“微輕小”無人機(jī)反制技術(shù)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(jī)，是指沒有機(jī)載駕駛員、自備動(dòng)力系統(tǒng)的航空器，包括有飛控的無人機(jī)也包括手動(dòng)操作的航模。在今年4月國務(wù)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(jìn)一步將無人機(jī)規(guī)范劃分為5種類型：微型、輕型、小型、中型及大型。 近年來，隨著無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,特別是“微輕小”無人機(jī)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(jī)襲擊了多個(gè)俄軍駐敘的基地目標(biāo)；2018年8月，2架分別攜帶1kgC4炸藥的無人機(jī)對正在演講的委內(nèi)瑞拉總統(tǒng)馬杜羅進(jìn)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(dǎo)彈的無人機(jī)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(jī)作為主戰(zhàn)裝備。無人機(jī)成為主導(dǎo)戰(zhàn)爭進(jìn)程、決定戰(zhàn)爭成敗的關(guān)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(jī)攻防作戰(zhàn)，“微輕小”無人機(jī)防御反制技術(shù)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(shù)發(fā)展也越來越受到關(guān)注和重視。?一、“微輕小”無人機(jī)的特點(diǎn)及主要威脅隨著自主組網(wǎng)技術(shù)、任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及載荷小型化的快速發(fā)展，無人機(jī)增強(qiáng)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(wù)，同時(shí)具備靈活機(jī)動(dòng)性高、抗毀傷能力強(qiáng)等優(yōu)勢。其中“微輕小”無人機(jī)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(diǎn)，成為當(dāng)前的主流無人機(jī)。隨著攻擊目標(biāo)、攻擊手段、攻擊載體的復(fù)雜化以及攻擊動(dòng)機(jī)的大規(guī)模殺傷化，無人機(jī)不僅能夠遂行目標(biāo)探測偵察、協(xié)同火力打擊等威脅任務(wù)，還大大增加了隱蔽性和危害性?！拔⑤p小”無人機(jī)還可通過搭載雷達(dá)、光電及紅外傳感器、拍攝載荷、通信中繼載荷等,對重點(diǎn)區(qū)域及敏感場所進(jìn)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(xué)物質(zhì)和爆炸物，進(jìn)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(biāo)摧毀。結(jié)合“微輕小”無人機(jī)的特點(diǎn)，分析出無人機(jī)反制難點(diǎn)主要為以下四點(diǎn)。1.機(jī)身體積小、材料偏向非金屬，隨著復(fù)合及隱身化技術(shù)材料的發(fā)展，造成針對探測發(fā)現(xiàn)、識別預(yù)警的難度增加。2.無人機(jī)技術(shù)的獲取門檻降低,使得恐怖分子利用無人機(jī)實(shí)施恐怖襲擊的幾率不斷增大。3.無人機(jī)攻擊和防護(hù)的能力提升，以及靈活機(jī)動(dòng)性能的提高，造成無人機(jī)處置難度增大。4.無人機(jī)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(dǎo)、自殺式攻擊等威脅。?二、典型場景下“微輕小”無人機(jī)反制需求隨著“微輕小”無人機(jī)技術(shù)日趨成熟和性能日益完善，應(yīng)用形式逐漸由保障性向攻擊性轉(zhuǎn)變，應(yīng)用手段和應(yīng)用體系發(fā)生了重大變革，已經(jīng)成為重要人物、重要場館、重要活動(dòng)保障中極具強(qiáng)破壞力的空中威脅。軍事領(lǐng)域場景中，由于“微輕小”無人機(jī)具有發(fā)現(xiàn)難、攻擊形式與手段多樣、攻擊時(shí)間地點(diǎn)突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)偵察、協(xié)同打擊、自殺式打擊等任務(wù)，故反制裝備著重需要提升預(yù)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(shí)、準(zhǔn)確的探測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，形成對目標(biāo)的預(yù)警與識別能力，其次能夠無附帶損傷的處置目標(biāo)，形成精準(zhǔn)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(jī)具有體積小、低空飛行、隱蔽性強(qiáng)、成本低廉、可搭載多類載荷等特點(diǎn)，故反制裝備著重提高對“微輕小”無人機(jī)的探測能力和高效精準(zhǔn)的處置能力。這要求反制裝備能夠進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測跟蹤、快速的識別定位、準(zhǔn)確的干擾欺騙，以及安全且精準(zhǔn)的拒止。特別需要注意的是，在人員聚集或流動(dòng)性強(qiáng)的環(huán)境中，反制的前提一定是保證安全。?三、“微輕小”無人機(jī)反制技術(shù)手段及不足無人機(jī)反制技術(shù)是為保護(hù)重要人員、重要空地區(qū)域?qū)Ψ欠ㄈ肭值臒o人機(jī)進(jìn)行控制的技術(shù)。當(dāng)前，“微輕小”無人機(jī)反制領(lǐng)域已有諸多基于不同原理的反制技術(shù)，根據(jù)其作用形式的不同大致可分類為雷達(dá)探測、無線電監(jiān)測、光電追蹤、信號干擾、導(dǎo)航誘騙等幾大類。國外反無人機(jī)系統(tǒng)研發(fā)起步較早，已形成一些面向市場的產(chǎn)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(dá)、光學(xué)、電磁干擾等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對可疑目標(biāo)的監(jiān)控跟蹤以及反制。