探討無人機典型機型的反制思路

作者向文豪 王棟

無人機具有無人員傷亡、操作簡單等特點，在軍民各領域得到了廣泛應用。但是目前無人機技術發展日新月異，國內無人機“黑飛”現象嚴重，國際上頻頻出現無人機襲擾以及重要人物遇襲事件，為維護國內正常的社會秩序和國家主權安全，亟需開展對無人機反制技術的研究。

1. 無人機技術快速發展亟需未雨綢繆

美國2013-2038年無人機發展路線圖基本上代表了國際上無人機技術發展方向，其中對無人機各項性能劃分如圖1所示，目前無人機主要以多手段偵察為主，兼顧打擊能力，實戰應用中發揮了重要作用，其應用任務及相關的技術途徑威脅分析見圖2。

圖1 美國2013-2038年無人機發展路線圖

圖2 無人機任務及威脅示意圖

通過對最新無人機國際專利的統計，如表1所示，飛行控制技術相關的專利最多，達到3022件；飛行器總體技術的專利申請排名第2（旋翼級、垂直起飛或著陸的飛機、操縱面、機翼、機身等都是關于飛行總體技術）；發射和回收技術排名第3。

可以看出，世界各國在無人機技術布局和發展趨勢主要集中在飛行控制和飛行器總體兩個方面。

另外，隨著隱身、長航時等技術的發展，形成了艦載起降固定翼（TERN計劃）、蜂群等的無人機應用應用，無人機的部署更加機動，任務手段更加多樣化，對無人機反制提出了更高的要求。

表1 無人機國際專利統計表

隨著人工智能、復材加工、自主導航、蜂群控制等技術的迅速發展，無人機的技術門檻越來越低，性能越來越高、應用更加多樣、更加難以反制。急需緊跟無人機發展趨勢，發展相應反制無人機技術。

2. 國內民用無人機黑飛擾亂社會秩序

從國內角度而言，民用無人機是近年來快速發展的新興產業，在技術和市場的共同推動下，無人機的數量和規模呈爆發式增長，在經濟社會各領域的應用日趨廣泛，但頻頻發生的無人機違規飛行不僅影響了民航正常運行，更威脅著國家安全和社會穩定。

據新華社消息，僅2018年1月中旬至2月中旬，就發生12起無人機違法違規運行威脅民航安全事件。在諸如政府、機場等敏感地區也出現多次有意或無意的無人機非法飛行事件；ISIS組織在網上公開發布采用多旋翼無人機開展恐怖襲擊的教程。

由于無人機采購和運營成本低、飛行器來源復雜、型號種類眾多、性能指標各異，導致無人機種類較多；目前無明確的限制性法規和標準的監管審批流程，導致無人機監管手段空白；無人機飛行速度慢、體積小，偵察難度大，導致無人機的發現難度大，目前缺乏無人機處置手段、硬殺傷附帶毀傷較大、處置效果難以評估。

3. 開展無人機反制技術發展重要意義

隨著技術進步，無人機應用將更加多樣化，性能將更為先進，用途將更加廣泛。我國在未來面臨的無人機問題也將更加嚴峻。因此，發展無人機反制技術是保證在未來擁有反制無人機能力的重要基礎。

近年來，無人機成本、門檻降低，使得“黑飛”現象越來越多，給公眾安全帶來隱患。發展無人機反制技術對空域安全和管理具有重要意義。

一、無人機反制技術需求分析

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

圖3 典型無人機反制階段劃分圖

1）預警探測階段?

具有低慢小目標發現的能力；?

具有對弱輻射源信息偵察和定位的能力；?

具有對目標聲音發現的能力；?

具有前期情報獲取能力。?

2）警戒識別階段

具有低慢小目標辨識的能力；?

具有對弱輻射源定位和情報生成能力；?

具有對目標聲音的識別能力；?

具有光電、雷達目標的關聯能力。?

3）處置決策階段?

具有無人機反制指揮控制能力；?

具有目標自動發送能力；?

無人機反制人工智能輔助決策能力。

4）防御實施階段

具有無人機硬武器打擊能力；?

具有無人機電子干擾軟打擊能力；?

具有無人機任務載荷偽裝欺騙能力。

5）效能評估階段?

