反低慢小無人機系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其架構(gòu)研究

摘" 要：隨著無人機黑飛事件增多，軍事對抗中的無人機集群技術(shù)快速發(fā)展，對低慢小無人機或集群進行探測及反制技術(shù)研究尤為重要。該文首先分析無人機及集群可能帶來的威脅，而后整理歸納反無人機系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，并進行對比，最后對相關(guān)研究者提出的反無人機系統(tǒng)進行分析，為后續(xù)反無人機系統(tǒng)架構(gòu)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：低慢小無人機；探測技術(shù)；無人機反制技術(shù)；反無人機系統(tǒng)架構(gòu)；無人機威脅

中圖分類號：TP391.4" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）10-0021-06

Abstract： With the increase of black flight accidents of UAVs and the rapid development of UAV swarm technology in military confrontation， it is particularly important to study the detection and countermeasure technology of low-slow-small UAVs or UAV swarms. First of all， the possible threats posed by UAVs and UAV clusters are analyzed. Then， the key technologies of counter-UAV system are summarized and compared. Finally， the counter-UAV system proposed by relevant researchers is analyzed， so as to provide reference for the follow-up research on counter-UAV system architecture.

Keywords： low-slow-small UAV; detection technology; counter-UAV technology; counter-UAV system architecture; UAV threat

隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機已運用到娛樂、地質(zhì)、交通、安全、航運、農(nóng)業(yè)和通信、軍事在內(nèi)的其他垂直領(lǐng)域。特別在當(dāng)今動蕩的國際社會中，無人機技術(shù)在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，如俄烏沖突中，對戰(zhàn)雙方使用多種無人機平臺進行情報偵察、電子干擾等任務(wù)，作戰(zhàn)效果相當(dāng)明顯[1]。面對近年來民用無人機“黑飛”事件及無人機及其蜂群在軍事領(lǐng)域應(yīng)用不斷增多，對反無人機系統(tǒng)的研究顯得尤其重要。本文首先介紹了低慢小無人機及其集群可能帶來的威脅。接著描述了反低慢小無人機系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，并對不同的技術(shù)進行了分析對比，驗證了一個反低慢小無人機系統(tǒng)必定是多種技術(shù)手段結(jié)合才能夠全方位實時對入侵的無人機進行反制。最后，對相關(guān)研究者提出的反低慢小無人機系統(tǒng)方案進行研究分析，為相關(guān)研究者研發(fā)反低慢小無人機系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

1" 低慢小無人機及其集群的威脅

低慢小無人機是指飛行高度低、速度慢、體型小的無人機，其具體的指標為飛行高度在1 km以下，移動速度在200 km/h以下，雷達散射面積在2 m2以下[2]。其主要包括輕型和超輕型無人機、輕型直升機和模型航空器等類型。起飛方式主要有垂直起降、拋射起飛和彈力起飛。汪洋等[3]對無人機執(zhí)行任務(wù)過程進行了總結(jié)，如圖1所示，主要包括起飛、爬升、巡航、抵達任務(wù)區(qū)執(zhí)行任務(wù)、返航、下降和降落，對無人機進行反制可以從其中的某一環(huán)節(jié)進行。該節(jié)主要講述低慢小無人機帶來的威脅，即主要指其抵達任務(wù)區(qū)執(zhí)行任務(wù)帶來的威脅。

1.1" 無人機的威脅

無人機作為一個飛行平臺，主要靠其攜帶的載荷執(zhí)行任務(wù)，不同的載荷帶來的威脅類型不同。載荷主要有可見光/紅外光電傳感器設(shè)備、彈藥補給等物資、電子戰(zhàn)設(shè)備和武器設(shè)備等，其所帶來的威脅見表1。

由表1可以發(fā)現(xiàn)，無人機作為一個平臺可以搭載各種各樣的載荷以實現(xiàn)目的。如若提前布置反制手段，將會對公共安全、金融安全等多個方面造成嚴重影響。

