小型無人機的威脅特征

吳軍，陳勇，羅沐陽

95894部隊

隨著無人機成本降低和技術發展，大量小型無人機進入消費娛樂市場，在給人們生活帶來便利的同時，也在引發潛在威脅。本文首先分析小型無人機技術特性，并介紹其威脅特征，最后提出應對小型無人機威脅的防范措施。

十多年前，大眾娛樂活動常使用航空模型。但隨著無人機技術日益成熟與生產成本的降低，現在普通消費者可以低價購買到高性能商用無人機，對飛行感興趣的消費者希望使用第一人稱視角操控無人機，沒有操控技能或掌握很少操控技能的個人則希望擁有“飛行攝像機”。之前花費很大代價才能獲得、甚至無法獲取的信息，通過無人機機載傳感器可以輕易獲得，刺激了無人機商業應用的發展。然而萬事皆不完美，一些使用者將小型無人機用于不道德和違法活動。2015年1月26日，一架小型無人機墜毀在美國白宮南部草坪，美國特勤局立即進行安全調查。2016年5月28日傍晚，一架無人機出現在成都雙流國際機場起降空域，導致其停航關閉1h20min，造成55個航班無法正常起降。2020年7月9日安徽歙縣高考結束后兩架小型無人機違規飛進校園，均被民警采用無人機反制槍“擊落”。

截至2019年底，我國無人機擁有者注冊用戶達37.1萬個，其中個人用戶32.4萬個，企業、事業、機關法人單位用戶4.7萬個。目前，無人機已廣泛應用于航拍、農業植保、測繪、自拍等領域，市場需求促進了無人機傳感器和自動化技術的發展，未來將在高度網絡化的包裹投遞、通信中繼、貨運甚至城市空運等領域發揮更大作用。無人機技術創新異常迅速，不到一年就會升級換代，重量小于25kg的小型無人機尤其如此。隨著無人機自主飛行能力增強、無人機的應用數量，尤其是在人口稠密城市呈指數級增長，對公共安全和安保構成重大威脅。

技術特性

無人機技術的快速發展和廣泛使用，對安全產生了威脅和潛在影響。圖1按技術特點劃分了六個維度，按從左到右的順序，識別和處置難度逐漸增加。通過了解每個維度的現狀，分析無人機市場走向，可以識別未來的潛在威脅。

圖1 無人機威脅特征范圍。

技術復雜

從僅能在空中懸停的玩具無人機，到可以投射彈藥、自動化程度高、幾乎沒有電磁輻射的軍用無人機，技術復雜程度逐漸增強。總的來說，無人機的應用范圍正快速拓寬，技術越來越先進，即使是用于娛樂的無人機也具有高性能，如高度保持、位置保持、航路點導航，甚至目標跟蹤等性能均很好。隨著傳感器、材料、計算機、高密度電池和推進等技術進步，以及采用新型機體結構設計，無人機的各個維度和性能指標都在迅速提高。無人機尺寸更小，飛得更快更遠，監視范圍更廣、分辨率更高，攜帶的任務載荷更多，而且更加靜音。所有這些特征將使其更具破壞性和潛在的致命性，并且難以防御。通過快速成型、計算機輔助設計、增材制造（即3D打印）和大規模網絡協作，可實現新的系統功能。高性能復雜構型設計包括多旋翼與固定翼結合的復合翼構型，具有旋翼機的垂直起降功能和固定翼無人機的前飛優勢；裝配小型渦輪發動機或者配備火箭助推發射裝置，具有更快的巡航速度；大展弦比復合材料機翼，重量輕，可以實現超長航時飛行。

圖2 設置略微改動也會使小型無人機更難被探測和防御。

組裝容易

從標準化商用現貨到非標準化的定制系統，都可以從市場購買零部件組裝，也可以從零開始研制。為擴大市場銷量，大多數商用無人機都是“開箱即用”，信息公開透明，容易操控也容易防御。但一些商用無人機的出廠設置很容易修改，即便是較小的設置改動也會使其更難探測和防御。例如，有些無人機只需操控人員在復選框中勾選，就能讓無人機按預設航線飛行，而不是通信中斷后自動返航。

