探讨无人机典型机型的反制思路

作者向文豪 王栋

无人机具有无人员伤亡、操作简单等特点，在军民各领域得到了广泛应用。但是目前无人机技术发展日新月异，国内无人机“黑飞”现象严重，国际上频频出现无人机袭扰以及重要人物遇袭事件，为维护国内正常的社会秩序和国家主权安全，亟需开展对无人机反制技术的研究。

1. 无人机技术快速发展亟需未雨绸缪

美国2013-2038年无人机发展路线图基本上代表了国际上无人机技术发展方向，其中对无人机各项性能划分如图1所示，目前无人机主要以多手段侦察为主，兼顾打击能力，实战应用中发挥了重要作用，其应用任务及相关的技术途径威胁分析见图2。

图1 美国2013-2038年无人机发展路线图

图2 无人机任务及威胁示意图

通过对最新无人机国际专利的统计，如表1所示，飞行控制技术相关的专利最多，达到3022件；飞行器总体技术的专利申请排名第2（旋翼级、垂直起飞或着陆的飞机、操纵面、机翼、机身等都是关于飞行总体技术）；发射和回收技术排名第3。

可以看出，世界各国在无人机技术布局和发展趋势主要集中在飞行控制和飞行器总体两个方面。

另外，随着隐身、长航时等技术的发展，形成了舰载起降固定翼（TERN计划）、蜂群等的无人机应用应用，无人机的部署更加机动，任务手段更加多样化，对无人机反制提出了更高的要求。

表1 无人机国际专利统计表

随着人工智能、复材加工、自主导航、蜂群控制等技术的迅速发展，无人机的技术门槛越来越低，性能越来越高、应用更加多样、更加难以反制。急需紧跟无人机发展趋势，发展相应反制无人机技术。

2. 国内民用无人机黑飞扰乱社会秩序

从国内角度而言，民用无人机是近年来快速发展的新兴产业，在技术和市场的共同推动下，无人机的数量和规模呈爆发式增长，在经济社会各领域的应用日趋广泛，但频频发生的无人机违规飞行不仅影响了民航正常运行，更威胁着国家安全和社会稳定。

据新华社消息，仅2018年1月中旬至2月中旬，就发生12起无人机违法违规运行威胁民航安全事件。在诸如政府、机场等敏感地区也出现多次有意或无意的无人机非法飞行事件；ISIS组织在网上公开发布采用多旋翼无人机开展恐怖袭击的教程。

由于无人机采购和运营成本低、飞行器来源复杂、型号种类众多、性能指标各异，导致无人机种类较多；目前无明确的限制性法规和标准的监管审批流程，导致无人机监管手段空白；无人机飞行速度慢、体积小，侦察难度大，导致无人机的发现难度大，目前缺乏无人机处置手段、硬杀伤附带毁伤较大、处置效果难以评估。

3. 开展无人机反制技术发展重要意义

随着技术进步，无人机应用将更加多样化，性能将更为先进，用途将更加广泛。我国在未来面临的无人机问题也将更加严峻。因此，发展无人机反制技术是保证在未来拥有反制无人机能力的重要基础。

近年来，无人机成本、门槛降低，使得“黑飞”现象越来越多，给公众安全带来隐患。发展无人机反制技术对空域安全和管理具有重要意义。

一、无人机反制技术需求分析

1. 按无人机反制阶段划分的需求分析 典型无人机反制包括预警探测、警戒识别、处置决策、防御实施和效能评估共5个阶段，如图3所示，通过各阶段的能力需求分析，捕获无人机反制的T0级技术要求。 

图3 典型无人机反制阶段划分图

1）预警探测阶段 

具有低慢小目标发现的能力； 

具有对弱辐射源信息侦察和定位的能力； 

具有对目标声音发现的能力； 

具有前期情报获取能力。 

2）警戒识别阶段

具有低慢小目标辨识的能力； 

具有对弱辐射源定位和情报生成能力； 

具有对目标声音的识别能力； 

具有光电、雷达目标的关联能力。 

3）处置决策阶段 

具有无人机反制指挥控制能力； 

具有目标自动发送能力； 

无人机反制人工智能辅助决策能力。

4）防御实施阶段

具有无人机硬武器打击能力； 

具有无人机电子干扰软打击能力； 

具有无人机任务载荷伪装欺骗能力。

5）效能评估阶段 

具有无人机反制后多维度毁伤效果显示能力。

2. 按无人机反制利益攸关方划分的需求分析 无人机反制相关的交互部门、热点区域、相关设备等均为其利益攸关者，如图4所示。针对3个主要利益攸关者的要求，分析其对无人机反制的能力需求，捕获能力需求如表2所示。