1.2" 無人機集群的威脅

21世紀初，美國首次提出無人機群概念，并開展了一系列概念改進和技術(shù)積累工作。無人機集群主要運用在軍事領(lǐng)域中，其基于單個無人機的作戰(zhàn)能力，由無人機之間的自主協(xié)作支持，基于開放式體系結(jié)構(gòu)集成，具有高度智能自主性和功能分布的特點，可以執(zhí)行特定的作戰(zhàn)任務(wù)。無人機群技術(shù)以其低成本單元能夠不對稱地抵消傳統(tǒng)大型多功能平臺的能力，已引起了各國軍隊或軍事組織的關(guān)注，并得到迅速發(fā)展[4]。

無人機集群能有效提高己方的通信、指揮、情報偵察、態(tài)勢感知和攻擊能力。其可以阻斷通信網(wǎng)絡(luò)，壓制防空系統(tǒng)，同時破壞敵人的重要目標。無人機群滿足未來戰(zhàn)爭中機動、靈活和多樣化作戰(zhàn)的要求。相較于單個無人機，無人機群還具有以下威脅。

一是攻擊飽和，穿透能力強。由于無人機的低成本以及可被迅速制造使得其在對抗中具有非對稱性作戰(zhàn)能力特點。無人機群具有分布式和自組織的，可以在超低空飛行、重組和智能分組以避開障礙物的特點，這使得無人機集群對抗反無人機系統(tǒng)時，反無人機系統(tǒng)往往性能會受到壓制，防御系統(tǒng)即使能阻擋住一部分無人機，剩余的無人機足夠?qū)χ匾繕诉M行打擊。

二是攻擊維度多樣。單臺無人機所能攜帶的任務(wù)載荷有限，而由多無人機組成的集群能夠在不同的無人機上放置不同的任務(wù)載荷，以實現(xiàn)多種作戰(zhàn)能力。這種多任務(wù)載荷組合運用使得無人機群具備攻擊維度多樣的特點，其可以從物理，電磁等維度對敵方進行綜合攻擊，使敵方反無人機系統(tǒng)失能，達成作戰(zhàn)目的。

三是易與其他系統(tǒng)協(xié)作。無人機集群系統(tǒng)作戰(zhàn)協(xié)調(diào)能力很強，如無人機群中的協(xié)調(diào)以及無人機集群與作戰(zhàn)系統(tǒng)中的飛機、艦船和地面部隊等節(jié)點之間的內(nèi)部協(xié)調(diào)，以提高系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。這些系統(tǒng)協(xié)同運作起來將在戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用方面具有很大的創(chuàng)新空間，實現(xiàn)一些新的作戰(zhàn)模式，讓敵方防不勝防。

近幾年來，使用無人機集群攻擊重要目標的事件逐漸增多。2018年1月，恐怖分子使用13架簡易無人機組成了一個主要無人機群襲擊了敘利亞的俄羅斯軍事基地，對基地構(gòu)成了嚴重威脅；2019年9月，胡塞武裝組織使用18架無人機襲擊了沙特石油設(shè)施，導(dǎo)致沙特石油產(chǎn)量減半，世界油價上漲；2022年10月，俄烏沖突中，烏方稱俄方使用自殺式無人機集群攻擊了基輔。上面的例子說明無人機集群技術(shù)已不是紙上談兵，對其進行反制的相關(guān)技術(shù)研究迫在眉睫。

2" 反無人機關(guān)鍵技術(shù)

反無人機系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要可以分為無人機探測、電子攔截、物理攔截和偽裝欺騙4個方面，圖2為反無人機關(guān)鍵技術(shù)分類圖，該節(jié)從這4個方面進行描述。

2.1" 探測技術(shù)