美國Battelle公司研制的“DroneDefender”反無人機(jī)槍，利用電磁干擾技術(shù)實(shí)現(xiàn)對可疑無人機(jī)的驅(qū)離。Dedrone公司開發(fā)的“DroneTracker”系統(tǒng)結(jié)合了光學(xué)、紅外、聲音等目標(biāo)探測識別手段。國內(nèi)反無人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)投入市場并實(shí)現(xiàn)了行業(yè)應(yīng)用，但還存在不同程度的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(yuǎn)距離、海雜波干擾、城市等復(fù)雜環(huán)境下的探測手段還不夠成熟。其主要表現(xiàn)在對復(fù)雜地形或強(qiáng)雜波環(huán)境中的探測跟蹤及目標(biāo)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(dá)探測對于遠(yuǎn)距離探測、軌跡跟蹤等方面具有優(yōu)勢，但對懸?；虻退亠w行的目標(biāo)探測難度大，易受背景雜波及復(fù)雜環(huán)境影響，導(dǎo)致虛警率較高。光電探測可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的高精度跟蹤，進(jìn)行精確引導(dǎo)打擊，但易受惡劣天氣的影響導(dǎo)致其主動(dòng)搜索能力差，需要其他手段提供位置信息引導(dǎo)。無線電探測能夠識別無人機(jī)機(jī)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(jī)。在探測預(yù)警方面，為了增強(qiáng)無人機(jī)全天候偵察探測能力，需要綜合集成雷達(dá)探測、光電探測、無線電探測等技術(shù)手段，通過分布式組網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合感知，實(shí)現(xiàn)在不同任務(wù)場景下對無人機(jī)目標(biāo)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(jī)的反制手段單一，需以能力需求為導(dǎo)向，構(gòu)建“軟硬殺傷”聯(lián)合打擊的無人機(jī)反制系統(tǒng)。軟殺傷針對“微輕小”無人機(jī)高度依賴控制鏈路的特點(diǎn)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(jī)遙控信號及圖傳、數(shù)傳信號進(jìn)行干擾或使用無線電攻擊技術(shù)，阻斷、隔絕地面控制站向無人機(jī)發(fā)射的上行無線電控制信號，最終使無人機(jī)因無法收到指令信息原地迫降，或處于引導(dǎo)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(dǎo)彈、高射炮等傳統(tǒng)防空 武器進(jìn)行火力打擊，使用定向能武器破壞或擊毀無人機(jī)的核心部件,達(dá)到直接摧毀無人機(jī)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(fèi)比高等優(yōu)勢,在應(yīng)對無人機(jī)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(dòng)能武器的性價(jià)比更高。此外，現(xiàn)有的“微輕小”無人機(jī)反制系統(tǒng)還存在單點(diǎn)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(dāng)前無人機(jī)反制系統(tǒng)難以實(shí)施全面實(shí)時(shí)有效管控，面對無人機(jī)“蜂群”數(shù)量高、突防作戰(zhàn)能力強(qiáng)、智能機(jī)間通信等特點(diǎn)，當(dāng)前無人機(jī)反制系統(tǒng)也難以有效全面處置，同時(shí)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(jī)反制技術(shù)發(fā)展方向針對當(dāng)前“微輕小”無人機(jī)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(jī)系統(tǒng)在各行業(yè)應(yīng)用中均產(chǎn)生了強(qiáng)烈需求?？傮w而言，未來反無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化預(yù)警體系，分布式多節(jié)點(diǎn)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(jié)合，確保威脅目標(biāo)有效攔截。因此，行業(yè)一致將分布式無人機(jī)探測防御系統(tǒng)作為主要攻研方向。分布式無人機(jī)探測防御系統(tǒng)依據(jù)分布式無人機(jī)探測防御系統(tǒng)平臺架構(gòu)，構(gòu)建分布式快速優(yōu)化布站、多節(jié)點(diǎn)多設(shè)備自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型，設(shè)計(jì)多源感知信息融合策略，利用地理信息系統(tǒng)(GIS)進(jìn)行全系統(tǒng)的布防區(qū)域、節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)、目標(biāo)態(tài)勢全景展示。從而實(shí)現(xiàn)對“微輕小”無人機(jī)構(gòu)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(diǎn)、多層次防御反制體系。