“微輕小”無人機反制技術及發(fā)展趨勢分析
in 行業(yè)新聞 by cheng
無人駕駛航空器，也就是大家常說的無人機，是指沒有機載駕駛員、自備動力系統(tǒng)的航空器，包括有飛控的無人機也包括手動操作的航模。在今年4月國務院、中央軍委公布的《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》中，進一步將無人機規(guī)范劃分為5種類型：微型、輕型、小型、中型及大型?！ 〗陙恚S著無人機應用領域的不斷擴展,特別是“微輕小”無人機的大規(guī)模使用給很多國家和地區(qū)帶來了潛在的安全威脅。如2018年1月，13架裝有爆炸物的無人機襲擊了多個俄軍駐敘的基地目標；2018年8月，2架分別攜帶1kgC4炸藥的無人機對正在演講的委內瑞拉總統(tǒng)馬杜羅進行襲擊；2018年11月，沙特王室在也門前線陣地遭遇胡塞多架滿載導彈的無人機襲擊；2020年9至11月，阿塞拜疆和亞美尼亞就納卡地區(qū)的歸屬問題爆發(fā)武裝沖突,首次將無人機作為主戰(zhàn)裝備。無人機成為主導戰(zhàn)爭進程、決定戰(zhàn)爭成敗的關鍵要素，對戰(zhàn)局走向發(fā)揮了重要作用。加之近期俄烏沖突，雙方愈演愈烈的無人機攻防作戰(zhàn)，“微輕小”無人機防御反制技術已逐漸成為空中防御體系中迫切需要且不可或缺的組成部分，其反制裝備及技術發(fā)展也越來越受到關注和重視。?一、“微輕小”無人機的特點及主要威脅隨著自主組網技術、任務動態(tài)調整技術、自動化技術及載荷小型化的快速發(fā)展，無人機增強了其態(tài)勢感知能力和抗干擾能力，使其能夠高效協(xié)同執(zhí)行任務，同時具備靈活機動性高、抗毀傷能力強等優(yōu)勢。其中“微輕小”無人機因具有操作簡單、飛行速度低、體積小、成本低廉、可搭載載荷等特點，成為當前的主流無人機。隨著攻擊目標、攻擊手段、攻擊載體的復雜化以及攻擊動機的大規(guī)模殺傷化，無人機不僅能夠遂行目標探測偵察、協(xié)同火力打擊等威脅任務，還大大增加了隱蔽性和危害性?！拔⑤p小”無人機還可通過搭載雷達、光電及紅外傳感器、拍攝載荷、通信中繼載荷等,對重點區(qū)域及敏感場所進行偷拍攝像和測繪拍照，獲取保密信息。通過裝載武器、有毒化學物質和爆炸物，進行火力攻擊、恐怖襲擊及自殺式打擊，造成人員傷亡及軍事目標摧毀。結合“微輕小”無人機的特點，分析出無人機反制難點主要為以下四點。1.機身體積小、材料偏向非金屬，隨著復合及隱身化技術材料的發(fā)展，造成針對探測發(fā)現(xiàn)、識別預警的難度增加。2.無人機技術的獲取門檻降低,使得恐怖分子利用無人機實施恐怖襲擊的幾率不斷增大。3.無人機攻擊和防護的能力提升，以及靈活機動性能的提高，造成無人機處置難度增大。4.無人機搭載載荷的多樣化發(fā)展，造成未來戰(zhàn)爭面臨抵近偵察、電子干擾、火力引導、自殺式攻擊等威脅。?二、典型場景下“微輕小”無人機反制需求隨著“微輕小”無人機技術日趨成熟和性能日益完善，應用形式逐漸由保障性向攻擊性轉變，應用手段和應用體系發(fā)生了重大變革，已經成為重要人物、重要場館、重要活動保障中極具強破壞力的空中威脅。軍事領域場景中，由于“微輕小”無人機具有發(fā)現(xiàn)難、攻擊形式與手段多樣、攻擊時間地點突發(fā)性強的特點，能夠執(zhí)行戰(zhàn)術偵察、協(xié)同打擊、自殺式打擊等任務，故反制裝備著重需要提升預警監(jiān)視能力和綜合對抗能力。這要求反制裝備首先能夠及時、準確的探測發(fā)現(xiàn)目標，形成對目標的預警與識別能力，其次能夠無附帶損傷的處置目標，形成精準打擊、高效毀傷的對抗處置能力。在非軍事作戰(zhàn)場景中，由于“微輕小”無人機具有體積小、低空飛行、隱蔽性強、成本低廉、可搭載多類載荷等特點，故反制裝備著重提高對“微輕小”無人機的探測能力和高效精準的處置能力。這要求反制裝備能夠進行及時的監(jiān)測跟蹤、快速的識別定位、準確的干擾欺騙，以及安全且精準的拒止。特別需要注意的是，在人員聚集或流動性強的環(huán)境中，反制的前提一定是保證安全。?三、“微輕小”無人機反制技術手段及不足無人機反制技術是為保護重要人員、重要空地區(qū)域對非法入侵的無人機進行控制的技術。當前，“微輕小”無人機反制領域已有諸多基于不同原理的反制技術，根據(jù)其作用形式的不同大致可分類為雷達探測、無線電監(jiān)測、光電追蹤、信號干擾、導航誘騙等幾大類。國外反無人機系統(tǒng)研發(fā)起步較早，已形成一些面向市場的產品，如英國Blighter公司開發(fā)完成的“AUDS”系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用雷達、光學、電磁干擾等技術手段，實現(xiàn)對可疑目標的監(jiān)控跟蹤以及反制。