無人機探測技術(shù)主要指對入侵無人機進行檢測、識別和跟蹤，采用的方法主要有雷達探測、光電探測、射頻探測和聲波探測。雷達探測是指有著單個或多個天線的雷達設(shè)備，發(fā)出信號并接收飛機的反射，測量空間坐標、速度、加速度和方向，可同時檢測和跟蹤多個目標；光電探測是指利用可見光，紅外，激光成像設(shè)備采集圖像，通過分析特征以識別無人機；射頻探測是通過無人機發(fā)射的射頻信號從而識別無人機；聲波探測是指通過無人機電機或旋翼產(chǎn)生的聲音來探測無人機。這幾種方法的優(yōu)缺點見表2。

由表2可以看出，不同的探測手段應(yīng)對的場景有所差異，每種方法都有其優(yōu)缺點。這就要求反無人機系統(tǒng)設(shè)計者要根據(jù)自身的場景需求，合理地采用不同手段組合以達到無論何時何種天氣條件下識別入侵無人機。

2.2" 電子攔截技術(shù)

無人機電子攔截技術(shù)是指通過無線電干擾或欺騙無人機，是一種軟殺傷方式，讓其無法執(zhí)行任務(wù)。主要有射頻干擾、GPS干擾或欺騙及破解控制3種方法。射頻干擾是指使用射頻信號中斷無人機與操作員之間的通信；GPS干擾或欺騙是指當(dāng)無人機使用GPS進行定位及導(dǎo)航時，發(fā)射GPS頻段干擾信號或偽GPS信號使無人機失去GPS信號或獲取虛假的GPS信號；破解控制是指第三方通過模擬無人機的遠程控制信號來控制無人機。這幾種方法的優(yōu)缺點見表3。

電子攔截技術(shù)提及的3項方法還有以下共有特點：一是需要根據(jù)電磁信號使用法規(guī)提前報備；二是可以對單個無人機或無人機集群同時影響，成本幾乎沒有影響；三是其無法影響自主運行的無人機。

2.3" 物理攔截技術(shù)

物理攔截技術(shù)是指對無人機進行物理層面的攔截，是一種硬殺傷方式。該類技術(shù)使用的方法多樣，主要分為傳統(tǒng)彈炮、新型彈藥、捕獲和定向能4種類型。傳統(tǒng)彈炮是指使用槍支、導(dǎo)彈等傳統(tǒng)防空手段對無人機進行摧毀；新型彈藥主要是指針對無人機及集群專門研制的具有低成本或殺傷范圍廣的彈藥，如微型導(dǎo)彈或集束彈藥；捕獲類是指使用網(wǎng)彈、猛禽抓獲和捕捉網(wǎng)等；定向能武器主要指激光、微波。這幾種技術(shù)類型的優(yōu)缺點見表4。

由表4可以發(fā)現(xiàn)不同物理攔截方法效果不一，成本相差大，需要結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境及考慮敵方可能執(zhí)行的任務(wù)，合理選擇方法。

2.4" 偽裝欺騙技術(shù)

偽裝欺騙技術(shù)是指通過己方采取措施以偽裝己方防守目標或欺騙敵方無人機的目的。主要有面區(qū)域釋放煙霧干擾、點單位偽裝隱蔽和輻射信號欺騙3種方法。面區(qū)域釋放煙霧干擾是指在一定區(qū)域內(nèi)釋放寬波段煙霧，使得目標無人機無法正常使用如可見光、紅外和激光任務(wù)載荷發(fā)現(xiàn)己方目標，達到干擾敵方的目的；點單位偽裝隱蔽是指對重點目標進行降溫或遮蓋等措施，降低目標與背景對比度，使目標無人機接受虛假信息，達到偽裝隱蔽的目的；輻射信號欺騙是指己方通過主動輻射雷達等信號，吸引敵方無人機遠離重要目標，引誘至己方打擊范圍內(nèi)進行反制。這幾種方法的優(yōu)缺點見表5。

