無人機(jī)攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀

近年來，無人機(jī)攔截技術(shù)快速發(fā)展，呈現(xiàn)出了百花齊放、百家爭鳴的局面，其中國際上應(yīng)用較為廣泛的一類當(dāng)屬全向壓制式設(shè)備。本文從無人機(jī)攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀入手，首先從技術(shù)原理闡述了無人機(jī)壓制式干擾，然后從參數(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)角度分析了該類設(shè)備，旨在為該類技術(shù)的良好發(fā)展提供一定的思路和建議。

一、無人機(jī)攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀

無人機(jī)攔截技術(shù)(又稱反無人機(jī)技術(shù))，是指用于無人機(jī)攔截的系統(tǒng)化技術(shù)。因?yàn)闊o人機(jī)可能會(huì)對(duì)民用和軍用設(shè)施構(gòu)成嚴(yán)重威脅，所以近年來各國政府對(duì)無人機(jī)潛在安全威脅的擔(dān)憂日益加劇。事實(shí)上，反無人機(jī)技術(shù)的新市場也正在快速迅速崛起[1]。

2017年9月，公安部裝財(cái)局和公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心在連云港舉辦了無人機(jī)探測攔截裝備現(xiàn)場實(shí)測，參加測試的共有國內(nèi)91家單位的122臺(tái)(套)設(shè)備，按參試設(shè)備的技術(shù)路線分為探測(雷達(dá)、光電)系統(tǒng)、無線偵測定位設(shè)備、壓制式(定向或全向)干擾設(shè)備、欺騙干擾設(shè)備、毀傷(網(wǎng)捕或激光)設(shè)備以及上述技術(shù)集成系統(tǒng)。

針對(duì)無人機(jī)攔截技術(shù)，筆者通過調(diào)研并結(jié)合相關(guān)資料，將現(xiàn)有技術(shù)按照攔截技術(shù)的不同，進(jìn)行如下分類：

表1 無人機(jī)攔截技術(shù)分類

從表1可以看出，現(xiàn)有無人機(jī)攔截技術(shù)呈現(xiàn)出了種類繁多、技術(shù)多樣化等特點(diǎn)。因?yàn)楦黝惣夹g(shù)所具有的特點(diǎn)和局限性，表1末尾提到的組合技術(shù)成為了當(dāng)前無人機(jī)攔截技術(shù)的發(fā)展趨勢。

在實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用過程中，用戶方一般更多關(guān)心的是無人機(jī)攔截系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，因此本文從實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用角度，將前文提到的系統(tǒng)(設(shè)備)進(jìn)行表2所示的如下分類：

表2 無人機(jī)攔截系統(tǒng)分類(平臺(tái)類型劃分)

從目前我國國內(nèi)裝備發(fā)展情況來看，表2中提到的地面架設(shè)式、車載式和手持式系統(tǒng)(設(shè)備)占到了90%以上，目前無人機(jī)機(jī)載式裝備因?yàn)轶w積、重量等限制，主要應(yīng)用于軍事化領(lǐng)域。

二、無人機(jī)壓制式干擾攔截技術(shù)原理

2.1 通信干擾技術(shù)

在無人機(jī)通信中，通常在接收有用信號(hào)的同時(shí)，不可能完全抑制外部干擾以及特征參數(shù)與有用信號(hào)相同或相似的其他信號(hào)，致使通信接收系統(tǒng)檢測有用信號(hào)時(shí)必然存在著不確定因素。利用這一特點(diǎn)，可以人為的施放干擾信號(hào)，迫使無人機(jī)的信號(hào)接收機(jī)獲得的有用信息量降低，以到達(dá)攔截的目的[2]。

因?yàn)闊o人機(jī)的諸多危害，無人機(jī)攔截技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在現(xiàn)有攔截方法中，無線電通信干擾技術(shù)因?yàn)榫哂袛r截效果明顯、附帶損傷小等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)這種技術(shù)而言，其特點(diǎn)可歸納如下[3]：

(1) 對(duì)抗性

通信干擾是為了破壞或擾亂對(duì)方的無線電通信。無線電通信干擾的發(fā)射，目的不在于傳送某種信息，而在于用干擾中攜帶的干擾信息去壓制和破壞對(duì)方的通信。通信干擾是以對(duì)方的通信系統(tǒng)為目標(biāo)的，這一點(diǎn)十分明確。