图4 无人机反制利益攸关方示意图

表2 无人机反制利益攸关方需求分析表 通过对任务场景和利益攸关者的能力需求捕获，将无人机反制进行自顶向下的能力分解，建立能力需求树，如图5所示，主要包含6类18项T0级功能，适用于指导后续研究。 

图5 无人机反制能力需求树

二、现有相关技术谱系

通过对现有的预警探测能力、警戒识别能力、处置决策能力、防御实施能力、毁伤评估能力和政策制度需求的总结分析，得出如图6技术谱系，并经过与无人机反制能力需求树对比，得出无人机反制关键技术。

图6 无人机反制技术谱系示意图 在预警探测方面，主要包括无人机平台的探测和测控链路的侦测。其中无人机平台的探测技术包括海上“低慢小”目标雷达探测技术、低红外辐射小目标光电探测技术、声光结合目标探测技术；测控链路的侦测技术包括海上弱辐射信号的检测技术、电磁辐射信号测向定位技术等；在警戒识别方面，主要包括探测信息处理和目标属性识别。通常采用的技术包括光电图像增强技术、光电/雷达多传感器目标融合技术等；在处置决策方面，主要包括无人机反制指挥控制流程设计、无人机反制人工智能辅助决策等关键技术等。 在反制实施方面，主要包括硬打击毁伤技术、软杀伤干扰技术和伪装欺骗技术。硬打击毁伤技术主要是针对无人机平台毁伤的反无人机导弹、反无人机激光武器、反无人机微波武器、格斗型无人机、常规火力毁伤武器等。软杀伤干扰技术主要是针对测控链路和卫星导航设备的控制信息干扰技术、数据链干扰技术和卫星导航干扰技术等。伪装欺骗技术主要是针对大型无人机的任务载荷的光学伪装欺骗、热红外伪装欺骗、声学伪装欺骗和电子伪装欺骗等技术，使其接收虚假的目标信息，迫使其结束任务。 在毁伤评估方面，主要包括无人机反制效能分析技术、无人机反制效能评估准则等关键技术。

三、典型机型的反制思路

针对高空长航时、中空长航时、低慢小无人机的情况，通过分析无人机的技术特点，结合无人机反制技术体系[5]，形成如下无人机反制思路。

1. 高空长航时无人机

高空长航时无人机通常为战略侦察型（或察打型）无人机，飞行高度通常在8000-20000米高空，通信方式以视距微波通信和超视距卫星通信为主，导航采用惯性导航+GPS（军码）+辅助手段的组合导航方式，具有较强的抗干扰性。 目前，长航时无人机通常为大展弦比设计，通常不采用隐身设计，可采用对空雷达等方式及时捕获目标。针对隐身无人机，则需要进一步提高对抗雷达的性能。 由于该类无人机为高价值飞行器，导航方式采用了惯性导航+GPS（军码）+辅助手段的组合导航方式，并有一定的抗干扰策略，通过GPS欺骗的方式对导航设备进行干扰存在一定难度。无人机飞离本场后采用卫星通信方式（通常为Ku或Ka，波束比较窄），由于平时考虑外交因素，无法干扰卫星上行链路，若需要干扰卫星下行链路，则干扰设备需要高于无人机的飞行高度。 因此，针对远程无人机的反制多采用伴随干扰的方式，对无人机搭载的任务载荷进行伪装欺骗，迫使其结束任务；通过开展赛博应用等方式，侵入其测控链路和地面站，直接控制飞机。

2. 中空长航时无人机

中空长航时无人机大部分不采用隐身设计，飞行速度较快，通过对空雷达等方式可以及时捕获目标。同时，由于该无人机全程采用微波通信的方式，在先期收集电磁信息的前提下，通过电子侦察的方式进行目标截获。导航方式采用了惯性导航+卫星导航的组合导航方式，并有一定的抗干扰策略，可尝试采用卫星导航压制的方式对其导航设备进行干扰，或采用欺骗干扰的方式对无人机进行诱降。 该无人机全程采用视距微波通信的方式，在获取通信模式之后，可采用压制或欺骗干扰的方式切断其通信链路，迫使其返航，或获取该通信链路的通信协议，发送控制指令，使其降落至本场。

