶來隱患。發(fā)展無人機(jī)反制技術(shù)對空域安全和管理具有重要意義。

一、無人機(jī)反制技術(shù)需求分析

1. 按無人機(jī)反制階段劃分的需求分析 典型無人機(jī)反制包括預(yù)警探測、警戒識別、處置決策、防御實(shí)施和效能評估共5個(gè)階段，如圖3所示，通過各階段的能力需求分析，捕獲無人機(jī)反制的T0級技術(shù)要求。?

圖3 典型無人機(jī)反制階段劃分圖

1）預(yù)警探測階段?

具有低慢小目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的能力；?

具有對弱輻射源信息偵察和定位的能力；?

具有對目標(biāo)聲音發(fā)現(xiàn)的能力；?

具有前期情報(bào)獲取能力。?

2）警戒識別階段

具有低慢小目標(biāo)辨識的能力；?

具有對弱輻射源定位和情報(bào)生成能力；?

具有對目標(biāo)聲音的識別能力；?

具有光電、雷達(dá)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)能力。?

3）處置決策階段?

具有無人機(jī)反制指揮控制能力；?

具有目標(biāo)自動(dòng)發(fā)送能力；?

無人機(jī)反制人工智能輔助決策能力。

4）防御實(shí)施階段

具有無人機(jī)硬武器打擊能力；?

具有無人機(jī)電子干擾軟打擊能力；?

具有無人機(jī)任務(wù)載荷偽裝欺騙能力。

5）效能評估階段?

具有無人機(jī)反制后多維度毀傷效果顯示能力。

2. 按無人機(jī)反制利益攸關(guān)方劃分的需求分析 無人機(jī)反制相關(guān)的交互部門、熱點(diǎn)區(qū)域、相關(guān)設(shè)備等均為其利益攸關(guān)者，如圖4所示。針對3個(gè)主要利益攸關(guān)者的要求，分析其對無人機(jī)反制的能力需求，捕獲能力需求如表2所示。

圖4 無人機(jī)反制利益攸關(guān)方示意圖

表2 無人機(jī)反制利益攸關(guān)方需求分析表 通過對任務(wù)場景和利益攸關(guān)者的能力需求捕獲，將無人機(jī)反制進(jìn)行自頂向下的能力分解，建立能力需求樹，如圖5所示，主要包含6類18項(xiàng)T0級功能，適用于指導(dǎo)后續(xù)研究。?

圖5 無人機(jī)反制能力需求樹

二、現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)譜系

通過對現(xiàn)有的預(yù)警探測能力、警戒識別能力、處置決策能力、防御實(shí)施能力、毀傷評估能力和政策制度需求的總結(jié)分析，得出如圖6技術(shù)譜系，并經(jīng)過與無人機(jī)反制能力需求樹對比，得出無人機(jī)反制關(guān)鍵技術(shù)。

圖6 無人機(jī)反制技術(shù)譜系示意圖 在預(yù)警探測方面，主要包括無人機(jī)平臺的探測和測控鏈路的偵測。其中無人機(jī)平臺的探測技術(shù)包括海上“低慢小”目標(biāo)雷達(dá)探測技術(shù)、低紅外輻射小目標(biāo)光電探測技術(shù)、聲光結(jié)合目標(biāo)探測技術(shù)；測控鏈路的偵測技術(shù)包括海上弱輻射信號的檢測技術(shù)、電磁輻射信號測向定位技術(shù)等；在警戒識別方面，主要包括探測信息處理和目標(biāo)屬性識別。通常采用的技術(shù)包括光電圖像增強(qiáng)技術(shù)、光電/雷達(dá)多傳感器目標(biāo)融合技術(shù)等；在處置決策方面，主要包括無人機(jī)反制指揮控制流程設(shè)計(jì)、無人機(jī)反制人工智能輔助決策等關(guān)鍵技術(shù)等。 在反制實(shí)施方面，主要包括硬打擊毀傷技術(shù)、軟殺傷干擾技術(shù)和偽裝欺騙技術(shù)。硬打擊毀傷技術(shù)主要是針對無人機(jī)平臺毀傷的反無人機(jī)導(dǎo)彈、反無人機(jī)激光武器、反無人機(jī)微波武器、格斗型無人機(jī)、常規(guī)火力毀傷武器等。軟殺傷干擾技術(shù)主要是針對測控鏈路和衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的控制信息干擾技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈干擾技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航干擾技術(shù)等。偽裝欺騙技術(shù)主要是針對大型無人機(jī)的任務(wù)載荷的光學(xué)偽裝欺騙、熱紅外偽裝欺騙、聲學(xué)偽裝欺騙和電子偽裝欺騙等技術(shù)，使其接收虛假的目標(biāo)信息，迫使其結(jié)束任務(wù)。 在毀傷評估方面，主要包括無人機(jī)反制效能分析技術(shù)、無人機(jī)反制效能評估準(zhǔn)則等關(guān)鍵技術(shù)。