定制無人機的多樣性，其性能和組成很難預測和評估，難以及時應對。此外，為滿足安全性和可靠性需求，廠商采用各種技術提升產品性能和可靠性，使得“貨架無人機”也很難被探測和處置，如果使用人員將之用于違法行為，將轉化為更大的殺傷力。這些新技術包括基于機器學習的機器視覺、人工智能驅動的自動化控制系統、計算機數控加工工藝和增材制造實現高度優化的機體。

飛行控制

圖3 無人機蜂群的威脅增加了反無人機作戰的難度。

無人機控制系統已變得復雜，從簡單的直接遙控舵面，發展到機載自動飛行控制系統管理基本飛行功能，接收操控員的輸入指令并處理，再向飛行舵面發出控制指令的多層控制系統。目前，大多數無人機按操控員輸入指令飛行，對依賴無線電實時遙控遙測的無人機來說，通信中斷可能導致無人機墜毀、迫降、停飛或返航。但自動化技術的高度發展，通過快速改善內存、計算能力和傳感器，無人機可以自主飛行，而不需要持續的直接通信支持。此外，視覺導航、同時定位與地圖繪制等自動化算法的發展，減少了無人機對GPS導航的依賴。探測不到無線電信號，就無法實施干擾包括GPS干擾，發現和擊落無人機將變得極其困難。

無人機蜂群技術

目前，大多數無人機都是由一名操控員控制，未來一名操控員能夠控制多架無人機。隨著自主性的提高，在沒有人員直接操控的情況下，多架無人機協同工作成為可能。研究人員正在研究無人機蜂群自組網通信、協同控制技術完成任務。無人機蜂群技術極大提高了無人機執行攻擊任務的生存能力和殺傷能力，使反無人機作戰復雜化。

數據鏈路

目前，大多數無人機的指揮和控制信息由無線電數據鏈傳輸。雖然無線電通信是最為常見的方式，但激光和紅外收發器也可以傳輸指控信號。無人機指控鏈路使用工業、科技和醫療等領域通用的433MHz、900MHz、1.2GHz、2.4GHz和5.8GHz標準頻段直接通信，通信協議是從常用的WIFI協議演變而來，目前反無人機技術主要是依靠檢測、阻斷和干擾通信。為提高使用的可靠性和完整性，無人機采用了越來越先進的系統和技術，如跳頻和無線蜂窩網絡，導致了意想不到的后果，難以及時發現和處置“黑飛”無人機。無人機將與其它移動通信設備一樣，廣泛使用4G/5G蜂窩網絡，能有效隱藏其通信信號。隨著蜂群技術的發展，將會增加基于網格的通信鏈路使用，可以自動重新配置，以確保蜂群無人機之間的可靠通信。商用無人機也會采用與軍事通信系統類似的分層技術，為無人機提供ISM、蜂窩式和衛星通信等多種通信選項。

網絡防護

網絡防護與指控鏈路、自動駕駛的性能相互影響。大多數無人機采用與信息系統相同的網絡保護措施，包括使用密碼訪問、數據混淆和加密。復雜應用中，通過停用或移除通信系統來切斷外部輸入，能顯著提高無人機的安全性，但也使抵御無人機惡意行為的工作更加復雜化。

隨著技術發展和成本持續下降，將會更多使用無人機威脅特性范圍中各維度的右側特性，無人機威脅的數量和程度可能會增加。

威脅類型

小型無人機的安全威脅主要包括干擾、偵察監視和惡意攻擊等三種類型。許多無人機事件是由操控員的無知或失誤引起，擾亂了社會正常運行秩序并造成損害；少數不道德或違法行為，如窺探隱私、跟蹤盯梢、養殖場投毒和商業間諜等，將對個人和社會產生不良影響；威脅最大的是恐怖分子或惡意攻擊國家的暴恐襲擊行為。下面按不同意圖對無人機的威脅進行分類，為各部門無人機反制工作提供支撐。