具有無人機反制后多維度毀傷效果顯示能力。

2. 按無人機反制利益攸關方劃分的需求分析 無人機反制相關的交互部門、熱點區域、相關設備等均為其利益攸關者，如圖4所示。針對3個主要利益攸關者的要求，分析其對無人機反制的能力需求，捕獲能力需求如表2所示。

圖4 無人機反制利益攸關方示意圖

表2 無人機反制利益攸關方需求分析表 通過對任務場景和利益攸關者的能力需求捕獲，將無人機反制進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T0級功能，適用于指導后續研究。?

圖5 無人機反制能力需求樹

二、現有相關技術譜系

通過對現有的預警探測能力、警戒識別能力、處置決策能力、防御實施能力、毀傷評估能力和政策制度需求的總結分析，得出如圖6技術譜系，并經過與無人機反制能力需求樹對比，得出無人機反制關鍵技術。

圖6 無人機反制技術譜系示意圖 在預警探測方面，主要包括無人機平臺的探測和測控鏈路的偵測。其中無人機平臺的探測技術包括海上“低慢小”目標雷達探測技術、低紅外輻射小目標光電探測技術、聲光結合目標探測技術；測控鏈路的偵測技術包括海上弱輻射信號的檢測技術、電磁輻射信號測向定位技術等；在警戒識別方面，主要包括探測信息處理和目標屬性識別。通常采用的技術包括光電圖像增強技術、光電/雷達多傳感器目標融合技術等；在處置決策方面，主要包括無人機反制指揮控制流程設計、無人機反制人工智能輔助決策等關鍵技術等。 在反制實施方面，主要包括硬打擊毀傷技術、軟殺傷干擾技術和偽裝欺騙技術。硬打擊毀傷技術主要是針對無人機平臺毀傷的反無人機導彈、反無人機激光武器、反無人機微波武器、格斗型無人機、常規火力毀傷武器等。軟殺傷干擾技術主要是針對測控鏈路和衛星導航設備的控制信息干擾技術、數據鏈干擾技術和衛星導航干擾技術等。偽裝欺騙技術主要是針對大型無人機的任務載荷的光學偽裝欺騙、熱紅外偽裝欺騙、聲學偽裝欺騙和電子偽裝欺騙等技術，使其接收虛假的目標信息，迫使其結束任務。 在毀傷評估方面，主要包括無人機反制效能分析技術、無人機反制效能評估準則等關鍵技術。

三、典型機型的反制思路

針對高空長航時、中空長航時、低慢小無人機的情況，通過分析無人機的技術特點，結合無人機反制技術體系[5]，形成如下無人機反制思路。

1. 高空長航時無人機

高空長航時無人機通常為戰略偵察型（或察打型）無人機，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星通信為主，導航采用慣性導航+GPS（軍碼）+輔助手段的組合導航方式，具有較強的抗干擾性。 目前，長航時無人機通常為大展弦比設計，通常不采用隱身設計，可采用對空雷達等方式及時捕獲目標。針對隱身無人機，則需要進一步提高對抗雷達的性能。 由于該類無人機為高價值飛行器，導航方式采用了慣性導航+GPS（軍碼）+輔助手段的組合導航方式，并有一定的抗干擾策略，通過GPS欺騙的方式對導航設備進行干擾存在一定難度。無人機飛離本場后采用衛星通信方式（通常為Ku或Ka，波束比較窄），由于平時考慮外交因素，無法干擾衛星上行鏈路，若需要干擾衛星下行鏈路，則干擾設備需要高于無人機的飛行高度。 因此，針對遠程無人機的反制多采用伴隨干擾的方式，對無人機搭載的任務載荷進行偽裝欺騙，迫使其結束任務；通過開展賽博應用等方式，侵入其測控鏈路和地面站，直接控制飛機。

2. 中空長航時無人機

中空長航時無人機大部分不采用隱身設計，飛行速度較快，通過對空雷達等方式可以及時捕獲目標。同時，由于該無人機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行目標截獲。導航方式采用了慣性導航+衛星導航的組合導航方式，并有一定的抗干擾策略，可嘗試采用衛星導航壓制的方式對其導航設備進行干擾，或采用欺騙干擾的方式對無人機進行誘降。 該無人機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議，發送控制指令，使其降落至本場。