三、典型機(jī)型的反制思路

針對高空長航時(shí)、中空長航時(shí)、低慢小無人機(jī)的情況，通過分析無人機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合無人機(jī)反制技術(shù)體系[5]，形成如下無人機(jī)反制思路。

1. 高空長航時(shí)無人機(jī)

高空長航時(shí)無人機(jī)通常為戰(zhàn)略偵察型（或察打型）無人機(jī)，飛行高度通常在8000-20000米高空，通信方式以視距微波通信和超視距衛(wèi)星通信為主，導(dǎo)航采用慣性導(dǎo)航+GPS（軍碼）+輔助手段的組合導(dǎo)航方式，具有較強(qiáng)的抗干擾性。 目前，長航時(shí)無人機(jī)通常為大展弦比設(shè)計(jì)，通常不采用隱身設(shè)計(jì)，可采用對空雷達(dá)等方式及時(shí)捕獲目標(biāo)。針對隱身無人機(jī)，則需要進(jìn)一步提高對抗雷達(dá)的性能。 由于該類無人機(jī)為高價(jià)值飛行器，導(dǎo)航方式采用了慣性導(dǎo)航+GPS（軍碼）+輔助手段的組合導(dǎo)航方式，并有一定的抗干擾策略，通過GPS欺騙的方式對導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行干擾存在一定難度。無人機(jī)飛離本場后采用衛(wèi)星通信方式（通常為Ku或Ka，波束比較窄），由于平時(shí)考慮外交因素，無法干擾衛(wèi)星上行鏈路，若需要干擾衛(wèi)星下行鏈路，則干擾設(shè)備需要高于無人機(jī)的飛行高度。 因此，針對遠(yuǎn)程無人機(jī)的反制多采用伴隨干擾的方式，對無人機(jī)搭載的任務(wù)載荷進(jìn)行偽裝欺騙，迫使其結(jié)束任務(wù)；通過開展賽博應(yīng)用等方式，侵入其測控鏈路和地面站，直接控制飛機(jī)。

2. 中空長航時(shí)無人機(jī)

中空長航時(shí)無人機(jī)大部分不采用隱身設(shè)計(jì)，飛行速度較快，通過對空雷達(dá)等方式可以及時(shí)捕獲目標(biāo)。同時(shí)，由于該無人機(jī)全程采用微波通信的方式，在先期收集電磁信息的前提下，通過電子偵察的方式進(jìn)行目標(biāo)截獲。導(dǎo)航方式采用了慣性導(dǎo)航+衛(wèi)星導(dǎo)航的組合導(dǎo)航方式，并有一定的抗干擾策略，可嘗試采用衛(wèi)星導(dǎo)航壓制的方式對其導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行干擾，或采用欺騙干擾的方式對無人機(jī)進(jìn)行誘降。 該無人機(jī)全程采用視距微波通信的方式，在獲取通信模式之后，可采用壓制或欺騙干擾的方式切斷其通信鏈路，迫使其返航，或獲取該通信鏈路的通信協(xié)議，發(fā)送控制指令，使其降落至本場。

3. 低慢小無人機(jī)

低慢小無人機(jī)多采用非金屬材料，幾何尺寸小，飛行速度較慢，對空警戒雷達(dá)在遠(yuǎn)距離很難及時(shí)捕獲目標(biāo)[8]。但由于該無人機(jī)全程采用微波通信的方式，在先期收集電磁信息的前提下，可通過電子偵察的方式進(jìn)行目標(biāo)截獲，或近距離通過光電（紅外）或聲波等方式進(jìn)行目標(biāo)截獲。 姿態(tài)控制多采用了慣性導(dǎo)航+衛(wèi)星導(dǎo)航的組合導(dǎo)航方式，并有一定的抗干擾策略，可嘗試采用衛(wèi)星導(dǎo)航壓制的方式對其導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行干擾，或采用欺騙干擾的方式對無人機(jī)進(jìn)行誘降[9]。該無人機(jī)全程采用視距微波通信的方式，在獲取通信模式之后，可采用壓制干擾的方式切斷其通信鏈路，迫使其返航，或獲取該通信鏈路的通信協(xié)議，發(fā)送控制指令，使其降落至本場。

4. 蜂群無人機(jī)

隨著無人機(jī)應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，應(yīng)用難度和任務(wù)復(fù)雜程度的日益加強(qiáng)。單架無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)容易出現(xiàn)一些的問題，如單架無人機(jī)的觀察角度限制遺漏，可能造成不能夠全方位的去監(jiān)測偵察或者攻擊目標(biāo)。單架無人機(jī)在飛行途中一旦出現(xiàn)問題，會(huì)嚴(yán)重影響應(yīng)用任務(wù)進(jìn)度，甚至可能影響戰(zhàn)局走勢。由于載荷效能受無人機(jī)載體限制，單架無人機(jī)無法滿足應(yīng)用需求。由于這些原因，無人機(jī)編隊(duì)協(xié)同應(yīng)用越來越收到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