美國Battelle公司研制的“DroneDefender”反無人機槍，利用電磁干擾技術實現(xiàn)對可疑無人機的驅離。Dedrone公司開發(fā)的“DroneTracker”系統(tǒng)結合了光學、紅外、聲音等目標探測識別手段。國內反無人機系統(tǒng)已經投入市場并實現(xiàn)了行業(yè)應用，但還存在不同程度的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是探測數(shù)據(jù)信息少，多探測源數(shù)據(jù)未有效融合；二是反制系統(tǒng)和裝備大多適用于較簡單的陸地環(huán)境，針對于海上空曠、大范圍、遠距離、海雜波干擾、城市等復雜環(huán)境下的探測手段還不夠成熟。其主要表現(xiàn)在對復雜地形或強雜波環(huán)境中的探測跟蹤及目標識別困難，電磁環(huán)境中的干擾阻斷效果欠佳及欺騙控制難度較大。雷達探測對于遠距離探測、軌跡跟蹤等方面具有優(yōu)勢，但對懸停或低速飛行的目標探測難度大，易受背景雜波及復雜環(huán)境影響，導致虛警率較高。光電探測可實現(xiàn)對目標的高精度跟蹤，進行精確引導打擊，但易受惡劣天氣的影響導致其主動搜索能力差，需要其他手段提供位置信息引導。無線電探測能夠識別無人機機型且隱蔽性好，但受電磁環(huán)境影響較大，在城市環(huán)境中使用局限性高且無法監(jiān)測處于無線電“靜默”狀態(tài)的無人機。在探測預警方面，為了增強無人機全天候偵察探測能力，需要綜合集成雷達探測、光電探測、無線電探測等技術手段，通過分布式組網進行聯(lián)合感知，實現(xiàn)在不同任務場景下對無人機目標全天候、全方位、多手段的偵察探測和跟蹤監(jiān)視?！拔⑤p小”無人機的反制手段單一，需以能力需求為導向，構建“軟硬殺傷”聯(lián)合打擊的無人機反制系統(tǒng)。軟殺傷針對“微輕小”無人機高度依賴控制鏈路的特點通常采取電磁干擾阻斷、信號欺騙壓制等方式，即通過對無人機遙控信號及圖傳、數(shù)傳信號進行干擾或使用無線電攻擊技術，阻斷、隔絕地面控制站向無人機發(fā)射的上行無線電控制信號，最終使無人機因無法收到指令信息原地迫降，或處于引導位置上空盤旋等待通聯(lián)，或原航線返回等。硬殺傷則是使用防空導彈、高射炮等傳統(tǒng)防空 武器進行火力打擊，使用定向能武器破壞或擊毀無人機的核心部件,達到直接摧毀無人機的目的。激光、微波、電磁脈沖等定向能武器具有打擊速度快、攔截效果好和效費比高等優(yōu)勢,在應對無人機安全威脅方面也更具優(yōu)勢。這類武器不僅能夠提供更高的精度、更快的速度，而且操作更安全,比傳統(tǒng)動能武器的性價比更高。此外，現(xiàn)有的“微輕小”無人機反制系統(tǒng)還存在單點布控不具備大范圍無縫防御能力的問題。在大防區(qū)場景下，當前無人機反制系統(tǒng)難以實施全面實時有效管控，面對無人機“蜂群”數(shù)量高、突防作戰(zhàn)能力強、智能機間通信等特點，當前無人機反制系統(tǒng)也難以有效全面處置，同時存在智能化程度不高多依賴于人工盯防等問題。?四、“微輕小”無人機反制技術發(fā)展方向針對當前“微輕小”無人機反制系統(tǒng)存在的不足，采用多手段融合、智能探測反制的反無人機系統(tǒng)在各行業(yè)應用中均產生了強烈需求?？傮w而言，未來反無人機系統(tǒng)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面：一是構建網絡化預警體系，分布式多節(jié)點覆蓋；二是多種探測手段相融合，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性；三是軟殺傷和硬殺傷相結合，確保威脅目標有效攔截。因此，行業(yè)一致將分布式無人機探測防御系統(tǒng)作為主要攻研方向。分布式無人機探測防御系統(tǒng)依據(jù)分布式無人機探測防御系統(tǒng)平臺架構，構建分布式快速優(yōu)化布站、多節(jié)點多設備自適應動態(tài)調度模型，設計多源感知信息融合策略，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)進行全系統(tǒng)的布防區(qū)域、節(jié)點設備狀態(tài)、目標態(tài)勢全景展示。從而實現(xiàn)對“微輕小”無人機構建多探測源探測/數(shù)據(jù)融合，大范圍智能化無縫防控、多手段防御反制，打造空地一體多節(jié)點、多層次防御反制體系。