(2) 進(jìn)攻性

無線電通信干擾是有源的、積極的、主動(dòng)的，它千方百計(jì)地"殺入"到對(duì)方通信系統(tǒng)內(nèi)部去，所以通信干擾是有進(jìn)攻性的。即使是防御目的的通信干擾，也是具有進(jìn)攻性的。

(3) 先進(jìn)性

通信干擾每時(shí)每刻都以對(duì)方為對(duì)象，因此它須跟蹤對(duì)方通信技術(shù)的新發(fā)展，并且要設(shè)法超過對(duì)方，只有這樣才能開發(fā)出克敵制勝的通信干擾設(shè)備。但是世界各國通信技術(shù)的發(fā)展，特別是抗干擾技術(shù)的發(fā)展都是在高度機(jī)密的情況下進(jìn)行的，對(duì)這些信息的探知比較困難。所以無線電通信干擾是一項(xiàng)技術(shù)含量非常高的，在無線電通信領(lǐng)域高技術(shù)頂峰上進(jìn)行較量的，十分艱巨和困難的工作。

(4) 工作頻帶寬

無線電通信干擾設(shè)備隨著現(xiàn)代無線電通信技術(shù)額發(fā)展，需要覆蓋的頻率范圍已經(jīng)相當(dāng)寬，甚至可以達(dá)到十幾千赫到幾十千兆赫。在這樣寬的工作頻率范圍內(nèi)，不同頻段上電子技術(shù)和電磁波的輻射與接收都有不同的特點(diǎn)和要求。

(5) 反應(yīng)速度快

在跳頻通信、猝發(fā)通信飛速發(fā)展的今天，目標(biāo)信號(hào)在以一個(gè)頻率點(diǎn)上的駐留時(shí)間已經(jīng)分廠短促。在這樣短的時(shí)間里要在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)的搜索、截獲、識(shí)別、分選、處理、干擾引導(dǎo)和干擾發(fā)射，可見通信干擾系統(tǒng)的反應(yīng)速度須十分迅速。

(6) 技術(shù)難度高

首先，通信設(shè)備通常信號(hào)較強(qiáng)，所以對(duì)通信信號(hào)的干擾和壓制需要強(qiáng)大的功率。其次，通信一般采用窄帶進(jìn)行，因此通信干擾所需頻率瞄準(zhǔn)精度較高。因?yàn)檫@兩個(gè)特點(diǎn)，通信干擾存在一定的技術(shù)難度，需要針對(duì)被干擾目標(biāo)進(jìn)行不斷地更新和調(diào)整。

2.2 壓制式干擾技術(shù)介紹

干擾攔截技術(shù)可以按照其技術(shù)原理的不同分為壓制式干擾和欺騙式干擾兩類[4]。壓制式干擾顧名思義，即是通過發(fā)射干擾信號(hào)遮蓋無人機(jī)信號(hào)頻譜，使其通信接收機(jī)降低或完全失去正常工作能力的一種干擾方式。欺騙式干擾，即是有意識(shí)的通過模仿無人機(jī)的通信信號(hào)，把模擬的假信號(hào)"送進(jìn)"無人機(jī)的通信網(wǎng)，造成其通信失誤或行動(dòng)上的錯(cuò)誤。

壓制式干擾按其信號(hào)的頻譜寬度不同，可以分為以下四類[5]-[6]：

A) 瞄準(zhǔn)式干擾。瞄準(zhǔn)式干擾是指干擾的載頻(中心頻率)與信號(hào)頻率重合，或干擾信號(hào)和通信信號(hào)的頻譜寬度相同。例如，甲臺(tái)發(fā)報(bào)給乙臺(tái)，干擾的作用是使乙臺(tái)收不到或聽不清甲臺(tái)發(fā)來的報(bào)文。于是，瞄準(zhǔn)式干擾所輻射的窄帶頻譜，就須與甲臺(tái)所發(fā)信號(hào)的頻帶基本相同，并與甲臺(tái)所發(fā)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入乙臺(tái)的接收機(jī)的選擇電路。

瞄準(zhǔn)式干擾的功率集中，干擾頻帶較窄，干擾能量全部用來壓制對(duì)方的通信信號(hào)，干擾功率利用率高，干擾效果好。但要求頻率重合度好，對(duì)干擾機(jī)性能要求高，且要求有引導(dǎo)干擾頻率的偵測部分。