目前無人機(jī)編隊(duì)飛行主要有以下幾種形式：

1）航跡一致性方法。航跡一致性方法是目前無人機(jī)編隊(duì)形式最低的形式，由地面站統(tǒng)一進(jìn)行飛行路徑規(guī)劃。無人機(jī)間沒有信息交互，地面站為每架飛機(jī)規(guī)劃方向相同、間隔緊密的航線，無人機(jī)按照各自的航線自主飛行完成任務(wù)。由于無人機(jī)各自航線相鄰較近，形成編隊(duì)規(guī)模。地面站可根據(jù)圖案需求事先規(guī)劃好航路，通過數(shù)傳模塊隨時(shí)切換。

2）忠誠僚機(jī)編隊(duì)方法。這種是目前無人機(jī)編隊(duì)最常用的方法之一。長機(jī)跟蹤一個(gè)預(yù)先給定的軌跡，僚機(jī)和長機(jī)保持一定構(gòu)型跟隨長機(jī)飛行。長機(jī)可看作整個(gè)編隊(duì)的中心，僚機(jī)可通過視覺或紅外測距雷達(dá)等方式跟隨長機(jī)，并實(shí)現(xiàn)非GPS定位的編隊(duì)飛行。

3）基于行為法。受生物群體社會(huì)行為的啟發(fā)，越來越多的團(tuán)隊(duì)通過分析生物群體，如蟻群、蜂群、鴿群的行為規(guī)律來研究無人機(jī)編隊(duì)飛行。單架無人機(jī)映射蜜蜂，無人機(jī)機(jī)群映射蜂群。由單架機(jī)通過自主智能決策產(chǎn)生的任務(wù)響應(yīng)，并將信息素通過空中無人機(jī)自組織網(wǎng)絡(luò)傳遞給其他無人機(jī)。使具備有限自主能力的多架無人機(jī)在沒有集中指揮控制的情況下，通過相互信息交互產(chǎn)生整體效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)較高程度的自主協(xié)作，從而能在盡量少的人員干預(yù)下完成預(yù)期的、單架無人機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)。這種方式?jīng)]有中心，每架機(jī)在集群中權(quán)重相同，是多智能體自主決策的集群無人機(jī)。 無人機(jī)編隊(duì)平臺目前也多種多樣，如美國空軍技術(shù)學(xué)院在“捕食者”和“全球鷹”無人偵察機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行無人機(jī)系統(tǒng)偵察任務(wù)規(guī)范化研究。美軍的“山鶉”無人機(jī)長不足0.3米，重不足1kg，使用3D打印技術(shù)制造，可從戰(zhàn)機(jī)干擾彈投放，飛往低空偵察。 所以基于目前編隊(duì)形式、平臺的多樣化的特點(diǎn)，反制無人機(jī)編隊(duì)手段也各自不同：

1）反制采用航跡一致方法的無人機(jī)編隊(duì) 采用航跡一致編隊(duì)方法的無人機(jī)多使用低慢小平臺。這類無人機(jī)大多使用GPS定位，Mems導(dǎo)航設(shè)備，采用大功率WIFI或點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)傳通信。 反制這種編隊(duì)飛機(jī)軟打擊方式可采用區(qū)域電子干擾，采用欺騙或壓制等手段，干擾無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈、干擾GPS信號，偽裝誘騙無人機(jī)編隊(duì)?；蛘咄ㄟ^WIFI注入等賽博攻擊方式控制無人機(jī)編隊(duì)。 由于飛機(jī)飛行速率較低，也可采用防空炮進(jìn)行摧毀。也使用聲波武器擊落無人機(jī)，或者使用微波武器摧毀無人機(jī)電子設(shè)備。

2）反制忠誠僚機(jī)編隊(duì)方法的無人機(jī)編隊(duì) 針對該類無人機(jī)編隊(duì)，在通過雷達(dá)探測目標(biāo)后，判斷長機(jī)并對其進(jìn)行針對性干擾；在進(jìn)入火力打擊范圍內(nèi)對其進(jìn)行攻擊或捕獲。 也可以通過電子干擾干擾僚機(jī)，削弱無人機(jī)編隊(duì)力量。

3）反制基于行為方式的無人機(jī)編隊(duì) 基于蟻群、蜂群、鴿群等行為方式的無人機(jī)編隊(duì)的特點(diǎn)是依靠群體智能，分布式自組織的、無中心的無人機(jī)集群。只要飛機(jī)數(shù)量足夠多，即可源源不斷的飛向應(yīng)用對象。反制這種無人機(jī)編隊(duì)形式軟打擊手段是進(jìn)行偽裝欺騙，使無人機(jī)探測不到任務(wù)特征，單體無法做出決策。同時(shí)使用聲波、微波等方式對區(qū)域內(nèi)無人機(jī)進(jìn)行干擾、破壞。

審核編輯：黃飛

?