3. 低慢小無人機

低慢小無人機多采用非金屬材料，幾何尺寸小，飛行速度較慢，對空警戒雷達在遠距離很難及時捕獲目標[8]。但由于該無人機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行目標截獲，或近距離通過光電（紅外）或聲波等方式進行目標截獲。 姿態控制多采用了慣性導航+衛星導航的組合導航方式，并有一定的抗干擾策略，可嘗試采用衛星導航壓制的方式對其導航設備進行干擾，或采用欺騙干擾的方式對無人機進行誘降[9]。該無人機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議，發送控制指令，使其降落至本場。

4. 蜂群無人機

隨著無人機應用范圍的日益擴大，應用難度和任務復雜程度的日益加強。單架無人機在執行任務容易出現一些的問題，如單架無人機的觀察角度限制遺漏，可能造成不能夠全方位的去監測偵察或者攻擊目標。單架無人機在飛行途中一旦出現問題，會嚴重影響應用任務進度，甚至可能影響戰局走勢。由于載荷效能受無人機載體限制，單架無人機無法滿足應用需求。由于這些原因，無人機編隊協同應用越來越收到國內外的廣泛關注。

目前無人機編隊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編隊形式最低的形式，由地面站統一進行飛行路徑規劃。無人機間沒有信息交互，地面站為每架飛機規劃方向相同、間隔緊密的航線，無人機按照各自的航線自主飛行完成任務。由于無人機各自航線相鄰較近，形成編隊規模。地面站可根據圖案需求事先規劃好航路，通過數傳模塊隨時切換。

2）忠誠僚機編隊方法。這種是目前無人機編隊最常用的方法之一。長機跟蹤一個預先給定的軌跡，僚機和長機保持一定構型跟隨長機飛行。長機可看作整個編隊的中心，僚機可通過視覺或紅外測距雷達等方式跟隨長機，并實現非GPS定位的編隊飛行。

3）基于行為法。受生物群體社會行為的啟發，越來越多的團隊通過分析生物群體，如蟻群、蜂群、鴿群的行為規律來研究無人機編隊飛行。單架無人機映射蜜蜂，無人機機群映射蜂群。由單架機通過自主智能決策產生的任務響應，并將信息素通過空中無人機自組織網絡傳遞給其他無人機。使具備有限自主能力的多架無人機在沒有集中指揮控制的情況下，通過相互信息交互產生整體效應，實現較高程度的自主協作，從而能在盡量少的人員干預下完成預期的、單架無人機無法實現的任務目標。這種方式沒有中心，每架機在集群中權重相同，是多智能體自主決策的集群無人機。 無人機編隊平臺目前也多種多樣，如美國空軍技術學院在“捕食者”和“全球鷹”無人偵察機的基礎上進行無人機系統偵察任務規范化研究。美軍的“山鶉”無人機長不足0.3米，重不足1kg，使用3D打印技術制造，可從戰機干擾彈投放，飛往低空偵察。 所以基于目前編隊形式、平臺的多樣化的特點，反制無人機編隊手段也各自不同：

1）反制采用航跡一致方法的無人機編隊 采用航跡一致編隊方法的無人機多使用低慢小平臺。這類無人機大多使用GPS定位，Mems導航設備，采用大功率WIFI或點對點數傳通信。 反制這種編隊飛機軟打擊方式可采用區域電子干擾，采用欺騙或壓制等手段，干擾無人機數據鏈、干擾GPS信號，偽裝誘騙無人機編隊?；蛘咄ㄟ^WIFI注入等賽博攻擊方式控制無人機編隊。 由于飛機飛行速率較低，也可采用防空炮進行摧毀。也使用聲波武器擊落無人機，或者使用微波武器摧毀無人機電子設備。

2）反制忠誠僚機編隊方法的無人機編隊 針對該類無人機編隊，在通過雷達探測目標后，判斷長機并對其進行針對性干擾；在進入火力打擊范圍內對其進行攻擊或捕獲。 也可以通過電子干擾干擾僚機，削弱無人機編隊力量。

3）反制基于行為方式的無人機編隊 基于蟻群、蜂群、鴿群等行為方式的無人機編隊的特點是依靠群體智能，分布式自組織的、無中心的無人機集群。只要飛機數量足夠多，即可源源不斷的飛向應用對象。反制這種無人機編隊形式軟打擊手段是進行偽裝欺騙，使無人機探測不到任務特征，單體無法做出決策。同時使用聲波、微波等方式對區域內無人機進行干擾、破壞。

審核編輯：黃飛

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