瞄準(zhǔn)式干擾，通常每個(gè)干擾頻率對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的一個(gè)通信信號(hào)頻率實(shí)施干擾，但一機(jī)干擾多目標(biāo)的情況已逐漸被廣泛應(yīng)用。一般情況下，瞄準(zhǔn)式干擾在短波波段用于壓制對(duì)方重要的通信。

B) 半瞄準(zhǔn)式干擾。半瞄準(zhǔn)式干擾與瞄準(zhǔn)式干擾相比，頻率重合的準(zhǔn)確度較差，即干擾信號(hào)頻譜與通信信號(hào)頻譜沒有完全重合。通常干擾信號(hào)的頻譜比被壓制的通信信號(hào)的頻帶寬度寬一些。干擾頻譜能全部或絕大部分通過對(duì)方接收機(jī)的頻率選擇回路，雖然與對(duì)方信號(hào)的頻譜不一定重合或頻率重合度不高，但也能形成一定程度的干擾。

由于半瞄準(zhǔn)式干擾功率不集中，利用率低，只在特殊情況下使用。如對(duì)方信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間短，來不及瞄準(zhǔn)，或者對(duì)有的通信方式來說不需要準(zhǔn)確的頻率重合也能取得較好的干擾效果等。

C) 阻塞式干擾。阻塞式干擾又稱為攔阻式干擾，起干擾輻射的頻譜很寬，通常能覆蓋對(duì)方通信臺(tái)站的整個(gè)工作頻段。阻塞式干擾又可分為連續(xù)阻塞式干擾和梳形阻塞式干擾兩種。連續(xù)阻塞式干擾在整個(gè)頻段內(nèi)發(fā)射干擾信號(hào)，同時(shí)壓制該頻段內(nèi)的通信信號(hào)；梳形阻塞式干擾的干擾頻帶呈梳形，落入這些頻帶的通信信號(hào)受到干擾。干擾頻帶可以為固定的或者移動(dòng)的。

阻塞式干擾的有點(diǎn)是無需頻率重合設(shè)備，也不需要引導(dǎo)干擾的偵測設(shè)備，設(shè)備相對(duì)簡單，能夠同時(shí)壓制頻帶內(nèi)的多個(gè)通信臺(tái)站。但其缺點(diǎn)：一是干擾功率分散而且效率不高；二是在施放阻塞式干擾時(shí)，落入其頻帶內(nèi)的己方通信信號(hào)也將受到干擾。阻塞式干擾大多工作在超短波范圍內(nèi)。

D) 掃頻式干擾。掃頻式干擾是指干擾發(fā)射機(jī)的載頻在較寬的頻段內(nèi)按某種方式由低端到高端，或由高端到低端，連續(xù)變化所形成的干擾。

掃頻式干擾系統(tǒng)是自動(dòng)化程度比較高的干擾系統(tǒng)。對(duì)預(yù)干擾信道，通過提前預(yù)置的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并在一定的頻段范圍內(nèi)反復(fù)掃描，當(dāng)被預(yù)置信道的信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，便可自動(dòng)隨機(jī)干擾。這種干擾具有干擾反應(yīng)時(shí)間短、機(jī)動(dòng)中仍可進(jìn)行干擾、管理方式自動(dòng)化等特點(diǎn)。

三、設(shè)備特點(diǎn)與應(yīng)用場景

從使用情況來看，目前國際上使用廣泛的無人機(jī)攔截設(shè)備當(dāng)屬壓制式干擾設(shè)備，其在戰(zhàn)場及社會(huì)公共安全領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作用。對(duì)于該類設(shè)備而言，攔截效果好的當(dāng)屬全向壓制式設(shè)備。

全向壓制式設(shè)備，顧名思義就是可以不分方向的向設(shè)備的水平360°范圍內(nèi)釋放大功率壓制式干擾信號(hào)，下圖1所示的就是一個(gè)典型的全向壓制式設(shè)備。

圖1 全向壓制式設(shè)備(地面架設(shè)式)

以我國市場為例，市場上絕大多數(shù)無人機(jī)使用頻率不超過1575MHz±10MHz，2408-2440MHz、5.725-5.850GHz(5725-5850MHz)這三個(gè)頻段，因此市場上幾乎所有的無人機(jī)全向壓制式干擾產(chǎn)品都包含這三個(gè)頻段。