系統(tǒng)分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)通過網(wǎng)絡(luò)通信的方式，實(shí)現(xiàn)前端設(shè)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(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)接入、推送協(xié)議，將系統(tǒng)的設(shè)備信息、目標(biāo)數(shù)據(jù)、圖像信息等推送至系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)對布防區(qū)域、節(jié)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)、目標(biāo)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(yīng)用場景、電磁環(huán)境等評估分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)防御區(qū)域布站節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照防區(qū)定義要求進(jìn)行劃分，執(zhí)行對應(yīng)布站策略，完成快速構(gòu)建全區(qū)域無人機(jī)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(diǎn)多設(shè)備數(shù)據(jù)信息，通過同節(jié)點(diǎn)雷達(dá)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(diǎn)雷達(dá)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(diǎn)多設(shè)備信息融合實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)的跨節(jié)點(diǎn)廣域連續(xù)鎖定跟蹤。多節(jié)點(diǎn)多設(shè)備自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型可實(shí)時(shí)監(jiān)測各節(jié)點(diǎn)負(fù)載變化、節(jié)點(diǎn)損毀或性能下降，通過跨節(jié)點(diǎn)雷達(dá)、光電、無線電協(xié)同調(diào)度，持續(xù)鎖定跟蹤，提高系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。運(yùn)用多節(jié)點(diǎn)反制手段調(diào)度，進(jìn)行目標(biāo)多手段處置，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域全時(shí)段的無人機(jī)探測防御能力。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備及相關(guān)反制技術(shù)方面也進(jìn)行了諸多創(chuàng)新。系統(tǒng)采用的是自適應(yīng)微輕小探測雷達(dá)，雷達(dá)信號具有準(zhǔn)連續(xù)波特性、偽隨機(jī)特性及較好的隱蔽性，通過調(diào)整脈間隨機(jī)碼及脈內(nèi)隨機(jī)碼參數(shù)，改變信號帶寬及時(shí)寬信息。利用大時(shí)寬帶寬積雷達(dá)信號的相關(guān)并行處理算法，提升微弱目標(biāo)回波信號相關(guān)檢測能力。通過設(shè)備參數(shù)最優(yōu)匹配的自適應(yīng)調(diào)整策略，提升雷達(dá)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(jī)探測跟蹤方法，實(shí)現(xiàn)對懸停無人機(jī)的有效探測跟蹤。無線電方面，通過引入基于機(jī)器學(xué)習(xí)的復(fù)雜電磁環(huán)境無人機(jī)信號監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建基于無人機(jī)目標(biāo)多維度信號識別特征庫，有效區(qū)分合法及非法無人機(jī)。同時(shí)設(shè)備會(huì)根據(jù)不同類別無人機(jī)圖傳信號、遙控信號的時(shí)域、頻域等先驗(yàn)信息，構(gòu)造多尺度檢測模板，結(jié)合非極大值抑制算法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)信號初步檢測處理，提高復(fù)雜電磁環(huán)境下無人機(jī)信號檢測率。采用單站比幅測向、雙站測向與時(shí)差結(jié)合、三站時(shí)差定位算法，對分布式多站環(huán)境下的目標(biāo)信號進(jìn)行靈活測向、定位處理。結(jié)合卡爾曼濾波算法進(jìn)行點(diǎn)跡建航，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)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(yīng)用方面，針對大防區(qū)全面防護(hù)的應(yīng)用場景，分布式無人機(jī)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(shè)備性能等進(jìn)行分布式多節(jié)點(diǎn)部署評估分析。依據(jù)探測預(yù)警、確認(rèn)識別、打擊處置等管控需求對防御區(qū)域內(nèi)布站節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行分層次優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合多節(jié)點(diǎn)設(shè)備性能分析進(jìn)行多源目標(biāo)信息融合識別、跟蹤、打擊，實(shí)現(xiàn)對入侵無人機(jī)的全區(qū)域多等級探測防御。針對無人機(jī)集群數(shù)量高、突防作戰(zhàn)能力強(qiáng)、智能機(jī)間通信等特點(diǎn)，分布式無人機(jī)探測防御系統(tǒng)搭建集空中多節(jié)點(diǎn)移動(dòng)式機(jī)載設(shè)備、地面多節(jié)點(diǎn)固定位置設(shè)備及移動(dòng)車載設(shè)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(diǎn)協(xié)同溝通進(jìn)行智能調(diào)度，進(jìn)而形成空地一體的多節(jié)點(diǎn)、多等級、機(jī)動(dòng)式防控系統(tǒng)，可有效防御集群目標(biāo)。綜上所述，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了反無技術(shù)飛速提升，無人機(jī)反制技術(shù)在不斷創(chuàng)新與突破中正逐步構(gòu)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(jī)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(yīng)調(diào)整策略、多源信息融合等手段，推動(dòng)無人機(jī)反制技術(shù)在探測、識別、干擾和防御等領(lǐng)域取得相應(yīng)突破。這些技術(shù)的應(yīng)用將為維護(hù)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。