偽裝欺騙技術(shù)主要目的是使敵方無人機任務(wù)載荷無法準確獲取其任務(wù)目標信息，且由于該技術(shù)主要對己方進行防御，其對無人機集群有著良好的效果，同時該技術(shù)可以擾亂敵方情報，從而可能致其后續(xù)決策失誤，給己方創(chuàng)造機會。

3" 反無人機系統(tǒng)架構(gòu)研究

反無人機系統(tǒng)往往是多種手段結(jié)合的系統(tǒng)，通常由探測技術(shù)和反制技術(shù)構(gòu)成。而現(xiàn)今的反無人機系統(tǒng)架構(gòu)研究中，更加傾向于智能一體化，即無論遠近，無論環(huán)境情況，都能夠有效探測目標無人機或集群并進行反制。

王智顯等[5]提出了一個SKDC-LDS（Soft-Kill Distributed Coordination Layer Defence System）反低慢小無人機系統(tǒng)解決方案，即以電子戰(zhàn)軟殺傷鏈為核心的分布式協(xié)同分層防御系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為遠、中和近3個區(qū)域，且為其反制技術(shù)手段作用范圍及成本做了劃分，如圖3所示，其中白色方塊指低成本反制技術(shù)的作用距離，黑色方塊指允許成本顯著上升時反制技術(shù)作用距離。該解決方案中，在遠區(qū)和中區(qū)主要通過電子戰(zhàn)的方式攻擊目標無人機，近區(qū)在使用電子戰(zhàn)的同時，進行多種手段的綜合運用。

李晶晶等[6]提出了一種基于多層防御思想的低空近程反無人機體系構(gòu)想，該系統(tǒng)以“分布式組網(wǎng)探測，軟硬殺傷結(jié)合，梯次協(xié)同防御，機動靈活部署，層層攔截消耗”的防御理念來構(gòu)建。圖4為體系防御圖，該系統(tǒng)在距離防御中心25、15 km（全態(tài)勢感知雷達）處部署了6輛機動探測車，以實現(xiàn)在30 km范圍內(nèi)也能夠精確探測無人機。另外，該體系還創(chuàng)新提出了一種精確制導(dǎo)反無人機導(dǎo)彈和基于電磁脈沖大面積殺傷炸彈。

張進等[7]提出了由固定式防空系統(tǒng)與移動式防空系統(tǒng)結(jié)合的新型無人機防空系統(tǒng)，如圖5所示。該系統(tǒng)有2種部署結(jié)構(gòu)，一種是重合式系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)，另一種是分離式系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)。其中分離式系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)比較有借鑒意義，如圖6所示，通過無線連接的方式，起到了擴大防御范圍和遠程協(xié)助打擊的作用。

通過上述研究者提出的反無人機系統(tǒng)架構(gòu)或解決方案，可見反無人機系統(tǒng)正在往機動式與固定式結(jié)合，硬殺傷與軟殺傷結(jié)合，分布式組網(wǎng)呈現(xiàn)梯次配置的方向努力。在不同的場景中，使用反無人機系統(tǒng)成本不一，往往是先進行低成本的配置而后在預(yù)算范圍內(nèi)進行進一步的需求分析對某一項探測或反制設(shè)備進行升級。

4" 結(jié)束語

隨著黑飛無人機事件不斷增多及大國間的沖突越來越突出，反無人機系統(tǒng)越來越得到重視。本文首先對低慢小無人機及集群的威脅進行分析，突出了無人機集群相比于單個無人機帶來的威脅。而后從4個方面對反無人機系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了分析總結(jié)。最后，對相關(guān)研究者提出的反無人機系統(tǒng)設(shè)想或架構(gòu)進行了分析，對未來反無人機系統(tǒng)研發(fā)具有借鑒意義。

參考文獻：

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[7] 張進，薛德鑫，王奉甲.新型重點區(qū)域無人機防控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2020，48（1）：11-18，43.