在此基礎(chǔ)上，全向壓制式設(shè)備通常還包含部分無線通信設(shè)備(如對(duì)講機(jī)、無繩電話等)頻段以及常見的遙控危險(xiǎn)物頻段，因此此類設(shè)備通常具有通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

從現(xiàn)有使用情況來看，因?yàn)樵擃愒O(shè)備發(fā)射功率通常較大，覆蓋區(qū)域較廣，所以通常適用于特殊場合的強(qiáng)干擾性無人機(jī)攔截，如軍事化場所、核電站和囚車押運(yùn)等。

圖2 全向壓制式設(shè)備(車載式)

圖2所示的是一類車載式全向壓制式設(shè)備，該類設(shè)備在國際上軍用和警用領(lǐng)域較為廣泛，發(fā)揮了較好的實(shí)戰(zhàn)效果。

四、參數(shù)與優(yōu)缺點(diǎn)解析

4.1 頻段解析

為了對(duì)不同頻率的無人機(jī)實(shí)施有效攔截，無人機(jī)全向壓制式設(shè)備通?？砂l(fā)射多個(gè)頻段的壓制式干擾信號(hào)。通過公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)國內(nèi)常見的無人機(jī)全向壓制式設(shè)備頻段整理，大致統(tǒng)計(jì)了該類設(shè)備的典型頻段(圖3所示)。

圖3 無人機(jī)全向壓制式設(shè)備頻段統(tǒng)計(jì)

從圖3可以看出，國內(nèi)無人機(jī)全向壓制式設(shè)備基本涵蓋了我國和國外無人機(jī)控制的典型頻段，同時(shí)該類設(shè)備通常還具有一些非典型的無人機(jī)控制頻率，在此不再贅述。

4.2設(shè)備局限性

因?yàn)槿驂褐剖皆O(shè)備是以高功率壓無人機(jī)目標(biāo)信號(hào)，所以在保證工作范圍和有效工作距離的基礎(chǔ)上需要較大的發(fā)射功率，工作時(shí)對(duì)人體輻射強(qiáng)度大、易超國家限值范圍。按照GB8702-2014《電磁環(huán)境控制限值》中電場強(qiáng)度限值不大于12V/m的規(guī)定，從檢測中心統(tǒng)計(jì)的8款典型設(shè)備輻射強(qiáng)度數(shù)據(jù)來看，該類設(shè)備通常都存在輻射值超標(biāo)情況，部分產(chǎn)品嚴(yán)重超標(biāo)，見下圖4。

圖4 無人機(jī)全向壓制式設(shè)備1m處輻射值統(tǒng)計(jì)

從上圖可以看出，8款典型的無人機(jī)全向壓制式設(shè)備在1m處的輻射值均存在超標(biāo)情況，超標(biāo)嚴(yán)重的設(shè)備輻射值214v/m，超過國家標(biāo)準(zhǔn)16倍多，輻射強(qiáng)度低的一個(gè)設(shè)備測試值也達(dá)到了25.7v/m，超出了國家標(biāo)準(zhǔn)1倍多。

除前文提到的輻射超標(biāo)缺點(diǎn)外，該類設(shè)備因以全向方式發(fā)射干擾信號(hào)，會(huì)對(duì)作用范圍內(nèi)同頻電子設(shè)備造成較強(qiáng)干擾，所以在舉辦大型活動(dòng)需要用到諸如音響、舞臺(tái)遙控等無線設(shè)備時(shí)，通常不建議采用該類設(shè)備進(jìn)行無人機(jī)攔截。

五、結(jié)論與展望

本文從無人機(jī)攔截技術(shù)分類與現(xiàn)狀入手，首先按照攔截技術(shù)路線對(duì)現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行了解析和分類，然后通過應(yīng)用平臺(tái)的不同將該類系統(tǒng)(設(shè)備)進(jìn)行了應(yīng)用方式區(qū)分。接下來，本文從技術(shù)原理角度闡述了無人機(jī)壓制式干擾攔截，并對(duì)該類設(shè)備進(jìn)行了頻段和應(yīng)用場景分析。最后，本文從實(shí)際應(yīng)用角度分析了該類設(shè)備輻射強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，介紹了該類設(shè)備的局限性。

通過文中數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，該類設(shè)備輻射強(qiáng)度大，存在嚴(yán)重超過國家安全限制的情況，因此僅適用于特殊場景和特殊場合的應(yīng)用，只有不斷降低設(shè)備輻射危害，才能更好地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，為低空公共安全提供保障。