3. 低慢小无人机

低慢小无人机多采用非金属材料，几何尺寸小，飞行速度较慢，对空警戒雷达在远距离很难及时捕获目标[8]。但由于该无人机全程采用微波通信的方式，在先期收集电磁信息的前提下，可通过电子侦察的方式进行目标截获，或近距离通过光电（红外）或声波等方式进行目标截获。 姿态控制多采用了惯性导航+卫星导航的组合导航方式，并有一定的抗干扰策略，可尝试采用卫星导航压制的方式对其导航设备进行干扰，或采用欺骗干扰的方式对无人机进行诱降[9]。该无人机全程采用视距微波通信的方式，在获取通信模式之后，可采用压制干扰的方式切断其通信链路，迫使其返航，或获取该通信链路的通信协议，发送控制指令，使其降落至本场。

4. 蜂群无人机

随着无人机应用范围的日益扩大，应用难度和任务复杂程度的日益加强。单架无人机在执行任务容易出现一些的问题，如单架无人机的观察角度限制遗漏，可能造成不能够全方位的去监测侦察或者攻击目标。单架无人机在飞行途中一旦出现问题，会严重影响应用任务进度，甚至可能影响战局走势。由于载荷效能受无人机载体限制，单架无人机无法满足应用需求。由于这些原因，无人机编队协同应用越来越收到国内外的广泛关注。

目前无人机编队飞行主要有以下几种形式：

1）航迹一致性方法。航迹一致性方法是目前无人机编队形式最低的形式，由地面站统一进行飞行路径规划。无人机间没有信息交互，地面站为每架飞机规划方向相同、间隔紧密的航线，无人机按照各自的航线自主飞行完成任务。由于无人机各自航线相邻较近，形成编队规模。地面站可根据图案需求事先规划好航路，通过数传模块随时切换。

2）忠诚僚机编队方法。这种是目前无人机编队最常用的方法之一。长机跟踪一个预先给定的轨迹，僚机和长机保持一定构型跟随长机飞行。长机可看作整个编队的中心，僚机可通过视觉或红外测距雷达等方式跟随长机，并实现非GPS定位的编队飞行。

3）基于行为法。受生物群体社会行为的启发，越来越多的团队通过分析生物群体，如蚁群、蜂群、鸽群的行为规律来研究无人机编队飞行。单架无人机映射蜜蜂，无人机机群映射蜂群。由单架机通过自主智能决策产生的任务响应，并将信息素通过空中无人机自组织网络传递给其他无人机。使具备有限自主能力的多架无人机在没有集中指挥控制的情况下，通过相互信息交互产生整体效应，实现较高程度的自主协作，从而能在尽量少的人员干预下完成预期的、单架无人机无法实现的任务目标。这种方式没有中心，每架机在集群中权重相同，是多智能体自主决策的集群无人机。 无人机编队平台目前也多种多样，如美国空军技术学院在“捕食者”和“全球鹰”无人侦察机的基础上进行无人机系统侦察任务规范化研究。美军的“山鹑”无人机长不足0.3米，重不足1kg，使用3D打印技术制造，可从战机干扰弹投放，飞往低空侦察。 所以基于目前编队形式、平台的多样化的特点，反制无人机编队手段也各自不同：

1）反制采用航迹一致方法的无人机编队 采用航迹一致编队方法的无人机多使用低慢小平台。这类无人机大多使用GPS定位，Mems导航设备，采用大功率WIFI或点对点数传通信。 反制这种编队飞机软打击方式可采用区域电子干扰，采用欺骗或压制等手段，干扰无人机数据链、干扰GPS信号，伪装诱骗无人机编队。或者通过WIFI注入等赛博攻击方式控制无人机编队。 由于飞机飞行速率较低，也可采用防空炮进行摧毁。也使用声波武器击落无人机，或者使用微波武器摧毁无人机电子设备。

2）反制忠诚僚机编队方法的无人机编队 针对该类无人机编队，在通过雷达探测目标后，判断长机并对其进行针对性干扰；在进入火力打击范围内对其进行攻击或捕获。 也可以通过电子干扰干扰僚机，削弱无人机编队力量。

3）反制基于行为方式的无人机编队 基于蚁群、蜂群、鸽群等行为方式的无人机编队的特点是依靠群体智能，分布式自组织的、无中心的无人机集群。只要飞机数量足够多，即可源源不断的飞向应用对象。反制这种无人机编队形式软打击手段是进行伪装欺骗，使无人机探测不到任务特征，单体无法做出决策。同时使用声波、微波等方式对区域内无人机进行干扰、破坏。

审核编辑：黄飞