圖4 無人機在公路上拍攝高速行駛的車輛，可能會引發車禍。

圖5 無人機在機場禁飛區內飛行則會影響航班正常起降。

無意擾亂

無人機未經審批，在錯誤的時間和未經許可的地點飛行，就可能擾亂個人生活、行業運行和大型活動，造成經濟損失和社會影響。例如拍攝公路上高速行駛的車輛，可能會分散駕駛員的注意力，引發車禍；為獲取第一手信息，出現在災難現場將干擾救援人員的正常行動和緊急飛行操作，出現在大型體育賽事期間則會中斷比賽；在機場禁飛區內飛行則會影響航班的正常起降，甚至造成空中碰撞事故。此外，無人機無線電信號會干擾無線網絡和通信系統。

偵察監視

無人機尺寸較小、易于操控，能夠攜帶先進的情監偵（ISR）傳感器組件，監視公民日常活動，也可對大面積區域持續偵察。和其他ISR航空器不同，無人機可以直接飛到有利位置停留，隱藏在人們的視線之中，節省的電能可以用來延長任務執行的時間。無人機窺探個人隱私，效率高、迷惑性強，對公民日常生活造成很大影響；無人機用于監視重要場所和重要目標，以及盯梢重要人物，將產生潛在威脅；用于戰場偵察監視，可以進行任務前的情報收集、任務后的效果評估以及協同地面進攻。

違禁品投送

快遞無人機已進入商業市場，通過正常的商業途徑可獲得這類無人機運送物品。但是，出現了不正當商業競爭行為，使用者利用無人機向對方的豬場和魚塘等養殖場所投毒；為規避安全檢查，使用者用無人機向監獄空投毒品、手機或其他違禁物；為獲取暴利，不法分子用無人機越境運輸毒品和其他禁運物資，躲避海關檢查。

硬軟打擊

無人機可執行攻擊任務，也可以攜帶電子戰任務載荷實施無線電信號干擾，還可以投放化學、生物、放射性、核和爆炸性物質，甚至發射制導導彈攻擊目標。目前，無人機作戰時可發射彈藥打擊地面目標，也可以采用自殺式攻擊摧毀地面目標和空中飛機。

圖6 反無人機電磁槍可防御小型無人機入侵。

應對措施

深入了解無人機的威脅特征和類型，以便應對小型無人機的威脅，現提出如下建議。

首先，應加強監管，設置無人機禁飛區、建立無人機身份標識碼。工業和信息化部發布的《民用無人機生產制造管理辦法（征求意見稿）》規定，無人機應當具有電子圍欄和唯一產品識別碼。尤其是超視距飛行的無人機應定期向安保機構、執法部門和航空管制機構自動播報身份和位置信息，不僅便于相關部門實時識別和跟蹤，確保不會造成威脅和安全隱患，而且還有助于迅速排除“黑飛”的無人機，使相關部門集中精力管理未經授權、無身份標識碼、可能造成威脅的無人機。利用雷達、聲學傳感器和激光雷達等手段探測未授權的無人機飛行，將完善對已授權無人機的運行管理。

第二，應針對小型無人機的固有特性，發展探測和防衛手段。隨著技術的成熟，基于無線電通信鏈路和GPS信號的探測和防衛手段將逐漸失效，應將無人機機體重量、機載電子設備和動力裝置等固有特性，作為研發探測和防衛無人機設備的重點關注對象。隨著無人機技術的迅速發展以及反無人機法律法規的日趨成熟，及時追蹤無人機技術的最新發展，為安保和執法人員提供探測和防衛無人機威脅的技術準備至關重要。此外，還要不斷試驗反無人機裝備對新型無人機的作用效果。

第三，采用彈性和分級的方法增強防御。沒有哪種傳感器模式在任何情況下都能探測到各種無人機。最有效的系統是雷達、無線電和聲學等多種傳感器的融合，采集各種數據加以綜合分析，準確掌握無人機潛在威脅的確切狀況。同樣，考慮到命中概率、作用距離和最小化附帶損傷，沒有任何一種打擊手段可以應對所有威脅，為保證成功率，聯合使用多種手段可能是最有效的方案。

最后，應加強操控人員的教育和培訓。繼續發展和改進操控人員的教育培訓體系，增強操控員安全意識，確保他們遵守相關的飛行管理規定和法律法規，減少或降低的意外失誤和錯誤操控。■