系統(tǒng)分布式架構設計通過網絡通信的方式，實現(xiàn)前端設備、分控中心及管控中心的系統(tǒng)互通。系統(tǒng)采用面向服務架構設計，通過標準的系統(tǒng)接入、推送協(xié)議，將系統(tǒng)的設備信息、目標數(shù)據(jù)、圖像信息等推送至系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對布防區(qū)域、節(jié)點設備狀態(tài)、目標態(tài)勢全景展示。分布式快速優(yōu)化布站模型則根據(jù)防御區(qū)域管控需求、應用場景、電磁環(huán)境等評估分析，優(yōu)化設計防御區(qū)域布站節(jié)點，每個節(jié)點按照防區(qū)定義要求進行劃分，執(zhí)行對應布站策略，完成快速構建全區(qū)域無人機探測防御系統(tǒng)。多源感知信息融合策略是由系統(tǒng)融合多節(jié)點多設備數(shù)據(jù)信息，通過同節(jié)點雷達探測與光電跟蹤信息融合，提升系統(tǒng)探測跟蹤精度。通過同節(jié)點雷達探測與無線電偵測信息融合，有效提升系統(tǒng)探測概率、降低系統(tǒng)虛警率。通過融跨節(jié)點多設備信息融合實現(xiàn)了對目標的跨節(jié)點廣域連續(xù)鎖定跟蹤。多節(jié)點多設備自適應動態(tài)調度模型可實時監(jiān)測各節(jié)點負載變化、節(jié)點損毀或性能下降，通過跨節(jié)點雷達、光電、無線電協(xié)同調度，持續(xù)鎖定跟蹤，提高系統(tǒng)響應時間。運用多節(jié)點反制手段調度，進行目標多手段處置，實現(xiàn)全區(qū)域全時段的無人機探測防御能力。系統(tǒng)內設備及相關反制技術方面也進行了諸多創(chuàng)新。系統(tǒng)采用的是自適應微輕小探測雷達，雷達信號具有準連續(xù)波特性、偽隨機特性及較好的隱蔽性，通過調整脈間隨機碼及脈內隨機碼參數(shù)，改變信號帶寬及時寬信息。利用大時寬帶寬積雷達信號的相關并行處理算法，提升微弱目標回波信號相關檢測能力。通過設備參數(shù)最優(yōu)匹配的自適應調整策略，提升雷達對不同場景的通用性及靈活性。利用微普勒檢測的懸停無人機探測跟蹤方法，實現(xiàn)對懸停無人機的有效探測跟蹤。無線電方面，通過引入基于機器學習的復雜電磁環(huán)境無人機信號監(jiān)測技術，構建基于無人機目標多維度信號識別特征庫，有效區(qū)分合法及非法無人機。同時設備會根據(jù)不同類別無人機圖傳信號、遙控信號的時域、頻域等先驗信息，構造多尺度檢測模板，結合非極大值抑制算法實現(xiàn)無人機信號初步檢測處理，提高復雜電磁環(huán)境下無人機信號檢測率。采用單站比幅測向、雙站測向與時差結合、三站時差定位算法，對分布式多站環(huán)境下的目標信號進行靈活測向、定位處理。結合卡爾曼濾波算法進行點跡建航，實現(xiàn)對無人機的單站/多站聯(lián)合高精度測向定位，無線電監(jiān)測方位精度的顯著提升。場景應用方面，針對大防區(qū)全面防護的應用場景，分布式無人機探測防御系統(tǒng)能夠基于防御區(qū)域地理環(huán)境、管控需求、設備性能等進行分布式多節(jié)點部署評估分析。依據(jù)探測預警、確認識別、打擊處置等管控需求對防御區(qū)域內布站節(jié)點位置進行分層次優(yōu)化設計，結合多節(jié)點設備性能分析進行多源目標信息融合識別、跟蹤、打擊，實現(xiàn)對入侵無人機的全區(qū)域多等級探測防御。針對無人機集群數(shù)量高、突防作戰(zhàn)能力強、智能機間通信等特點，分布式無人機探測防御系統(tǒng)搭建集空中多節(jié)點移動式機載設備、地面多節(jié)點固定位置設備及移動車載設備于空地一體多等級告警處置探測防御區(qū)域、空地節(jié)點協(xié)同溝通進行智能調度，進而形成空地一體的多節(jié)點、多等級、機動式防控系統(tǒng)，可有效防御集群目標。綜上所述，無人機產業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動了反無技術飛速提升，無人機反制技術在不斷創(chuàng)新與突破中正逐步構筑起多維、高效的防御體系。代表行業(yè)發(fā)展趨勢的分布式無人機探測防御系統(tǒng)通過引入新的信號體制、并行處理算法、自適應調整策略、多源信息融合等手段，推動無人機反制技術在探測、識別、干擾和防御等領域取得相應突破。這些技術的應用將為維護空域安全，保障公共利益和國家及人民生命安全發(fā)揮積極而重要的作用。